Как подобрать автоматический выключатель по мощности нагрузки

Правильное применение защитных устройств предотвращает поражение электрическим током, появление и развитие аварийных ситуаций. Корректный выбор автомата по мощности нагрузки необходим для создания новых и модернизации эксплуатируемых сетей электропитания.

Для чего нужны защитные автоматы и как они работают

Устройства данной категории способны регистрировать чрезмерное потребление электрической энергии. Это происходит при коротком замыкании либо подключении мощных или реактивных нагрузок. В подобных ситуациях защитный автомат отключает источник питания 220 (380) V без вмешательства со стороны пользователя.

Для выполнения отмеченных функций в стандартной конструкции применяют две технологии. При быстром увеличении силы тока выше определенного расчетом уровня соленоид создает магнитное поле, которое перемещает шток. Через механический привод этот узел размыкает контактную группу. Параметры узла рассчитывают с учетом пусковых нагрузок, чтобы исключить ложные срабатывания.

Вторая защита организована с применением известного явления – нагрева проводника пропусканием тока. Соответствующий участок цепи создают из биметаллической пластины. При повышении температуры она изменяет форму вплоть до разрыва контакта. В некоторых моделях автоматов предусмотрена специальная регулировка для настройки уровня чувствительности.

Чем опасно несоответствие кабеля сетевой нагрузке

Возможные проблемы проще понять на конкретном примере. Исходные данные:

• стандартное питание с переменным напряжением U = 220 В;
• в квартире старая алюминиевая проводка (сечение 2,5 мм кв.);
• ампераж автомата – 30 А;
• подключают 6 конвекторов по 750 Вт и один утюг 850 Вт.

Расчет:

• суммарная мощность (Р) потребителей – 5 350Вт;
• ток (I) в цепи вычисляют по формуле I = P/U = 5 350 / 220 = 24,32 А).

Автомат в такой ситуации не сработает (30>24,32А). Такой ток сильно нагреет алюминиевый провод, расплавит изоляцию. Разрушенную коротким замыканием цепь придется восстанавливать, что затруднено при монтаже сетей внутри строительных конструкций. В худшей ситуации пожаром будет уничтожены значительные материальные ценности.

По нормативам «ПУЭ» для проводника с рассматриваемыми параметрами мощность нагрузки при подключении к однофазной сети 220V не должна превышать 4,4 кВт. Соответствующий предел по току – 20 А. Негативному развитию ситуации могут способствовать «скрутки», окислы, иные дефекты в местах соединений.

Защита слабого звена электроцепи

Кроме сечения при выборе подходящей кабельной продукции обращают внимание на реальные условия эксплуатации. Нормированные значения приведены для нагрева до температуры не выше +60°C. При монтаже линии на участке возле загородного дома необходимо предусмотреть защиту от влажности, других неблагоприятных внешних воздействий.

Внимательно проверяют все части электрической сети. Базовое правило – надежная защита с учетом показателей участка с худшими параметрами. Следует учитывать, что медь рассчитана при одинаковом сечении на большие нагрузки по сравнению с алюминием. Определенное значение имеет чистота металла. По мере увеличения примесей ухудшается проводимость, увеличиваются потери на бесполезный и опасный нагрев.

Устройство внутриквартирной разводки

В таких объектах недвижимости для создания качественной системы электропитания применяют следующие типовые решения:

• вводный автомат нужно поставить до счетчика;
• за прибором контроля монтируют общее устройство защитного отключения (УЗО);
• далее оснащают автоматическими выключателями (АВ) отдельные линии.

УЗО предотвращает аварии, которые провоцируют токи утечки. В некоторых ситуациях препятствует поражению электрическим током. Однако комплексные защитные мероприятия выполняют с помощью автоматических выключателей. Обязательно применяют эффективное заземление.

Как правило, на кухне удобно ставить несколько групп для равномерного распределения нагрузок. Особенно внимательно рекомендуется подбирать распределение мощных потребителей:

• варочные панели;
• духовые шкафы;
• котлы отопления, бойлеры, проточные нагреватели;
• электрические конвекторы, тепловые пушки;
• кондиционеры.

Схема проводки отличается древовидной структурой. От центральной линии «ствола» делают необходимые отводы «ветки» для подсоединения розеток и выключателей.

Как рассчитать номинал автоматического выключателя

Основной функцией АВ является защита электропроводки. По этой причине сначала обеспечивают соответствие номинала выключателя в амперах, сечения и материала (медь, алюминий) жил кабеля.

Определение суммарной мощности потребителей

Сколько электричества необходимо для функционирования светильников и других изделий, отмечено в сопроводительной документации. Мощность указывают на корпусе. Эти данные можно получить на официальном сайте производителя. Однако простого суммирования киловатт недостаточно.

