Val av automatsäkring efter belastningseffekt, kabelarea och ström: principer och formler för beräkningar

För att skapa en tillförlitlig strömförsörjning inomhus är det nödvändigt att avdela separata grenar. Varje ledning måste förses med en egen skyddsanordning som skyddar kabelisoleringen från smältning. Men alla vet inte vilken enhet man ska köpa. Håller du med?

Allt om val av automatsäkringar baserat på belastningseffekt får du lära dig i den här artikeln. Vi berättar hur man bestämmer märkström för att hitta rätt klass på brytaren. Att följa våra rekommendationer garanterar att du köper rätt enheter som kan förhindra farliga situationer vid användning av ledningarna.

Automatsäkringar för hushållsnät

Elleverantörer ansluter hus och lägenheter genom att dra kabel till fördelningsskåpet. Alla arbeten med ledningsdragning inomhus utförs av ägarna eller anlitade specialister.

För att välja en automatsäkring för att skydda varje enskild krets måste man känna till dess märkström, klass och några andra egenskaper.

Grundläggande parametrar och klassificering

Hushållsautomatsäkringar installeras vid ingången till en lågspänningskrets och är avsedda för att lösa följande uppgifter:

• manuell eller elektronisk påslagning eller frånkoppling av elektrisk krets;
• skydd av krets: frånkoppling av ström vid liten långvarig överbelastning;
• skydd av krets: omedelbar frånkoppling av ström vid kortslutning.

Varje brytare har en egenskap uttryckt i ampere, vilken kallas märkström (I_n) eller “märkvärde”.

Innebörden av detta värde är lättare att förstå genom att använda överströmningsfaktorn:

K = I / I_n,

där I är den verkliga strömstyrkan.

• K < 1.13: frånkoppling (utlösning) sker inte inom 1 timme;
• K > 1.45: frånkoppling sker inom 1 timme.

Dessa parametrar är fastställda i avsnitt 8.6.2 av GOST R 50345-2010. För att ta reda på hur lång tid det tar för frånkoppling när K>1.45 måste man använda diagrammet som visar tids-strömkarakteristiken för en specifik modell av automatsäkringen.

Vid en långvarig överström på dubbla märkströmmen sker brytning inom 8 sekunder till 4 minuter. Brytningstiden beror på modellens inställning och omgivningstemperatur.

Dessutom har varje typ av automatsäkring ett specificerat strömområde (I_a) inom vilket den omedelbara utlösningsmekanismen aktiveras:

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

Enheter av typ “B” används främst för längre ledningar. I bostäder och kontor används automatsäkringar av klass “C”, medan enheter med märkning “D” skyddar kretsar med utrustning som har hög startström.

Standardsortimentet för hushållsautomatsäkringar omfattar enheter med märkströmmar på 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 och 63 A.

Konstruktion av utlösare

I en modern automatsäkring finns två typer av utlösare: termisk och elektromagnetisk.

Den bimetalliska utlösaren har formen av en platta gjord av två strömledande metaller med olika termisk utvidgning. Denna konstruktion gör att vid långvarig överström värms delen upp, böjs och utlöser brytmekanismen.

På vissa automatsäkringar kan man med en justerskruv ändra strömparametrarna för utlösning. Tidigare användes denna metod ofta för “exakt” inställning, men den kräver djupgående specialistkunskaper och flera tester.

Genom att vrida justerskruven (markerad med röd rektangel) moturs kan man uppnå längre utlösningstid för den termiska utlösaren.

Idag finns det många modeller med standardmärkströmmar från olika tillverkare, där tid-strömkarakteristiken varierar något (men fortfarande uppfyller normkraven). Därför går det att välja en automatsäkring med önskade “fabriksinställningar”, vilket eliminerar risken för felaktig kalibrering.

Den elektromagnetiska utlösaren förhindrar överhettning vid kortslutning. Den reagerar nästan omedelbart, men strömmen måste vara många gånger högre än märkströmmen. Konstruktionen består av en solenoid. Överströmmen skapar ett magnetfält som flyttar en kärna och bryter kretsen.

Efterlevnad av selektivitetsprinciper

Om man har ett förgrenat elektriskt nät kan man ordna skyddet så att vid kortslutning endast den gren där felet uppstått kopplas bort. För detta används principen med selektiva brytare.

