Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки

Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки?

При проектировании электрической сети на предприятии или в квартире, не обойтись без установки автоматических выключателей. Они защищают имущество потребителей и человеческие жизни от непредвиденных ситуаций. Профессиональный электрик должен хорошо знать, как правильно подобрать автоматические выключатели для надежной и безопасной работы электросети, как сделать подбор автоматов по мощности используемой нагрузки и по другим параметрам.

Немного теории

Из курса физики известно, что существует зависимость между электрической мощностью, силой тока и напряжением в электрической сети. В упрощённом виде эта зависимость выражается следующей формулой для однофазной сети:

где W – мощность тока в ваттах (Вт);

I – сила тока в амперах (А);

V – напряжение в вольтах (В).

В данном случае нас будет интересовать сила тока, поскольку по этому параметру часто подбирается автомат защиты электросети и характеристики электропроводки. Для удобства преобразуем вышеприведённую формулу в выражение:

В качестве примера рассчитаем силу тока для нагрузки, которую дают на электросеть упомянутые выше энергоёмкие потребители. Их суммарная мощность составит порядка 6 кВт, и при напряжении 220 В мы получим силу тока в цепи:

I = 6000 Вт / 220 В = 27,3 А

Для трёхфазной схемы подключения формула (2) примет следующий вид:

Это изменение вызвано тем обстоятельством, что при равной нагрузке и равномерном распределении мощности по фазам ток в трёхфазной сети будет втрое меньше. Таким образом, при той же суммарной мощности в 6 кВт, но при напряжении 380 В, сила тока в цепи будет равна:

I = 6000 Вт / (1,73 х 380 В) = 9,1 А

Получив данный показатель, можно приступать к подбору автоматического выключателя, обеспечивающего защиту сети от перегрузки.

Важность время-токовой характеристики

Некоторые электрические приборы имеют высокий пусковой ток при включении. Его значение бывает выше номинального тока автомата, но действует он краткое время. Для электрического кабеля такой ток не представляет опасности (если его величина в разумных пределах соотносится с типом кабеля), но автомат может срабатывать при пусковом токе, воспринимая это как перегрузку.

Для того чтобы не происходило постоянных отключений из-за запуска устройств с высокими пусковыми токами, автоматы имеют разделение на типы по время-токовой характеристике.

Конструктивно автоматический выключатель состоит из двух расцепителей: электромагнитного и теплового.

Электромагнитный расцепитель предназначен для отключения устройства при коротком замыкании. Для работы такого механизма отключения в автомате используется электромагнитная катушка и соленоид. При многократном превышении значения электрического тока появляется магнитное поле в катушке, та задействует соленоид и он отключает автомат.

Автоматические выключатели имеют характеристику по току короткого замыкания (предельный ток отключения), которая по номиналу бывает в 3, 4,5, 6 и 10кА. Для бытовых целей при устройстве защиты в квартире или доме чаще всего применяют автоматы с номиналом тока КЗ 6кА.

Тепловой расцепитель – это пластина, состоящая из двух различных металлов. При длительной нагрузке, превышающей номинальный ток, эта пластина нагревается, выгибается, воздействует на рычаг расцепителя и устройство отключается. Главная задача такого механизма – защищать линию от долговременных перегрузок выше номинального тока автомата.

Чтобы не думать о том, какую нагрузку включить в розетку, не рассчитывать постоянно суммарную мощность приборов и не думать о пусковых токах была придумана характеристика по времени-току.

Данная характеристика показывает время и ток, которые влияют на отключение аппарата. На автоматах она указывается буквой В, С или D.

Автоматические выключатели с одинаковыми номиналами и различной время–токовой характеристикой будут отключаться в разное время и с разным током превышения.

Такое разделение автоматов является очень удобным и позволяет уменьшить количество ложных отключений.