Активная и номинальная компонента

Простой алгоритм вычислений, показанный в примере, описывает ситуацию с резистивной нагрузкой. Именно эту составляющую (активную мощность – P) указывают в техническом паспорте соответствующего изделия. Она определяется счетчиком для регулярных оплат потребленной энергии.

Однако при подключении станка или другой техники с электроприводом придется учесть индуктивную компоненту. Аналогичным образом действуют при наличии в цепи конденсатора.

Формулы и пояснения:

• P = S * cos ϕ;
• Q = S * sin ϕ;
• S = P/ cos ϕ;
• ϕ – угол между векторами P и S (фазовый сдвиг).

Реактивная составляющая (Q) обозначает цикличный обмен энергией между источником питания и нагрузкой. Сумма векторов P и Q поможет определить итоговую полную мощность (S).

Повышенные стартовые токи

Включения мощного насоса (другой реактивной нагрузки) сопровождается броском тока и последующим колебательным процессом с переходом в обычный рабочий режим. Длительность импульса, как правило, не превышает 1,5-2 секунд. Такая длительность недостаточна для разогрева биметаллической пластины. Но этого может хватить для перемещения штока соленоида.

В перечне представлены типовые уровни превышения номинала, которые активизируют отключение электромагнитной катушкой. В скобках приведены временные задержки до разрыва цепи биметаллической пластиной (сек):

• А – 30% (20-30);
• B – 200% (4-5);
• C – 5 раз (1,5);
• D – 10 раз (0,4).

Соответствующие режимы учтены при создании профильных стандартов. Чтобы предотвратить ошибочное отключение, надо выбирать подходящий тип автомата.

Учет коэффициента спроса

Этот поправочный множитель (Кс) применяют для учета нагрузок в реальных условиях эксплуатации: Расчетная = S * Кс. Его значение (интервал от 0 до 1) обозначает количество подключенных потребителей. Такой способ удобно применять при создании офисных и производственных проектов, где подразумевается использование однотипного оборудования: станков, компьютеров и др.

Для домашних задач не сложно сделать правильный вывод на основе элементарной проверки. Сложно представить ситуацию, когда в одной комнате одновременно используют кондиционер для охлаждения, и нагревают воздух тепловентилятором.

Расчет потребляемой мощности

Приведенные формулы с фазовым сдвигом используют для коррекции индуктивных и емкостных нагрузок. Резистивные учитывают по паспортным данным без пересчета. Значение cos ϕ берут из сопроводительной документации.

Вычислить силу тока можно следующим образом:

• P/U – постоянные источники питания, резистивные нагрузки;
• P/ (U * cos ϕ) = P/ (220 * cos ϕ) – одна фаза, ~220V, реактивные характеристики потребителя;
• P/ (U * √3 * cos ϕ) = P/ (380 * 1.7321 * cos ϕ) – трехфазная сеть ~380V, индуктивные (емкостные) параметры техники.

Измерить реальные напряжения можно с помощью мультиметра. Методика выполнения рабочих операций приведена в официальной инструкции производителя.

Выбор сечения жил

Необходимые сведения о нагрузочных способностях содержит официальная документация производителей кабельной продукции. Рекомендуется выбрать большее из серийного ряда сечение, чтобы исключить перегрев и повреждения в процессе эксплуатации. По действующим правилам для жилых помещений пригодны проводники с площадью от 1,5 мм и более.

С учетом увеличенной энерговооруженности современных объектов недвижимости минимальных возможностей сети будет недостаточно. Специалисты советуют предусмотреть подключение дополнительного оборудования в рамках последующей модернизации.

Номиналы автоматических выключателей по току

Предельное значение номинала определяют по формуле Iном ≤ Iпр/1,45, где Iпр – допустимый в длительном режиме ток для определенной проводки. Если планируется монтаж сети, действуют следующим образом:

• уточняют схему подключения потребителей;
• собирают паспортные данные техники, измеряют напряжение;
• по представленной схеме рассчитывают отдельно, суммируют токи в отдельных цепях;
• для каждой группы надо подобрать автомат, который будет выдерживать соответствующую нагрузку;
• определяют кабельную продукцию с подходящим сечением проводника.

Если сети установлены в штробах и закрыты штукатуркой, разборка слишком затруднена. В этом случае применяют подбор автомата по сечению кабеля. Начинают с оценки нагрузочных способностей имеющихся линий. Полученный результат используют для оценки подходящих моделей защитных устройств. Далее распределяют потребителей по группам с учетом суммарной мощности (совместного использования).

Правила выбора номинала

Для корректных выводов надо учитывать особенности подключаемого оборудования. Если по расчету суммарный ток составляет 19 ампер, пользователи предпочитают покупать аппарат на 25А. Это решение предполагает возможность применения дополнительных нагрузок без существенных ограничений.

