Как рассчитать автомат по нагрузке

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.

Для чего нужны защитные автоматы и как они работают?

Современные АВ имеют две степени защиты: тепловую и электромагнитную. Это позволяет обезопасить линию от повреждения в результате длительного превышения протекающим током номинальной величины, а также короткого замыкания.

Основным элементом теплового расцепителя является пластина из двух металлов, которая так и называется – биметаллической. Если на нее в течение достаточно длительного времени воздействует ток повышенной мощности, она становится гибкой и, воздействуя на отключающий элемент, вызывает срабатывание автомата.

Наличием электромагнитного расцепителя обусловлена отключающая способность автоматического выключателя при воздействии на цепь сверхтоков короткого замыкания, выдержать которые она не сможет.

Расцепитель электромагнитного типа представляет собой соленоид с сердечником, который при прохождении сквозь него тока высокой мощности моментально сдвигается в сторону отключающего элемента, выключая защитное устройство и обесточивая сеть.

Это позволяет обеспечить защиту провода и приборов от потока электронов, величина которого намного выше расчетной для кабеля конкретного сечения.

Чем опасно несоответствие кабеля сетевой нагрузке?

Правильный подбор защитного автомата по мощности – очень важная задача. Неверно выбранное устройство не защитит линию от внезапного возрастания силы тока.

Но не менее важно правильно подобрать по сечению кабель электропроводки. В противном случае, если суммарная мощность превысит номинальную величину, которую способен выдерживать проводник, это приведет к значительному росту температуры последнего. В итоге изоляционный слой начнет плавиться, что может привести к возгоранию.

Чтобы более наглядно представить, чем грозит несоответствие сечения проводки суммарной мощности включенных в сеть устройств, рассмотрим такой пример.

Новые хозяева, купив квартиру в старом доме, устанавливают в ней несколько современных бытовых приборов, дающих суммарную нагрузку на цепь, равную 5 кВт. Токовый эквивалент в этом случае будет составлять около 23 А. В соответствии с этим в цепь включается защитный автомат на 25 А. Казалось бы, выбор автомата по мощности сделан верно, и сеть готова к эксплуатации. Но через некоторое время после включения приборов в доме появляется задымление с характерным запахом горелой изоляции, а через некоторое время возникает пламя. Автоматический выключатель при этом не будет отключать сеть от питания – ведь номинал тока не превышает допустимого.

Если хозяина в этот момент не окажется поблизости, расплавленная изоляция через некоторое время вызовет короткое замыкание, которое, наконец, спровоцирует срабатывание автомата, но пламя от проводки может уже распространиться по всему дому.

Причина в том, что хотя расчет автомата по мощности был сделан правильно, кабель проводки сечением 1,5 мм² был рассчитан на 19 А и не мог выдержать имеющейся нагрузки.

Чтобы вам не пришлось браться за калькулятор и самостоятельно высчитывать сечение электропроводки по формулам, приведем типовую таблицу, в которой легко найти нужное значение.

Защита слабого звена электроцепи

Итак, мы убедились, что расчет автоматического выключателя должен производиться, исходя не только из суммарной мощности включенных в цепь устройств (независимо от их количества), но и из сечения проводов. Если этот показатель неодинаков на протяжении электрической линии, то выбираем участок с наименьшим сечением и производим расчет автомата, исходя из этого значения.

Требования ПУЭ гласят, что выбранный автоматический выключатель должен обеспечивать защиту наиболее слабого участка электроцепи, или иметь номинал тока, который будет соответствовать аналогичному параметру включенных в сеть установок. Это также означает, что для подключения должны использоваться провода, поперечное сечение которых позволит выдержать суммарную мощность подключенных устройств.

Как выполняется выбор сечения провода и номинала автоматического выключателя – на следующем видео:

Если нерадивый хозяин проигнорирует это правило, то в случае аварийной ситуации, возникшей из-за недостаточной защиты наиболее слабого участка проводки, ему не стоит винить выбранное устройство и ругать производителя – виновником сложившейся ситуации будет только он сам.

Как рассчитать номинал автоматического выключателя?

Допустим, что мы учли все вышесказанное и подобрали новый кабель, соответствующий современным требованиям и имеющий нужное сечение. Теперь электропроводка гарантированно выдержит нагрузку от включенных бытовых приборов, даже если их достаточно много. Теперь переходим непосредственно к выбору автоматического выключателя по номиналу тока. Вспоминаем школьный курс физики и определяем расчетный ток нагрузки, подставляя в формулу соответствующие значения: I=P/U.

Здесь I – величина номинального тока, P – суммарная мощность включенных в цепь установок (с учетом всех потребителей электричества, в том числе и лампочек), а U – напряжение сети.

Чтобы упростить выбор защитного автомата и избавить вас от необходимости браться за калькулятор, приведем таблицу, в которой указаны номиналы АВ, которые включаются в однофазные и трехфазные сети, и соответствующие им мощности суммарной нагрузки.

