Как выбрать автоматический выключатель

Для каждого кто разбирается в электрике кажется очевидным одно простое правило. Тот, кто правильно распланировал расстановку автоматических выключателей в доме – может быть уверен в сохранности своего жилья. И это действительно так! В наше время ни один дом не обходится без автоматических выключателей. Это маленькое устройство на дин-рейку способно защитить любой прибор от короткого замыкания и дом любых размеров от пожара по причине возгорания электропроводки. Но даже самый качественный и самый надёжный автоматический выключатель окажется абсолютно бесполезным, при неправильном подборе. Что же такого особенного в процедуре подбора автоматических выключателей, почему эта процедура является уникальной для каждого пользователя и для чего же нужны десятки характеристик каждому автомату? На все эти и другие вопросы ответ можно найти в этой статье.

Как правильно подобрать автоматический выключатель

Выбор подходящего автоматического выключателя можно разделить на следующие этапы:

1. Расчёт номинального тока автоматического выключателя.
2. Выбор времятоковой характеристики.
3. Построение селективности.
4. Подбор предельно-коммутационной способности.
5. Определение класса токоограничения.
6. Полюса и варианты подключения.
7. Дополнительные параметры.
8. Поправочные коэффициенты.
9. Пример поэтапного расчета.

Для начала разберём, что же такое автоматический выключатель и для чего он нужен. Это специальное устройство с установкой на DIN-рейку в электрический щит которое служит для быстрого размыкания сети в случае короткого замыкания или перенагрузки сети. Ведь если этого не сделать, то проводка в доме неизбежно нагреется до температуры выше номинальной выдерживаемой, нарушится целостность изоляции и возникнет прямая угроза пожара. Сомнений в незаменимой пользе этого устройства быть не может, но при неправильном подборе характеристик выключатель может срабатывать и без замыканий или не срабатывать вовсе и привести к порче проводки и её возгоранию. Поэтому так важна процедура поэтапного выбора автоматического выключателя и одной из самых важных характеристик является номинальный ток. Все важные характеристики отображены на корпусе такого устройства и это можно увидеть ниже.

Рис. 1.1 – корпус автоматического выключателя

где:

1 – тип времятоковой характеристики и номинальный ток;

2 – предельная коммутационная способность и класс токоограничений;

3 – напряжение и частота питания.

1. Расчёт номинального тока автоматического выключателя

Номинальный ток – первая в списке важных характеристик на которые стоит обратить внимание (измеряется в амперах). Отображает ток, превышение которого будет считаться перенагрузкой для выбранной электрической группы и спровоцирует срабатывание устройства. Подсчёт для одного и нескольких устройств производится по ряду довольно простых формул, так что не спешим пугаться!

1.1. Одиночный потребитель

1.1.1. Однофазная сеть

С помощью следующей формулы можно мгновенно рассчитать номинальный ток для одиночного потребителя в однофазной сети:

P/(U*cos(phi)), где

P – мощность прибора-потребителя, Вт;

U – напряжение однофазной сети (равно 220), В;

cos(phi) – стандартно для жилых квартир значение применяется от 0,96 до 0,98 (изменяется в зависимости от характера нагрузки). Для большинства офисной и бытовой техники (ламп накаливания, нагревательных приборов, и т.д.) этот параметр равен 1 (не учитывается) поскольку такая техника имеет только активный характер нагрузки. Но для устройств с реактивным характером нагрузки (холодильник, кондиционер, электродвигатель, лампы с балластом и т.д.) значение этого параметра принято считать по стандартам жилых квартир.

1.1.2 Трехфазная сеть

Для одиночного потребителя трёхфазной сети формула расчёта будет следующей:

P/(√3*U*cos(phi)*T), где

U – напряжение трехфазной сети (равно 380), В;

T – номинальный коэффициент полезного действия (КПД) прибора-потребителя.

1.2 Группа потребителей

1.2.1 Групповая мощность всех приборов этой группы

Её можно узнать из этой формулы:

Р(расч) = Кс(Р1+Р2+…+Рn), Вт, где

Кс – коэффициент спроса (зависит от количества устройств в группе). Если все приборы в группе работают одновременно (что бывает крайне редко), то параметр принимается равным 1. В другом случае он изменяется согласно таблице:

Таблица 1.1 – значения коэффициента спроса

1.2.2. Полная расчётная мощность

Её можно получить по следующей формуле:

S(расч) = Р(расч)/cos(phi), ВА

1.2.3. Расчетный ток нагрузки для группы потребителей

• В однофазной сети

I(расч) = S(расч)/220

• В трехфазной сети

I(расч) = S(расч)/(√3*380)

1.2.4. Выбор номинального тока

Выбор производится равным расчетному току нагрузки или чаще выбирается ближайший больший из стандартизированного ряда: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 A.

