Подбор автоматического выключателя по мощности

Подбор автоматического выключателя по мощности

Выбор защитных автоматических выключателей производится не только в ходе установки новой электрической сети, но и при модернизации электрощита, а также при включении в цепь дополнительных мощных приборов, повышающих нагрузку до такого уровня, с которым старые устройства аварийного отключения не справляются. И в этой статье речь пойдет о том, как правильно производить подбор автомата по мощности, что следует учитывать в ходе этого процесса и каковы его особенности.

Непонимание важности этой задачи может привести к очень серьезным проблемам. Ведь зачастую пользователи не утруждают себя, производя выбор автоматического выключателя по мощности, и берут в магазине первое попавшееся устройство, пользуясь одним из двух принципов – «подешевле» или «помощнее». Такой подход, связанный с неумением или нежеланием рассчитать суммарную мощность устройств, включенных в электросеть, и в соответствии с ней подобрать защитный автомат, зачастую становится причиной выхода дорогостоящей техники из строя при коротком замыкании или даже пожара.

Что защищает автоматический выключатель

Прежде чем подбирать автомат, стоит разобраться, как он работает и что он защищает. Многие люди считают, что автомат защищает бытовые приборы. Однако это абсолютно не так. Автомату нет никакого дела до приборов, которые вы подключаете к сети – он защищает электропроводку от перегрузки.

Ведь при перегрузке кабеля или возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, что приводит к перегреву кабеля и даже возгоранию проводки.

Особенно сильно возрастает сила тока при коротком замыкании. Величина силы тока может возрасти до нескольких тысяч ампер. Конечно, никакой кабель не способен долго продержаться при такой нагрузке. Тем более, кабель сечением 2,5 кв. мм, который часто используют для прокладки электропроводки в частных домовладениях и квартирах. Он попросту загорится, как бенгальский огонь. А открытый огонь в помещении может привести к пожару.

Поэтому правильный расчет автоматического выключателя играет очень большую роль. Аналогичная ситуация возникает при перегрузках — автоматический выключатель защищает именно электропроводку.

Когда нагрузка превышает допустимое значение, сила тока резко возрастает, что приводит к нагреванию провода и оплавлению изоляции. В свою очередь, это может привести к возникновению короткого замыкания. А последствия такой ситуации предсказуемы – открытый огонь и пожар!

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.

Коротко принцип работы и предназначение защитных автоматов

Автоматический выключатель при коротком замыкании срабатывает практически моментально благодаря электромагнитному расцепителю. При определённом превышении номинального значения тока нагревающаяся биметаллическая пластина отключит напряжение спустя некоторое время, которое можно узнать из графика время токовой характеристики.

Данное предохранительное устройство защищает проводку от КЗ и сверх токов, превышающих расчётное значение для данного сечения провода, которые могут разогреть токопроводящие жилы до температуры плавления и возгорания изоляции. Чтобы этого не произошло, нужно не только правильно подобрать защитный выключатель, соответствующий мощности подключаемых устройств, но и проверить, выдержит ли имеющаяся сеть такие нагрузки.

Внешний вид трех полюсного автоматического выключателя

Провода должны соответствовать нагрузке

Очень часто бывает, что в старом доме устанавливается новый электросчётчик, автоматы, УЗО, но проводка остаётся старой. Покупается много бытовой техники, суммируется мощность и под неё подбирается автомат, который исправно держит нагрузку всех включённых электроприборов.

Вроде всё правильно, но вдруг изоляция проводов начинает выделять характерный запах и дым, появляется пламя, а защита не срабатывает. Это может случиться, если параметры электропроводки не рассчитаны на такой ток.

Допустим, поперечное сечение жилы старого кабеля — 1,5мм², с максимально допустимым пределом по току в 19А. Принимаем, что одновременно к нему подключили несколько электроприборов, составляющих суммарную нагрузку 5кВт, что в токовом эквиваленте составляет приблизительно 22,7А, ему соответствует автомат 25А.

Провод будет разогреваться, но данный автомат будет оставаться включённым все время, пока не произойдёт расплавление изоляции, что повлечёт короткое замыкание, а пожар уже может разгораться полным ходом.

кабель силовой NYM

Защитить самое слабое звено электропроводки

Поэтому, прежде чем сделать выбор автомата соответственно защищаемой нагрузке, нужно удостовериться, что проводка данную нагрузку выдержит.

