Automatinio jungiklio parinkimas pagal apkrovos galią, kabelio skerspjūvį ir srovę: principai ir formulės skaičiavimams

Kad būtų užtikrintas nepertraukiamas vidinis elektros tiekimas, būtina išskirti atskiras šakas. Kiekvieną liniją reikia aprūpinti savo apsauginiu įtaisu, saugančiu kabelio izoliaciją nuo lydymosi. Tačiau ne visi žino, kokį įrenginį įsigyti. Ar sutinkate?

Viską apie automatinų jungiklių pasirinkimą pagal apkrovos galią sužinosite iš mūsų pateikto straipsnio. Mes papasakosime, kaip nustatyti vardinę vertę, norint rasti reikiamos klasės jungiklį. Mūsų rekomendacijų laikymasis garantuos reikalingų įrenginių įsigijimą, galinčių pašalinti grėsmingas situacijas eksploatuojant laidus.

Automatiniai jungikliai buitiniams tinklams

Elektros tiekimo organizacijos atlieka namų ir butų prijungimą, vykdydamos kabelio tiesimo iki skirstomojo skydo darbus. Visus patalpose esančių laidų montavimo darbus atlieka jų savininkai arba samdomi specialistai.

Norint pasirinkti automatą kiekvienos atskiros grandinės apsaugai, būtina žinoti jo vardinę vertę, klasę ir kai kurias kitas charakteristikas.

Pagrindiniai parametrai ir klasifikacija

Buitiniai automatai montuojami prie įėjimo į žemos įtampos elektros grandinę ir yra skirti šioms užduotims spręsti:

• rankinis arba elektroninis elektros grandinės įjungimas arba atjungimas;
• grandinės apsauga: srovės išjungimas esant nedidelei ilgalaikei perkrovai;
• grandinės apsauga: momentinis srovės išjungimas trumpojo jungimo atveju.

Kiekvienas jungiklis turi charakteristiką, išreikštą amperais, kuri vadinama vardine srovės stipriu (I_n) arba “vardine verte”.

Šios vertės esmę lengviau suprasti naudojant vardinės vertės viršijimo koeficientą:

K = I / I_n,

kur I – tikrasis srovės stipris.

• K < 1.13: išjungimas (atsijungimas) neįvyks per 1 valandą;
• K > 1.45: išjungimas įvyks per 1 valandą.

Šie parametrai užfiksuoti p. 8.6.2. GOST R 50345-2010. Norint sužinoti, per kiek laiko įvyks išjungimas, kai K>1.45, reikia naudoti grafiką, atspindintį konkretaus automato modelio laiko-srovės charakteristiką.

Esant ilgalaikiam srovės viršijimui dvigubai didesnei už jungiklio nominalą, atsijungimas įvyks per laikotarpį nuo 8 sekundžių iki 4 minučių. Veikimo greitis priklauso nuo modelio nustatymo ir aplinkos temperatūros.

Taip pat kiekvieno tipo automatinis jungiklis turi nustatytą srovės diapazoną (I_a), kuriame suveikia momentinio atjungimo mechanizmas:

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

B tipo įrenginiai dažniausiai naudojami linijose, kurios yra didelio ilgio. Gyvenamosiose ir biuro patalpose naudojami C klasės automatai, o prietaisai su ženklu “D” apsaugo grandines, kuriose yra įranga su dideliu paleidimo srovės koeficientu.

Standartinė buitinių automatinų jungiklių linija apima įrenginius su vardinėmis srovėmis 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 ir 63 A.

Konstrukcinis atjungiklių įtaisas

Šiuolaikiniame automatiniame jungiklyje yra dviejų tipų atjungikliai: terminis ir elektromagnetinis.

Bimetalinis atjungiklis yra plokštelės formos, pagamintos iš dviejų laidžių metalų su skirtingu šiluminio plėtimosi koeficientu. Tokia konstrukcija, esant ilgalaikiam nominalo viršijimui, sukelia detalės įkaitimą, jos lenkimąsi ir grandinės atidarymo mechanizmo suveikimą.

Kai kuriuose automatuose reguliavimo varžtu galima pakeisti srovės parametrus, prie kurių įvyksta išjungimas. Anksčiau šis metodas dažnai buvo naudojamas “tiksliai” prietaiso konfigūracijai, tačiau ši procedūra reikalauja giluminių specializuotų žinių ir kelių bandymų atlikimo.

Sukant reguliavimo varžtą (paryškintą raudonu stačiakampiu) prieš laikrodžio rodyklę, galima pasiekti ilgesnį terminio atjungiklio veikimo laiką.