Важные нюансы:

• Если автомат меньше номинала, то возможно его срабатывание при полной нагрузке в линии.
• Все вычисления производятся для эксплуатационной температуры в 30 градусов Цельсия, если она отличается от вышеупомянутой, производится поправка согласно таблице, которую производители предоставляют вместе с автоматом.
• Для осветительных цепей используются автоматы номиналом до 10A (кабель 3x1,5 мм.кв.).
• Для розеточных групп используются автоматы номиналом до 16A (кабель 3x2,5 мм.кв.).
• Если рассчитанный номинальный ток превышает номинальный ток автомата, то необходимо выбрать кабель большего сечения или эту группу разделить на 2 или более групп и начать расчёт сначала.

2. Выбор времятоковой характеристики

У каждого устройства есть свой пусковой ток, который может значительно превышать номинальный ток самого устройства. Времятоковая характеристика отвечает за уровень выдерживаемых пусковых токов при превышении которых автоматический выключатель сработает на отключение.

Типы времятоковых характеристик:

• Тип А (от 2 до 3 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей с большой протяжённостью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств.
• Тип B (от 3 до 5 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей без больших скачков напряжения с преимущественно активной нагрузкой (лампы накаливания, обогреватели, печи).
• Тип C (от 5 до 10 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей установок с умеренными пусковыми токами (компьютерная техника, кондиционеры, холодильники, домашние розеточные группы, газоразрядные лампы с повышенными пусковыми токами, и т.д.).
• Тип D (от 10 до 20 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей, питающих электродвигатели с высокими пусковыми токами (компрессоры, подъёмники, насосы, и т.д.).
• Тип K (от 8 до 12 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой.
• Тип Z (от 2,5 до 3,5 значений номинального тока) – применяются для защиты цепей с электронными приборами чувствительными к сверхтокам.

В быту чаще всего рекомендуют использовать выключатели типа C, B и реже D, а в промышленности рекомендуются выключатели типа D.

3. Построение селективности

Каждый дом имеет своеобразную древовидную систему электропроводки включая множество щитов и автоматов. Стандартно в каждом доме должен быть автоматический выключатель в вводном (главном) щите, по выключателю в щите на каждый этаж (если речь идёт о частном доме) и по выключателю на каждую расчетную группу приборов.

Селективность – это свойство автоматических выключателей которое в случае срабатывания выключателя одной из групп, не позволяет выключиться другим последующим выключателям.

При отсутствии селективности тяжело определить в какой именно группе произошёл случай срабатывания автоматического выключателя, ведь сработает сразу целый ряд выключателей.

Чтобы построить селективность в системе выключателей, нужно помнить несколько простых правил:

• Все автоматические выключатели должны быть одного производителя и одной серии.
• Номинал вводного автомата должен превышать номиналы всех групповых автоматических выключателей и соответствовать максимально допустимой нагрузке вводного провода и проводки дома.
• Номиналы автоматических выключателей, находящихся на одной линии древовидной системы, должны идти по убывающей.
• Если номинальный ток выключателя стоящего во главе группы или нескольких групп совпадает с номинальным током одного из последующих выключателей, то у автомата стоящего выше должен быть тип времятоковой характеристики с большей устойчивостью к пусковым токам. (Например, если на одной из групп стоит автомат номиналом 25A и типом B, а на стоящем выше по системе автомате установлен такой же номинал, то его тип времятоковой характеристики должен быть C или выше).

4. Подбор предельно-коммутационной способности

Предельно-коммутационная способность – максимально допустимый ток короткого замыкания, при котором автоматический выключатель не сломается и сможет продолжить своё функционирование при повторном включении (измеряется в амперах и килоамперах).

На фотографии корпуса автоматического выключателя отмечена цифрой 2 и обычно отображается в верхнем прямоугольнике.

Существующие стандарты предельно-коммутационных способностей и их предназначения:

• 4500A (4,5 kA) – характерна для старых домов с алюминиевой проводкой (устаревшие и деревенские дома).
• 6000A (6 kA) – наиболее распространенные в быту, используется для медной и относительно новой проводки.
• 10000A (10 kA) – применяется для медной новой проводки, если рядом с домом находится трансформаторная подстанция и если дом новый. В таких случаях рекомендуется устанавливать выключатели с такой предельно-коммутационной способностью если не во все группы, то хотя бы на главный щит.

5. Определение класса токоограничения

Класс токоограничения – отвечает за время гашения электронной дуги возникающей в случае срабатывания и прерывания электрической цепи.

При разрыве цепи электронная дуга направляется в дугогасящую камеру автомата и чем быстрее она гаснет, тем меньше контакты поддаются эрозии и соответственно больше сохраняют своё работоспособное состояние.

На фотографии корпуса автоматического выключателя отмечен цифрой 2 и обычно отображается в нижнем прямоугольнике.

