Alegerea automatului în funcție de puterea sarcinii, secțiunea cablului și curent: principii și formule pentru calcule

Pentru a organiza o alimentare cu energie electrică interioară care funcționează fără defecțiuni, este necesar să se delimiteze ramuri separate. Fiecare linie trebuie echipată cu propriul dispozitiv de protecție care protejează izolația cablului de topire. Cu toate acestea, nu toată lumea știe ce dispozitiv să achiziționeze. Sunteți de acord?

Totul despre alegerea întrerupătoarelor în funcție de puterea sarcinii veți afla din articolul prezentat de noi. Vă vom spune cum să determinați valoarea nominală pentru a găsi întrerupătorul de clasă necesară. Respectarea recomandărilor noastre garantează achiziționarea dispozitivelor necesare, capabile să excludă situațiile periculoase în timpul exploatării cablajului.

Întrerupătoare automate pentru rețele casnice

Organizațiile de furnizare a energiei electrice realizează conectarea caselor și apartamentelor, efectuând lucrări de aducere a cablului la tabloul de distribuție. Toate operațiunile de montare a instalației electrice în încăpere sunt efectuate de către proprietari sau de specialiști angajați.

Pentru a alege întrerupătorul pentru protecția fiecărui circuit individual, este necesar să se cunoască valoarea sa nominală, clasa și alte câteva caracteristici.

Parametrii principali și clasificarea

Întrerupătoarele casnice se instalează la intrarea în circuitul electric de joasă tensiune și sunt destinate rezolvării următoarelor sarcini:

• pornirea manuală sau electronică sau deconectarea circuitului electric;
• protecția circuitului: deconectarea curentului la suprasarcină ușoară prelungită;
• protecția circuitului: deconectarea instantanee a curentului la scurtcircuit.

Fiecare întrerupător are o caracteristică exprimată în amperi, care se numește curent nominal (I_n) sau “valoare nominală”.

Esența acestei valori este mai ușor de înțeles utilizând coeficientul de depășire a valorii nominale:

K = I / I_n,

unde I – intensitatea reală a curentului.

• K < 1.13: deconectarea (declanșarea) nu va avea loc în decurs de 1 oră;
• K > 1.45: deconectarea va avea loc în decurs de 1 oră.

Acești parametri sunt fixați în pct. 8.6.2. din GOST R 50345-2010. Pentru a afla în cât timp va avea loc deconectarea la K>1.45, trebuie să utilizați graficul care reflectă caracteristica timp-curent a modelului specific de întrerupător.

La o depășire prelungită a curentului față de valoarea nominală a întrerupătorului de 2 ori, deconectarea va avea loc într-un interval cuprins între 8 secunde și 4 minute. Viteza de acționare depinde de setarea modelului și de temperatura mediului.

De asemenea, fiecare tip de întrerupător automat are un interval de curent (I_a) la care acționează mecanismul de declanșare instantanee:

• clasa “B”: I_a = (3 * I_n .. 5 * I_n];
• clasa “C”: I_a = (5 * I_n .. 10 * I_n];
• clasa “D”: I_a = (10 * I_n .. 20 * I_n].

Dispozitivele de tip “B” sunt utilizate în principal pentru linii care au o lungime semnificativă. În spațiile rezidențiale și de birouri se folosesc întrerupătoare de clasă “C”, iar echipamentele cu marcajul “D” protejează circuitele în care există echipamente cu un coeficient mare de curent de pornire.

Gama standard de întrerupătoare casnice include dispozitive cu valori nominale de 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 și 63 A.

Dispozitivul constructiv al declanșatoarelor

În întrerupătorul automat modern există două tipuri de declanșatoare: termic și electromagnetic.

Declanșatorul bimetalic are forma unei plăci realizate din două metale conductoare cu dilatare termică diferită. Această configurație, la o depășire prelungită a valorii nominale, duce la încălzirea piesei, la deformarea acesteia și la acționarea mecanismului de deconectare a circuitului.

La unele întrerupătoare, cu ajutorul unui șurub de reglare, se pot modifica parametrii de curent la care are loc deconectarea. Anterior, această tehnică era adesea utilizată pentru reglarea “de precizie” a dispozitivului, însă această procedură necesită cunoștințe specializate aprofundate și efectuarea mai multor teste.

