- Вихідні дані
- кінцеві споживачі
- Підбір пристроїв захисту по струмів короткого і навантаженні
- Пральна машина
- електрочайник
- Інші електроприлади
- Координація пристроїв в щитку
- Розмір щитка
У цій статті я хочу навести приклад вибору обладнання для щитка в квартирі, умовне продовження попередньої статті (Деякі теоретичні моменти були там розказані більш повно). Тому такий підзаголовок.
Вихідні дані
Так як є, по суті, безліч можливих умов, то тут я введу ряд обмежень, щоб приклад був більш конкретний. Комусь може повезти більше, комусь менше, але таке життя.
Отже, є однофазне електропостачання, в щитку встановлений лічильник з номінальним струмом 50 А. Енергокомпанія дозволяє максимальну потужність вхідного пристрою з захистом від перевантажень 40 А. Вся проводка змінюється повністю. Замінити проводку можна від вихідних клем лічильника (для цього слід викликати монтера для зняття пломб). Якщо будинок нормально спроектований і побудований, то вже від лічильника до щитка прокладено щось нормальне, на зразок 4 мм² міді.
Як і в попередній статті, я виходжу з напруги згідно з нормами МЕК в 230 В.
споживання
Важливо визначити, що буде споживати і які струми можуть очікуватися. Для цього потрібно скласти список споживачів з їх максимальним споживанням для визначення перетину кабелю. Потрібно розуміти, що максимальна потужність підключення в наведеному вище випадку складе всього 9200 Вт, тому одночасно включати всі в електроплиті (від 8800 до 10200 Вт) і потім ще праска (до 2400 Вт) і пилосос (900-2000 Вт) не варто. Тут необхідно дотримуватися балансу між зручністю і можливістю і чимось жертвувати.
В принципі треба розуміти, що як працює і з якою потужністю. Та ж пральна машина споживає повну потужність перші 15-20 хвилин, поки йде нагрів води і полоскання з порошком, далі потужність складає 10-15% від заданої в паспорті. Так як це все дуже індивідуально, то приймемо наступне для подальших розрахунків великих споживачів (з власного досвіду):
- пральна машина 2300 Вт (завантаження 6 кг, нові моделі)
- плита 9200 Вт
- електрочайник Потужність 2000 Вт
- праска Потужність 2400 Вт
- пилосос 1600 Вт
Це було те, що стосувалося навантаження. Тепер перейдемо до струмів короткого замикання.
Струми короткого замикання
щиток
Як я згадував в попередній статті, розрахунок покаже якусь величину, яка в реальному житті малозастосовна, особливо, якщо мережі, до яких підключений будинок, вже не нові. У будь-якому випадку для отримання даних, від яких можна відштовхуватися для розрахунку, є вимірювання. Існують спеціальні пристрої, які по суті своїй включаються в розетку і вимірюють опір мережі до цієї точки. Також пристрій показує розрахункове значення струму короткого замикання в місці вимірювання, але цю величину можна всього лише використовувати для загальної оцінки, так як вона вираховується виходячи з поточних параметрів (наприклад, напруги в мережі). Тому за основу слід брати тільки виміряний опір.
Саме ж вимір також не є остаточною відповіддю, так як струми короткого можуть змінюватися внаслідок модифікацій в мережі, на зразок ремонтів або замін обладнання, або зміни режимів в мережах середньої напруги. Тому виміряної значення слід «погіршити», щоб гарантувати захист навіть на потім.
Є ряд факторів, які можна врахувати, перерахувавши виміряну величину.
По-перше, вимір проходить в нормальних умовах, а при короткому замиканні проводи розігріваються і через це збільшується їх електричний опір.
По-друге, є похибка вимірювань самого приладу, яка в окремих випадках можуть бути до 30%.
По-третє, вплив мережі середньої напруги. Максимальна зміна струмів короткого замикання в мережі низької напруги через зміни в мережі середньої напруги становить 10-12%.
Всі ці фактори призводять до того, що виміряне значення опору слід збільшити в 1,6-1,7 разів.
Припустимо, прилад показав величину 0,74 Ом і струм короткого замикання 308 А при підключенні на вхідних клемах нашого щитка. Цифра досить велика, тепер перерахуємо для гіршого варіанту.
