Выбор автоматического выключателя по номинальному току срабатывания

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и токов короткого замыкания. За счет надежности и простоты подключения они получили широкое распространение в бытовых электросетях.

Автоматы для защиты электросети

Автоматы присутствуют практически в каждом квартирном электрощите. Не реже они встречаются в щитах защиты промышленного оборудования, электрических двигателей и различных передвижных установках.

Шкала номинальных токов

В соответствии с положениями п.5.3.2 ГОСТ Р 50345-2010 устанавливается предпочтительный ряд номинального тока, на который должен производиться тот или иной автоматический выключатель: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А. Эти значения являются обязательными для производителей отключающих агрегатов, поэтому какую бы фирму вы не выбрали, номинал будет соответствовать. Хотя некоторые компании охватывают не весь ряд или вносят некоторые коррективы.

Рисунок 1: обозначение номинала автомата

Вышеприведенная шкала стандартна для бытовых потребителей, но в промышленности могут использоваться и другие автоматические выключатели, номинал которых значительно больше. Так, в соответствии с п. 5.3.4.1 и 5.3.4.2 ГОСТ Р 50345-2010 выделяют следующие номиналы для силовых цепей:

  • 1500, 3000, 4500, 6000 и 10000 А – как стандартные величины международного образца;
  • 1000, 2000, 2500, 5000, 7500 и 9000 А – номиналы, применяемые в ограниченном круге государств;
  • 20 000 А для линий с ограничением по прочности до 25 000 А.

Рис. 2. Силовые автоматы

Данная величина показывает, какой номинал тока способен пропускать автоматический выключатель длительно в рабочем режиме, без перегрева или разрушения контактов. Номинал тока указывается на корпусе автомата в цифровом обозначении конкретного ампеража.

Однако следует отметить, что для автоматических выключателей в соответствии с требованиями п. 5.2.2 ГОСТ Р 50345-2010 номинальный ток стандартизируется при температуре окружающей среды в + 30°С. Поэтому на этапе монтажа необходимо учитывать данный фактор. В большинстве случаев автомат располагается в шкафу или щитке на DIN рейку, где температура может существенно отличаться от погодных условий на открытой части.

Расчёт мощности потребителей

Каждую электрическую сеть в квартире или доме можно условно поделить на участки (помещения). В зависимости от того, какие приборы планируется использовать на том или ином участке делается расчёт электропроводки. Обычно зоны электропроводки для каждого автомата разделены между собой на каждое помещение квартиры или дома. Один участок проводки на одну комнату, второй на другую, а третий на кухню и ванную комнату. Особняком в данной ситуации стоят такие мощные потребители как электроплитки, духовые шкафы, водонагреватели, котлы отопления. Такая техника требует выделенной линии питания, поэтому в современных домах, предназначенных для использования с электрическими плитами, для обеспечения питания прибора выведен отдельный автоматический выключатель.

Рассчитать требуемый ток для того или иного участка проводки достаточно просто. Для этого используется формула I=P/U, в соответствии с которой I — сила тока, P — мощность (в ваттах) всех работающих электрических приборов на этой линии, U — напряжение сети (является стандартным — 220 вольт). Для расчета необходимо сложить мощности тех электроприборов, которые планируется использовать на линии, после чего разделить полученную сумму на 220. Отсюда и получаем силу тока, в соответствии с которой надо будет выбрать кабель определенного сечения.

В качестве примера возьмем участок (комната) и рассчитаем для неё автомат и кабель необходимого сечения. В комнате одновременно будут работать:

  • пылесос (1300 Вт);
  • электроутюг (1000 Вт);
  • кондиционер (1300 Вт);
  • компьютер (300 Вт).

Сложим данные показатели (1300+1000+1300+300 = 3900 Вт) и разделим их на 220 (3900/220 = 17.72). Получается, что сила тока равна 17.72, подбираем для этого оптимальное сечение кабеля исходя из таблицы, берем медный кабель с сечением 2.5 мм или 4 мм квадратных (обязательно берем с запасом) и автомат с номинальным током защиты в 20 ампер.

Стоит упомянуть, что не стоит выбирать автоматический выключатель с завышенным показателем номинального тока, так как при перегрузке электрической сети (превышении показателей длительно-допустимого тока для определенного провода) начнется возгорание проводки. Номинал автомата должен быть соответствовать величине длительно-допустимого тока проводника или быть меньше.