Šiandien rinkoje galima rasti daugybę standartinių nominalų modelių iš skirtingų gamintojų, kurių laiko-srovės charakteristikos šiek tiek skiriasi (tačiau vis tiek atitinka norminius reikalavimus). Todėl yra galimybė pasirinkti automatinį jungiklį su reikiamais “gamykliniais” nustatymais, o tai pašalina neteisingo kalibravimo riziką.

Elektromagnetinis atjungiklis apsaugo nuo linijos perkaitimo dėl trumpojo jungimo. Jis reaguoja beveik akimirksniu, tačiau srovės stipris turi būti daug kartų didesnis už nominalą. Konstrukciškai ši detalė yra solenoidas. Viršsrovė generuoja magnetinį lauką, kuris perstumia šerdį, atidarančią grandinę.

Selektyvumo principų laikymasis

Esant išsišakojusiai elektros grandinei, apsaugą galima organizuoti taip, kad trumpojo jungimo atveju būtų atjungta tik ta šaka, kurioje įvyko avarinė situacija. Tam taikomas jungiklių selektyvumo principas.

Aiški schema, rodanti automatinių jungiklių sistemos veikimo principą su įgyvendinta selektyvumo (atrankinio) suveikimo funkcija trumpojo jungimo atveju.

Siekiant užtikrinti atrankinį atjungimą, žemutinėse pakopose montuojami automatai su momentine atkirtimi, atjungiantys grandinę per 0,02–0,2 sekundės. Aukštesnėje pakopoje esantis jungiklis turi arba 0,25–0,6 s suveikimo uždelsimą, arba yra pagamintas pagal specialią „selektyviąją“ schemą pagal standartą DIN VDE 0641-21.

Norint garantuotai užtikrinti selektyvų automatai darbą, geriau naudoti vieno gamintojo automatus. Vienos modelių serijos jungikliams yra selektyvumo lentelės, kurios nurodo galimas kombinacijas.

Paprasčiausios įrengimo taisyklės

Grandinės atkarpa, kurią reikia apsaugoti jungikliu, gali būti vienfazė arba trifazė, turėti nulį, taip pat PE laidą („žemė“). Todėl automatai turi nuo 1 iki 4 polių, prie kurių prijungiama srovę vedanti gysla. Sukūrus sąlygas atsijungimui, vienu metu atjungiami visi kontaktai.

Automatai skydelyje tvirtinami ant specialiai tam skirto DIN bėgio. Jis užtikrina kompaktišką ir saugų prijungimą, taip pat patogų priėjimą prie jungiklio.

Automatai montuojami taip:

• vienpoliai ant fazės;
• dvipoliai ant fazės ir nulio;
• tripoliai ant 3 fazių;
• keturpoliai ant 3 fazių ir nulio.

Draudžiama daryti šiuos dalykus:

• montuoti vienpolius automatus ant nulio;
• vesti PE laidą į automatai;
• montuoti vietoj vieno tripolio automato tris vienpolius automatus, jei prie grandinės prijungtas bent vienas trifazis vartotojas.

Visi šie reikalavimai yra išdėstyti PUE ir jų būtina laikytis.

Kiekviename name ar patalpoje, prie kurios yra prijungta elektra, įrengiamas įvadinis automatas. Jo nominalą nustato tiekėjas, ir ši vertė yra nurodyta elektros energijos prijungimo sutartyje. Tokio jungiklio paskirtis – apsaugoti ruožą nuo transformatoriaus iki vartotojo.

Po įvadinio automato prie linijos prijungiamas skaitiklis (vienfazis arba trifazis) ir apsauginio išjungimo įrenginys, kurio funkcijos skiriasi nuo automatinio ir diferencinio jungiklio darbo.

Jei patalpoje yra išvesta kelių kontūrų instaliacija, kiekvienas jų apsaugomas atskiru automatu, kurio galia nurodyta ženklinime. Jų nominalus ir klases nustato patalpos savininkas, atsižvelgdamas į esamą instaliaciją arba prijungiamų prietaisų galią.

Elektros energijos skaitiklis ir automatiniai išjungikliai montuojami skirstomajame skyde, kuris atitinka visus saugos reikalavimus ir lengvai gali būti pritaikytas prie patalpos interjero.

Renkantis vietą skirstomojo skydo išdėstymui, reikia nepamiršti, kad šiluminio atpalaidatoriaus savybėms turi įtakos oro temperatūra. Todėl pageidautina bėgelį su automatais montuoti pačioje patalpoje.