Согласно ПУЭ 3.1.4 автомат должен защищать от перегрузок самый слабый участок электрической цепи, или выбираться с номинальным током, соответствующим токам подключаемых электроустановок, что опять же подразумевает их подключение проводниками с требуемым поперечным сечением.

При игнорировании этого правила не стоит нарекать на неправильно рассчитанный автомат и проклинать его производителя, если слабое звено электропроводки вызовет пожар.

Расплавленная изоляция проводов

Расчет номинала автомата

Допускаем, что проводка новая, надёжная, правильно рассчитанная, и соответствует всем требованиям. В этом случае выбор автоматического выключателя сводится к определению подходящего номинала из типичного ряда значений, исходя из расчетного тока нагрузки, который вычисляется по формуле:

I=P/U,

где Р – суммарная мощность электроприборов.

Подразумевается активная нагрузка (освещение, электронагревательные элементы, бытовая техника). Такой расчет полностью подходит для домашней электросети в квартире.

Допустим расчет мощности произведён: Р=7,2 кВт. I=P/U=7200/220=32,72 А. Выбираем подходящий автомат на 32А из ряда значений: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100.

Данный номинал немного меньше расчётного, но ведь практически не бывает одновременного включения всех электроприборов в квартире. Также стоит учитывать, что на практике срабатывание автомата начинается со значения в 1,13 раза больше от номинального, из-за его времятоковой характеристики, то есть 32*1,13=36,16А.

Для упрощения выбора защитного автомата существует таблица, где номиналы автоматов соответствуют мощности однофазной и трёхфазной нагрузки:

Таблица выбора автомата по току

Найденный по формуле в вышеприведённом примере номинал наиболее близок по значению мощности, которое указано в выделенной красном ячейке. Также, если вы хотите рассчитать ток для трехфазной сети, при выборе автомата, ознакомьтесь со статьей про расчет и выбор сечения провода

Подбор защитных автоматов для электрических установок (электродвигателей, трансформаторов) с реактивной нагрузкой, как правило, не производится по мощности. Номинал и тип время токовой характеристики автоматического выключателя подбирается соответственно рабочему и пусковому току, указанному в паспорте данного устройства.

Автоматический выключатель: подбор мощности

Один из параметров электрической цепи, опираясь на который удаётся корректно подобрать автоматический выключатель — мощность нагрузки. Здесь под исполнение корректного подбора выключателя-автомата требуется:

• определить сумму нагрузки от приборов электросети, подключенных на постоянной основе;
• увеличить полученное значение на верхний коэффициент, определив тем самым возможное временное увеличение нагрузки (например, за счёт включения неучтённых дополнительных приборов).

Автоматический выключатель: пример расчёта под бытовую нагрузку

Для современной бытовой хозяйственной сферы обыденным явлением видится оснащение по максимуму электрическими приборами. Причём обычно большая часть электроприборов приходится на кухонное помещение.

Оснащение современной кухни выстраивается большим количеством электрической техники и каждый прибор нуждается в защите по питанию

Постоянно действующей нагрузкой (в скобках указаны средние значения) на кухонную электропроводку традиционно выступают:

• холодильный шкаф бытовой (0,5 кВт);
• микроволновая установка (1 кВт);
• чайник с электро-нагревателем (1,5 кВт);
• вытяжная система (0,2 кВт).

Здесь, судя по совокупной имеющейся нагрузки, значение мощности для кухонной электрической цепи составит – 3,2 кВт. Исходя из полученного значения потребительской нагрузки, корректным следует считать выбор автоматического выключателя мощностью 3,5 кВт (номинал) на рабочий ток 16А.

Допустим, под эту же схему домовладельцы решили пристроить дополнительный электроприбор – кофеварку. Мощность этого устройства составляет в среднем — 1,5 кВт. В результате суммарное потребление электроэнергии кухонной техники возрастёт по мощности до 4,7 кВт.

Если автоматический выключатель фиксирует перегрузку по току, срабатывает защитный механизм на отключение. Подача электричества в цепь нагрузки прекращается

С таким уровнем нагрузки выбранный автоматический выключатель уже не справится (превышено граничное значение мощности). Соответственно, будет срабатывать защитный механизм прибора. Подача электричества в дом прекратится. Именно для исключения подобных ситуаций требуется учитывать коэффициент верхнего энергопотребления.