Коригуємо опір мережі:
Далі, вважаємо згідно МЕК 60038 мінімальний струм короткого замикання для мережі до 1000В зі зміною напруги плюс-мінус 10%
Як видно, мінімальний можливий струм короткого замикання майже в 2 рази менше розрахункового.
Примітка
Для звичайного побутового споживача важливий саме мінімальний струм, так як для нього час відключення критично. Якщо відключить мінімальний, то максимальний проблем не складе.
кінцеві споживачі
Отже, у нас є струм короткого замикання на вході в щиток. Але вбудовується там обладнання повинно захищати дроти по всій їх довжині, а не тільки біля щитка. Далі є два варіанти: вимір або розрахунок. Так як я виходжу з повної заміни проводки, то і струми короткого можна вирахувати. У разі, якщо змінюється щиток і тільки частина проводки, то радять провести вимірювання і розрахунки, як зазначено вище.
Отже, розрахунок. Має сенс його проводити перед початком робіт і покупки проводів для оцінки параметрів в будь-якому випадку. Як вихідні величини для опорів візьмемо максимально дозволеної величини опорів з тих же стандартів МЕК (нижче наведені дані тільки по міді):
Перетин, мм² Опір, Ом / км 1,5 12,2 2,5 7,56 4 4,70 6 3,11
Далі розрахунок. Приймемо наступне: до нашої розетки потрібно прокласти 50 м кабелю від щитка. Припустимо, що ми вибираємо кабель перетином 2,5 мм² з опором 12,2 Ом / км.
Опір мережі в точці підключення даної розетки складе:
Тут є кілька моментів, які важливо відзначити. Опір кабелю слід множити на 2, так як опір має два провідниках в проводі, і, хоча виміряний опір є комплексною величиною, для розрахунку можна знехтувати реактивної складової. Також величини наведені в Ом / км в таблиці, тому потрібно перерахування в метри.
За допомогою раніше наведеної формули вираховуємо мінімальний струм короткого замикання:
І з цього результату видно, що для гарантованого відключення потрібно брати максимум С-автомат на 8 А чи В-автомат на 16А.
Цікавий факт
Стандартними є вимикачі на 10 і 16 А (в общем-то неважливо, який тип). І якщо брати автомати на 8 або менше ампер, то може виявитися, що їх ціна в 1,5-2 рази вище. Це слід враховувати при плануванні, так як виключити поломку вимикача можна, а шукати потім той же С4а на заміну може бути дорого і банально складно через їх рідкості. У деяких виробників є автомати на 13А, але тут важко говорити про цінову політику, хтось робить, як і 10А, хтось дорожче.
Тут важливо знову відзначити - автомати захищають тільки кабель, вони не захищають від короткого замикання то, що підключено в розетку.
Які головні недоліки такого розрахунку? Ми не враховуємо опору клем, наприклад, або опір пристроїв захисту. Їх опір маленьке, і в принципі додавши 0,1-0,15 Ом до розрахунку можна компенсувати цю неточність (в прикладі вище струм короткого буде 83А, що для даного випадку ролі вже не грає).
На жаль реальні випадки (в пострадянському просторі, по крайней мере), коли купуєш кабель, а його реальне перетин менше, ніж написане (наприклад, 2,1 замість 2,5 мм²). І якщо на одножильному дроті це ще перевірити можна (штангенциркулем, наприклад), то для багатожильного дроти можна забути про це. Тут допоможе тільки вимір.
Кабель продається великими відрізками, можна калічити довжину, з'єднавши послідовно всі провідники. Так можна буде виміряти і вирахувати реальний опір дроти і надалі використовувати цю величину для розрахунку і вибору автоматів.
Підбір пристроїв захисту по струмів короткого і навантаженні
Спочатку виконаємо розрахунок для підключення ряду споживачів, щоб приклад був більш конкретний і почнемо від більших споживачів до більш дрібним:
електроплита
Прокладено мідний кабель 6 мм², від щитка до розетки 15 метрів.
Струм короткого замикання:
Можливий По-автомат на 32А або С-автомат на 16А (для плити цілком нормально підійде В-автомат, так 16А С-автомат малуватий). Як я раніше писав, повна потужність плити 9200 Вт, що означає 40А. Так як максимально можливий автомат 32 А, то потрібно виходити з того, що всі відразу включати не можна. Що саме - залежить від споживання. В принципі для деяких плит комбінація 2 конфорки і духовка дає 25 А, можна і так зробити.
