Dobór maszyny na podstawie mocy obciążenia, przekroju kabla i prądu: zasady i wzory do obliczeń

Aby zorganizować bezawaryjne zasilanie w domu, konieczne jest wydzielenie oddzielnych odgałęzień. Każda linia musi być wyposażona we własne urządzenie zabezpieczające, które chroni izolację kabla przed stopieniem. Nie każdy jednak wie, jakie urządzenie kupić. Czy sie zgadzasz?

Wszystkiego o wyborze automatów na podstawie mocy obciążenia dowiesz się z zaprezentowanego przez nas artykułu. Powiemy Ci, jak określić ocenę, aby znaleźć przełącznik wymaganej klasy. Uwzględnienie naszych zaleceń gwarantuje zakup niezbędnych urządzeń, które pozwolą wyeliminować niebezpieczne sytuacje podczas eksploatacji instalacji.

Przełączniki automatyczne do sieci domowych

Organizacje dostarczające energię elektryczną łączą domy i mieszkania, wykonując prace związane z podłączeniem kabla do rozdzielnicy. Wszystkie instalacje elektryczne w lokalu wykonują jego właściciele lub wynajęci specjaliści.

Aby wybrać wyłącznik automatyczny do ochrony każdego obwodu, musisz znać jego parametry znamionowe, klasę i kilka innych cech.

Podstawowe parametry i klasyfikacja

Maszyny domowe są instalowane na wejściu do obwodu elektrycznego niskiego napięcia i mają na celu rozwiązanie następujących problemów:

• ręczne lub elektroniczne włączanie lub wyłączanie zasilania obwodu elektrycznego;
• zabezpieczenie obwodu: odcięcie prądu przy niewielkim, długotrwałym przeciążeniu;
• Ochrona obwodu: natychmiastowe odcięcie prądu w przypadku zwarcia.

Każdy przełącznik ma charakterystykę wyrażoną w amperach, która nazywa się prąd znamionowy (I_N) lub „wartość nominalna”.

Istotę tej wartości łatwiej zrozumieć, stosując współczynnik przekroczenia wartości nominalnej:

K = ja / ja_N,

gdzie I jest rzeczywistą siłą prądu.

• K < 1,13: wyłączenie nie nastąpi w ciągu 1 godziny;
• K > 1,45: wyłączenie nastąpi w ciągu 1 godziny.

Parametry te są ustalone w punkcie 8.6.2. GOST R 50345-2010. Aby dowiedzieć się, ile czasu zajmie wyłączenie przy K>1,45, należy skorzystać z wykresu odzwierciedlającego charakterystykę czasowo-prądową konkretnego modelu maszyny.

Jeżeli prąd przekroczy wartość znamionową wyłącznika 2 razy przez dłuższy czas, otwarcie nastąpi w ciągu od 8 sekund do 4 minut. Szybkość reakcji zależy od ustawień modelu i temperatury otoczenia

Ponadto każdy typ wyłącznika ma zdefiniowany zakres prądu (I_A), przy którym zostaje uruchomiony mechanizm wyzwalacza natychmiastowego:

• klasa „B”: I_A = (3 * I_N ..5*I_N];
• klasa „C”: I_A = (5 * I_N ..10*I_N];
• klasa „D”: I_A = (10 * I_N .. 20 * I_N].

Urządzenia typu „B” stosowane są głównie do linii o znacznej długości. W pomieszczeniach mieszkalnych i biurowych stosuje się wyłączniki klasy „C”, a urządzenia oznaczone „D” zabezpieczają obwody, w których znajdują się urządzenia o wysokim współczynniku prądu rozruchowego.

Standardowa linia maszyn domowych obejmuje urządzenia o wartościach znamionowych 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 i 63 A.

Projektowanie konstrukcyjne zwolnień

W nowoczesnym wyłącznik obwodu Istnieją dwa rodzaje uwolnień: termiczne i elektromagnetyczne.

Zwalniak bimetaliczny ma kształt płytki utworzonej z dwóch przewodzących metali o różnej rozszerzalności cieplnej.Konstrukcja ta, przy dłuższym przekroczeniu wartości nominalnej, prowadzi do nagrzania części, jej wygięcia i uruchomienia mechanizmu przerywającego obwód.

W przypadku niektórych maszyn za pomocą śruby regulacyjnej można zmienić parametry prądu, przy którym następuje wyłączenie. W przeszłości technikę tę często stosowano w celu „dostrojenia” urządzenia, jednak procedura ta wymaga dogłębnej specjalistycznej wiedzy i kilku testów.

Obracając śrubę regulacyjną (zaznaczoną czerwonym prostokątem) w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, można uzyskać dłuższy czas reakcji wyzwalacza termicznego

Obecnie na rynku można znaleźć wiele modeli standardowych wartości znamionowych różnych producentów, których charakterystyka czasowo-prądowa jest nieco inna (ale jednocześnie spełnia wymogi regulacyjne). Dzięki temu istnieje możliwość doboru maszyny z wymaganymi ustawieniami „fabrycznymi”, co eliminuje ryzyko nieprawidłowej kalibracji.

Wyzwalacz elektromagnetyczny zapobiega przegrzaniu linii na skutek zwarcia. Reaguje niemal natychmiast, jednak wartość prądu musi być kilkukrotnie większa od wartości nominalnej. Strukturalnie ta część jest solenoidem. Przetężenie generuje pole magnetyczne, które porusza rdzeń, przerywając obwód.

Zgodność z zasadami selektywności

Jeżeli obwód elektryczny jest rozgałęziony, można tak zorganizować zabezpieczenie, aby w przypadku zwarcia odłączona została tylko ta gałąź, na której wystąpiła sytuacja awaryjna. W tym celu stosowana jest zasada selektywności przełączania.

Schemat wizualny przedstawiający zasadę działania układu wyłącznikowego z zaimplementowaną funkcją selektywności (selektywności) działania w przypadku wystąpienia zwarcia

Aby zapewnić selektywne wyłączanie, na dolnych stopniach instalowane są natychmiastowe wyłączniki odcinające, które przerywają obwód w ciągu 0,02–0,2 sekundy. Przełącznik umieszczony na wyższym stopniu ma opóźnienie zadziałania 0,25 - 0,6 s lub jest wykonany według specjalnego obwodu „selektywnego” zgodnie z normą DIN VDE 0641-21.

Dla gwarantowanego bezpieczeństwa selektywna praca maszyn Lepiej jest używać maszyn jednego producenta. Dla przełączników z jednego zakresu modeli dostępne są tabele selektywności wskazujące możliwe kombinacje.

Najprostsze zasady instalacji

Sekcja obwodu, która wymaga ochrony za pomocą przełącznika, może być jedno- lub trójfazowa, mieć przewód neutralny lub przewód PE (uziemienie). Dlatego maszyny mają od 1 do 4 biegunów, do których podłączony jest przewodnik. Gdy zostaną stworzone warunki do wyłączenia, wszystkie styki zostaną rozłączone jednocześnie.

Maszyny w panelu montowane są na specjalnie przeznaczonej do tego szynie DIN. Zapewnia kompaktowe i bezpieczne połączenie oraz wygodny dostęp do wyłącznika

Maszyny są instalowane w następujący sposób:

• jednobiegunowy na fazę;
• dwubiegunowy dla fazy i przewodu neutralnego;
• trójbiegunowy dla 3 faz;
• czterobiegunowy dla 3 faz i przewodu neutralnego.

Zabronione jest natomiast:

• zainstalować jednobiegunowe wyłączniki automatyczne w punkcie neutralnym;
• włóż przewód PE do maszyny;
• zainstalować trzy jednobiegunowe zamiast jednego trójbiegunowego wyłącznika, jeśli do obwodu podłączony jest co najmniej jeden odbiornik trójfazowy.

Wszystkie te wymagania są określone w PUE i należy ich przestrzegać.

W każdym domu lub pomieszczeniu, do którego dostarczany jest prąd, instalowana jest maszyna wprowadzająca.Jej wartość nominalną ustala sprzedawca i wartość tę określa umowa o przyłączenie energii elektrycznej. Celem takiego przełącznika jest ochrona obszaru od transformatora do konsumenta.

Po maszynie wprowadzającej do linii podłącza się licznik (jedno- lub trójfazowy) i Urządzenia prądu szczątkowego, których funkcje różnią się od działania przełącznika automatycznego i różnicowego.

Jeśli pomieszczenie jest podłączone do kilku obwodów, każdy z nich jest chroniony oddzielnym wyłącznikiem, którego moc wskazane na etykiecie. Ich parametry i klasy ustala właściciel lokalu, biorąc pod uwagę istniejące okablowanie lub moc podłączonych urządzeń.

Licznik energii elektrycznej i wyłączniki instaluje się w rozdzielnicy spełniającej wszystkie wymogi bezpieczeństwa, którą można łatwo zintegrować z wnętrzem pomieszczenia

Przy wyborze lokalizacji tablica rozdzielcza Należy pamiętać, że na właściwości wyzwalacza termicznego ma wpływ temperatura powietrza. Dlatego zaleca się umieszczenie szyny z maszynami w samym pomieszczeniu.

Obliczanie wymaganego nominału

Główna funkcja ochronna wyłącznika rozciąga się na okablowanie, dlatego wartość znamionową dobiera się na podstawie przekroju kabla. W takim przypadku cały obwód musi zapewniać normalne działanie podłączonych do niego urządzeń. Obliczanie parametrów systemu jest proste, ale należy wziąć pod uwagę wiele niuansów, aby uniknąć błędów i problemów.

Określenie całkowitej mocy odbiorców

Jednym z głównych parametrów obwodu elektrycznego jest maksymalna możliwa moc podłączonych do niego odbiorców energii elektrycznej. Obliczając ten wskaźnik, nie można po prostu podsumować danych paszportowych urządzeń.

Składnik aktywny i nominalny

Dla każdego urządzenia zasilanego energią elektryczną producent ma obowiązek wskazać moc czynną (P). Wartość ta określa ilość energii, która zostanie nieodwołalnie przetworzona w wyniku pracy urządzenia i za którą użytkownik zapłaci na liczniku.

Ale w przypadku urządzeń z kondensatorami lub cewką indukcyjną istnieje inna moc o wartości niezerowej, którą nazywa się reaktywną (Q). Dociera do urządzenia i niemal natychmiast wraca z powrotem.

Składnik bierny nie bierze udziału w obliczeniu zużytej energii elektrycznej, lecz wraz ze składnikiem czynnym tworzy tzw. moc „całkowitą” lub „nominalną” (S), co powoduje obciążenie łańcucha.

cos(f) – parametr, za pomocą którego można określić moc całkowitą (nominalną) na podstawie mocy czynnej (pobieranej). Jeśli nie jest równy jeden, jest to wskazane w dokumentacji technicznej urządzenia elektrycznego

Konieczne jest obliczenie udziału pojedynczego urządzenia w całkowitym obciążeniu przewodów i wyłącznika na podstawie jego całkowitej mocy: S = P /sałata(F).

Zwiększone prądy rozruchowe

Kolejną cechą niektórych typów sprzętu AGD jest obecność transformatorów, silników elektrycznych lub sprężarek. Takie urządzenia zużywają prąd rozruchowy (rozruchowy) podczas uruchamiania.

Jego wartość może być kilkukrotnie większa od wartości standardowych, jednak czas pracy przy zwiększonej mocy jest krótki i zwykle waha się w granicach od 0,1 do 3 sekund. Taki krótkotrwały udar nie spowoduje wyzwolenia termicznego, ale element elektromagnetyczny wyłącznika, który jest odpowiedzialny za przetężenie zwarciowe, może zareagować.

Sytuacja ta jest szczególnie istotna w przypadku linii dedykowanych, do których podłączane są urządzenia takie jak maszyny do obróbki drewna.W takim przypadku należy obliczyć natężenie prądu i być może sensowne jest użycie maszyny klasy „D”.

Biorąc pod uwagę współczynnik popytu

W przypadku obwodów, do których podłączona jest duża ilość sprzętu i nie ma żadnego urządzenia pobierającego największą część prądu, należy zastosować współczynnik zapotrzebowania (ks). Celem jego stosowania jest to, że nie wszystkie urządzenia będą działać w tym samym czasie, więc zsumowanie mocy znamionowych doprowadzi do zawyżenia wartości.

Współczynnik zapotrzebowania dla grup odbiorców energii elektrycznej określa pkt 7 SP 256.1325800.2016. Możesz także polegać na tych wskaźnikach przy niezależnym obliczaniu maksymalnej mocy.

Współczynnik ten może przyjmować wartość równą lub mniejszą od jedności. Obliczenia mocy projektowej (P_R) każdego urządzenia następuje według wzoru:

P_R = ks * S

Do obliczenia parametrów obwodu wykorzystywana jest całkowita moc znamionowa wszystkich urządzeń. Stosowanie współczynnika zapotrzebowania jest wskazane w przypadku biur i małych obiektów handlowych z dużą liczbą komputerów, sprzętu biurowego i innego sprzętu zasilanego z jednego obwodu.

W przypadku linii o małej liczbie odbiorców współczynnik ten nie jest stosowany w czystej postaci. Urządzenia, które prawdopodobnie nie zostaną włączone jednocześnie z urządzeniami bardziej energochłonnymi, są usuwane z obliczeń mocy.

Czyli np. małe szanse na pracę w salonie jednocześnie z żelazkiem i odkurzaczem. A w przypadku warsztatów z niewielką liczbą personelu brane są pod uwagę tylko 2-4 najpotężniejsze elektronarzędzia.

Bieżące obliczenia

Maszyna jest wybierana na podstawie maksymalnej wartości prądu dozwolonej w sekcji obwodu. Konieczne jest uzyskanie tego wskaźnika, znając całkowitą moc odbiorników elektrycznych i napięcie w sieci.

Według GOST 29322-2014 od października 2015 r. wartość napięcia powinna wynosić 230 V dla sieci zwykłej i 400 V dla sieci trójfazowej. Jednak w większości przypadków nadal obowiązują stare parametry: odpowiednio 220 i 380 V. Dlatego w celu dokładnych obliczeń konieczne jest wykonanie pomiarów za pomocą woltomierza.

Napięcie w sieci domowej możesz zmierzyć za pomocą woltomierza lub multimetru. Aby to zrobić, wystarczy podłączyć jego styki do gniazdka elektrycznego.

Kolejny problem, szczególnie istotny dla okablowanie elektryczne w sektorze prywatnym, to zapewnienie zasilania o niewystarczającym napięciu. Pomiary na tak problematycznych obiektach mogą wykazywać wartości spoza zakresu określonego przez GOST.

Co więcej, w zależności od poziomu zużycia energii elektrycznej u sąsiadów, wartość napięcia może w krótkim czasie znacznie się różnić.

Stwarza to problem nie tylko dla funkcjonowania urządzeń, ale także dla bieżąca kalkulacja. Kiedy napięcie spada, niektóre urządzenia po prostu tracą moc, a te, które mają stabilizator wejściowy, zwiększają zużycie prądu.

W takich warunkach trudno jest przeprowadzić jakościowe obliczenia wymaganych parametrów obwodu. Dlatego albo będziesz musiał ułożyć kable o celowo dużym przekroju (co jest drogie), albo rozwiązać problem, instalując stabilizator wejściowy lub podłączając dom do innej linii.

Stabilizator instaluje się obok rozdzielnicy. Często zdarza się, że jest to jedyny sposób na uzyskanie standardowych wartości napięcia w domu

Po ustaleniu całkowitej mocy urządzeń elektrycznych (S) i odkryłem wartość napięcia (U), aktualne obliczenia (I) przeprowadza się według wzorów będących konsekwencją prawa Ohma:

I_F = S/U_F dla sieci jednofazowej

I_l = S / (1,73 * U_l) dla sieci trójfazowej

Tutaj indeks”F„ oznacza parametry fazowe, oraz „l» – liniowy.

Większość urządzeń trójfazowych wykorzystuje typ połączenia „gwiazda” i zgodnie z tym obwodem działa transformator, dostarczając prąd do odbiorcy. Przy symetrycznym obciążeniu siły liniowe i fazowe będą identyczne (I_l = I_F), a napięcie obliczamy ze wzoru:

U_l = 1,73 * U_F

Niuanse wyboru przekroju kabla

Jakość i parametry przewodów i kabli reguluje GOST 31996-2012. Zgodnie z tym dokumentem opracowywane są specyfikacje dla wytwarzanych produktów, w przypadku których dozwolony jest pewien zakres wartości podstawowych cech. Producent ma obowiązek dostarczyć tabelę zależności pomiędzy przekrojem żył a maksymalnym prądem bezpiecznym.

Maksymalny dopuszczalny prąd zależy od przekroju przewodów i sposobu montażu. Można je układać w sposób ukryty (w ścianie) lub otwarty (w rurze lub skrzynce).

Należy tak dobrać kabel, aby zapewnić bezpieczny przepływ prądu odpowiadającego obliczonej mocy całkowitej urządzeń elektrycznych. Według PUE (zasady instalacji elektrycznej) minimum obliczony przekrój drutustosowane w pomieszczeniach mieszkalnych musi wynosić co najmniej 1,5 mm².

Standardowe rozmiary mają następujące wartości: 1,5; 2,5; 4; 6 i 10 mm².

Czasami istnieje powód, aby używać drutów o przekroju o jeden stopień większym niż minimalne dopuszczalne. W takim przypadku możliwe jest podłączenie dodatkowych urządzeń lub wymiana istniejących na mocniejsze bez kosztownych i czasochłonnych prac związanych z układaniem nowych kabli.

Obliczanie parametrów maszyny

Dla dowolnego obwodu musi być spełniona nierówność:

I_N <= ja_P / 1.45

Tutaj I_N – prąd znamionowy maszyny oraz I_P – dopuszczalny prąd okablowania. Zasada ta gwarantuje zwolnienie w przypadku długotrwałego przekroczenia dopuszczalnego obciążenia.

Nierówność „In <= Ip / 1,45” jest głównym warunkiem kompletowania pary „maszyna-kabel”. Niezastosowanie się do tej zasady może skutkować pożarem okablowania.

Wartość znamionową maszyny można obliczyć zarówno na podstawie całkowitego obciążenia, jak i przekroju przewodów już zainstalowanego okablowania. Załóżmy, że istnieje schemat podłączenia urządzeń elektrycznych, ale okablowanie nie zostało jeszcze ułożone.

W takim przypadku sekwencja działań jest następująca:

1. Obliczanie całkowitego natężenia prądu urządzeń elektrycznych podłączonych do sieci.
2. Wybierz maszynę o nominale nie mniejszym niż obliczona wartość.
3. Dobór przekroju kabla zgodnie z mocą maszyny.

Przykład:

1. S = 4 kW; Ja = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_N = 20 A;
3. I_P >=ja_N * 1,45 = 29 A; D = 4 mm².

Jeśli okablowanie zostało już ułożone, kolejność działań jest inna:

1. Określenie dopuszczalnego prądu dla znanego przekroju i sposobu podłączenia zgodnie z tabelą dostarczoną przez producenta.
2. Wybór wyłącznika.
3. Obliczanie mocy podłączonych urządzeń. Wyposażenie grupy urządzeń w taki sposób, aby całkowite obciążenie obwodu było mniejsze od wartości nominalnej.

Przykład. Niech dwa kable jednożyłowe zostaną ułożone swobodnie, D = 6 mm², Następnie:

1. I_P = 46 A;
2. I_N <= ja_P / 1,45 = 32 A;
3. S = ja_N * 220 = 7,0 kW.

W punkcie 2 ostatniego przykładu istnieje niewielkie akceptowalne przybliżenie. Dokładna wartość I_N = ja_P / 1,45 = 31,7 A zaokrąglono do 32 A.

Wybór pomiędzy kilkoma nominałami

Czasami pojawia się sytuacja, gdy można wybrać kilka maszyn o różnych wartościach znamionowych w celu ochrony obwodu.Na przykład przy łącznej mocy urządzeń elektrycznych 4 kW (18 A) wybrano okablowanie o przekroju rdzenia miedzianego 4 mm z rezerwą². W przypadku tej kombinacji można zainstalować przełączniki 20 i 25 A.

Jeśli schemat połączeń elektrycznych zakłada obecność zabezpieczenia wielopoziomowego, należy wybrać wyłączniki automatyczne tak, aby wartość znamionowa wyższego (na rysunku po prawej - 25 A) była większa niż wartość przełączników niższe poziomy

Zaletą wyboru przełącznika o najwyższej wartości znamionowej jest możliwość podłączenia dodatkowych urządzeń bez zmiany elementów obwodu. Najczęściej tak właśnie robią.

Za wyborem maszyny o niższej wartości znamionowej przemawia fakt, że jej wyzwalanie termiczne będzie szybciej reagować na zwiększony prąd. Faktem jest, że niektóre urządzenia mogą mieć awarię, co doprowadzi do wzrostu zużycia energii, ale nie do zwarcia.

Na przykład awaria łożyska silnika pralki doprowadzi do gwałtownego wzrostu prądu w uzwojeniu. Jeśli maszyna szybko zareaguje na przekroczenie dopuszczalnych wartości i wyłączy się, silnik nie ulegnie spaleniu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Konstrukcja wyłącznika i jego klasyfikacja. Pojęcie charakterystyk czasowo-prądowych i dobór wartości znamionowych w zależności od przekroju kabla:

Obliczanie mocy urządzeń i dobór maszyny przy zastosowaniu przepisów PUE:

Wyboru wyłącznika należy dokonać odpowiedzialnie, ponieważ od tego zależy bezpieczeństwo instalacji elektrycznej w domu. Przy wszystkich wielu parametrach wejściowych i niuansach obliczeniowych należy pamiętać, że główna funkcja ochronna maszyny dotyczy okablowania.

Prosimy o pisanie komentarzy, zadawanie pytań i zamieszczanie zdjęć związanych z tematem artykułu w bloku poniżej. Udostępnij przydatne informacje, które mogą być przydatne dla osób odwiedzających witrynę. Opowiedz nam o swoich własnych doświadczeniach w wyborze wyłączników automatycznych do ochrony domowej lub domowej instalacji elektrycznej.