Как правило, значение коэффициента на временное дополнительное потребление берётся не выше 1,5. Иначе утрачивается эффективность контроля постоянной нагрузки. К тому же, применяя коэффициент верхнего потребления, нельзя забывать о сечении электропроводки, значение которого должно соответствовать передаваемой мощности.

Автоматический выключатель и номинальная нагрузка

Мощностью номинального режима считается значение отсечки, не приводящее к срабатыванию механизма защиты. Это значение рассчитывают по известной формуле.

Механизм автоматического выключателя имеет сложную структуру и очень чувствительные элементы. От чувствительности элементов зависит точность отсечки по времени

Классическая формула расчёта потребляемой мощности из курса физики:

P=U*I

где: U – напряжение, I – ток нагрузки.

Выше в примере подбора мощность автоматического выключателя была уже подсчитана совокупностью потребления всеми бытовыми приборами. Поэтому, пользуясь обозначенной формулой, достаточно просто вычислить требуемый ток автоматического выключателя, несколько изменив расклад формулы:

I= P/U (3500/220=14,9А)

Результат представленного расчёта соответствует стандарту для автоматических выключателей номинального тока — 16А.

Если требуется выбор автоматического выключателя на электрический двигатель под эксплуатацию, например, в трёхфазной сети, используют ту же формулу для расчётов. Правда дополнительно к этой формуле следует применить параметр — cos φ. Тогда получится следующий расклад:

I= P/U * cos φ

Подбор автоматического выключателя по току

Когда имеются в наличии расчётные сведения по значению максимально возможного тока эксплуатируемой электрической цепи, автомат несложно подобрать, используя технический параметра тока, установленный для прибора.

В таком случае подбор автоматического выключателя — устройства защиты электропроводки и подключенных приборов, выполняется по номинальному значению ампер, указанному на корпусе автомата.

Значения тока, на которое следует обращать внимание при выборе устройства защиты электрических цепей, обозначено (в амперах) непосредственно на фронтальной панели корпусе прибора

Особых сложностей выбора для лица, приобретающего автомат под бытовое применение не предвидится. Любой автоматический выключатель всегда имеет принятое стандартом обозначение рабочего тока.

Номинальная величина указывается непосредственно на корпусе прибора. В крайнем случае, оригинальное устройство всегда сопровождает инструкция, где представлены необходимые сведения по техническим и эксплуатационным параметрам.

Однако существует такое понятие как рабочая область токов — по умолчанию характерный параметр для всех существующих конструкций автоматических выключателей. И чем больше токовый номинал прибора, тем более расширенным является диапазон токовой рабочей области.

К примеру, автоматический выключатель значением на 10А имеет рабочую токовую область в диапазоне от 6А до 10А, тогда как прибор номинальным значением 63А охватывает диапазон рабочих токов от 50А до 63А.

Характеристика защиты автоматического выключателя

Характеристика защиты – ещё один важный момент (технический параметр), на который следует обращать внимание при выборе автомата-выключателя под эксплуатацию в бытовой сфере.

Перед цифрой, указывающей номинальный ток, всегда находится аббревиатура временной характеристики. Это один из критериев выбора для потенциального покупателя прибора

Характеристика функционала защиты электроприбора определяет скорость действия механизма защиты в зависимости от номинального значения тока автомата и тока подключенной нагрузки.

Для бытовых целей, как правило, используются приборы с характеристикой функционала защиты класса «В» или «С». Первые устройства срабатывают на отключение по факту 3-5 кратного превышения значения тока нагрузки. Вторые устройства обладают 5-10 кратным запасом.

Между тем независимо от имеющегося запаса, момент срабатывания защиты определяется ещё и временем (долями секунды), в течение которого допускается превышение установленного защитного параметра.

Подбор автоматических выключателей на видео

Видеоролик ниже — своего рода практическое пособие в деле подбора рассмотренных электрических устройств защиты цепей. Не следует отказываться от просмотра материала, тем более людям слабо информированным в этом вопросе:

Независимый расцепитель: устройство защитного отключения на примере PH-47

Пуск однофазного электродвигателя: инструкция для применения на практике

Силовые трансформаторы «Siemens»

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Как рассчитать мощность автомата

Чтобы обеспечить самую эффективную и точную защиту от перегрузок, для расчета автомата по мощности для сети 220V используется формула:

в которой номинальный ток выражен I, сумма мощностей всех питаемых потребителей с осветительными приборами в том числе, — это P, а напряжение электрической сети — U. Таким образом, величина номинального тока будет расти при увеличении суммарной мощности потребителей.