Эта таблица позволит легко определить, сколько киловатт нагрузки какому номинальному току защитного устройства соответствуют. Как мы видим, автомату 25 Ампер в сети с однофазным подключением и напряжением 220 В соответствует мощность 5,5 кВт, для АВ на 32 Ампера в аналогичной сети – 7,0 кВт (в таблице это значение выделено красным цветом). В то же время для электрической сети с трехфазным подключением «треугольник» и номинальным напряжением 380 В автомату на 10 Ампер соответствует мощность суммарной нагрузки 11,4 кВт.

Наглядно про подбор автоматических выключателей на видео:

Заключение

В представленном материале мы рассказали о том, для чего нужны и как работают устройства защиты электрической цепи. Кроме того, учитывая изложенную информацию и приведенные табличные данные, у вас не вызовет затруднения вопрос, как выбрать автоматический выключатель.

При выборе автоматов постоянно допускается одна и та же ошибка — не учитывается температура окружающей среды.Номинальный ток автомата назначается по ПУЭ при температуре в + 30 градусов Цельсия,а номинальный ток кабеля или провода назначается по ПУЭ при температуре в + 25 ,а эксплуатироваться автомат и кабель будут при комнатной температуре,допустим в + 18 градусов Цельсия.Если номинальный ток двухжильного или трехжильного, с защитным проводником, кабель — провода сечением 2.5 миллиметра квадратного по меди в однофазной сети равно 25 ампер ( 27 ампер это для кабелей с дополнительной изоляцией в виде ПЭТ ленты или композитного стекломиканита или стеклоленты,заполнением пространства под общей оболочкой мелованной резиной и т. д.),то при + 18 градусов Цельсия это уже номинальный ток в 27 ампер,а номинальный ток автомата на 16 ампер уже фактически равен 18.3 ампера,если учесть что при токах в 1.13 номинального тока автомат не отключается гарантированного в течении более одного часа,то реальный предельный рабочий ток провода уже 20.7 амер,то есть автомат на 16 ампер превращается уже в автомат на 20 ампер,при этом ,согласно DIN стандарту на модульные автоматы ,изготовленные по этому стандарту,номинальный ток кабеля или провода должен быть в полтора раза больше номинального тока автомата или 20.7 * 1.5 = 31 ампер,а номинальный ток кабеля 27 ампер,значит автомат на 16 ампер не годится и нужен автомат на 13 ампер.При температуре в + 35 градусов Цельсия опять же автомат на 16 ампер превращается в автомат на 15 ампер,а номинальный ток провода снижается до 22 ампер,то есть 15 * 1.13 * 1.5 = 25.5 ампера ,а номинальный ток кабеля — 22 ампера .И опять автомат на 16 ампер не годится и нужен автомат на 13 ампер.А вообще кабель всегда нужно проверять по термическому уравнению Tкабеля = t окружающей среды + к * ( I ) ^ 2 ,где T кабеля — температура кабеля в градусах Цельсия, t окружающей среды — температура окружающей среды в градусах Цельсия ,I — ток протекающий по кабелю в амперах,нагрев провода током пропорционален квадрату этого тока, к — температурный коэффициент провода,безразмерная величина, для его определения используют формулу к = (65 — 25 ) /( i ^ 2) номинальный,где 65 — максимальная рабочая температура кабеля по ПУЭ в + 65 градусов Цельсия ,25 — температура кабеля при которой назначается его номинальный ток в + 25 градусов Цельсия и i номинальный ток кабеля при температуре в + 25 градусов Цельсия.Для сечения в 2.5 миллиметра квадратного по меди при + 18 градусах Цельсия уравнение принимает вид T кабеля = 18 + 0.064 ( I) ^ 2.

С помощью данного калькулятора Вы можете рассчитать номинальный ток автоматического выключателя по мощности подключаемых через него электроприборов.

Введите значения в форму ниже: суммарную мощность электрооборудования, тип потребителя и параметры сети (фазность и напряжение).

*Примерные значения коэффициента мощности представлены в таблице:

Расчеты электропроводки выполняются еще на стадии проектирования. Прежде всего рассчитывается сила тока в цепях, исходя из этого подбираются автоматические защитные устройства, сечение проводов и кабелей. Особое значение имеет расчет автомата по мощности 380, защищающий от перегрузок и коротких замыканий.

Слишком большой номинал может привести к выходу из строя оборудования, поскольку устройство не успеет сработать. Низкий номинальный ток автомата приведет к тому, что защита будет срабатывать даже при незначительных перегрузках в часы пик. Правильно выполненные расчеты помогут выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.

Как рассчитать мощность электротока

В соответствии с законом Ома, сила тока (I) находится в прямой пропорции с напряжением (U) и в обратной пропорции с сопротивлением (R). Расчет мощности (Р) осуществляется путем умножения силы тока на напряжение. Таким образом, для участка цепи образуется следующая формула, по которой рассчитывается ток: I = P/U.

С учетом реальных условий, к данной формуле прибавляется еще один компонент и при расчетах однофазной сети получается следующий вид: I = P/(U х cos φ).