Опытные электрики неоднократно говорят о том, что не стоит устанавливать кабели небольшого сечения из-за их дешевизны, следует выбирать кабель с запасом во избежание перегрузки электрического участка и возгорания проводки. А вот выбирать мощный автомат противопоказано!

Проводка монтируется один раз, заменить её сложно, а произвести замену выключателя в случае значительно возросшей нагрузки в разы проще.

На данный момент появляется все больше мощных электрических приборов, поэтому стоит заранее позаботиться, вдруг вы решите использовать более мощный пылесос или же добавить в помещение какой-то дополнительный прибор.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

  • Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
  • Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Читайте также  Твердость по бринеллю

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Какие бывают автоматы защиты

Автоматические выключатели для квартиры являются модульными устройствами. Это означает, что они могут устанавливаться в квартирные распределительные щитки на специальную DIN-рейку, при этом габаритные размеры у них одинаковые для разных производителей и одинакового количества полюсов.

В электрических шкафах на предприятии или трансформаторных подстанциях встречаются также не модульные автоматические выключатели. Они отличаются большими габаритными размерами и номинальным током. Выглядят они как на рисунке ниже.

По количеству полюсов автоматы делят на однополюсные, двухполюсные, трёхполюсные и четырёхполюсные. Чаще всего однофазную электрическую сеть проектируют так, что однополюсный автомат разрывает фазу на определённом участке, а ноль берётся со специальной нулевой шины. Но если место в щитке позволяет, на участок сети можно поставить и двухполюсный автомат на ноль и фазу. При этом разрываться они будут вместе. Трёхполюсные и четырёхполюсные автоматические выключатели используют для сети 380 В.

Также двух, трёт и четырёхполюсный автоматы используются в качестве вводного.

Остальные технические характеристики относятся к рабочим и подбираются исходя из параметров сети, мощности потребителей и характеристик кабеля.

Выбор автомата по сечению кабеля — таблица

Промышленность изготавливает определенные сечения провода или кабеля. Каждое сечение проводника имеет определенную нагрузку по току. С помощью определенного сечения так же можно подобрать автоматический выключатель (АВ) по номиналу. Если вы не уверены в сечении определенного провода или кабеля, то это дело можно вычислить с помощью формулы .

Легче всего использовать таблицу, где вы сразу определите, какой АВ вам нужен. В таблице данные без учета длины провода (кабеля).

Ток автомата, А Сечение провода, мм² Мощность, кВт
Медь Алюминий 220 В 380 В (cos φ = 0,8)
5 1 2,5 1,1 2,6
6 1 2,5 1,3 3,2
10 1,5 2,5 2,2 5,3
16 1,5 2,5 3,5 8,4
20 2,5 4 4,4 10,5
25 4 6 5,5 13,2
32 6 10 7 16,8
40 10 16 8,8 21,1
50 10 16 11 26,3
63 16 25 13,9 33,2

Главное в подборе АВ и сечение провода (кабеля), чтобы ток автоматического включателя был меньше, чем допустимый ток проводника.

Не забудьте, что прежде чем выбирать провод (кабель), нужно знать суммарную мощность потребителя электроэнергии и только в последнюю очередь АВ.

Заключение

Как правильно выбирать АВ вы узнали из этой статьи. Перед покупкой автоматических включателей вы уже должны знать, какие производители изготавливают качественный товар. Выбирайте только проверенные фирмы.

Практические рекомендации

Инженерное решение напрямую влияет на точность срабатывания по току автоматического выключателя. В этом плане предпочтительнее электромагнитные АВ.

Подбирать номинал изделия следует индивидуально для каждой схемы. Мнение малоопытных «мастеров», что чем больше, тем лучше – ошибочно. Это может привести к тому, что и провода, и подключенная установка (прибор) начнут дымить, а автоматический выключатель так и не сработает. Причина – неправильный выбор токовой характеристики.