Prin rotirea șurubului de reglare (marcat cu un dreptunghi roșu) în sens invers acelor de ceasornic se poate obține un timp mai mare de acționare a declanșatorului termic

În prezent, pe piață se găsesc numeroase modele cu valori nominale standard de la diferiți producători, ale căror caracteristici timp-curent diferă ușor (dar respectă totuși cerințele normative). Prin urmare, există posibilitatea de a selecta un întrerupător cu setările “din fabrică” dorite, ceea ce elimină riscul unei calibrări incorecte.

Declanșatorul electromagnetic previne supraîncălzirea liniei ca urmare a unui scurtcircuit. Acesta reacționează aproape instantaneu, dar valoarea intensității curentului trebuie să depășească de câteva ori valoarea nominală. Constructiv, această piesă reprezintă un solenoid. Supracurentul generează un câmp magnetic care deplasează miezul, deconectând circuitul.

Respectarea principiilor de selectivitate

În cazul existenței unui circuit electric ramificat, se poate organiza protecția astfel încât, la un scurtcircuit, să se deconecteze doar ramura pe care a apărut situația de avarie. În acest scop, se aplică principiul selectivității întrerupătoarelor.

O schemă ilustrativă care arată principiul de funcționare a sistemului de întrerupătoare automate cu funcția de selectivitate la declanșare în caz de scurtcircuit.

Pentru a asigura deconectarea selectivă la treptele inferioare, se instalează întrerupătoare automate cu declanșare instantanee, care deschid circuitul în 0,02 – 0,2 secunde. Întrerupătorul situat la treapta superioară fie are o întârziere la declanșare de 0,25 – 0,6 s, fie este realizat conform unei scheme speciale “selective” în conformitate cu standardul DIN VDE 0641-21.

Pentru a garanta funcționarea selectivă a întrerupătoarelor automate, este mai bine să folosiți întrerupătoare automate de la același producător. Pentru întrerupătoarele din aceeași gamă de modele, există tabele de selectivitate care indică combinațiile posibile.

Cele mai simple reguli de instalare

Porțiunea de circuit care trebuie protejată de întrerupător poate fi monofazată sau trifazată, având un neutru, precum și un conductor PE (“pământ”). De aceea, întrerupătoarele automate au de la 1 la 4 poli, la care se conectează conductorul de curent. Când sunt îndeplinite condițiile de declanșare, toate contactele se deconectează simultan.

Întrerupătoarele automate din tablou se fixează pe o șină DIN special destinată acestui scop. Aceasta asigură compactitatea și siguranța conexiunii, precum și un acces ușor la întrerupător.

Întrerupătoarele automate se instalează astfel:

• unipolare pe fază;
• bipolare pe fază și neutru;
• tripolare pe 3 faze;
• tetrapolare pe 3 faze și neutru.

În același timp, este interzis să se facă următoarele:

• instalarea întrerupătoarelor automate unipolare pe neutru;
• introducerea conductorului PE în întrerupătorul automat;
• instalarea a trei întrerupătoare unipolare în locul unuia tripolar, dacă în circuit este conectat cel puțin un consumator trifazat.

Toate aceste cerințe sunt prevăzute în PUE și trebuie respectate.

În fiecare casă sau încăpere la care este furnizată electricitate, se instalează un întrerupător automat de intrare. Valoarea sa nominală este stabilită de furnizor și această valoare este specificată în contractul de racordare la rețeaua electrică. Scopul unui astfel de întrerupător este protejarea porțiunii de la transformator până la consumator.

După întrerupătorul automat de intrare, la linie se conectează un contor (monofazat sau trifazat) și un dispozitiv de protecție la scurgere, ale cărui funcții diferă de cele ale întrerupătorului automat și ale întrerupătorului diferențial.

Dacă în încăpere s-a realizat o distribuție pe mai multe circuite, atunci fiecare dintre ele este protejat de un întrerupător automat separat, a cărui putere este indicată în marcaj. Valorile nominale și clasele acestora sunt determinate de proprietarul încăperii, ținând cont de cablajul existent sau de puterea dispozitivelor conectate.

Contorul de energie electrică și întrerupătoarele automate se instalează în tabloul de distribuție, care îndeplinește toate cerințele de siguranță și poate fi ușor integrat în interiorul încăperii.

La alegerea locului pentru amplasarea tabloului de distribuție, trebuie să rețineți că proprietățile declanșatorului termic sunt influențate de temperatura aerului. De aceea, este de dorit să plasați șina cu întrerupătoarele automate în interiorul încăperii.

