Номиналы автоматических выключателей

Номиналы автоматических выключателей

В последние десятилетия бытовые и промышленные низковольтные сети претерпели серьезные изменения в части отказа от устаревших пробок в пользу более современных и эффективных автоматов. В них больше не требуется заменять перегоревшие предохранители и производить длительные манипуляции, теперь достаточно устранить причину срабатывания и перевести ручку во включенное положение. Однако начинающие электрики и обыватели часто испытывают сложность с выбором конкретной модели под конкретные условия работы. Поэтому в данной статье мы рассмотрим основные номиналы автоматических выключателей и принципы их применения на практике.

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.

Время-токовая характеристика

Все автоматические выключатели имеют определенную зависимость времени, в течении которого он будет отключен от величины протекающего через него тока. Такая зависимость получила название время-токовой характеристики, на которой в соответствии с п.4.8 ГОСТ Р 50345-2010 по оси абсцисс откладывается величина тока кратного номиналу, а по оси ординат время, что указывается в паспорте изделия.

Замечали ли вы, что номинал автоматического выключателя не показывает то значение, при котором защита отключит питание электрической сети. Все дело в том, что отключающие функции в автомате возложены на тепловой и электромагнитный расцепитель. Первый из которых реагирует на токи перегрузки, которые долго нагревают элемент, второй срабатывает при токах короткого замыкания. Это обусловлено необходимостью пропускать кратковременные перегрузки в виде пусковых токов, которые не несут существенной угрозы электрической проводке. Поэтому автомат с номиналом в 16 А не отключит нагрузку в 17 А, а продолжит работу в том же режиме, что детально отображается на время-токовой характеристике.

Рис. 3. Время-токовые характеристики B C D

Как видите, кривая не приближается к оси ординат, поэтому отключение возможно только при значении нагрузки от 1,13 номинала автоматического выключателя, то есть для номинала в 16 А это значение составит 18,08 А, да и то отключение произойдет только через час. В соответствии с п.4.5 ГОСТ Р 50345-2010 выделяют три основных категории автоматических выключателей с время-токовой характеристикой B, C и D, приведенные на рисунке выше. Именно они являются наиболее актуальными в бытовых цепях. Как видите на изображении, все три категории отличаются зоной срабатывания, поэтому они применимы в таких ситуациях:

  • B – при кратности в 3 – 5 раз, для бытовых цепей с классической линейной нагрузкой;
  • C – при кратности в 5 – 10 раз, в сетях с плавным пуском электродвигателя, где присутствуют некоторые скачки тока;
  • D – при кратности в 10 – 20 раз, для электроустановок с большим коэффициентом перегрузки, с асинхронными короткозамкнутыми электрическими машинами, мощными трансформаторами и т.д.

Помимо этого на практике вы можете встретить автоматические выключатели с характеристиками A, K и Z. Но на рынке они скорее редкость, чем постоянный товар. Такие время-токовые характеристики являются специфическими и используются только в узкоспециализированных отраслях. Принципиальное отличие номиналов приведено на рисунке ниже.

Рис. 4. Сравнение характеристик

Номиналы автоматов (подбор по таблице)

При выборе конкретного номинала автоматического выключателя для дома или производственного цеха можно руководствоваться допустимыми токовыми ограничениями. К примеру, для конкретного типа электрического провода или кабеля, использованного в качестве проводки или питающей линии. Чтобы предотвратить перегрев с возможной утратой диэлектрических свойств в дальнейшем, номинал автоматического выключателя выбирается с запасом по электрической прочности. Достаточно удобным способом подбора является таблица:

Таблица: выбор номинала выключателя по току

Сила тока (А) Мощность сети с 1 фазой (кВт) Мощность 3- фазной сети (кВт) Cечения медных проводов (мм 2 ) Сечения алюминиевых проводов (мм 2 )
1 0,2 0,5 1 2,5
2 0,4 1,1 1 2,5
3 0,7 1,6 1 2,5
4 0,9 2,1 1 2,5
5 1,1 2,6 1 2,5
6 1,3 3,2 1 2,5
8 1,7 5,1 1,5 2,5
10 2,2 5,3 1,5 2,5
16 3,5 8,4 1,5 2,5
20 4,4 10,5 2,5 4
25 5,5 13,2 4 6
32 7 16,8 6 10
40 8,8 21,1 10 16
50 11 26,3 10 16
63 13,9 33,2 16 25
80 17,6 52,5 25 35
100 22 65,7 35 50
Читайте также:  Обозначение автоматического выключателя

К примеру, для проводки с медными жилами сечением в 2,5 мм 2 подойдет автоматический выключатель номиналом в 20А. Помимо этого в таблице приведена графа с указанием мощности, помимо токового значения можно воспользоваться и ею, но для этого вам потребуется перевести амперы в ватты.