В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 существует три стандарта время-токовых характеристик:

1. B – превышение в 3 — 5 раз от номинального тока , самые чувствительные автоматы имеют такую характеристику и применяются в сетях с приборами не имеющими больших пусковых токов.
2. C – превышение в 5 — 10 раз от номинального тока , самая популярные автоматы с такой характеристикой, они используются в квартирах и частных домах.
3. D – превышение в 10 — 20 раз от номинального тока , используется для защиты сетей с оборудованием имеющим высокие пусковые токи и кратковременные перегрузки.

Выбираем отключающую способность

Выше описан выбор пакетника по максимально допустимому току нагрузки. Но автомат защиты сети также должен отключаться при возникновении с сети КЗ (короткого замыкания). Эту характеристику называют отключающей способностью. Она отображается в тысячах ампер — именного такого порядка могут достигать токи при коротком замыкании. Выбор автомата по отключающей способности не очень сложен.

Эта характеристика показывает, при каком максимальном значении тока КЗ автомат сохраняет свою работоспособность, то есть, он сможет не только отключится, но и будет работать после повторного включения. Эта характеристика зависит от многих факторов и для точного подбора необходимо определять токи КЗ. Но для проводки в доме или квартире такие расчеты делают очень редко, а ориентируются на удаленность от трансформаторной подстанции.

Отключающая способность автоматических защитных выключателей

Если подстанция находится недалеко от ввода в ваш дом/квартиру, берут автомат с отключающей способностью 10 000 А, для всех остальных городских квартир достаточно 6 000 А. Если же дом находится в сельской местности иди вы выбираете автомат защиты электросети для дачи, вполне может хватить и отключающей способности в 4 500 А. Сети тут обычно старые и токи КЗ большими не бывают. А так как с возрастанием отключающей способности цена возрастает значительно, можно применить принцип разумной экономии.

Можно ли в городских квартирах ставить пакетики с более низкой отключающей способностью. В принципе, можно, но никто не гарантирует, что после первого же КЗ вам не придется его менять. Он может успеть отключить сеть, но окажется при этом неработоспособным. В худшем варианте контакты расплавятся и отключиться автомат не успеет. Тогда проводка расплавится и может возникнуть пожар.

Как рассчитать номинал автоматического выключателя?

Допустим, что мы учли все вышесказанное и подобрали новый кабель, соответствующий современным требованиям и имеющий нужное сечение. Теперь электропроводка гарантированно выдержит нагрузку от включенных бытовых приборов, даже если их достаточно много. Теперь переходим непосредственно к выбору автоматического выключателя по номиналу тока. Вспоминаем школьный курс физики и определяем расчетный ток нагрузки, подставляя в формулу соответствующие значения: I=P/U.

Здесь I – величина номинального тока, P – суммарная мощность включенных в цепь установок (с учетом всех потребителей электричества, в том числе и лампочек), а U – напряжение сети.

Чтобы упростить выбор защитного автомата и избавить вас от необходимости браться за калькулятор, приведем таблицу, в которой указаны номиналы АВ, которые включаются в однофазные и трехфазные сети, и соответствующие им мощности суммарной нагрузки.

Эта таблица позволит легко определить, сколько киловатт нагрузки какому номинальному току защитного устройства соответствуют. Как мы видим, автомату 25 Ампер в сети с однофазным подключением и напряжением 220 В соответствует мощность 5,5 кВт, для АВ на 32 Ампера в аналогичной сети – 7,0 кВт (в таблице это значение выделено красным цветом). В то же время для электрической сети с трехфазным подключением «треугольник» и номинальным напряжением 380 В автомату на 10 Ампер соответствует мощность суммарной нагрузки 11,4 кВт.

Наглядно про подбор автоматических выключателей на видео:

Назначение и разновидности автоматов

Автоматический выключатель – предохранительное устройство, которое перекрывает поступление тока в проводку при перегрузке в сети и/или коротком замыкании. Это происходит с помощью расцепителя. Он бывает трех видов, от которых зависит прямое назначение выключателя.