Reikiamos vardinės vertės apskaičiavimas

Pagrindinė automatinio išjungiklio apsauginė funkcija yra skirta instaliacijai, todėl nominalas parenkamas pagal kabelio skerspjūvį. Be to, visa grandinė turi užtikrinti normalų prie jos prijungtų prietaisų darbą. Sistemos parametrų apskaičiavimas nėra sudėtingas, tačiau būtina atsižvelgti į daugybę niuansų, kad būtų išvengta klaidų ir problemų atsiradimo.

Bendros vartotojų galios nustatymas

Vienas iš pagrindinių elektros kontūro parametrų – didžiausia galima prie jo prijungtų elektros energijos vartotojų galia. Skaičiuojant šį rodiklį negalima tiesiog sumuoti įrenginių paso duomenų.

Aktyvioji ir nominalioji dedamosios

Kiekvienam elektra varomam prietaisui gamintojas privalo nurodyti aktyviąją galią (P). Ši vertė nustato energijos kiekį, kuris bus negrįžtamai paverstas prietaiso veikimo metu ir už kurį vartotojas mokės pagal skaitiklį.

Tačiau prietaisuose su kondensatoriais arba induktyvumo rite yra dar kita nenulinė galia, vadinama reaktyviąja (Q). Ji pasiekia įrenginį ir beveik akimirksniu grįžta atgal.

Reaktyvioji dedamoji nedalyvauja skaičiuojant suvartotą elektros energiją, tačiau kartu su aktyviąja sudaro vadinamąją “pilnąją” arba “nominaliąją” galią (S), kuri apkrauna grandinę.

cos(f) – parametras, pagal kurį galima nustatyti pilnąją (nominaliąją) galią pagal aktyviąją (suvartojamą). Jei jis nelygus vienetui, jis nurodomas elektros prietaiso techninėje dokumentacijoje.

Atskiro įrenginio indėlį į bendrą apkrovą srovės laidininkams ir automatiniam išjungikliui reikia skaičiuoti pagal jo pilnąją galią: S = P / cos(f).

Padidintos paleidimo srovės

Kita kai kurių buitinės technikos tipų ypatybė yra transformatorių, elektros variklių arba kompresorių buvimas. Tokie įrenginiai pradėdami darbą sunaudoja paleidimo (startinę) srovę.

Jo vertė gali kelis kartus viršyti standartinius rodiklius, tačiau darbo laikas padidinta galia yra trumpas ir paprastai sudaro nuo 0,1 iki 3 sekundžių. Toks trumpalaikis šuolis nesukels šiluminio atpalaidavimo įrenginio veikimo, tačiau elektromagnetinis jungiklio komponentas, atsakingas už trumpojo jungimo viršsrovę, gali sureaguoti.

Ypač ši situacija aktuali atskiroms linijoms, prie kurių jungiama medienos apdirbimo staklių tipo įranga. Tokiu atveju reikia apskaičiuoti srovės stiprį ir, galbūt, tikslinga naudoti “D” klasės automatinį jungiklį.

Paklausos koeficiento įvertinimas

Grandinėms, prie kurių prijungta daug įrangos ir nėra įrenginio, kuris sunaudotų didžiąją srovės dalį, taikomas paklausos koeficientas (ks). Jo taikymo prasmė ta, kad visi prietaisai neveiks vienu metu, todėl vardinių galių sumavimas lems pervertintą rodiklį.

Elektros vartotojų grupių paklausos koeficientas nustatytas p. 7 SP 256.1325800.2016. Šiais rodikliais galima remtis ir savarankiškai apskaičiuojant maksimalią galią.

Šis koeficientas gali įgyti reikšmę, lygią arba mažesnę už vienetą. Kiekvieno prietaiso skaičiuojamosios galios (P_r) apskaičiavimas atliekamas pagal formulę:

P_r = ks * S

Bendra visų prietaisų skaičiuojamoji galia naudojama grandinės parametrams apskaičiuoti. Paklausos koeficiento naudojimas yra tikslingas biuruose ir mažose prekybos patalpose, kuriose yra daug kompiuterių, biuro technikos ir kitos įrangos, maitinamos iš vienos grandinės.

Linijose su nedideliu vartotojų skaičiumi šis koeficientas nėra taikomas gryna forma. Iš galios skaičiavimo pašalinami tie įrenginiai, kurių įjungimas kartu su daugiau energijos sunaudojančiais prietaisais yra mažai tikėtinas.