Illustrativt schema som visar funktionsprincipen för ett system med automatsäkringar med inbyggd selektivitet (selektiv utlösning) vid kortslutning

För att säkerställa selektiv frånkoppling i de lägre stegen installeras automatsäkringar med momentan utlösning som bryter kretsen på 0,02–0,2 sekunder. Brytaren i det högre steget har antingen en fördröjning på 0,25–0,6 s eller är utförd enligt ett specifikt “selektivt” schema i enlighet med standarden DIN VDE 0641-21.

För att garanterat säkerställa selektiv funktion hos automatsäkringarna är det bäst att använda automatsäkringar från samma tillverkare. För brytare i samma modellserie finns selektivitetstabeller som anger möjliga kombinationer.

Enklaste installationsregler

Den krets som ska skyddas av en brytare kan vara en- eller trefas, ha neutralledare och även PE-ledare (“jord”). Därför har automatsäkringarna 1 till 4 poler, till vilka en strömförande ledare ansluts. När förutsättningar för utlösning uppstår bryts alla kontakter samtidigt.

Automatsäkringarna i skåpet monteras på en särskild DIN-skena avsedd för detta. Den ger kompakt och säker anslutning samt bekväm åtkomst till brytaren.

Automatsäkringarna installeras på följande sätt:

• enpoliga på fas;
• tvåpoliga på fas och neutralledare;
• trepoliga på 3 faser;
• fyrpoliga på 3 faser och neutralledare.

Samtidigt är följande förbjudet:

• att installera enpoliga automatsäkringar på neutralledaren;
• att ansluta PE-ledare till automatsäkringen;
• att ersätta en trepolig automatsäkring med tre enpoliga om minst en trefasförbrukare är ansluten till kretsen.

Alla dessa krav anges i PUE och måste följas.

I varje hus eller lokal som har elanslutning installeras en huvudbrytare. Dess märkström bestäms av elleverantören och anges i anslutningsavtalet. Syftet med en sådan brytare är att skydda avsnittet från transformatorn till förbrukaren.

Efter huvudbrytaren ansluts en elmätare (en- eller trefas) och en jordfelsbrytare, vars funktion skiljer sig från en automatsäkring och en differentialbrytare.

Om det i lokalen är draget flera kretsar, skyddas var och en med en egen automatsäkring, vars effekt anges i märkningen. Deras märkvärden och klasser bestäms av lokalinnehavaren med hänsyn till befintlig ledning eller effekt hos anslutna apparater.

Elmätare och automatsäkringar installeras i en elcentral som uppfyller alla säkerhetskrav och lätt kan integreras i rummets inredning.

När man väljer plats för elcentralen måste man komma ihåg att lufttemperaturen påverkar egenskaperna hos den termiska utlösaren. Därför är det önskvärt att placera skenan med automatsäkringar inne i själva lokalen.

Beräkning av erforderlig märkström

Automatsäkringens huvudsakliga skyddsfunktion omfattar ledningarna, därför väljs märkvärde utifrån kabelarean. Samtidigt måste hela kretsen säkerställa normal drift av anslutna apparater. Beräkningen av systemparametrarna är enkel, men man måste ta hänsyn till många nyanser för att undvika fel och problem.

Bestämning av total effekt hos förbrukare

En av huvudparametrarna för en elektrisk krets är den maximalt möjliga effekten hos de anslutna elförbrukarna. Vid beräkning av denna parameter kan man inte helt enkelt summera enheternas märkdata.

Aktiv och nominell komponent

För varje elektrisk apparat måste tillverkaren ange aktiv effekt (P). Detta värde anger mängden energi som oåterkalleligt omvandlas vid apparatens drift och som användaren betalar för enligt mätaren.

Men för apparater med kondensatorer eller induktansspolar finns det ytterligare en effekt med ett nollskilt värde, som kallas reaktiv effekt (Q). Den når enheten och återvänder nästan omedelbart tillbaka.

Den reaktiva komponenten ingår inte i beräkningen av förbrukad el, men tillsammans med den aktiva bildar den den så kallade “skenbara” eller “nominella” effekten (S), som belastar kretsen.

cos(f) – en parameter med vilken man kan bestämma skenbar (nominell) effekt utifrån aktiv (förbrukad) effekt. Om den inte är lika med ett, anges den i den tekniska dokumentationen för elapparaten.

Inverkan av en enskild enhet på den totala belastningen på ledare och automatsäkring måste beräknas utifrån dess skenbara effekt: S = P / cos(f).

Förhöjda startströmmar

En egenskap hos vissa typer av hushållsapparater är förekomsten av transformatorer, elmotorer eller kompressorer. Sådana enheter drar startström när de startar.

