Понятие «нагрузка» в электрических сетях неразрывно связано с необходимостью их защиты от перегрузок по току и короткого замыкания. Для решения проблем, связанных с эксплуатацией силовых линий, схемами включения предусматриваются специальные защитные устройства. Одним из таких приборов является автоматический выключатель, номинал которого выбирается в зависимости от режима работы нагрузки и параметров самой питающей линии. Чтобы подобрать автомат по сечению кабеля, потребуется ознакомиться с функциями, которые он выполняет в сети.
Функции автоматического выключателя
Согласно ПУЭ, основная функция автоматических отключающих устройств – защита электросети от КЗ и перегрузок. Этот прибор отключает потребителя от линии при превышении током заданной для него номинальной величины (уставки). Вместе с тем он не должен срабатывать при допустимой для него токовой нагрузке (при одновременном включении утюга и варочной панели, например).
Функция линейного предохранителя проявляется также в защите кабеля питания от термического разрушения из-за возгорания его оболочки и последующего за этим пожара. Такие ситуации вполне возможны, поскольку в условиях КЗ токи в линии достигают тысяч ампер. Ни одна из известных марок кабельной продукции при указанных нагрузках не сможет выдержать и нескольких минут. Не говоря уже об обычных изделиях с сечением жил 2,5 кв. мм, традиционно используемых для обустройства электропроводки в частных домах и городских квартирах.
Грамотный расчет защитного автоматического выключателя имеет большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации местной электрической сети. Правильный подход к выбору номиналов автоматов по сечению кабеля играет в этом деле первостепенную роль.
Факторы, влияющие на выбор необходимого номинала
Расчет рабочих параметров провода и автомата допустим лишь при условии учета всех нюансов, касающихся особенностей эксплуатации электросети. Такой подход поможет избежать возможных ошибок при выборе защитного устройства.
Определение общей мощности потребления
Один из основных параметров электрической сети – максимальная мощность потребления всех подключенных к ней активных и реактивных нагрузок. При расчете этого показателя просто суммировать величины, указанные в паспорте устройства, не допускается. Это объясняется разным характером их действия в линии. Любой прибор, подключенный к розетке или непосредственно к кабелю питания подстанции, характеризуется потребляемой им мощностью, оцениваемой в киловаттах (кВт). Эта величина определяет ту энергию, которая преобразуется в данном устройстве в проделанную им или в нем работу и за которую пользователь расплачивается по счетчику.
Известна категория нагрузок, в состав которых входят емкостные и индуктивные элементы. Они называются реактивными и в формировании общей потребляемой мощности участия не принимают – при работе просто перекачивают энергию от сети и обратно. Однако с точки зрения выбора автомата по сечению кабеля эта составляющая тока обязательно учитывается.
Иногда полная или номинальная мощность, учитывающая активную и реактивную составляющую, также указывается в паспорте. Протекающий в нагрузочной цепи ток рассчитывается в этом случае, исходя из ее значения (оно делится на действующее напряжение 220 или 380 Вольт).
Повышенные стартовые токи
В отдельных видах домашней техники (в стиральных машинах, бытовых компрессорах), имеются встроенные электродвигатели, отличающиеся повышенными пусковыми токами. Их величина в течение очень короткого времени (не более 3-х секунд) может многократно превышать рабочие значения, наблюдаемые в установившемся режиме. Образующийся при этом кратковременный всплеск тока, как правило, не вызывает срабатывания теплового расцепителя автомата.
Однако его электромагнитная часть, ответственная за сверхтоки короткого замыкания, в реальных условиях нередко срабатывает и отключает прибор. Очень часто это происходит в выделенных линиях трехфазного питания с подключенным к ним станочным оборудованием (в частных домах). В этом случае следует определиться с величиной пускового импульса и предусмотреть использование автомата класса «D».
Учет коэффициента спроса
Для цепей с подключенными к ним равноценными по энергоемкости нагрузками вводится понятие «коэффициента спроса», обозначаемого как «ks». Смысл его применения состоит в том, что все приборы одновременно никогда не включаются в сеть и простое суммирование их мощностей даст завышенный показатель. Применяемый с этой целью коэффициент принимает значение равное единице или чуть меньше.
С его учетом расчетная мощность (Pr) для всех обслуживаемых приборов находится по формуле:
Pr= ks х S, где S – ее суммарное значение до введения поправки.
Использовать этот коэффициент имеет смысл в офисных и торговых помещениях с большим объемом оргтехники и другой аппаратуры.
Для современных однокомнатных квартир с ограниченным числом потребителей он обычно не принимается во внимание. Когда суммарная мощность всех потребителей определена, можно переходить к процедуре выбора автомата по максимальной токовой нагрузке. Его рабочее или номинальное значение определяется по закону Ома:
I=S/220 Вольт – для одной фазы.
I=S/(1,73х380) – для трехфазной сети.
Коэффициент 1,73 учитывает индуктивный характер нагрузки.
Расчет параметров автомата
Для любой электросети, подключенной к местному распределительному шкафу, должно выполняться следующее неравенство:
In <= Ip/ 1,45
Здесь In соответствует номинальному току автомата, а Ip – предельно допустимое его значение для самой проводки. Соблюдение требований этого неравенства – главное условие правильности выбора пары «автомат – кабель», исключающее перегрев и аварийное возгорание электропроводки.
Рассчитать номинальный ток можно или по известной суммарной нагрузке, или же по сечению жил имеющейся проводки.
Если эскиз разводки в квартире уже прорисован, а до прокладки дело еще не дошло, порядок действий выглядит так:
- Вычисляется суммарный ток всех подключаемых к электросети приборов (согласно схеме).
- Подбирается автомат с номиналом подходящего значения.
- Согласно таблице соответствия сечений и токов выбирается кабель нужной марки и типа.
Когда электропроводка уже проложена, необходимые операции существенно упростятся. По известному сечению уложенного определенным образом кабеля по таблицам соответствия определяется предельный ток. После этого согласно приведенной ранее формуле вычисляется значение номинала автомата.
Выбор между несколькими вариантами
Возможны ситуации, когда при выборе автомата с нужным номиналом возникает альтернатива подбора двух близких значений. Так при суммарной мощности потребления в 4 кВт (18 Ампер) подойдет проводка с сечением медных жил 4 мм2. В этом случае допускается ставить прибор на 20 либо на 25 Ампер.
При использовании нескольких ступеней защиты выбирать автоматы следует так, чтобы значение номинала верхнего уровня превышало тот же показатель для приборов более низкого статуса. С другой стороны выбор номинала меньшей величины выгоден тем, что в этом случае тепловой расцепитель быстрее сработает при превышении током допустимого значения.
Провести расчеты автомата по сечению кабеля можно в режиме онлайн. Для этого существует много источников, представленных на страницах Интернета.