Однако в некоторых ситуациях лучше выбрать автоматический выключатель на 20А. Этим обеспечивают относительно меньшее время на отключения питания при росте тока (повышении температуры) биметаллическим разъединителем. Такая предосторожность поможет сохранить в целостности обмотки электродвигателя при блокировке вращения ротора заклинившим приводом.

Разное время срабатывания пригодится для обеспечения селективной работы средств защиты. На линиях устанавливают устройства с меньшей задержкой. При аварийной ситуации отсоединяется от электричества только поврежденная часть. Вводной автомат не успеет отключиться. Питание по другим цепям пригодится для поддержания в работоспособном состоянии освещения, сигнализации, других инженерных систем.

Подбор автомата по мощности

Отдельные рабочие операции упрощают, пользуясь специализированными калькуляторами. Такие программы предоставляют бесплатно информационные и справочные сайты. Но подбор автомата по мощности придется делать на основе реального оснащения.

Типовой алгоритм:

• уточняют исходные данные потребления отдельных устройств;
• распределяют по группам, уточняют суммарные значения;
• полученные результаты используют для выбора средств защиты.

Этим параметром обозначают сохранение функциональности при кратном превышении токовых нагрузок (раз):

• B (3-5);
• C (5-10);
• D (40-50).

Требования к моделям автоматов формируют с учетом номинала и класса коммутационных способностей. Средства защиты выбирают с запасом, чтобы обеспечить работоспособность при возникновении аварийных ситуаций.

Табличный способ

В справочных материалах указывают сколько нагрузочной мощности можно применить, если автоматы устанавливать в разных сетях питания. Пример для модели на 2 А (значения в кВт):

• 220 В, 1 (2) полюса, однофазное подключение – 0,4;
• 380 В, 3 пол., «треугольник» – 2,3;
• 380 В, 4 пол., «звезда» – 1,3.

Результат необходимо повысить до ближайшего в модельном ряду значения для надежности.

Графический способ

В это методике применяют аналогичные принципы. Но проверочные параметры представлены в наглядной графической форме.

Нюансы выбора

В любом случае выбор автоматического выключателя по току (мощности) делают с запасом. Специалисты рекомендуют применять повышающий коэффициент 1,4-1,6. Одновременно проверяют способности проводки выдержать максимальную нагрузку.

Расчет автомата по сечению электропроводки

Для типичной бытовой сети данные можно взять из следующей таблицы:

Сечение проводника, мм кв.		Допустимая мощность нагрузки, Вт		Номинал выключателя, А
Медь	Алюминий	220 А, 1 фаза	380 В, 3 фазы
1,5	2,5	2 200	5 300	10
2,5	4	4 400	10 500	20
4	6	5 500	13 200	25

Выбор автомата по сечению кабеля помогает защитить проводку. Эту методику рекомендуют применять опытные специалисты. Если площадь неизвестна, ее вычисляют по типовой геометрической формуле с учетом измеренного диаметра (D) проводника: S = (π * D2)/4 = 0,785 * D2.

Формула расчета мощности по току и напряжению

Для вычислений по этим параметрам применяют определения полной (S), активной (P) и реактивной (Q) мощности. Следующие формулы подходят для расчета однофазных сетей 220 В:

• S = U *I;
• P = U * I * cos ϕ;
• Q = U * I * sin ϕ.

Исходные данные для вычисления можно взять из справочников. Также применяют результаты измерений.

Активная нагрузка

Лампы накаливания и нагреватели не обладают реактивными характеристиками. Такие нагрузки не смещают фазы токов и напряжений. Мощность потребляется полностью с удвоенной частотой.

Емкостная нагрузка

При подключении конденсатора к сети переменного тока происходит обмен энергией в обоих направлениях. Этот процесс не сопровождается полезной работой.

Негативное воздействие реактивной нагрузки

В представленных объяснениях рассматривается идеальная ситуация. Однако в реальности каждый реактивный элемент обладает определенным электрическим сопротивлением. Следует не забывать о соответствующих потерях в соединительных проводах и других компонентах цепи.

При значительных величинах емкостной (индукционной) составляющей надо учитывать отмеченные проблемы. В некоторых схемах кроме увеличения нагрузочной способности автоматов применяют дополнительные компенсационные компоненты.

По каким токам производят расчет автоматов

Мощность защитного устройства подбирают по току проводки (расчетному или табличному значению) с учетом потребления подключенной нагрузкой. Номинал автомата выбирают меньше, чтобы сохранить целостность линии питания в процессе эксплуатации. На разных участках сети устанавливают проводники соответствующего сечения, руководствуясь принципами древовидной структуры.

Намеренное уменьшение номинала выключателя допустимо при подключении нагрузок со сниженным потреблением электроэнергии. В этом варианте подразумевается использование линий с большим запасом по току. Подобное решение лучше защищает подключенную технику от повреждений.