Calculul valorii nominale necesare

Funcția principală de protecție a întrerupătorului automat se aplică cablajului, prin urmare selectarea valorii nominale se face în funcție de secțiunea cablului. În același timp, întregul circuit trebuie să asigure funcționarea normală a dispozitivelor conectate la el. Calculul parametrilor sistemului nu este dificil, dar trebuie să se țină cont de multe nuanțe pentru a evita erorile și apariția problemelor.

Determinarea puterii totale a consumatorilor

Unul dintre parametrii principali ai circuitului electric este puterea maximă posibilă a consumatorilor de energie electrică conectați la acesta. La calcularea acestui indicator, nu se pot pur și simplu suma datele nominale ale dispozitivelor.

Componenta activă și nominală

Pentru orice aparat care funcționează cu energie electrică, producătorul este obligat să indice puterea activă (P). Această valoare determină cantitatea de energie care va fi transformată ireversibil ca urmare a funcționării aparatului și pentru care utilizatorul va plăti conform contorului.

Dar pentru aparatele care au condensatoare sau bobine de inductanță, există o altă putere cu o valoare diferită de zero, care se numește putere reactivă (Q). Aceasta ajunge la dispozitiv și se întoarce aproape instantaneu.

Componenta reactivă nu participă la calculul energiei electrice consumate, dar împreună cu cea activă formează așa-numita putere “totală” sau “nominală” (S), care reprezintă sarcina asupra circuitului.

cos(f) – parametrul cu ajutorul căruia se poate determina puterea totală (nominală) din puterea activă (consumată). Dacă acesta nu este egal cu unitatea, atunci este indicat în documentația tehnică a aparatului electric.

Contribuția unui dispozitiv individual la sarcina totală asupra conductoarelor și a întrerupătorului automat trebuie calculată pe baza puterii sale totale: S = P / cos(f).

Curenți de pornire crescuți

O altă caracteristică a unor tipuri de electrocasnice este prezența transformatoarelor, motoarelor electrice sau compresoarelor. Astfel de dispozitive la pornire consumă un curent de pornire (de start).

Valoarea acestuia poate depăși de câteva ori valorile standard, dar timpul de funcționare la putere mărită este scurt și de obicei este cuprins între 0,1 și 3 secunde. Un astfel de vârf de scurtă durată nu va duce la acționarea declanșatorului termic, dar componenta electromagnetică a întrerupătorului, responsabilă pentru supracurentul de scurtcircuit, poate reacționa.

Această situație este deosebit de relevantă pentru liniile dedicate, la care se conectează echipamente precum mașinile de prelucrare a lemnului. În acest caz, trebuie calculat amperajul și, eventual, are sens să se utilizeze un întrerupător de clasă “D”.

Luarea în considerare a coeficientului de cerere

Pentru circuitele la care este conectat un număr mare de echipamente și nu există un dispozitiv care consumă cea mai mare parte a curentului, se utilizează coeficientul de cerere (ks). Sensul utilizării sale este că toate aparatele nu vor funcționa simultan, prin urmare însumarea puterilor nominale va duce la o valoare supraestimată.

Coeficientul de cerere pentru grupurile de consumatori electrici este stabilit la pct. 7 din SP 256.1325800.2016. Pe aceste valori se poate baza și la calculul independent al puterii maxime

Acest coeficient poate lua o valoare egală sau mai mică decât unu. Calculul puterii calculate (P_r) fiecărui aparat se face conform formulei:

P_r = ks * S

Puterea totală calculată a tuturor aparatelor se utilizează pentru calcularea parametrilor circuitului. Utilizarea coeficientului de cerere este oportună pentru birouri și spații comerciale mici cu un număr mare de calculatoare, echipamente de birou și alte aparate alimentate de la un singur circuit.

Pentru liniile cu un număr nesemnificativ de consumatori, acest coeficient nu se aplică în forma pură. Din calculul puterii se elimină acele dispozitive a căror pornire simultană cu aparatele mai consumatoare de energie este puțin probabilă.

De exemplu, sunt puține șanse ca într-o cameră de locuit să funcționeze simultan fierul de călcat și aspiratorul. Iar pentru atelierele cu un număr mic de personal, se iau în calcul doar 2-4 cele mai puternice scule electrice.