Временные характеристики

Определения

Важнейшим параметром, определяющим выбор автоматического выключателя, является его временная характеристика, как правило, свидетельствующая о скорости коммутации контактов однофазного АВ. Необходимость её учёта объясняется следующими обстоятельствами:

  • Нередки случаи, когда пусковой ток и другие параметры асинхронного двигателя, например, изменяются настолько быстро, что относить его включение к аварийным ситуациям бессмысленно (расцепление просто не успевает сработать);
  • Примером такого кратковременного токового всплеска может служить включение насоса или других двигателей, эксплуатируемых в загородном доме (смотрите картинку);

  • При включении такого оборудования на автомате коммутируется повышенная мощность, но сам он при этом не должен срабатывать при небольших всплесках токовой нагрузки;
  • Однако если увеличить номинал до величины, при которой АВ не реагирует на случайные силовые включения, система сцепления не будет отключаться в аварийном режиме, вследствие чего ток может возрастать до предельного для кабеля значения;
  • Если для избавления от этой опасности вновь уменьшить номинал, то система начнёт реагировать на любые, даже самые незначительные провалы в питании.

Именно для выхода из этой, казалось бы, безысходной ситуации вводится временной параметр, определяющий задержку срабатывания автомата (или его селективность) и разъясняющий, как выбрать автоматический выключатель по времени.

С технической стороны это объяснение выглядит следующим образом:

  • Во-первых, основными исполнительными элементами АВ являются так называемые «тепловые» и электрические (электромагнитные) расцепители;
  • Во-вторых, они представляют собой биметаллические пластины, слегка изгибающиеся при нагреве из-за протекающего по ним тока;
  • И, наконец, при длительном превышении током рассчитанной величины эта пластина при изгибе выключает автоматы (смотрите фото ниже).

Важно! Перед тем, как рассчитать АВ, следует обратить на то, что нагрев пластины из двух металлов и время срабатывания напрямую связаны с величиной перегрузки.

С другой стороны, трехфазный или однофазный расцепитель, изготавливаемый в виде обычного соленоида, согласно ПУЭ, обеспечивает мгновенное отключение автомата, не дожидаясь пока биполярная пластина прогреется.

Зависимость скорости срабатывания автомата от силы тока, протекающего через расцепители по 3х проводной линии, например, как раз и задаёт токовую характеристику АВ, относящуюся к каждому из трех проводов.

Дополнительная информация. В специальной литературе и ПУЭ упоминается ещё один показатель, характеризующий время удерживания автомата во включённом состоянии (при превышении током номинального значения на 13 и 45 процентов).

Согласно действующим нормативам в первом случае удерживающий фазный контакт прибора не должен отключаться в течение примерно часа и более, а во втором – это время может быть менее 60-ти минут. Для точного расчета задержанного тока через автомат защиты следует исходить из того, чтобы он не превышал значения, допустимого для данной линии (кабеля).

Выбор по времени

Типовой расчет автоматического выключателя производится с учётом следующих факторов:

  • Правильно подобрать АВ удаётся лишь в тех случаях, когда учитывается не только номинальный ток автоматического выключателя, но и его временные характеристики;
  • При расчете автоматов классов B, C и D с одинаковым номиналом следует помнить, что при отличающихся значениях превышения тока они будут вести себя по-разному;
  • При этом их подбор должен осуществляться, в соответствии с кривой графика, отображающего характер их отключения (рисунок ниже).

Обратите внимание! Благодаря такой зависимости, всегда имеется возможность подобрать автомат с нужной характеристикой при подключении к линии различных нагрузок.

Специалисты советуют: при расчете подбирайте АВ таким образом, чтобы, с одной стороны, он выполнял свою защитную функцию (для электродвигателя, например), а с другой – наблюдалось минимум ложных срабатываний.

В одновременном выполнении этих условий и состоит искусство выбора автомата по мощности и току.

Дополнительное замечание. Правильный выбор автоматических выключателей по мощности также предполагает учёт временного фактора. При этом мощность потребления данной сети не должна превышать допустимую для связки линейный кабель плюс автомат, рассчитывать которую также придётся заранее.

Расчет

Как рассчитать номинальный ток автоматического выключателя? Все достаточно просто. Давайте рассмотрим такой расчет на примере розеточной группы, куда подключают электрический чайник мощностью 1,5 кВт, холодильник мощностью 400 Вт и посудомоечную машину – 2,5 кВт.

Читайте также  Как проверить генератор мультиметром

В первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей, которая равна 4,4 кВт. Теперь вставляем все показатели в формулу закона Ома:

I=P/U=4400 : 220=20 А. Автомат с такой токовой нагрузкой у нас в каталоге присутствует, но необходимо учитывать те условия, которые были оговорены в статье выше. То есть, лучше выбрать автоматический выключатель с большим номиналом тока. А это будет 25 ампер.