Dess värde kan vara flera gånger högre än standardvärdena, men tiden med förhöjd effekt är kort, vanligtvis mellan 0,1 och 3 sekunder. En sådan kortvarig ökning leder inte till att den termiska utlösaren löser ut, men den elektromagnetiska komponenten i brytaren, som ansvarar för överström vid kortslutning, kan reagera.

Denna situation är särskilt relevant för dedikerade ledningar som ansluter utrustning som träbearbetningsmaskiner. I sådana fall måste man beräkna strömstyrkan och det kan vara lämpligt att använda en brytare av klass “D”.

Beaktande av behovsfaktor

För kretsar med en stor mängd utrustning och utan en enskild enhet som drar den största delen av strömmen, använder man en behovsfaktor (ks). Syftet med att använda den är att alla apparater inte kommer att vara i drift samtidigt, så att summering av märkeffekterna skulle ge ett för högt värde.

Behovsfaktorn för grupper av elanvändare fastställs i punkt 7 i SP 256.1325800.2016. Man kan även lita på dessa värden vid egen beräkning av maximal effekt.

Denna faktor kan vara lika med eller mindre än ett. Beräkning av märkeffekt (P_r) för varje apparat sker enligt formeln:

P_r = ks * S

Den totala beräknade effekten för alla apparater används för att beräkna kretsparametrar. Användning av behovsfaktor är lämplig för kontor och små butikslokaler med många datorer, kontorsutrustning och annan apparatur som matas från en enda krets.

För ledningar med ett litet antal användare tillämpas denna faktor inte i ren form. Från effektberäkningen tas de enheter bort vars samtidiga drift med mer energikrävande apparater är osannolik.

Till exempel är det liten chans att ett strykjärn och en dammsugare används samtidigt i ett vardagsrum. Och för verkstäder med få anställda tar man endast med 2-4 av de mest kraftfulla elverktygen i beräkningen.

Beräkning av strömstyrka

Valet av brytare görs utifrån det maximala strömvärdet som tillåts på kretsavsnittet. Man måste få fram detta värde genom att känna den totala effekten hos elanvändarna och nätspänningen.

Enligt GOST 29322-2014 ska spänningen från oktober 2015 vara 230 V för ett vanligt nät och 400 V för trefas. I de flesta fall gäller dock fortfarande de gamla parametrarna: 220 respektive 380 V. Därför är det nödvändigt att mäta med en voltmeter för noggrann beräkning.

Du kan mäta spänningen i hemnätet med en voltmeter eller multimeter. Det räcker med att sticka in kontakterna i ett eluttag.

Ett annat problem, särskilt relevant för elledningar i privat sektor, är att elförsörjningen sker med otillräcklig spänning. Mätningar på sådana problemobjekt kan visa värden som ligger utanför det intervall som specificeras av GOST.

Dessutom kan spänningsvärdet variera kraftigt under kort tid beroende på grannarnas elförbrukning.

Detta skapar ett problem inte bara för apparaternas funktion utan också för beräkning av strömstyrkan. När spänningen faller tappar vissa enheter helt enkelt effekt, medan andra, som har en ingångsstabilisator, ökar elförbrukningen.

Det är svårt att göra kvalitativa beräkningar av kretsens nödvändiga parametrar under sådana förhållanden. Därför måste man antingen lägga kablar med medvetet större tvärsnitt (vilket är dyrt), eller lösa problemet genom att installera en ingångsstabilisator eller ansluta huset till en annan ledning.

Stabilisatorn installeras bredvid fördelningsskåpet. Det är ofta det enda sättet att få normala spänningsvärden i huset.

När den totala effekten för elapparaterna (S) har hittats och spänningsvärdet (U) har fastställts, beräknas strömstyrkan (I) med formler som följer av Ohms lag:

I_f = S / U_f  för enfasnät

I_l = S / (1.73 * U_l) för trefasnät

Här betecknar index “f” fasparametrar och “l” linjära parametrar.

De flesta trefasenheter använder anslutningstypen “stjärna”, och det är enligt detta schema som transformatorn fungerar och levererar ström till konsumenten. Vid symmetrisk belastning är linje- och fasströmmen identiska (I_l = I_f), och spänningen beräknas med formeln:

U_l = 1.73 * U_f

Nyanser vid val av kabelarea

Kvalitet och parametrar för ledningar och kablar regleras av GOST 31996-2012. Enligt detta dokument utarbetas tekniska villkor (TU) för den tillverkade produkten, där ett visst intervall av grundläggande egenskaper tillåts. Tillverkaren är skyldig att tillhandahålla en tabell över överensstämmelse mellan ledartvärsnitt och maximal säker ström.