Пральна машина
Прокладено кабель 2,5 мм², від щитка до розетки 30 метрів.
Струм короткого замикання:
Так як в машинці вбудований електромотор, варто вибрати С-автомат, в даному випадку С10А.
електрочайник
Прокладено кабель 2,5 мм², від щитка до розетки 20 метрів.
Струм короткого замикання:
Так як електрочайник зазвичай не один там включений (це кухня), то тут би я радив вибрати щось на зразок В16А-В20А.
Інші електроприлади
Тут мова йде в першу чергу про праску або пилососі (зі згаданих мною раніше великих споживачів). В принципі їх можуть включити в будь-яку розетку, тому в загальному випадку досить порахувати ток для найвіддаленішій розетки (приклад вище з 88,2 А і В16А саме той випадок). Якщо не виходить - потрібно брати більший перетин, зробити написи на розетках і передбачити спеціальні розетки для того ж праски (у пилососів дроти бувають досить довгі).
З одного боку можна підібрати автомат під кожну розетку, з іншого - іноді хочеться уніфікації, та й простіше при покупці кабелів і вимикачів, тут кожен вирішує для себе сам.
Для освітлення розрахунок аналогічний, але тут частіше використовується провід перетином 1,5 мм², так як клеми в комплекті можуть підходити для багатожильного 2,5 мм² і то зі скрипом. Але там і не такі великі струми, особливо якщо мова про світлодіодному освітленні.
Доповнення на основі коментарів від 27.11.18
Йдеться виключно про освітлювальних приладах і їх харчуванні. В даному випадку фізично може бути так погано спроектований світильник, що туди 2,5 мм² просто не влізуть через недостатнє місця для нормального згинання дроту (я сам з таким стикався).
Вимикач в такому випадку слід також вибирати по струмів короткого замикання, так як опір провідника буде більше, то і струми короткого вийдуть менше, а значить і вимикач буде потрібно меншого струму (В10А замість В16А, наприклад).
Координація пристроїв в щитку
Отже, є такі важливі дані:
- Ввідний пристрій максимум 40А
- Струм короткого замикання в щитку 173,7 А
- Електроплита - максимум В32А
- Пральна машина - С10А
- Розетки - В16А
Решта пристрою на даний момент не важливі.
Отже, в першу чергу виберемо ввідний пристрій. Для початку візьмемо кілька різних типів вимикачів на 40А (тут і далі буде використовуватися програма Siemens Simaris Curves, детальніше про програми я написав в кінці статті) і розглянемо ситуацію для системи заземлення TN.
На цьому графіку представлені струм короткого замикання на вході в щиток і криві вимикачів типів В, С і Е. Останній ще відомий, як «селективний автоматичний вимикач» (селективний до нижче розташованих вимикачів, так як відключає навіть великі струми короткого з затримкою в часі) . У даній системі (TN) час 0,4 секунди визначається для кабелів до розеток, в той час як для розподільної мережі (чим є мережа між вступним вимикачем і вимикачами на окремі гілки) цей час становить 5 секунд. У всіх випадках час відключення занадто висока, а саме понад 5 секунд.
маленьке нагадування
Рішенням в даному випадку може стати використання роз'єднувача з плавкою вставкою. По суті звичайний запобіжник, але з зовнішнім виглядом, як автоматичний вимикач.
Виглядає наступним чином:
Взяв для прикладу першу-ліпшу картинку з інтернету, роз'єднувач від Hager з вбудованими запобіжниками типу D02 ( «пробки»). На ньому написано 63А, але так як типорозмір однаковий, то в цей роз'єднувач можна налаштувати запобіжник D02.
Отже, тимчасово-струмовий характеристика виглядає наступним чином (gG позначає запобіжник загального призначення):
Максимальний час вимикання 3,2 секунди, що відповідає нормам. Тепер подивимося по селективності нижче, а саме порівняємо з В32, В16 і С10 з відповідними, розрахованими вище струмами. Спочатку В32 і плавкий запобіжник:
Тут все добре, з графіка явно видно час спрацьовування кожного з захисних пристроїв. Природно, що ситуація для маленьких вимикачів буде краще:
В16 і запобіжник
С10 і запобіжник
В цілому існують для кожного виробника таблиці селективності пристроїв захисту, наприклад, як наведена нижче.