Трехфазная сеть рассчитывается немного по-другому. Для этого используется следующая формула: I = P/(1,73 х U х cos φ), в которой напряжение U условно составляет 380 вольт, cos φ является коэффициентом мощности, посредством которого активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки соотносятся между собой.

Современные блоки питания обладают незначительной реактивной компонентой, поэтому значение cos φ принимается за 0,95. Это не касается трансформаторов и электродвигателей с высокой мощностью, обладающих большим индуктивным сопротивлением. Расчет сетей, где могут подключаться такие устройства, выполняется с коэффициентом cos φ, эквивалентным 0,8. В других случаях используется стандартная методика расчетов с последующим применением повышающего коэффициента 1,19, получающегося из соотношения 0,95/0,8.

При использовании в формулах известных параметров напряжения 220 и 380 В, а также коэффициента мощности 0,95, в результате получается сила тока для однофазной сети – I = P/209, а для трехфазной – I = P/624. Таким образом, при наличии одной и той же нагрузки, сила тока в трехфазной сети будет в три раза ниже. Это связано с наличием трех проводов отдельных фаз, на каждую из которых равномерно распределяется общая нагрузка. Напряжение между каждой фазой и рабочим нулем составляет 220 вольт, поэтому известная формула может выглядеть следующим образом: I = P/(3 х 220 х cos φ).

Выбор автомата по номинальному току

Рассмотренные формулы широко применяются в расчетах вводного автоматического выключателя. Применяя одну из них – I = P/209 при нагрузке Р в 1 кВт, получается сила тока для однофазной сети 1000 Вт/209 = 4,78 А. Результат можно округлить в большую сторону до 5 А, поскольку реальное напряжение в сети не всегда соответствует 220 В.

Таким образом, получилась сила тока в 5 А на 1 кВт нагрузки. То есть, устройство мощностью более 1 кВт нельзя подключать, например, в удлинитель с маркировкой 5 А, поскольку он не рассчитан на более высокие токи.

Автоматические выключатели обладают собственным номиналом по току. Исходя из этого, легко определить нагрузку, которую они способны выдержать. Для упрощения вычислений существует таблица. Автомат номиналом 6 А соответствует мощности 1,2 кВт, 8 А – 1,6 кВт, 10 А – 2 кВт, 16 А – 3,2 кВт, 20 А – 4 кВт, 25 А – 5 кВт, 32 А – 6,4 кВт, 40 А – 8 кВт, 50 А – 10 кВт, 63 А – 12,6 кВт, 80 А – 16 кВт, 100 А – 20 кВт. Исходя из этих же номиналов проводятся расчеты автомата по мощности на 380в.

Метод 5 А на 1 кВт может использоваться и для определения силы тока, возникающей в сети, когда в нее подключаются какие-либо бытовые приборы и оборудование. В расчетах нужно пользоваться максимальной потребляемой мощностью во время пиковых нагрузок. Для этого применяются технические характеристики оборудования, взятые из паспортных данных. При их отсутствии можно взять ориентировочные параметры стандартных электроприборов.

Отдельно рассчитывается группа освещения. Как правило, мощность приборов освещения оценивается в пределах 1,5-2 кВт, поэтому для них будет достаточно отдельного автомата номиналом 10 А.

Если сложить все имеющиеся мощности, получается довольно высокий суммарный показатель. Однако на практике полная мощность никогда не используется, поскольку существуют ограничения на выделяемую электрическую мощность для каждой квартиры. В современном жилом доме, при наличии электроплит, она составляет от 10 до 12 кВт. Поэтому на вводе устанавливается автомат с номинальным током 50 А. Точно так же выполняется расчет мощности трехфазных автоматов.

Полученные 12 кВт распределяются по всей квартире с учетом размещения мощных и обычных потребителей. Особое внимание следует обратить на кухню и ванную комнату, где устанавливаются электроплиты, водонагреватели, стиральные машины и другое энергоемкое оборудование. Как правило, они подводятся к отдельным автоматическим выключателям соответствующего номинала, а сечение кабелей для подключения также рассчитывается в индивидуальном порядке.

Мощные бытовые агрегаты подключаются не только к автоматам, но и к устройствам защитного отключения. Часть общей мощности следует оставить для освещения и розеток, установленных в помещениях. Правильно выполненные расчеты позволят качественно смонтировать проводку и выбрать нужный выключатель. В этом случае эксплуатация оборудования будет безопасной и долговечной.

Расчет мощности онлайн-калькулятором

В первую очередь необходимо ввести исходные данные в соответствующие графы. На калькуляторе эти показатели включают количество фаз, напряжение сети и мощность нагрузки. Первые два пункта известны заранее, а вычисления мощности приборов и оборудования осуществляются вручную.

Напряжение для однофазной сети выставляется 220 вольт, для трехфазной – 380 В и выше. После ввода параметров остается лишь нажать на кнопку «Рассчитать» и получить требуемый результат. В соответствующем окне появятся данные о номинальном токе автоматического выключателя, наиболее подходящего для данной сети.