Calculul intensității curentului

Selectarea întrerupătorului se face în funcție de valoarea maximă a intensității curentului admisă pe porțiunea de circuit. Este necesar să se obțină acest indicator, cunoscând puterea totală a consumatorilor electrici și tensiunea din rețea.

Conform GOST 29322-2014 din octombrie 2015, valoarea tensiunii trebuie să fie de 230 V pentru rețeaua obișnuită și 400 V pentru rețeaua trifazată. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, încă se aplică parametrii vechi: 220 și, respectiv, 380 V. Prin urmare, pentru exactitatea calculelor, este necesar să se efectueze măsurători cu ajutorul unui voltmetru.

Puteți măsura tensiunea în rețeaua casnică cu ajutorul unui voltmetru sau multimetru. Pentru aceasta, este suficient să introduceți contactele acestuia în priză.

O altă problemă, deosebit de actuală pentru instalația electrică în sectorul privat, este furnizarea de energie electrică cu o tensiune insuficientă. Măsurătorile la astfel de obiecte problematice pot indica valori care depășesc intervalul stabilit prin GOST.

Mai mult, în funcție de nivelul consumului de energie electrică al vecinilor, valoarea tensiunii se poate modifica semnificativ într-un timp scurt.

Aceasta creează o problemă nu numai pentru funcționarea aparatelor, ci și pentru calculul intensității curentului. La căderea tensiunii, unele dispozitive pierd pur și simplu în putere, iar altele, care au un stabilizator de intrare, își măresc consumul de energie electrică.

Este dificil să se efectueze calcule calitative ale parametrilor necesari ai circuitului în astfel de condiții. Prin urmare, fie va trebui să instalați cabluri cu o secțiune transversală substanțial mai mare (ceea ce este costisitor), fie să rezolvați problema prin instalarea unui stabilizator de intrare sau prin conectarea casei la o altă linie.

Stabilizatorul se instalează lângă tabloul de distribuție. De multe ori, aceasta este singura modalitate de a obține valori normative ale tensiunii în casă.

După ce s-a determinat puterea totală a aparatelor electrice (S) și s-a aflat valoarea tensiunii (U), calculul intensității curentului (I) se efectuează conform formulelor care decurg din legea lui Ohm:

I_f = S / U_f  pentru rețeaua monofazată

I_l = S / (1.73 * U_l) pentru rețeaua trifazată

Aici indicele “f” înseamnă parametrii de fază, iar “l” – parametrii de linie.

Majoritatea dispozitivelor trifazate utilizează tipul de conexiune “stea”, iar transformatorul care furnizează curent consumatorului funcționează și el după această schemă. La o sarcină simetrică, intensitatea de linie și de fază vor fi identice (I_l = I_f), iar tensiunea se calculează conform formulei:

U_l = 1.73 * U_f

Nuanțele alegerii secțiunii cablului

Calitatea și parametrii firelor și cablurilor sunt reglementate de GOST 31996-2012. Conform acestui document, pentru produsele fabricate se elaborează specificații tehnice (TU), în care se admite un anumit interval de valori ale caracteristicilor de bază. Producătorul este obligat să furnizeze un tabel de corespondență între secțiunea conductoarelor și intensitatea maximă sigură a curentului.

Intensitatea maximă admisibilă a curentului depinde de secțiunea conductoarelor firelor și de modul de montaj. Acestea pot fi instalate în mod ascuns (în perete) sau la vedere (în țeavă sau în cutie).

Alegerea cablului trebuie făcută astfel încât să se asigure o circulație sigură a curentului, corespunzătoare puterii totale calculate a aparatelor electrice. Conform PUE (normele de instalații electrice), secțiunea minimă calculată a conductorilor utilizați în încăperi locative trebuie să fie de cel puțin 1,5 mm².

Dimensiunile standard au următoarele valori: 1,5; 2,5; 4; 6 și 10 mm².

Uneori este oportun să se utilizeze conductori cu o secțiune cu un pas mai mare decât cea minimă admisibilă. În acest caz, există posibilitatea de a conecta aparate suplimentare sau de a le înlocui pe cele existente cu altele mai puternice, fără lucrări costisitoare și de lungă durată de instalare a unor cabluri noi.