Маленька таблиця для вимикачів з характеристикою В, велика - С. Синім виділено номінальний струм вимикача, чорний на світлому фоні - граничний струм селективності. Обидві таблиці представляють селективність автоматичних вимикачів від Siemens до його ж плавких запобіжників 40А. Недолік подібних таблиць - перевірити всі комбінації дуже складно, тому деякі випадки навіть не розглянуті, хоча і не виключена селективність.
Ситуація для системи заземлення ТТ
У даній ситуації відключення в розподільній мережі повинно відбутися за 1 секунду, у кінцевих споживачів - за 0,2 секунди (історично склалися такі величини). І якщо ми приймемо, що струми короткого замикання відповідають розглянутим раніше, то споживачі будуть відключені вчасно (час спрацьовування вимикача до 0,1 секунди), то для ввідного пристрою ситуація гірша. Той же запобіжник на 40А спрацює за цілих 3,2 секунди. Загалом потрібно йти вниз по номіналу:
Як видно, запобіжник навіть на 32А не відповідає нормам за часом відключення, але всі пристрої на 25А можна використовувати. В даному випадку має сенс зупинитися на селективному вимикачі і в цілому вийти наступна картинка:
Автомати В16А і С10А селективні, В20А - тільки для випадку короткого замикання, але не у випадку тривалої роботи. Останнє в принципі можна застосувати, потрібно тільки пам'ятати, що якщо вибило селективний вимикач, то цілком могла бути проблема на навантаженні за В20А.
додаткова інформація
Пристрій диференціального струму УДТ
Згідно з рекомендацією норм окремі УДТ варто ставити до кожного пристрою захисту від струмів короткого замикання і перевантажень. Обов'язковими на вимогу норм є розетки, особливо там, де є контакт електроприладів з водою або де висока вологість.
Рекомендовані автоматичні вимикачі, керований диференціальним струмом, з вбудованим захистом від надструмів (диференціальні автомати, RCBO), як універсальний і компактний рішення. Хоча ціна на них вище, ніж на комбінацію вимикач + УДТ. Також існує обгрунтоване вимоги застосування подібних пристроїв в ТТ-системах. Причина такого для ТТ-систем в тому, що є одна особливість замикань в порівнянні з TN-системами. Так як в разі ТТ-системи заземлення виконується не з джерела живлення, а в місці розташування споживача, то фактично струм замикання між фазою і корпусом може (і найчастіше буває) менше, ніж між фазою і нейтраллю (в TN-системах ці величини практично ідентичні ). Фактично це дуже великий диференційний струм, але іноді недостатньо великий, щоб спрацював вимикач, але цілком досягають величин, занадто високих для простого УДТ.
Примітка. УДТ раніше в нормах називалося УЗО, згідно МЕК правильна назва пристрій диференціального струму .
Розмір щитка
Актуально для тих, у кого в квартирі (енергокомпанія може вимагати основний вимикач біля лічильника, але іноді їм все одно, тоді можна все вдома тримати). Тут не потрібно економити місце. Краще взяти щиток, який буде напівпорожній, але з ним буде і зручніше працювати і завжди буде можливість для розширення.
програми
Відомі мені програми я привів нижче. Єдиний природний недолік - використання виключно власного обладнання для мереж низької напруги. Всі наведені нижче програми безкоштовні, але іноді вимагають безкоштовної реєстрації для скачування або першого запуску. Розташовані вони в порядку особистих переваг.
- Siemens Simaris Curves - використана вище програма, вже багато років незмінна, хоча порівняння тієї ж обмежує функції можна і поліпшити (тут багато потрібно робити вручну).
- ABB Curves - останнім часом сильно покращилася, кількість функцій вище, ніж у попередньої програми, але іноді трохи заморочені. Також є можливість використовувати плавкі запобіжники по МЕК для порівняння, не тільки власні, нехай і досить обмежена.
- Eaton CurveSelect - Excel-файл з кривими спрацювання захистів. На жаль, тільки з кривими обов'язкового спрацьовування, але не мінімальних, тому застосовність досить обмежена в питанні селективності.
- Онлайн-ресурс від Schneider Electric не працює під Мозилли, в цілому не дуже зручна. Тут вставив посилання, так як її дуже складно знайти і частіше перекидає на непрацюючу нині окрему програму.
посилання
Які головні недоліки такого розрахунку?