Номиналы автоматических выключателей по току: как грамотно подобрать автомат

На входе в любые домашние электроустановки устанавливаются устройства, отключающие электричество в случаях перегрузки или короткого замыкания. Важно корректно определить номинальные значения автоматов по току, иначе они могут не действовать должным образом. Вы согласны?

В этой статье мы расскажем, как правильно рассчитывать параметры автоматических выключателей, необходимые для подбора такого защитного оборудования. Вы узнаете, как выбрать устройство, способное надежно защищать вашу электросеть. С нашими рекомендациями вы приобретете автомат, который будет работать четко в критических ситуациях.

Параметры автоматических выключателей

Чтобы выбрать правильный номинал для автоматов отключения, необходимо понимать принципы их функционирования, условия и время реакции.

Рабочие характеристики автоматов стандартизированы согласно российским и международным нормам.

Основные компоненты и их маркировка

В конструкции автоматического выключателя присутствуют два элемента, которые реагируют на превышение установленного диапазона тока:

• Биметаллическая пластина, под действием тока, нагревается, изгибается и нажимает на толкатель, размыкающий контакты. Это и есть «тепловая защита» от перегрузки.
• Соленоид, под воздействием значительного тока в обмотке, создает магнитное поле, которое сжимает сердечник, далее воздействуя на толкатель. Это «токовая защита» от короткого замыкания, реагирующая гораздо быстрее, чем биметаллическая пластина.

Каждый тип устройства электрической защиты имеет свою маркировку, по которой можно установить его основные характеристики.

На каждом автомате имеются обозначения основных параметров, что позволяет избежать путаницы при установке устройств в щиток.

Времянная характеристика срабатывания зависит от величины уставки, то есть от тока, при котором происходит отключение. Для жилых и офисных объектов обычно используют автоматы типа «C» или менее распространенные «B». Практически, разница в их применении в быту незначительна.

Тип «D» рекомендуют устанавливать в подсобных помещениях или столярных, где работают мощные электродвигатели с высоким пусковым током.

Существует два типа стандартов для устройств отключений: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий, промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Между ними небольшие различия, и автоматы обоих стандартов могут использоваться в жилых помещениях.

Номинальные токи стандартного ряда автоматов для бытовых нужд включают устройства с показателями: 6, 8, 10, 13 (редкость), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 А.

Характеристики времени срабатывания

Чтобы выяснить, как быстро сработает автомат при перегрузке, применяют специальные таблицы, отражающие зависимость времени отключения от коэффициента превышения номинала, который определяется как отношение текущего значения тока к номинальному:

K = I / I_n.

Резкий спад графика при достижении коэффициента 5-10 обусловлен срабатыванием электромагнитного расцепителя. Для автоматов типа «B» это происходит при значениях от 3 до 5, а для типа «D» – от 10 до 20.

График показывает зависимость времени срабатывания автоматов типа «C» от соотношения силы тока к установленному значению для выключателя.

При K = 1,13 автомат не отключит линию в течение 1 часа, тогда как при K = 1,45 он гарантированно сработает за этот же период. Эти параметры закреплены в п. 8.6.2 ГОСТ Р 50345-2010.

Чтобы понять, через какое время сработает защита, например, при K = 2, следует провести вертикальную линию от этого значения. Согласно графику, отключение произойдет в пределах от 12 до 100 секунд.

Такой разброс во времени связан с тем, что нагрев пластины зависит не только от силы тока, но и от внешних условий. При более высокой температуре автомат сработает быстрее.

Правила выбора номинала

Каждая электросеть в квартире или доме уникальна, следовательно, универсальных решений по выбору автоматов с одинаковыми номиналами не существует. Общие правила расчета допустимых параметров автоматов достаточно сложны и зависят от множества факторов, которые обязательно должны быть учтены, чтобы избежать аварийных ситуаций.

Принцип организации внутриквартирных электрических сетей

Внутренняя электрическая сеть состоит из разветвленной структуры, напоминающей «дерево» — граф без циклов. Такое строение принципиально именуется селективностью автозащиты, согласно которой все электрические цепи оснащаются соответствующими защитными устройствами.

Это значительно увеличивает устойчивость системы в случае аварийной ситуации и упрощает процесс устранения неполадок. Таким образом, проще распределяется нагрузка, подключаются энергозатратные устройства и меняется конфигурация проводки.

В основании графа располагается вводной автомат, а сразу после разветвления для каждой отдельной цепи устанавливаются групповые выключатели. Это проверенная схема, которая прошла испытание временем.