Какие бывают классы и что стоит о них знать:

• «1» - самый плохой показатель среди классов токоограничений. Время гашения дуги = 10 мс. Может даже не маркироваться на корпусе.
• «2» - средний показатель классов. Время гашения дуги от 6 до 10 мс.
• «3» - лучший показатель. Время гашения дуги от 2,5 до 6 мс. Рекомендуется выбирать именно этот показатель.

6. Полюса и варианты подключения

Крайне простая процедура, которая отталкивается всего лишь от двух критериев:

• Фазность сети.
• Тип заземления.

Рис 6.1 – варианты подключения автоматических выключателей

В выключатели, которые имеют 2 и 4 полюса – помимо фазного провода подключается еще и нулевой, что видно из Рисунка 6.1.

В зависимости от фаз в сети (1 или 3) используются однополюсные/трехполюсные (практически на все звенья древовидной цепи подключения) и двухполюсные/четырехполюсные (чаще в качестве вводного выключателя) автоматы.

Так же иногда вместо автоматов c 2-мя и 4-мя полюсами используются 1p+N и 3p+N, ведь они дешевле. Такие выключатели отличаются тем, что в секции N отсутствует защита в виде теплового и электромагнитного расцепителей, и нулевой (N) контакт размыкается механически после срабатывания расцепителя в фазной (P) секции, а при подключении – питание в N идёт первым. Но такой автоматический выключатель может оказаться абсолютно беспомощным в целом ряде случаев, например, если в результате ошибки фазный и нулевой провода перепутаются местами и т.д.

Важно! Двух- и четырехполюсные автоматические выключатели в которые вставляется нулевой провод можно использовать только при системах заземления в которых ноль (N) и земля (PE) разделены на разные провода, например, в системах «TN-S», «TN-C-S». Это позволяет не разрывать контакт заземления. В старой системе заземления, например, «TN-C» (в основном используемой в устаревших постройках) - ноль и земля соединены в один провод (PEN), поэтому можно использовать только автоматические выключатели с 1 и 3 полюсами!

7. Дополнительные параметры

Все автоматические выключатели известных брендов рассчитаны на стандартные усреднённые условия эксплуатации. И в основном это относится к следующим характеристикам:

• Напряжение питающей сети.
• Частота питающей сети.
• Степень защиты
• Климатическое исполнение.
• Эксплуатационная температура.

В случае нестандартных условий использования стоит это учитывать при поиске.

Так же для повышения надёжности и долговечности электропроводки существуют следующие рекомендации выбора автоматических выключателей:

• Для провода 1,5 мм.кв. = 10A выключатель (нагрузка до 2,2 кВт).
• Для провода 2,5 мм.кв. = 16A выключатель (нагрузка до 3,5 кВт).
• Для провода 4 мм.кв. = 25A выключатель (нагрузка до 5,5 кВт).
• Для провода 6 мм.кв. = 32A выключатель (нагрузка до 7 кВт).
• Для провода 10 мм.кв. = 50A выключатель (нагрузка до 11 кВт).

8. Поправочные коэффициенты

При установке нескольких выключателей рядом они оказывают сильное тепловое влияние друг на друга и необходимо учитывать поправочный коэффициент согласно таблице:

Таблица 8.1 – тепловое влияние автоматических выключателей, установленных рядом

Рассчитанный в первом пункте номинальный ток автомата нужно разделить на коэффицент согласно таблице и подобрать равный или ближайший больший из стандартного ряда.

Тепловое влияние выключателей друг на друга это не всё что может повлиять на точность выбора. Все характеристики приводятся и рассчитываются для температуры окружающей среды 30˚C. При нестандартных вариантах температурного использования или скажет при использовании жарким летом – стоит опираться на поправочный коэффициент, который приводит каждый из производителей к своим выключателям.

9. Пример поэтапного расчета

Рассмотрим пример подбора автоматического выключателя для группы из трех потребителей:

- микроволновка: 1150 Вт
- электрочайник: 2000 Вт
- посудомоечная машина: 2200 Вт

Суммарная мощность = 1150+2000+2200 = 5350 Вт

Коэффициент спроса = 0,75 (т.к. 3 устройства)

cos(phi) = 0,98 (потому что есть приборы с реактивным характером нагрузки)

Расчетная мощность этой группы = 0,75*5350 = 4013 Вт

Полная расчетная мощность = 4013/0,98 = 4095 ВА

Расчетный ток = 4095/220 = 18,61 A

Выбираем ближайший номинал из стандартного ряда и получаем автомат номиналом 20A.

Но! В розеточную группу нельзя ставить автоматы свыше 16 A, поэтому рекомендуется разделить на 2 группы.
В первую группу войдут чайник и микроволновка, так как они работают в основном короткое время и не перегрузят линию. В эту линию ставим автомат 16 A.
Во вторую группу войдёт посудомоечная машина, потому что она единственная из группы осуществляла длительную нагрузку на линию. Тут тоже автомат 16 A.