А для сети 380V расчет автомата по мощности производится по формуле:

в которой добавляется величина cosφ, означающая коэффициент мощности (точное значение можно посмотреть в табл. 6.12 норматива СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электрических установок жилых и общественных зданий»). Для упрощения расчетов в бытовых условиях косинус фи принимают равным единице. А вообще этот коэффициент зависит от типа электрического приемника, к примеру:

• для сетей освещения с люминесцентными лампами коэффициент мощности равен 0,92;
• для осветительных сетей с лампами накаливания — единице;
• для газосветных рекламных установок — от 0,35 до 0,4;
• для вычислительных машин без технологического воздушного кондиционирования — 0,65;
• для холодильников и кондиционеров с электродвигателем до 1 кВт cosφ равняется 0,65, а с двигателем 1 — 4 кВт коэффициент мощности возрастает до 0,75.

Попробуем сделать расчет автомата по мощности на примере. Допустим, вы стремитесь защитить от короткого замыкания группу кухонных розеток в количестве три штуки. В одну постоянно включен холодильник мощностью 400 Вт, в другие периодически подключают микроволновку или чайник (1000 Вт) или блендер (300 Вт). Подсчитаем суммарную мощность, если вы захотите одновременно подключить самые мощные приборы: 400 + 1000 + 1000 = 2400 Вт. Сила тока для сети 220V находится так:

И мы рекомендуем делать выбор автомата по мощности в пользу ближайшего номинала 10А. Может возникнуть закономерное опасение, не будет ли «выбивать» при подаче большего напряжения на такой номинал? На самом деле, если подать на 10-амперный защитный прибор нагрузку в 15 ампер, то срабатывание произойдет через восемь минут, а если подать 11 ампер, то и целых двадцать минут. За это время чайник выключится и нагрузка вновь станет допустимой — гораздо раньше, чем в дело включится расцепитель.

А как выбрать автоматический выключатель в случае с трехфазным вводом, актуальным для частных домов и некоторых новостроек? Можете либо воспользоваться формулой с коэффициентом мощности, либо сориентироваться по таблице.

Расчёт автоматического выключателя по мощности

На замену плавким предохранителям еще два столетия назад пришли автоматические выключатели. С 1924 года патент на это изобретение принадлежит швейцарской компании Brown , Boveri & Cie .

Преимущества АВ над плавкими вставками:

— плавкий предохранитель выходит из строя после первого своего срабатывания, то есть многократное его использование невозможно, необходима замена сгоревшей плавкой части;

— при использовании в трехфазной цепи, короткое замыкание в одной фазе вызовет перегорание одного предохранителя, в то время как две другие фазы будут продолжать работать. Аварийный режим работы (обрыв фазы) исключается АВ, так как к.з. в одной фазе трехполюсного выключателя приводит к разрыву всей цепи.

Автоматический выключатель (АВ) – это электромеханический коммутационный аппарат, который позволяет включать и отключать питание потребителя при нормальном режиме работы. А так же обеспечивает защиту электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузки (перегревания). Частое отключения в ручном режиме нежелательно, так как АВ имеют заявленное число коммутаций (для этого лучше использовать более дешевые рубильники).

Для того чтобы правильно выбрать автоматический выключатель, необходимо понимать его основные параметры и характеристики:

Номинальный ток автомата ( I _н ) – величина тока, на которую АВ рассчитан для длительной нормальной работы. Иногда показатель I н имеет определенный диапазон и регулятор для точной настройки. Например, I _н =3 ÷ 5А, это означает, что данный автоматический выключатель можно подстроить на рабочие токи от 3 до 5 А. При превышении указанного значения происходит срабатывание защиты и электрическая цепь разрывается. По нормам, срабатывание должно произойти при силе тока в 1,45 I _н .

Тип автоматического выключателя определяет кратковременное значение силы тока, при котором произойдет разрыв цепи. Тип или класс, в основном, определяется для момента включения. При запуске электрооборудования имеют место пусковые токи, которые могут быть огромными. Например, при прямом пуске электродвигателя, начальный ток равен 10-ти номинальным. Основные типы:

Время срабатывания (от момента, когда контролируемый параметр стал больше предельного значения, до момента размыкания контактов). АВ по времени срабатывания делятся на:

Последние имеют контакты с задержкой на размыкание. Применяются в сложных цепях, селективный АВ устанавливают на входе потребителя большой мощности. После него на разветвлениях цепи стоят автоматы меньшей мощности. Таким образом, при создании аварийной ситуации на участке цепи – выключится лишь отдельное оборудование, а селективность позволит остальной системе остаться работоспособной.