Введенный автомат контролирует общую перегрузку, предотвращая превышение допустимого тока для сети. Если это произойдет, возможны повреждения внешней проводки. Также может произойти срабатывание защитных устройств, которые относятся к общедомовой собственности или местным электроэнергетическим сетям.

Групповые автоматы следят за силой тока в отдельных линиях, защищая кабели и подключенные к ним группы потребителей от перегрузок. Если при коротком замыкании одно устройство не срабатывает, обязательную защиту предоставляет вводной автомат.

Даже в случаях, когда в квартире мало электроприборов, рекомендуется выделить отдельную линию для освещения. При отключении одного автомата, свет останется включенным, что позволит удобно устранить возникшую проблему. В большинстве случаев номинал вводного автомата ниже, чем сумма номиналов групповых.

Общая мощность электрических приборов

Максимальная нагрузка на электросеть возникает в момент одновременного включения всех подключенных устройств. Обычно общая мощность определяется простым суммированием, но в некоторых случаях этот расчет может быть менее значительным.

Для некоторых линий маловероятно или даже невозможно, что все устройства будут работать одновременно. В домах иногда устанавливаются ограничения на использование мощных устройств, поэтому нужно помнить о недопустимости их одновременного включения или использовать ограниченное количество розеток.

Вероятность одновременной работы всех офисных устройств (например, оргтехника, освещение, чайники и т.д.) очень низка, поэтому в расчетах максимальной мощности применяют корректировочный коэффициент.

При проектировании офисов часто используют эмпирический коэффициент одновременности, который составляет от 0,6 до 0,8. Максимальная нагрузка определяется множеством мощностей всех приборов на коэффициент.

Есть нюанс в расчетах: следует учитывать различие между номинальной (полной) мощностью и потребляемой (активной), которые связаны коэффициентом (cos (f)).

Это предполагает, что для работы устройства придется использовать электрическую мощность, равную потребляемой, деленной на этот коэффициент:

I_p = I / cos (f)

• I_p – сила номинального тока для расчетов нагрузки;
• I – сила тока, потребляемого устройством;
• cos (f) – коэффициент.

Обычно номинальный ток указывается в техническом паспорте устройства, либо с указанием значения cos (f).

Например, коэффициент для люминесцентных ламп составляет 0,9; для светодиодов – около 0,6; для обычных ламп накаливания – 1. Если документация утеряна, а потребляемая мощность известна, то для уверенности берут cos (f) = 0,75.

Рекомендуемые значения коэффициента мощности из таблицы можно использовать при расчете нагрузок, если нет данных о номинальном токе.

В следующей статье мы расскажем, как правильно подобрать автоматический выключатель в зависимости от мощности нагрузки.

Определение сечения проводов

Перед прокладкой силового кабеля от распределительного щитка к группе потребителей нужно рассчитать мощность всех приборов в случае их одновременного включения. Сечение проводов выбирается по таблицам расчета, исходя из металла (медь или алюминий).

Производители кабелей предоставляют такие референсные материалы. Если их нет, то следует обратиться к справочнику «Правила устройства электрооборудования» или провести собственный расчет сечения.

Тем не менее, многие покупатели предпочитают брать не минимально допустимое сечение, а немного больше. Например, для медного кабеля, рассчитанного на 5 кВт, выбирается сечение 6 мм², хотя по таблице достаточно 4 мм².

Справочная таблица в ПУЭ позволяет подобрать нужное сечение из стандартного ряда для различных условий эксплуатации медного кабеля.

Это оправдано по следующим причинам:

• Увеличенный срок службы более толстого кабеля, который реже подвергается пиковым нагрузкам, допустимым для его сечения. Замена проводки – сложная и затратная задача, особенно после ремонта в помещении.
• Наличие достаточной пропускной способности позволяет без затруднений подключать дополнительные электроприборы в сеть. Например, можно установить морозильник на кухне либо переместить стиральную машину из ванной.
• Запуск устройств с электродвигателями обычно сопровождается высокими стартовыми токами. Это может привести к падению напряжения, что искажает работу ламп и может вызвать поломку электроники компьютера, кондиционера или стиральной машины. Более толстые проводки помогают свести к минимуму перепады напряжения.

К сожалению, на рынке присутствует множество кабелей, которые изготовлены не по стандартам ГОСТ, а согласно индивидуальным техническим условиям.

Часто сечение проводников не соответствует необходимым требованиям, или они изготовлены из проводящего материала, имеющего повышенное сопротивление. В результате реальная допустимая мощность, при которой кабель может нагреваться без опасности, оказывается ниже, чем указано в нормативных таблицах.