Тепловой служит для защиты от перегрузок в сети, представляет собой биметаллическую пластину теплового реле. При превышении значения номинального тока она нагревается, расширяется и выгибается, толкая рычаг, который разрывает соединение.

Второй тип – электромагнитный. Это система из катушки, сердечника и пружины, предназначенная для защиты от короткого замыкания. При резком увеличении силы тока, проходящего через катушку, меняется магнитное поле, это в свою очередь меняет положение сердечника, приводя к сжатию пружины и срабатыванию рычага.

Есть и универсальный вариант — комбинированный. Он объединяет в себе оба вышеописанных механизма, защищая одновременно и от перегрузок, и от скачков напряжения.

По конструкции автоматические выключатели разделяются на несколько разновидностей в зависимости от силы тока, на которую они рассчитаны:

• воздушный – от 800 до 6300 А;
• в литом корпусе – от 10 до 2500 А;
• модульный – от 0,5 до 125 А.

Последний является одним из самых распространенных. При его выборе следует отметить, что он доступен по цене и прост в использовании и монтаже. Применяется в квартирах, частных домах и офисах. Устройства в литом корпусе и воздушные чаще устанавливаются на промышленных предприятиях и имеют более высокую цену.

Есть разделение автоматических выключателей и по времени срабатывания. Это характеристика, которая определяет скорость расцепления. В зависимости от её значения выделяют опять же три типа. Первый – нормальные (0,02-0,1 с), далее идут селективные (до 1 с) и быстродействующие с токоограничивающим эффектом (до 0,05 с). Последние являются особо долговечными и эффективными. Такой автомат срабатывает перед самой перегрузкой, до сильного повышения тока. Для выбора по данному параметру необходимо учесть силу перегрузок, которые могут возникнуть, и их частоту. Чем они выше и чем чаще происходят, тем быстрее устройство должно на них реагировать.

Что важно знать при подключении электроприборов

Итак, рассчитав примерный номинал требуемого автомата нужно дать разъяснения касательно мощностей. Многие задаются вопросом о том, а можно ли включать сильно мощные электроприборы в обычную розетку, например, такие, как электрокотел.

Согласно правилам ПУЭ, подключение электрокотла мощностью более 3 кВт в обычную розетку недопустимо. Да и каждая розетка обладает своими определёнными характеристиками. Чаще всего домашние розетки идут на 16 ампер, а, следовательно, подключать к ним электроприборы допускается мощностью не более чем в 3,5 кВт.

Поэтому любой, мало-мальски мощный электроприбор, необходимо подсоединять только через отдельный автомат. Причём к автоматическому выключателю подводится именно фазный провод, а не рабочий ноль. Таким образом, зная примерную мощность оборудования, можно легко рассчитать номинал автоматического выключателя.

Подбор номинала

Выбор номинала автоматического выключателя должен соответствовать определённым требованиям. А конкретнее, автомат обязан сработать прежде, чем токи смогут превысить допустимые значения проводки. Из этого следует, что номинал автомата должен быть чуть меньше, нежели сила тока, которую способна выдержать проводка.

Выбрать нужный АВ довольно просто. Тем более что существует таблица номиналов автоматов по току, а это значительно упрощает задачу.

Исходя из всего этого, можно составить алгоритм, по которому проще всего подобрать автомат нужного номинала:

• Для отдельно взятого участка вычисляется сечение и материал провода.
• Из таблицы берётся значение максимального тока, который способен выдержать кабель.
• Остаётся с помощью таблицы лишь выбрать автомат со значением чуть меньшим длительно допустимого тока.

Таблица содержит пять номиналов АВ 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А, из которых и будет выбираться защитное устройство. Автоматы же меньших значений практически не используются, так как нагрузки современных потребителей просто не позволят этого сделать. Таким образом, имея необходимы значения, очень легко выбрать автомат, соответствующий конкретно взятому случаю.