Электромонтажные работы в городе Брянске
8(952)961-08-52

Как подобрать автоматический выключатель и кабель

В данной публикации попробую разобрать основные моменты на конкретных примерах. Прежде всего автоматический выключатель, как и кабель не сам по себе, а часть целого. Например, нельзя из середины кирпичной стены вынуть один кирпич и спокойно вставить вместо него большой Пено блок. В электрической цепи также все компоненты взаимосвязаны и должны соответствовать друг другу, зачастую замена одного компонента влечет к замене другого. Поэтому автоматический выключатель и другие компоненты, такие как кабели соединительные клеммы, розетки и прочее выбирают до начала монтажа на стадии проектирования. В данной публикации речь пойдёт о бытовых электрических сетях, таких как электропроводка в квартире или доме. Такие сети должны быть защищены как от токов короткого замыкания, так и от возможной перегрузки. В подавляющем большинстве случаев автоматические выключатели, используемые в быту, имеют комбинированный тепловой и электромагнитный расцепитель. Тепловой для защиты от перегрузки, электромагнитный для защиты от токов короткого замыкания.

В бытовой электропроводке обычно два пути, по какому из них пойти при выборе кабеля и автомата определяют исходные данные.

Но в начале до этого необходимо выяснить в принципе какая мощность выделена и соответствуют ли все параметры на вводе объекта для которого производятся расчеты. Для примера возьмем частный дом выделено 10 Квт при подключении на вводе нагрузки с мощностью 10 Квт всё в порядке напряжение не падает держится стабильно колеблется в пределах 230 В.

Первый пример и первый путь

Необходимо где-то в удаленной части рассматриваемого дома установить и подключить бойлер на 5 Квт, так чтобы он корректно работал. Бойлер будем подключать напрямую без использования розетки и длина питающей линии от щита до бойлера будет 100 метров.

Если перевести мощность бойлера 5КВт в ток, то получим 21,7А при напряжении 230В, однако если напряжение в сети увеличится до 250В ток возрастет до 23,5А. Автоматический выключатель необходимо выбрать с ближайшим подходящим стандартным номиналом, таким является автомат на 25А. Так как бойлер представляет собой активную нагрузку, реактивная составляющая ничтожна, ей можно пренебречь пусковые токи отсутствуют соответственно выбираем автомат c времятоковой характеристикой тип B. Теперь необходимо выбрать соответствующий току нагрузки кабель. Сделать это возможно воспользовавшись ГОСТ-50571.5.52. Из данного ГОСТ видно, что на допустимый длительный ток кабеля влияют условия прокладки, количество кабелей при групповой прокладке, температура окружающей среды. Например, для одиночно проложенного кабеля ВВГ 3х2,5 в зависимости от условий прокладки без учета поправочных коэффициентов допустимый длительный ток варьируется от 17,5А до 31А. Как видим для данного примера возможно не всегда, но возможно будет достаточно кабеля с сечением жил 2,5 мм2. Многие знают работа теплового расцепителя такова, что выбранный нами автоматический выключатель В25 способен в течение длительного времени пропускать так называемый ток условного расцепления, который превосходит номинальный в 1,45 раза, а это не больше не меньше 36А. Может сложится ложное впечатление что кабель в нашем случае должен выдерживать не менее 36А, но это не так потому что в данном конкретном примере перегрузки исключены бойлер ограничивает ток 23,5А и больше он может стать лишь при коротком замыкание.

Но при коротком замыкание в дело вступает электромагнитный расцепитель и автоматический выключатель, установленный в рассматриваемой линии обязан отключать минимальный ток короткого замыкания за время не более 0,4 секунд. Минимальный ток короткого замыкания для рассматриваемой линии будет при замыкании непосредственно возле самого бойлера. В защищаемой автоматическим выключателем от тока КЗ линии минимальный ток короткого замыкания должен превосходить ток мгновенного расцепителя, иначе защита от КЗ не обеспечивается. В автомате с характеристикой B25 ток мгновенного расцепителя 75-125А. Для определения величины тока короткого замыкания производят измерения сопротивления так называемой петли фаза-нуль после чего возможны расчеты минимальных и максимальных токов КЗ в различных участках сети. Сам же автоматический выключатель должен быть стойким к току короткого замыкания, который может возникнуть в месте его установки. Максимальный ток короткого замыкания, который способен отключить автомат указан в его характеристике предельная коммутационная способность, в бытовых автоматах это 4,5кА или 6кА.

Выше речь шла о токе, но не стоит забывать о напряжение.

Если посмотреть в паспорт изделия, то можно увидеть, что бойлер потребляет 5Квт при напряжении 230В. Как уже определили выше нагрузка активная, реактивная составляющая микроскопическая, поэтому по закону Ома не трудно определить, что наш бойлер имеет сопротивление примерно 10,6 Ом при подключении к сети 230В появляется ток 21,7А. Но, если в месте установки бойлера окажется не 230, а 204 Вольта в этом случае сопротивление бойлера останется прежним 10,6 Ом, а ток упадет до 19А и соответственно упадет мощность до 3,9Квт, греть водичку он станет хуже. Но в чем же дело на вводе в наш дом как мы уже выяснили можно подключить и 10Квт ни ток не напряжение не падает всё в порядке. А дело всё в том, что кабель, имеет сопротивление и чем больше его длина, тем больше сопротивление. Кабель с сечением жил 2,5 мм2 в нашем случае выдерживает ток бойлера 21,7А, однако еще в начале условились, что длина линии 100 метров. При такой длине кабель с сечением жил 2,5 мм2 будет иметь сопротивление 1,36 Ом и при подключении к нему нагрузки 5Квт напряжение на кабеле упадет на 26 Вольт вот и получаем 204 Вольта.