На этом изображении видно различие между кабелями, соответствующими ГОСТ (слева), и изготовленными по ТУ (справа). Очевидна разница в сечении проводников и в плотности изоляционного покрытия.

Определение номинала автоматического выключателя для защиты проводки

Автомат, установленный в распределительном щите, должен отключать цепь, если ток превышает допустимое значение для данного электрического кабеля. Таким образом, важно провести расчет максимально допустимого номинала устройства.

Согласно правилам ПУЭ допустимая продолжительная нагрузка для медных кабелей, прокладываемых в коробах или по воздуху (например, над натяжным потолком), берется из приведенной в начале таблицы. Эти значения используются в аварийных ситуациях, когда происходит перегрузка по мощности.

Некоторые трудности могут возникнуть при сравнении номинала автомата с допустимым течением, если использовать действующий ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

В тексте пунктов ГОСТа, в частности в п. 433.1, присутствует неточность. Для правильного понимания переменной In обязательно нужно ознакомиться с Приложением «1» этого документа.

Во-первых, расшифровка In как номинальной мощности может ввести в заблуждение, если не обратить внимание на вышеупомянутое приложение. Во-вторых, в формуле «2» произошла опечатка: коэффициент 1,45 был введён неверно, о чем говорят многие специалисты.

Согласно пункту 8.6.2.1 ГОСТ Р 50345-2010 длительное время отключения для бытовых автоматов с мощностью до 63 A составит 1 час. Установленный ток отключения равен номиналу, умноженному на коэффициент 1,45.

Итак, согласно первой и исправленной второй формулировкам, номинальный ток автомата рассчитывается по следующей формуле:

• I_n – номинальный ток автомата;
• I_Z – продолжительный допустимый ток кабеля.

Теперь проведем расчеты для стандартных сечений кабелей в однофазной системе с двумя медными жилами (220 В). Для этого делим продолжительный допустимый ток (при установке по воздуху) на коэффициент отключения 1,45.

Выбираем автомат таким образом, чтобы его номинал был немного ниже этого значения:

• Сечение 1.5 мм²: 19 / 1.45 = 13.1. Номинал: 13 A;
• Сечение 2.5 мм²: 27 / 1.45 = 18.6. Номинал: 16 A;
• Сечение 4.0 мм²: 38 / 1.45 = 26.2. Номинал: 25 A;
• Сечение 6.0 мм²: 50 / 1.45 = 34.5. Номинал: 32 A;
• Сечение 10.0 мм²: 70 / 1.45 = 48.3. Номинал: 40 A;
• Сечение 16.0 мм²: 90 / 1.45 = 62.1. Номинал: 50 A;
• Сечение 25.0 мм²: 115 / 1.45 = 79.3. Номинал: 63 A.

Автоматы на 13A встречаются в продаже редко, поэтому чаще применяются устройства с номинальной мощностью 10A.

При установке внутренней проводки кабели с алюминиевыми жилами используются все реже. Существует специальная таблица для выбора сечения по нагрузке для них.

Аналогично, рассчитаем номиналы автоматов для алюминиевых кабелей:

• Сечение 2.5 мм²: 21 / 1.45 = 14.5. Номинал: 10 или 13 A;
• Сечение 4.0 мм²: 29 / 1.45 = 20.0. Номинал: 16 или 20 A;
• Сечение 6.0 мм²: 38 / 1.45 = 26.2. Номинал: 25 A;
• Сечение 10.0 мм²: 55 / 1.45 = 37.9. Номинал: 32 A;
• Сечение 16.0 мм²: 70 / 1.45 = 48.3. Номинал: 40 A;
• Сечение 25.0 мм²: 90 / 1.45 = 62.1. Номинал: 50 A;
• Сечение 35.0 мм²: 105 / 1.45 = 72.4. Номинал: 63 A.

Если производитель кабелей указывает другую зависимость допустимой мощности от площади сечения, необходимо пересчитать величины для выключателей.

Формулы, описывающие зависимость тока от мощности, различны для однофазных и трехфазных сетей. Часто владельцы оборудования, рассчитанного на 380 вольт, могут ошибиться на этом этапе.

Узнать, как определить технические спецификации автоматического выключателя по маркировке, можно в данном разделе. Рекомендуем внимательно ознакомиться с полезной информацией.

Предупреждение перегрузки от работы потребителей

Иногда происходит установка автомата с номиналом значительно ниже необходимого для обеспечения надежной работы электрического кабеля.