Отключающая способность – это максимальный ток, который может присутствовать кратковременно в цепи, чтобы автоматический выключатель не потерял свою работоспособность (возможно сваривание контактов при превышающих норму токах). Это значение обычно в сотню раз больше рабочего тока. А возникает такой огромный ток при коротком замыкании.

Механизмы расцепления

Тепловая отсечка (длительное влияние тока, превышающего норму) выполняется благодаря пластине, которая состоит из двух разных металлов. У используемых металлов разная тепловая проводимость. Пластина подсоединена последовательно, то есть через нее протекает ток цепи. Когда значение тока номинальное или меньше – автомат остается в замкнутом состоянии. Если же ток превысит нормированное значение, пусть даже на 10% в течении длительного времени, пластина нагреется и изогнется, тем самым, разорвет контакт питающей цепи.

Электромагнитное расцепление обеспечивает защиту от больших, резких скачков тока. Эта отсечка выполняется встроенным соленоидом. К примеру, автоматический выключатель рассчитан на ток в 2 А, его тип В, следовательно сработать он должен при токе 10 А. Для этого и служит соленоид. При токах до 10А, он будет неподвижным, а при достижении 10А, соленоид втянется и разомкнет контакт – произойдет выключение автомата.

Строение

На рисунке ниже показаны основные элементы, из которых состоит автоматический выключатель.

Функции независимого расцепления (НР), расцепление по нулевому напряжению (НРН) и по минимальному напряжению (МРН) выступают дополнительными, и не включаются в стандартные комплекты поставки (необходимо заказывать сборочные единицы).

Выше показано одно из многочисленных исполнений АВ. Существует широкое их разнообразие. Например, по роду тока, количеству подключаемых фаз, расположению клемм. Но это все конструктив, а мы описываем как это работает.

Обозначение автоматического выключателя на электрической схеме:

Онлайн расчет автоматического выключателя

Выбор по току . Если Вы хотите в квартире, гараже, на даче поставить АВ. Следовательно, проводка уже проложена и ее сечение Вам известно, тогда нужно обратиться к таблице, где указаны сечения проводов и соответствующие для них максимальные токи. Прочесть подробнее о выборе сечения проводника будет полезным для установки автомата.

Например, у меня дома в стенах проложен алюминиевый провод сечением 2,5 мм 2 .

Для открыто проложенного алюминиевого кабеля сечением 2,5мм 2 максимальный ток – 24А. Но, так как он проложен скрытно, его охлаждение будет хуже, чем на открытом воздухе. Для этого выбранное значение умножаем на поправочный коэффициент для скрытой прокладки 0,8.

Максимальный ток, который выдержит проводка:

Автомат предназначен, чтоб обеспечить защиту не только электроприборов, но и для сохранения целостности проводника. Ведь, согласитесь, искать внутри стен, где перегорела проводка – не самое веселое занятие. Потому нужно выбрать автоматический выключатель с номинальным током, ниже, чем у провода. Из стандартного ряда, автомат на 16А будет подходящим и сохранит целостность проводов и приборов.

Выбор по мощности . Если нам необходимо подключить несколько потребителей электроэнергии, и мы знаем лишь их мощность. Две лампочки накаливания на 100Вт и один асинхронный электродвигатель на 2кВт. Напряжение сети – переменное 220В.

Для лампочек накаливания подсчет будет прост, из формулы активной мощности Р= UI , выразим и найдем значение тока:

А вот с электродвигателем существует нюанс. Так как он является не только активной, но и реактивной нагрузкой, косинус фи вносит изменение в наш расчет. Коэффициент мощности указывается на шилдике (табличке) двигателя, но если такой отсутствует, смело принимайте значение 0,7. Итак, ток через двигатель будет равен:

Выбор автоматического выключателя будет по сумме этих токов (14А), но с небольшим запасом. Выбираем , снова таки, 16 амперный автомат.

Для трехфазной сети, выбор автоматического выключателя по мощности осуществляется по формуле: