Подбор кабеля по автоматическому выключателю
Расчет сечения кабеля
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.
В предыдущей статье я подробно показывал, как рассчитать основную характеристику автоматического выключателя — его номинальный ток, в этой статье мы подробно рассмотрим, как выполнить расчет сечения кабеля.
Итак, нам необходимо знать расчетный ток в линии.
Рабочий ток электропроводки ограничен максимально допустимой температурой нагрева провода при протекании по нему тока. При превышении этой температуры изоляция начинает перегреваться и плавиться, что приводит к разрушению кабеля. Для скрытой электропроводки теплопроводность провода меньше, чем для открытой проводки, провод хуже охлаждается и соответственно, меньше допустимый рабочий ток.
При продолжительной работе кабеля с температурой, превышающей допустимую, изоляция быстро теряет свои изоляционные и механические свойства. Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией составляет 70°С. А при токах короткого замыкания максимально допустимая температура 160°С, причем продолжительность такого воздействия не должна превышать 4с. Сечение провода необходимо выбирать таким, чтобы он не нагревался выше допустимой для его нормальной работы температуры.
Номинальный ток автоматического выключателя выбирается больше или равным расчетному току линии, и не должен превышать максимально допустимую нагрузку в электрической цепи или кабеле:
Iрасч Выбирая сечение провода, необходимо учитывать требования к его механической прочности. Согласно ПУЭ табл.7.1.1, для внутренней электропроводки жилых зданий минимальное сечение проводников групповых линий должно быть 1,5 мм2. То есть, если в результате расчета получается, что необходим провод сечением 1 мм2, необходимо применять провод минимум 1,5 мм2.
Знакомясь с время-токовыми характеристиками автоматических выключателей, мы рассматривали, пороги срабатывания тепловых и электромагнитных расцепителей настраиваются на заводе по стандарту. Эти данные обычно приводятся в каталогах производителей.
Параметры срабатывания автоматических выключателей
Из таблицы (и из графика время-токовой характеристики) видно, что при токах до 1,13Iн автомат не сработает. При возникновении перегрузки цепи на 13% больше номинального тока (1,13Iн), автоматический выключатель отключиться не ранее, чем через час, а при перегрузке до 45% (1,45Iн), тепловой расцепитель автомата должен сработать в течение одного часа (т.е. может сработать и через час). Таким образом, в диапазоне токов 1,13-1,45 от номинального тока Iн тепловой расцепитель автомата сработает за время от нескольких минут, до нескольких часов.
Из всего этого видно, что номинальный ток выбранного автоматического выключателя, с учётом уставки теплового рацепителя, как минимум, не должен превышать допустимых токовых нагрузок электропроводки, находящейся в зоне действия автомата.
Для чего при выборе автоматического выключателя учитывать уставку теплового расцепителя? Для наглядности рассмотрим пример.
Возьмем автомат номиналом 16А, ток перегрузки при котором этот автомат сработает в течение часа будет равным не 16А, а 16·1,45= 23,2А (уставка теплового расцепителя — 1,45Iн). Соответственно, под этот ток необходимо подобрать сечение кабеля. Смотрим таблицу для меди: при скрытой электропроводке это минимум 2,5мм 2 (длительно выдерживает ток в 25А).
Соответственно, для автомата номиналом 10А, ток при котором этот автоматический выключатель сработает в течение часа будет равным не 10А, а 10·1,45= 14,5А (уставка теплового расцепителя). По таблице: при скрытой проводке это минимум 1,5мм 2 .
Довольно часто встречается, что для защиты группы, выполненной проводом 2,5 мм 2 устанавливают автомат защиты 25А (ведь по таблице мы видим, что он выдерживает длительный допустимый ток 25А). В этом случае получится, что ток при котором автомат отключится в течении часа составит не 25А, а 25·1,45=36,25А. За это время провод перегорит и возможен пожар.
В настоящее время с большой вероятностью можно приобрести кабель с уменьшенным фактическим сечением (например, вместо сечения 2,5 мм2 окажется только 2,0 мм2).
В связи с этим, чтобы увеличить безопасность, надежность и долговечность электропроводки, для использование в быту оптимальны такие соотношения сечения применяемого провода и номинала, устанавливаемого в эту цепь автоматического выключателя:
1,5 мм2 — 10 А — нагрузка до 2,2 кВт
2,5 мм2 — 16 А — нагрузка до 3,5 кВт
4,0 мм2 — 25 А — нагрузка до 5,5 кВт
6,0 мм2 — 32 А — нагрузка до 7 кВт
10 мм2 — 50 А — нагрузка до 11 кВт
На срабатывание автоматических выключателей, помимо величины тока, протекающего в защищаемой цепи, влияет также нагрев от установленных рядом автоматов и температура окружающей среды.
Летом, когда жарко, а внутри электрического щита температура еще выше, вдобавок установлено несколько автоматов в ряд, номинальный ток автоматического выключателя снизится. Если в линии включено много потребителей (т.е. нагрузка близка к максимальной), возможны срабатывания теплового расцепителя. Это необходимо учитывать при выборе автомата. Подробно влияние температуры на работу автоматического выключателя я уже рассматривал в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель.
После того, как выбрали сечения провода, проводят проверку на допустимую потерю напряжения. При большой протяженности проводов напряжение к потребителям может доходить существенно ниже номинального.
Допустимая потеря напряжения в проводах не должна превышать 5% номинального напряжения. Если она окажется больше допустимой, то необходимо выбрать провод большего сечения. В рамках этой статьи мы проверку по потере напряжения рассматривать не будем.
Подробное видео Как рассчитать сечение кабеля:
Рекомендую материалы по теме:
Как правильно выбрать автомат по сечению кабеля
Понятие «нагрузка» в электрических сетях неразрывно связано с необходимостью их защиты от перегрузок по току и короткого замыкания. Для решения проблем, связанных с эксплуатацией силовых линий, схемами включения предусматриваются специальные защитные устройства. Одним из таких приборов является автоматический выключатель, номинал которого выбирается в зависимости от режима работы нагрузки и параметров самой питающей линии. Чтобы подобрать автомат по сечению кабеля, потребуется ознакомиться с функциями, которые он выполняет в сети.
- Функции автоматического выключателя
- Факторы, влияющие на выбор необходимого номинала
- Определение общей мощности потребления
- Повышенные стартовые токи
- Учет коэффициента спроса
- Расчет параметров автомата
- Выбор между несколькими вариантами
Функции автоматического выключателя
Автоматический выключатель — устройство, размыкающее электрическую цепь в случае перегрузки или короткого замыкания
Согласно ПУЭ, основная функция автоматических отключающих устройств – защита электросети от КЗ и перегрузок. Этот прибор отключает потребителя от линии при превышении током заданной для него номинальной величины (уставки). Вместе с тем он не должен срабатывать при допустимой для него токовой нагрузке (при одновременном включении утюга и варочной панели, например).
Функция линейного предохранителя проявляется также в защите кабеля питания от термического разрушения из-за возгорания его оболочки и последующего за этим пожара. Такие ситуации вполне возможны, поскольку в условиях КЗ токи в линии достигают тысяч ампер. Ни одна из известных марок кабельной продукции при указанных нагрузках не сможет выдержать и нескольких минут. Не говоря уже об обычных изделиях с сечением жил 2,5 кв. мм, традиционно используемых для обустройства электропроводки в частных домах и городских квартирах.
Грамотный расчет защитного автоматического выключателя имеет большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации местной электрической сети. Правильный подход к выбору номиналов автоматов по сечению кабеля играет в этом деле первостепенную роль.
Факторы, влияющие на выбор необходимого номинала
Расчет рабочих параметров провода и автомата допустим лишь при условии учета всех нюансов, касающихся особенностей эксплуатации электросети. Такой подход поможет избежать возможных ошибок при выборе защитного устройства.
Определение общей мощности потребления
Один из основных параметров электрической сети – максимальная мощность потребления всех подключенных к ней активных и реактивных нагрузок. При расчете этого показателя просто суммировать величины, указанные в паспорте устройства, не допускается. Это объясняется разным характером их действия в линии. Любой прибор, подключенный к розетке или непосредственно к кабелю питания подстанции, характеризуется потребляемой им мощностью, оцениваемой в киловаттах (кВт). Эта величина определяет ту энергию, которая преобразуется в данном устройстве в проделанную им или в нем работу и за которую пользователь расплачивается по счетчику.
Известна категория нагрузок, в состав которых входят емкостные и индуктивные элементы. Они называются реактивными и в формировании общей потребляемой мощности участия не принимают – при работе просто перекачивают энергию от сети и обратно. Однако с точки зрения выбора автомата по сечению кабеля эта составляющая тока обязательно учитывается.