Maximal tillåten strömstyrka beror på ledarnas tvärsnitt och installationssätt. De kan läggas dolt (i väggen) eller öppet (i rör eller kabelkanal).

Kabel måste väljas så att säker strömflytning säkerställs, motsvarande den beräknade totala effekten hos elapparaterna. Enligt PUE (regler för elinstallationer) måste minsta beräknade tvärsnitt av ledningar som används i bostäder vara minst 1,5 mm².

Standardstorlekarna har följande värden: 1,5; 2,5; 4; 6 och 10 mm².

Ibland är det rimligt att använda ledningar med ett tvärsnitt ett steg större än det minsta tillåtna. I så fall finns möjlighet att ansluta ytterligare apparater eller byta ut befintliga mot kraftfullare utan kostsamma och tidskrävande arbeten med att dra nya kablar.

Beräkning av automatsäkringsparametrar

För varje krets måste följande olikhet uppfyllas:

I_n <= I_p / 1.45

Här är I_n automatsäkringens märkström och I_p den tillåtna strömmen för ledningen. Denna regel garanterar frånkoppling vid långvarig överskridning av den tillåtna belastningen.

Olikheten “In <= Ip / 1.45” är huvudvillkoret vid sammansättning av paret “automatsäkring – kabel”. Försummelse av denna regel kan leda till brand i ledningen.

Man kan beräkna automatsäkringens märkvärde både utifrån total belastning och utifrån tvärsnittet hos ledarna i redan lagd ledning. Antag att det finns ett kopplingsschema för elapparater, men ledningen är ännu inte dragen.

I detta fall är handlingsföljden följande:

1. Beräkning av den totala strömstyrkan för elapparater anslutna till nätet.
2. Val av automatsäkring med märkvärde minst lika med det beräknade värdet.
3. Val av kabeltvärsnitt baserat på automatsäkringens märkvärde.

Exempel:

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.

Om ledningen redan är lagd är handlingsföljden en annan:

1. Bestämning av tillåten ström vid känt tvärsnitt och läggningssätt enligt tillverkarens tabell.
2. Val av automatsäkring.
3. Beräkning av effekten för anslutna enheter. Sammanställning av en grupp apparater så att den totala belastningen på kretsen är lägre än märkvärdet.

Exempel. Antag att två enkellediga kablar är lagda öppet, D = 6 mm², då:

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

I punkt 2 i det sista exemplet finns en obetydlig tillåten approximation. Det exakta värdet I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A avrundas till värdet 32 A.

Val mellan flera märkströmmar

Ibland uppstår en situation där man kan välja flera automatsäkringar med olika märkvärden för att skydda en krets. Till exempel, vid en total effekt på 4 kW (18 A) har en ledning med kopparledare med tvärsnitt 4 mm² valts med marginal. För en sådan kombination kan man sätta automatsäkringar på 20 och 25 A.

Om elkopplingsschemat kräver ett flerskiktsskydd, måste du välja automatsäkringar så att märkvärdet för den övre (till höger i bilden – 25 A) är högre än för brytarna på lägre nivåer.

Fördelen med att välja en brytare med högsta märkström är att du kan ansluta ytterligare apparater utan att ändra kretselementen. Detta görs oftast.

Till fördel för att du väljer en automatsäkring med lägre märkström talar det faktum att dess termiska utlösare snabbare reagerar på förhöjd strömstyrka. Det beror på att vissa apparater kan få ett fel som leder till ökad energiförbrukning, men inte upp till kortslutningsvärde.

Till exempel kommer ett trasigt lager i tvättmaskinens motor att leda till en kraftig ökning av strömmen i lindningen. Om automatsäkringen snabbt reagerar på överskridande av tillåtna värden och kopplar från, brinner inte motorn upp.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Konstruktion av automatsäkring och dess klassificering. Begreppet tids-strömkarakteristik och val av märkström efter kabelarea:

Beräkning av apparaters effekt och val av automatsäkring med hjälp av PUE-bestämmelser:

Du måste välja automatsäkring ansvarsfullt eftersom det påverkar elsystemets säkerhet i hemmet. Med alla indata och beräkningsnyanser måste du komma ihåg att automatsäkringens huvudsakliga skyddsfunktion gäller ledningarna.

Skriv gärna kommentarer, ställ frågor, lägg upp bilder relaterade till artikeln i blocket nedan. Dela användbar information som kan vara till nytta för besökare på webbplatsen. Berätta om dina egna erfarenheter av att välja automatsäkringar för att skydda sommarstugans eller hemmets elledningar.