Снижение номинала выключателя разумно, если общая мощность устройств в цепи значительно меньше, чем может выдержать кабель. Это может быть актуально в случаях, когда, по причинам безопасности, часть приборов была отключена после монтажных работ.

В таких ситуациях уменьшение номинальной мощностью автомата оправдано с точки зрения более быстрого реагирования на перегрузки.

Например, если заклинит подшипник в электродвигателе, ток в обмотке поднимется, но не до значений короткого замыкания. Быстрая реакция выключателя позволит избежать перегрева обмотки и, соответственно, дорогостоящей замены или перемотки.

Также может применяться автомат с меньшей мощностью в условиях строгих ограничений для каждой цепи. Например, если на входе в квартиру, где установлена электроплита, стоит автомат на 32 A, это позволяет провести расчет: 32 * 1.13 * 220 = 8.0 кВт – максимальная мощность.

Допустим, во время разводки в квартире были организованы три линии с установкой групповых автоматов по 25 A.

Если количество групповых автоматов в распределительном щите велико, их нужно подписывать и пронумеровывать, чтобы избежать путаницы.

Предположим, на одной линии происходит медленное увеличение нагрузки. Как только потребление достигнет значения, соответствующего гарантированному отключению группового автомата, на других двух участках останется лишь (32 — 25) * 1.45 * 220 = 2.2 кВт.

Это слишком мало по сравнению с общим потреблением. Из-за такой конфигурации входной автомат будет отключаться чаще, чем остальные устройства на линиях.

Чтобы обеспечить селективность, необходимо установить на участках автоматы с номиналом 20 или 16 ампер. При этом, даже при аналогичном увеличении нагрузки на другие два звена, любой из них будет получать 3.8 или 5.1 кВт, что уже приемлемо.

Теперь рассмотрим возможность установки автомата на 20A, используя пример отдельной линии для кухни.

На этой линии могут быть подключены и работать одновременно следующие электроприборы:

• Холодильник мощностью 400 Вт с стартовым током 1.2 кВт;
• Две морозильные камеры, каждая мощностью 200 Вт;
• Электрическая духовка мощностью 3.5 кВт;
• При включении электродуховки дополнительно разрешено подключить только один прибор, например, электрочайник, который потребляет 2.0 кВт.

Автомат на 20A позволяет пропускать током мощностью 20 * 220 * 1.13 = 5.0 кВт более часа. Обязательное отключение произойдет, если нагрузка составит 20 * 220 * 1.45 = 6.4 кВт в течение менее часа.

На кухне холодильник и плита всегда должны быть под электрическим напряжением. Если существует вероятность превышения тока, то рекомендуется ограничить количество работающих устройств, выделив для них всего две розетки.

Если одновременно включатся духовой шкаф и электрочайник, общая мощность составит 5.5 кВт или 1.25 от номинала автомата. Поскольку чайник включается не надолго, отключения не произойдет. Если одновременно заработают холодильник и обе морозильные камеры, общая мощность уже будет равна 6.3 кВт или 1.43 от номинала.

Это значение близко к параметру гарантированного отключения. Однако вероятность такого сценария минимальна, а время его продолжительности будет незначительным, так как устройства работают относительно недолго.

Становящийся при запуске холодильника стартовый ток, даже в сочетании с токами всех других работающих устройств, будет недостаточен для активации электромагнитного расцепителя. Таким образом, в указанных условиях можно использовать автомат на 20A.

Единственный нюанс заключается в возможности повышения напряжения до 230 В, что разрешается нормативными актами. В частности, ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) устанавливает стандартное напряжение на уровне 230 В, допускающее использование 220 В.

В настоящий момент в большинстве энергосетей напряжение составляет 220 В. Если же ток перевести на международный стандарт 230 В, будет потребность в пересчете номиналов в соответствии с этим значением.

Выводы и полезное видео по теме

Конструкция выключателя. Подбор входного автомата в зависимости от располагаемой мощности. Правила распределения электричества:

Выбор выключателя с учетом пропускной способности кабеля:

Определение номинального тока автоматического выключателя – задача, требующая учета множества факторов. Успешный выбор автомата влияет на простоту эксплуатации и безопасность работы локальной электросети.

Если у вас появились сомнения относительно способности совершить верный выбор, рекомендуется обратиться за советом к профессиональным электрикам.

Не стесняйтесь оставлять свои комментарии в разделе ниже. Поделитесь своим опытом выбора автоматических выключателей, расскажите о полезных нюансах и прикрепите фотографии, которые могут быть полезны к данной теме. Также можете задавать свои вопросы.