Иногда полная или номинальная мощность, учитывающая активную и реактивную составляющую, также указывается в паспорте. Протекающий в нагрузочной цепи ток рассчитывается в этом случае, исходя из ее значения (оно делится на действующее напряжение 220 или 380 Вольт).
Повышенные стартовые токи
В отдельных видах домашней техники (в стиральных машинах, бытовых компрессорах), имеются встроенные электродвигатели, отличающиеся повышенными пусковыми токами. Их величина в течение очень короткого времени (не более 3-х секунд) может многократно превышать рабочие значения, наблюдаемые в установившемся режиме. Образующийся при этом кратковременный всплеск тока, как правило, не вызывает срабатывания теплового расцепителя автомата.
Однако его электромагнитная часть, ответственная за сверхтоки короткого замыкания, в реальных условиях нередко срабатывает и отключает прибор. Очень часто это происходит в выделенных линиях трехфазного питания с подключенным к ним станочным оборудованием (в частных домах). В этом случае следует определиться с величиной пускового импульса и предусмотреть использование автомата класса «D».
Учет коэффициента спроса
Для цепей с подключенными к ним равноценными по энергоемкости нагрузками вводится понятие «коэффициента спроса», обозначаемого как «ks». Смысл его применения состоит в том, что все приборы одновременно никогда не включаются в сеть и простое суммирование их мощностей даст завышенный показатель. Применяемый с этой целью коэффициент принимает значение равное единице или чуть меньше.
С его учетом расчетная мощность (Pr) для всех обслуживаемых приборов находится по формуле:
Pr= ks х S, где S – ее суммарное значение до введения поправки.
Использовать этот коэффициент имеет смысл в офисных и торговых помещениях с большим объемом оргтехники и другой аппаратуры.
Для современных однокомнатных квартир с ограниченным числом потребителей он обычно не принимается во внимание. Когда суммарная мощность всех потребителей определена, можно переходить к процедуре выбора автомата по максимальной токовой нагрузке. Его рабочее или номинальное значение определяется по закону Ома:
I=S/220 Вольт – для одной фазы.
I=S/(1,73х380) – для трехфазной сети.
Коэффициент 1,73 учитывает индуктивный характер нагрузки.
Расчет параметров автомата
Номиналы автоматов по мощности
Для любой электросети, подключенной к местному распределительному шкафу, должно выполняться следующее неравенство:
Возможны ситуации, когда при выборе автомата с нужным номиналом возникает альтернатива подбора двух близких значений. Так при суммарной мощности потребления в 4 кВт (18 Ампер) подойдет проводка с сечением медных жил 4 мм2. В этом случае допускается ставить прибор на 20 либо на 25 Ампер.
При использовании нескольких ступеней защиты выбирать автоматы следует так, чтобы значение номинала верхнего уровня превышало тот же показатель для приборов более низкого статуса. С другой стороны выбор номинала меньшей величины выгоден тем, что в этом случае тепловой расцепитель быстрее сработает при превышении током допустимого значения.
Провести расчеты автомата по сечению кабеля можно в режиме онлайн. Для этого существует много источников, представленных на страницах Интернета.
Как выбрать автоматический выключатель
Электрическая часть ремонта квартиры своими руками неизбежно связана с выбором и покупкой автоматических выключателей. Почему важно четко знать, как выбрать автоматический выключатель? Напомним, что автоматический выключатель предназначен для защиты электропроводки квартиры в случае короткого замыкания. Поэтому номинал автомата должен подбираться под конкретное сечение провода. Провод же, в свою очередь, выбирается исходя из рабочего напряжения и тока. За напряжение отвечает качество изоляции и, как правило, выпускаемые кабеля обеспечивают работу до 400 в. А вот к сечению провода стоит отнестись повнимательнее. При протекании тока по проводам происходит его нагревание, пропорциональное его сопротивлению. Алюминиевые и медные провода почти не имеют сопротивления, поэтому не должны нагреваться. Если строго подойти к вопросу, то сечение провода выбирается исходя из материала, из которого изготовлен проводник, и тока протекающего через проводник.
Чаще всего провода выбирают, исходя из подобных таблиц:
Если применить данную таблицу к ассортименту, представленному в магазинах, то получим такую картину. Сечение проводов выпускается из ряда 0.75, 1, 1.5, 2.5, 4, 6, 10 мм. Для наших бытовых нужд подойдет кабель сечением от 1 до 4 мм.