Как перевести номинальные амперы автоматического выключателя в мощность?

Данный прием необходим в том случае, когда вам известна мощность всех бытовых приборов, которые будут включаться в сеть под автоматический выключатель. Производители указывают ее в ваттах (Вт), поэтому рабочие характеристики автоматического выключателя и параметры сети приводятся к единой системе измерений. Для этого используется формула:

  • P – значение мощности;
  • U – номинал питающего напряжения;
  • I – величина тока.

В случае, если расчет производится для автоматического выключателя трехфазной сети, где присутствует сразу три фазы, то значение мощности рассчитывается по измененной формуле, так как величина возрастет на константу:

Правильный расчёт номинала для автомата по мощности тока

Для того, чтобы установить в сеть выключатели автоматического типа, способные обеспечить надёжную защиту, необходимо правильно рассчитать номиналы автоматов. Такие вычисления проводятся не только на этапе проектирования новых сетей. Они могут понадобиться и при создании дополнительных линий или коммутации мощных приборов. Разберёмся более подробно, как все правильно сделать.

Работа и сферы использования автоматов

Достаточно часто, пользователи игнорируют выбор автомата по мощности нагрузки и приобретают устройства защиты руководствуясь одним из следующих критериев:

  • дешевизна устройства;
  • изрядная мощность.

Этот подход обуславливается нежеланием произвести расчёт автомата по мощности устройств, входящих в состав коммуникаций, в конечном итоге, приводит к авариям. Приходят в негодность дорогостоящие бытовые приборы, в сети происходят замыкания или возникает пожароопасная обстановка.

Современные выключатели для отключения питания в автоматическом режиме, защищают электрическую сеть с двух направлений:

  • теплового воздействия;
  • электромагнитного скача.

Такое техническое решение предохраняет силовые линии и подключённые приборы от длительного воздействия тока, выходящего за рамки номинальных значений. Также, автоматы защищают электрические коммуникации и устройства от замыканий.

Для защиты от тока критической мощности и высокой температуры, в автоматы устанавливаются специальные пластины биметаллического типа, изготавливаемые из двух различных металлов. Если на элемент оказывается воздействие током мощностью выше расчётного номинала, то пластина становится гибкой. За счёт этого осуществляется давление на контур отключения, и происходит срабатывание автомата.

Электромагнитная защита в таких выключателях реализована на основе соленоида, имеющего сердечник, сдвигающегося в сторону отключения при пропускании через него сверх токов, возникающих при замыканиях. Это обеспечивает быстрое срабатывание автоматики при критических скачках напряжения в коммуникациях и гарантировать сохранность подключённой периферии.

Такие выключатели широко распространены и применяются в бытовых сетях, а также на производстве. Везде где есть электрические коммуникации, установка этих устройств необходима, поскольку их основное назначение – обеспечение безопасной эксплуатации электротехнического оборудования.

Опасность несоответствия проводников сетевой нагрузке

Грамотный выбор автомата по мощности является важной задачей при создании, ремонте и расширении сети электрических коммуникаций. Ошибки при выборе устройства защиты делают схему уязвимой для резких скачков напряжения.

Однако наряду с выбором оптимально подходящего автоматического выключателя, не менее важен верный расчёт сечения проводника. Если электропроводка имеет недостаточную пропускную способность, при повышении нагрузки и выхода её за номинальные показатели, коммуникации начинают ощутимо нагреваться. Критическое повышение температуры провоцирует плавление изоляционного слоя и возникновение пожара.

Для наглядности, приведём пример показывающий опасность, которая возникает, когда сечение проводника не соответствует мощности потребления приборов, подключённых в сеть. Предположим, что была приобретена квартира в доме старой постройки и к электрическим коммуникациям были подключены бытовые приборы современного образца, с высоким потреблением энергии.

Посчитав суммарную мощность, хозяева получили 5 киловатт общей нагрузки. Этот показатель примерно равен 23 амперам. Логичной кажется монтаж автоматического выключателя на 25 ампер. Вроде бы, подбор автомата по мощности выполнен верно и коммуникации готовы к безопасному использованию.

Однако в момент подключения всех устройств, через непродолжительное время в квартире наблюдается запах горелого изоляционного слоя и задымление. Если срочно не обесточить сеть, неизбежно возгорание проводки. При этом защитный автомат бездействует, поскольку номинальная мощность, на которую он рассчитан, не превышена.

При возгорании изоляционного слоя возникает короткое замыкание, на которое автомат среагирует и отключит питание. Но будет уже поздно, поскольку пламя уже возникло и начало распространяться по квартире.