По мимо падения напряжения на кабеле будет выделятся мощность порядка 500Вт. Что же делать в сложившейся ситуации? Существует обратная зависимость при увеличение поперечного сечения проводника сопротивление уменьшается. Поэтому стоит выбрать кабель с большим сечением жил, например, если взять кабель с сечением жил 6мм2 напряжение упадет всего на 11В. Получается, что кабель по току подходил меньшего сечения, но из-за большой длины получаем значительное падение напряжения, что и приводит к выбору кабеля с большим сечением жил. Несмотря на это нагрузка осталась прежняя и увеличивать номинал автоматического выключателя никакой необходимости нет.

Теперь пройдем вторым путем

В первом варианте все вычисления происходили исходя из неизменных параметров бойлера. Но существует и второй путь по которому стоит пойти в случае, например, проектирования групповой линии для штепсельных розеток.

В этом случае стоит руководствоваться несколько иной логикой, так как ток подключаемых приборов к розеткам величина переменная не контролируемая, соответственно возможны перегрузки кабеля. Возьмём вводные из первого примера в нашем доме для розеток проложен кабель ВВГ 3х2,5 по условиям прокладки выдерживает 27А, автомат для защиты установлен B25. Как я уже говорил данный автомат в течение продолжительного времени может пропускать ток условного расцепления 36А, а при условном токе не расцепления Inх1,13, который равен 28А не сработает вовсе. Как видим автомат при 28А не срабатывает, а кабель уже перегружен, поэтому для данного примера автомат должен быть не более 16А, так как его условный ток расцепления 23А. Обычно расчётную мощность для групповых линий, питающих штепсельные розетки принимают 3,5Квт. Но не стоит забывать о падение напряжения в кабеле из-за его длины, в результате чего может потребоваться какую-то часть линии начиная от щита сделать кабелем с большим сечением жил. Почему только часть, потому что штепсельные розетки рассчитаны на подключение жил с максимальным сечением 2,5 мм2. Поэтому основную магистраль можно проложить, например, кабелем с сечением жил 6 мм2, а ответвления к самим розеткам сделать кабелем с жилами 2,5 мм2, однако расчетная мощность не изменилась, автоматический выключатель для надежной защиты ответвленных участков сети остался прежним 16А.

Подводя итоги можно сделать вывод что, исходя из расчетного тока нагрузок, напряжения и тока КЗ одновременно выбирается автоматический выключатель и кабель, а все остальные элементы проводки должны соответствовать выбранному автомату и кабелю, например, клеммы в распределительной коробке. Проще говоря собака должна вилять хвостом, а не наоборот.

На просторах интернета

Есть другая точка зрения, что автоматический выключатель должен защищать от перегрузки все элементы цепи будь то кабель, розетка, патрон, или выключатель. Предлагается выбирать номинал автомата таким образом, чтобы была обеспечена защита от перегрузки самого слабого звена.

Например, имеем кабель, выдерживающий 27А, далее распределительная коробка с клеммами на 24А и заканчивается всё розеткой на 16А, соответственно выбирается автомат на 16А, хоть данный выбор и верный, но как мы уже знаем по другим причинам. Розетка же в данном случае остается не защищенной от перегрузки, так как автоматический выключатель с номиналом 16А благодаря время токовой характеристики при токе 18А не сработает вовсе, но и при токе в 19-20А возможно сработает очень нескоро в зависимости от ряда факторов. Ну а про защиту от перегрузки патрона на 6А я промолчу вовсе.

В общем если написано на розетки 16А значит нужно подключать к ней прибор с вилкой на 16А, а не гирлянду из удлинителей с подключенными обогревателями, если написано на патроне 60Вт значит нужно вкручивать в него лампу не более 60Вт. Так же в подключаемом к розеткам оборудование как правило существует своя внутренняя защита, предохранители и прочее.

В ГОСТ Р 50571.4.43 в разделе 430.1 существует примечание подтверждающее данное суждение и звучит оно так: Устройства защиты проводников согласно стандарту, необязательно защищают оборудование, соединенное с проводниками.

Формулы для данной статьи. Расчеты в упрощенном варианте без учета реактивной составляющей.

Определить силу тока нагрузки по её мощности и напряжению

I=P/U

I- Ток нагрузки
P- Мощность нагрузки
U- Напряжение сети

Зная силу тока нагрузки и напряжение, на которое она рассчитана можно определить её сопротивление

R=U/I

R- Сопротивление нагрузки
U- Напряжение сети
I- Ток нагрузки

Определить сопротивление кабеля по его длине и сечению

R=p2L/S

R- Сопротивление кабеля
p- Удельное сопротивление для Меди = 0,017; для Алюминия = 0,028
2L- Длина кабеля, цифра два потому что в кабеле две жилы по которым течет ток
S- Площадь поперечного сечения жилы кабеля

А зная общее сопротивление нагрузки и кабеля можно узнать фактический ток в цепи

I=U/R

I- Фактический ток в цепи с учетом внесенного сопротивления кабеля
U- Напряжение сети
R- Общее сопротивление (сопротивление нагрузка + сопротивление кабеля)

Определить падение напряжения в кабеле по его сопротивлению и протекающему по нему току

U=I×R

U- Напряжение падения на кабеле
I- Фактический ток в цепи с учетом внесенного сопротивления кабеля
R- Сопротивление кабеля