Как выбрать автоматический выключатель на конкретных примерах
Переходим к практике. Какой провод куда применять, и какие автоматы устанавливать? Про применение кабелей и проводов поговорим отдельно. Автоматический выключатель следует выбирать не только исходя из диаметра провода, но и с учетом потребителя электроэнергии (нагрузки). При этом автомат должен сработать раньше, чем сгорит электропроводка или нагрузка.
Например, нам нужно подключить нагрузку в 10А. Пусть это будет, скажем, кондиционер с потребляемой мощностью 2 кВт. Нужно выбрать провод, определить номинал автоматического выключателя и максимальный рабочий ток розетки. Разделим мощность 2 кВт на напряжение 220В получим ток 9,1А. Возьмем для расчетов ток с запасом и округлим до 10А. Провод возьмем из таблицы. Смотрим на ближайший больший по величине ток, и видим, что ближайшее к 10 значение — 14А, тогда диаметр провода должен быть не менее 1 кв.мм при использовании медного провода, или 2 кв.мм алюминиевого. Автоматический выключатель и розетка должна обеспечить работу на 10А.
А можно ли для нашего примера, вместо розетки и автомата на 10, использовать розетку и автомат на 16А? Плохо будет нашей электропроводке или хорошо от такой замены? Коротко ответить на этот вопрос можно в виде стилизованных формул:
Автомат 10А + провод на 10А + розетка на 10А = хорошо
Автомат 10А + провод на 16А + розетка на 10А = хорошо
Автомат 10А + провод на 10А + розетка на 16А = хорошо
Автомат 10А + провод на 16А + розетка на 16А = отлично
Автомат 16А + провод на 10А + розетка на 10А = плохо
Автомат 16А + провод на 16А + розетка на 10А = плохо
Отсюда нехитрые выводы: нельзя покупать и использовать автоматы и кабеля без учета нагрузки, и иметь большой запас по сечению провода не всегда оправдано.
В старых домах на освещение и электроприборы ставили автоматы на 6-10А. В связи с возросшим электропотреблением, целесообразно на розетки ставить автомат до 10-16А. При новой моде на энергосберегающие лампы, для освещения достаточно автоматов до 10А. А еще лучше разделить цепи и установить отдельные автоматы на возможно меньший номинал.
Выбираем автоматические выключатели, провода и кабель для электроснабжения дачного домика
Хорошо иметь домик в деревне! Так говорит реклама, ну и народная мудрость. Само собой: свежий воздух, экологически чистые овощи и фрукты с собственной грядки, а если рядом лес и речка — вообще красота!
Вот только вопрос потребления электроэнергии остался не решенным. Имеется в виду то, что деревенская жизнь сопряжена с подсобным хозяйством: куры, гуси, кролики, а может и кабанчик. Всю эту живность нужно где-то держать и чем-то кормить. Значит, нужны сараи, с освещением. Кроме этого, нужно оборудовать некое подобие мастерской. Где есть место электрическому точильному станку и циркуляционной пиле. Не станешь же бегать по соседям, если ножи или тяпки затупились? А возможность самому распилить колоду на доски, чтобы отремонтировать ими забор или сбить конуру для пса делает наличие циркуляционной пилы или минипилорамы весьма привлекательной для подсобного хозяйства.
Далее: огород требует полива. А если у вас сад с цветником и беседкой для отдыха — то и освещение будет кстати.
Не говоря уже о электроснабжении самого домика. Если домик старый — наверняка проводка устарела и физически, и по требуемым параметрам на сегодняшний день. Если вы только строитесь — еще лучше! Можно сразу подобрать все компоненты электропитания с прицелом на будущее.
Начнем с дома. Посчитайте, сколько электроэнергии вы можете потреблять одновременно? Утюг, плюс телевизор,холодильник, освещение во всем доме, в приусадебных постройках. К этому нужно добавить потребление на освещение двора, сада (если есть), циркулярной пилы, насоса для полива и так далее. Конечно, вряд ли вы будете пользоваться всем этим одновременно, но лучше, если лучше. Полученная общая нагрузка должна выглядеть внушительно. Скажем, не менее 10 кВт. Рекомендуется эту цифру увеличить на четверть или даже на половину. С запасом на будущее. Ведь вы не знаете, какой электроприбор купите завтра? Может, стиральную машину, или пылесос. Или захотите поставить сверлильный станок. Итак, мы имеем 15 кВт. Максимально возможной суммарной нагрузки. Много? Да. Но это не окончательная цифра. Ее нужно умножить на коэффициент одновременности. Он равен 0.7 (70%). Получаем 10,5 кВт. Далее определяем потребляемый ток. Рассматривать будем электроснабжение 220 В. — однофазное.