Если разобраться в причинах, то выясниться, что старая проводка имела поперечное сечение в полтора квадратных миллиметров. Такой кабель рассчитан на максимальный ток в 19 ампер, соответственно он не способен выдерживать нагрузку современных бытовых приборов.

Читайте также:  Узо или дифференциальный автомат что выбрать

Для облегчения вычислений мы приводим таблицу типовых значений для проводников из меди и алюминия. В таблице также учитываются и способы прокладки проводки, от них во многом зависит окончательное сечение проводников.

Выбор автомата по мощности

То, что с электричеством шутки плохи, известно каждому. Неправильный расчёт схемы электроснабжения может привести как минимум к двум неприятным последствиям. Первое, это когда при включении нескольких энергоёмких электроприборов (например, стиральной машины, электрочайника и утюга) срабатывают автоматические выключатели и сеть обесточивается. Неприятно, но не смертельно. Второе, это когда при включении тех же приборов автоматы не сработают, и начнёт плавиться и дымиться электропроводка. А это уже смертельная опасность: до пожара всего один шаг. Вот почему выбор автомата по мощности нагрузки – дело первостепенной важности.

Автоматический однополюсный выключатель Schneider ВА63 1П 25А С на 25 ампер.

Немного теории

Из курса физики известно, что существует зависимость между электрической мощностью, силой тока и напряжением в электрической сети. В упрощённом виде эта зависимость выражается следующей формулой для однофазной сети:

где W – мощность тока в ваттах (Вт);

I – сила тока в амперах (А);

V – напряжение в вольтах (В).

В данном случае нас будет интересовать сила тока, поскольку по этому параметру часто подбирается автомат защиты электросети и характеристики электропроводки. Для удобства преобразуем вышеприведённую формулу в выражение:

В качестве примера рассчитаем силу тока для нагрузки, которую дают на электросеть упомянутые выше энергоёмкие потребители. Их суммарная мощность составит порядка 6 кВт, и при напряжении 220 В мы получим силу тока в цепи:

I = 6000 Вт / 220 В = 27,3 А

Для трёхфазной схемы подключения формула (2) примет следующий вид:

Это изменение вызвано тем обстоятельством, что при равной нагрузке и равномерном распределении мощности по фазам ток в трёхфазной сети будет втрое меньше. Таким образом, при той же суммарной мощности в 6 кВт, но при напряжении 380 В, сила тока в цепи будет равна:

I = 6000 Вт / (1,73 х 380 В) = 9,1 А

Получив данный показатель, можно приступать к подбору автоматического выключателя, обеспечивающего защиту сети от перегрузки.

Подбор номинала автоматического выключателя по току и мощности нагрузки

Для выбора подходящего автомата удобно рассчитать силу тока на один киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Применив формулу (2) и коэффициент мощности 0.95 для напряжения 220 В, получим:

1000 Вт / (220 В х 0,95) = 4,78 А

Учитывая, что напряжение в наших электросетях нередко не дотягивает до положенных 220 В, вполне корректно принять значение 5 А на 1 кВт мощности. Тогда таблица зависимости силы тока от нагрузки будет выглядеть в таблице 1, следующим образом:

Мощность, кВт 2 4 6 8 10 12 14 16
Сила тока, А 10 20 30 40 50 60 70 80

Данная таблица даёт приблизительную оценку силы переменного тока, протекающего по однофазной электрической сети при включении бытовых электроприборов. При этом следует помнить, что имеется в виду пиковая потребляемая мощность, а не средняя. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электротехническому изделию. На практике удобней пользоваться таблицей предельных нагрузок, учитывающей тот факт, что автоматы выпускаются с определённым номиналом по силе тока (таблица 2):

Схема подключения Номиналы автоматов по току
10 А 16 А 20 А 25 А 32 А 40 А 50 А 63 А
Однофазная, 220 В 2,2 кВт 3,5 кВт 4,4 кВт 5,5 кВт 7,0 кВт 8,8 кВт 11 кВт 14 кВт
Трёхфазная, 380 В 6,6 кВт 10,6 13,2 16,5 21,0 26,4 33,1 41,6

Например, если нужно узнать, на сколько ампер нужен автомат под мощность 15 кВт при трёхфазном токе, то ищем в таблице ближайшее большее значение – оно составляет 16,5 кВт, что соответствует автомату на 25 ампер.

В реальности существуют ограничения по выделяемой мощности. В частности, в современных городских многоквартирных домах с электроплитой выделенная мощность составляет от 10 до 12 киловатт, а на входе ставится автомат на 50 А. Эту мощность разумно разбить на группы с учётом того, что самые энергоёмкие приборы концентрируются на кухне и в ванной комнате. На каждую группу ставится свой автомат, что позволяет исключить полное обесточивание квартиры в случае возникновения перегрузки на одной из линий.