Calculul parametrilor întrerupătorului

Pentru orice circuit trebuie îndeplinită următoarea inegalitate:

I_n <= I_p / 1.45

Aici I_n – curentul nominal al întrerupătorului, iar I_p – curentul admisibil pentru instalația electrică. Această regulă asigură declanșarea garantată la depășirea prelungită a sarcinii admisibile.

Inegalitatea “In <= Ip / 1.45” este condiția principală la alcătuirea perechii “întrerupător – cablu”. Necesitatea acestei reguli poate duce la incendierea instalației electrice

Valoarea nominală a întrerupătorului poate fi calculată atât în funcție de sarcina totală, cât și de secțiunea conductorilor cablajului deja instalat. Să presupunem că există o schemă de conectare a aparatelor electrice, dar cablajul nu este încă instalat.

În acest caz, succesiunea acțiunilor este următoarea:

1. Calcularea curentului total al aparatelor electrice conectate la rețea.
2. Alegerea unui întrerupător cu o valoare nominală nu mai mică decât valoarea calculată.
3. Selectarea secțiunii cablului în funcție de valoarea nominală a întrerupătorului.

Exemplu:

1. S = 4 kW; I = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 1.45 = 29 A; D = 4 mm².

Dacă cablajul este deja instalat, succesiunea acțiunilor este diferită:

1. Determinarea curentului admisibil în funcție de secțiunea cunoscută și metoda de instalare a cablajului, conform tabelului furnizat de producător.
2. Selectarea întrerupătorului automat.
3. Calcularea puterii dispozitivelor conectate. Formarea unui grup de aparate astfel încât sarcina totală pe circuit să fie mai mică decât valoarea nominală.

Exemplu. Să presupunem că sunt instalate două cabluri unifilare în mod deschis, D = 6 mm², atunci:

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 kW.

La punctul 2 al ultimului exemplu, există o ușoară aproximare admisibilă. Valoarea exactă I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A a fost rotunjită la valoarea de 32 A.

Alegerea între mai multe valori nominale

Uneori apare o situație în care se pot alege mai multe întrerupătoare cu valori nominale diferite pentru protecția circuitului. De exemplu, la o putere totală a aparatelor electrice de 4 kW (18 A), s-a ales cu rezervă un cablaj cu secțiunea conductorilor de cupru de 4 mm². Pentru această combinație, se pot instala întrerupătoare de 20 și 25 A.

Dacă schema de distribuție electrică presupune existența unei protecții pe mai multe niveluri, atunci trebuie să alegeți întrerupătoarele astfel încât valoarea nominală a celui superior (în figură, acesta este în dreapta – 25 A) să fie mai mare decât cea a întrerupătoarelor de niveluri inferioare.

Un avantaj al alegerii unui întrerupător cu cea mai mare valoare nominală este posibilitatea de a conecta dispozitive suplimentare fără a modifica elementele circuitului. Cel mai adesea se procedează astfel.

În favoarea alegerii unui întrerupător cu o valoare nominală mai mică pledează faptul că declanșatorul său termic va reacționa mai rapid la un nivel crescut al curentului. De fapt, la unele aparate poate apărea o defecțiune care va duce la o creștere a consumului de energie, dar nu până la valoarea unui scurtcircuit.

De exemplu, o defecțiune a rulmentului motorului mașinii de spălat va duce la o creștere bruscă a curentului în înfășurare. Dacă întrerupătorul reacționează rapid la depășirea valorilor permise și se deconectează, motorul nu se va arde.

Concluzii și material video util pe această temă

Construcția întrerupătorului automat și clasificarea acestuia. Conceptul de caracteristică timp-curent și alegerea valorii nominale în funcție de secțiunea cablului:

Calculul puterii aparatelor și alegerea întrerupătorului utilizând prevederile Regulamentului pentru instalații electrice (PUE):

Alegerea întrerupătorului automat trebuie abordată cu responsabilitate, deoarece de aceasta depinde siguranța funcționării sistemului electric al casei. În ciuda multitudinii de parametri de intrare și a nuanțelor de calcul, trebuie să rețineți că funcția principală de protecție a întrerupătorului se extinde asupra cablajului.

Vă rugăm să scrieți comentarii, să adresați întrebări, să postați fotografii pe tema articolului în blocul de mai jos. Împărtășiți informații utile care ar putea fi de folos vizitatorilor site-ului. Povestiți despre propria experiență în alegerea întrerupătoarelor automate pentru protecția instalației electrice de la cabană sau de acasă.