В принципе, в деревне легко получить разрешение на трехфазное электроснабжение, что упрощает применение в подсобном хозяйстве мощных, трехфазных устройств. Но это — тема для отдельной статьи,пока будем говорить о более простом, традиционном и для дома, и для квартиры, электроснабжении.
Ток нагрузки получаем, поделив максимальную мощность нагрузки на напряжение 10500/220=47.73 Ампера. То есть, теперь нам известно, какой мощности автомат (УЗО) нам нужно подбирать на ввод. Подойдет ближайший по мощности автомат (подбирать нужно в большую сторону) в 50 А. К примеру, отлично подойдет автоматический выключатель ABB 1-полюсный S201 C50. Их нужно ставить два: на фазу и на ноль. Можно взять двухполюсный АВВ S202 C50. По стоимости выйдет примерно одинаково.
Это будет общий автомат на ввод. Далее рассчитаем, какие автоматические выключатели нам нужны на дом, на подсобные помещения, мастерскую и сад-огород.
Действуем все так же, как и раньше: определяем, что у нас будет запитываться в доме (утюг, пылесос, холодильник,телевизор и так далее). Добавляем освещение. Множим на 1.5, затем на коэффициент одновременности. Скажем, вышло 5 кВт. Делим на 220, получаем 22.73 Ампера. Значит, автомат нам нужен на 25 А (Ампер). Подойдет автоматический выключатель ABB 1-полюсный S201C25 или аналоги, главное, чтобы они (автоматы) были рассчитаны на ток в 25 А. Здесь уже, на щите распределения, не требуется ставить автомат и на фазу, и на ноль. Достаточно лишь на фазу.
Подбираем автоматические выключатели для приусадебных построек, мастерской и сада-огорода. В приусадебных постройках (читай сараях) все просто: в птичнике, крольчатнике и свинарнике, скорее всего, даже розетки не нужны, только освещение. Можно, конечно, на всякий пожарный случай, сделать по одной штуке, мало ли. Поэтому считаем только освещение, ну и плюс резервная розетка (посчитаем ее, как 1 кВт нагрузки). Суммарно вышло,скажем 2 кВт. Автомат нужен на 10А ( ABB 1-полюсный S201 C10 ). Теперь мастерская. Здесь стоит взять с запасом: скажем 8 кВт. Автомат подойдет на 40А (к примеру ABB 1-полюсный S201 C40).
Далее, складываем мощность поливочного насоса и освещения в саду. Скажем, 1.5-2 кВт. Соответственно, автомат на 10А.
Мы подобрали автоматы. Теперь дело за кабелями и проводами.
Для начала, определимся, какие провода и кабели у нас будут: с медными или алюминиевыми жилами. Алюминий дешевле, а медь надежнее. Далее, выбираем сечение проводов и кабелей по нагрузке. По ПУЭ, провода с медными жилами, сечением в 2.5 квадрата рассчитаны на ток до 27А, и нагрузку в 5.9 кВт. Для проводов с алюминиевыми жилами эти показатели ниже: 20 А и 4.4 кВт соответственно.
Проводов такого сечения вполне достаточно для освещения и электропитания дома и приусадебных построек. Подойдет провод бытовой ПУНП 2х2,5 (медь). Отдельно для освещения можно взять и провод меньшего сечения — в 1.5 квадрата. Такой медный провод рассчитан на ток до 19.1А, и нагрузку в 4.1 кВт. (ПУНП 2х1,5 или ПУГНП2х1,5).
Для запитывания приусадебных построек, мастерской и освещения сада можно проложить воздушную питающую линию, подземную или же смонтировать линию электропитания в закрытом канале (трубе). Кабель для электропитания нужно выбирать исходя из технических условий его эксплуатации. Для воздушной линии подойдет кабель ВВГ 3Х2.5, а для прокладывания в трубе будет достаточно NYM 2х2,5.
При монтаже электропитания к станкам, циркуляционным пилам и иным подобным электроагрегатам, силовой кабель нужно укладывать в металлорукав, чтобы предотвратить его возможное повреждение в процессе эксплуатации. При использовании мощных электродвигателей в таких устройствах (3 кВт. и более), целесообразно устанавливать на каждое устройство отдельный автоматический выключатель.