Taigi, pavyzdžiui, gyvenamajame kambaryje mažai tikimybės vienu metu dirbti su lygintuvu ir dulkių siurbliu. O dirbtuvėse su nedideliu personalu skaičiuojant imami tik 2–4 galingiausi elektriniai įrankiai.

Srovės stiprio apskaičiavimas

Automatinis jungiklis parenkamas pagal didžiausią srovės stiprio vertę, leistiną grandinės ruože. Būtina gauti šį rodiklį, žinant bendrą elektros vartotojų galią ir tinklo įtampą.

Pagal GOST 29322-2014 nuo 2015 m. spalio mėn. įtampos vertė turi būti 230 V įprastiniam tinklui ir 400 V – trifaziam. Tačiau daugeliu atvejų vis dar galioja seni parametrai: atitinkamai 220 ir 380 V. Todėl skaičiavimų tikslumui būtina atlikti matavimus naudojant voltmetrą.

Įtampą namų tinkle galima išmatuoti voltmetru arba multimetru. Tam pakanka įkišti jo kontaktus į rozetę.

Dar viena problema, ypač aktuali elektros instaliacijai privačiame sektoriuje, yra elektros tiekimas nepakankama įtampa. Matavimai tokiose probleminėse vietose gali rodyti vertes, viršijančias GOST nustatytą diapazoną.

Be to, priklausomai nuo kaimynų elektros suvartojimo lygio, įtampos vertė gali smarkiai keistis per trumpą laiką.

Tai kelia problemą ne tik prietaisų veikimui, bet ir srovės stiprumo skaičiavimui. Krentant įtampai, kai kurie įrenginiai tiesiog praranda galią, o kai kurie, turintys įėjimo stabilizatorių, padidina elektros suvartojimą.

Kokybiškai atlikti reikiamų grandinės parametrų skaičiavimus tokiomis sąlygomis sunku. Todėl teks arba tiesti kabelius su iš anksto didesniu skerspjūviu (kas brangu), arba spręsti problemą įrengiant įėjimo stabilizatorių ar prijungiant namą prie kitos linijos.

Stabilizatorius montuojamas šalia skirstomojo skydo. Dažnai tai būna vienintelis būdas gauti normines įtampos vertes namuose.

Radus bendrą elektros prietaisų galią (S) ir nustačius įtampos vertę (U), srovės stiprumo (I) skaičiavimas atliekamas pagal formules, kurios yra Omo dėsnio pasekmės:

I_f = S / U_f  vienfaziam tinklui

I_l = S / (1.73 * U_l) trifaziam tinklui

Čia indeksas “f” reiškia fazinius parametrus, o “l” – linijinius.

Dauguma trifazių įrenginių naudoja “žvaigždės” jungimo tipą, ir būtent pagal šią schemą veikia transformatorius, tiekiantis srovę vartotojui. Esant simetrinei apkrovai, linijinė ir fazinė srovės bus identiškos (I_l = I_f), o įtampa apskaičiuojama pagal formulę:

U_l = 1.73 * U_f

Kabelio skerspjūvio parinkimo niuansai

Laidų ir kabelių kokybę bei parametrus reglamentuoja GOST 31996-2012. Pagal šį dokumentą gaminamai produkcijai rengiamos techninės sąlygos, kuriose leidžiamas tam tikras bazinių charakteristikų verčių diapazonas. Gamintojas privalo pateikti gyslų skerspjūvio ir didžiausios saugios srovės stiprumo atitikties lentelę.

Didžiausia leistina srovės stipris priklauso nuo laidų gyslų skerspjūvio ir montavimo būdo. Jie gali būti tiesiami paslėptu (sienoje) arba atviru (vamzdyje ar dėžėje) būdu.

Kabelį reikia parinkti taip, kad būtų užtikrintas saugus srovės tekėjimas, atitinkantis apskaičiuotą bendrą elektros prietaisų galią. Pagal EĮT (elektros įrenginių taisykles) minimalus apskaičiuotas laidų skerspjūvis, naudojamas gyvenamosiose patalpose, turi būti ne mažesnis kaip 1,5 mm².

Standartiniai dydžiai turi šias vertes: 1,5; 2,5; 4; 6 ir 10 mm².

Kartais yra prasmės naudoti laidus, kurių skerspjūvis vienu žingsniu didesnis nei minimaliai leistinas. Tokiu atveju yra galimybė prijungti papildomus prietaisus arba pakeisti jau esančius galingesniais, nereikalaujant brangių ir ilgalaikių darbų tiesiant naujus kabelius.