В частности, под электроплиту (или варочную панель) целесообразно сделать отдельный ввод и установить автомат на 32 или 40 ампер (в зависимости от мощности плиты и духовки), а также силовую розетку с соответствующим номинальным током. Других потребителей подключать к этой группе не стоит. Отдельная линия должна быть и у стиральной машины, и у кондиционера – для них будет достаточно автомата на 25 А.

На вопрос о том, сколько розеток можно подключить на один автомат, можно ответить одной фразой: сколько угодно. Сами по себе розетки не потребляют электроэнергию, то есть не создают нагрузку на сеть. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы суммарная мощность одновременно включаемых электроприборов соответствовала сечению провода и мощности автомата, о чём будет сказано ниже.

Читайте также:  Автоматы выключения электричества

Для частного дома или коттеджа вводной автомат подбирается в зависимости от выделенной мощности. Далеко не всем хозяевам удаётся получить желаемое количество киловатт, особенно в регионах с ограниченными возможностями электросетей. Но в любом случае, как и для городских квартир, сохраняется принцип разделения потребителей на отдельные группы.

Вводной автомат для частного дома

Подбор номинала автоматического выключателя по сечению провода

Определив номинал автомата, исходя из мощности «подвешенной» нагрузки, необходимо убедиться в том, что электропроводка выдержит соответствующий ток. В качестве ориентира можно воспользоваться нижеприведённой таблицей, составленной для медного провода и однофазной цепи (таблица 3):

Сечение

жилы, кв.мм

Допустимый

ток, А

Макс. мощность

нагрузки, кВт

Ток

автомата, А

Возможные

потребители

1,5 19 4,2 16 Освещение, сигнализация
2,5 27 6,0 25 Розеточная группа, тёплый пол
4 38 8,4 32 Кондиционер, водогрейка
6 46 10,1 40 Электроплита, духовка

Как видим, все три показателя (мощность, сила тока и сечение провода) взаимосвязаны, поэтому номинал автомата можно, в принципе, выбирать по любому из них. В то же время необходимо убедиться, что все параметры стыкуются между собой, и при необходимости сделать соответствующую корректировку.

При любом раскладе следует помнить следующее:

  1. Установка чрезмерно мощного автомата может привести к тому, что до его срабатывания электрооборудование, не защищённое собственным предохранителем, выйдет из строя.
  2. Автомат с заниженным числом ампер способен стать источником нервных стрессов, обесточивая дом или отдельные помещения при включении электрочайника, утюга или пылесоса.

Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки?

При проектировании электрической сети на предприятии или в квартире, не обойтись без установки автоматических выключателей. Они защищают имущество потребителей и человеческие жизни от непредвиденных ситуаций. Профессиональный электрик должен хорошо знать, как правильно подобрать автоматические выключатели для надежной и безопасной работы электросети, как сделать подбор автоматов по мощности используемой нагрузки и по другим параметрам.

Для чего служит автоматический выключатель

Автоматический выключатель или по-простому автомат необходим для предотвращения перегрева изоляции проводов и защиты электрической цепи от тока короткого замыкания. Кроме того при наличии автоматического выключателя, обслуживание электрических линий становится удобнее, так как в любой момент можно обесточить цепь на требуемом участке.

Для выполнения этих задач автомат имеет в своей конструкции тепловой и электромагнитный расцепитель. Каждый автоматический выключатель рассчитан на определённый номинальный ток и время-токовую характеристику. От этих параметров и зависит максимальный рабочий ток линии.

При прохождении по проводам электрического тока, провод нагревается и тем сильнее, чем его величина больше. Если в цепи не будет установлен автомат, то при определённом значении тока изоляция может начать плавиться, что может привести к пожару.

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 номинала автомата по мощности нагрузки

При выборе номинала автоматического выключателя необходимо правильно рассчитать максимальную нагрузку электрического участка сети.

Таблица соотношения сечения кабеля и номинала автоматического выключателя к потребляемой мощности приведена ниже:

Сечение жил из меди Допустимый нагрузочный ток Мощность в сети 220 В Номинальный ток Предельный ток
1,5 мм² 19 А 4,1 кВт 10 А 16 А
2,5 мм² 27 А 5,9 кВт 16 А 25 А
4,0 мм² 38 А 8,3 кВт 25 А 32 А
6,0 мм² 46 А 10,1 кВт 32 А 40 А
10,0 мм² 70 А 15,4 кВт 50 А 63 А

Например, для розеток в квартире чаще всего используется сечение медного провода 2,5 мм². Согласно таблице выше такой провод выдерживает ток до 27 А, но автомат подбирается на 16 А. Аналогично для освещения используется медный кабель 1.5 мм² и номинал автоматического выключателя 10 А.