Automato parametrų skaičiavimas

Bet kuriai grandinei turi būti įvykdyta ši nelygybė:

I_n <= I_p / 1.45

Čia I_n – automato vardinė srovė, o I_p – leistina srovė laidams. Ši taisyklė užtikrina garantuotą išjungimą, kai leistina apkrova ilgą laiką viršijama.

Nelygybė “In <= Ip / 1.45” yra pagrindinė sąlyga komplektuojant porą “automatinis jungiklis – kabelis”. Šios taisyklės nepaisymas gali sukelti laidų gaisrą.

Automato vardinę srovę galima apskaičiuoti tiek pagal bendrą apkrovą, tiek pagal jau nutiestų laidų gyslų skerspjūvį. Tarkime, kad yra elektros prietaisų prijungimo schema, bet laidai dar nenutiesti.

Šiuo atveju veiksmų seka yra tokia:

1. Bendros prie tinklo prijungtų elektros prietaisų srovės stiprio apskaičiavimas.
2. Automato, kurio vardinė srovė yra ne mažesnė už apskaičiuotą vertę, pasirinkimas.
3. Kabelio skerspjūvio parinkimas pagal automato vardinę srovę.

Pavyzdys:

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.

Jei laidai jau nutiesti, veiksmų seka yra kitokia:

1. Leistinos srovės nustatymas pagal žinomą skerspjūvį ir laidų tiesimo būdą, remiantis gamintojo pateikta lentele.
2. Automatinio išjungiklio parinkimas.
3. Prijungiamų įrenginių galios apskaičiavimas. Prietaisų grupės komplektavimas taip, kad bendra grandinės apkrova būtų mažesnė už vardinę srovę.

Pavyzdys. Tarkime, nutiesti du vienagysliai kabeliai atviru būdu, D = 6 mm², tada:

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

Paskutinio pavyzdžio 2 punkte yra nežymus leistinas apytikslis apskaičiavimas. Tiksli I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A vertė suapvalinta iki 32 A.

Pasirinkimas tarp kelių vardinių verčių

Kartais susidaro situacija, kai grandinės apsaugai galima pasirinkti kelis automatus su skirtingomis vardinėmis srovėmis. Pavyzdžiui, esant bendrai elektros prietaisų galiai 4 kW (18 A), su atsarga buvo pasirinkti laidai su 4 mm² varinių gyslų skerspjūviu. Tokiam deriniui galima sumontuoti 20 A ir 25 A išjungiklius.

Jeigu elektros instaliacijos schema numato kelių lygių apsaugą, reikia parinkti automatus taip, kad aukštesnio (paveiksle dešinėje – 25 A) nominalioji vertė būtų didesnė nei žemesnių lygių jungiklių.

Aukščiausio nominalo jungiklio pasirinkimo privalumas yra galimybė prijungti papildomus prietaisus nekeičiant kontūro elementų. Dažniausiai taip ir daroma.

Mažesnio nominalo automato pasirinkimo naudą rodo tai, kad jo šiluminis atpalaidavimo mechanizmas greičiau reaguos į padidėjusią srovės stiprumo vertę. Reikalas tas, kad kai kuriuose prietaisuose gali atsirasti gedimas, dėl kurio padidės energijos suvartojimas, bet ne iki trumpojo jungimo vertės.

Pavyzdžiui, skalbimo mašinos variklio guolio gedimas sukels staigų srovės padidėjimą apvijoje. Jei automatas greitai sureaguos į leistinų rodiklių viršijimą ir atjungs, variklis nesudegs.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Automatinio jungiklio konstrukcija ir jo klasifikacija. Laiko-srovės charakteristikos sąvoka ir nominalo parinkimas pagal kabelio skerspjūvį:

Prietaisų galios skaičiavimas ir automato parinkimas naudojant PUE nuostatas:

Į automatinio jungiklio pasirinkimą reikia žiūrėti atsakingai, nes nuo to priklauso namo elektros sistemos darbo saugumas. Nepaisant daugybės įvesties parametrų ir skaičiavimo niuansų, būtina atsiminti, kad pagrindinė automato apsauginė funkcija taikoma instaliacijai.

Rašykite komentarus, klauskite, talpinkite straipsnio temai skirtas nuotraukas žemiau esančiame bloke. Dalinkitės naudinga informacija, kuri gali praversti svetainės lankytojams. Papasakokite apie savo patirtį renkantis automatinius jungiklius sodo ar namo elektros instaliacijos apsaugai.