Výber ističa podľa výkonu záťaže, prierezu kábla a prúdu: princípy a vzorce na výpočty

Pre organizáciu spoľahlivo fungujúceho vnútrodomového elektrického napájania je potrebné vyčleniť samostatné vetvy. Každú linku je potrebné vybaviť vlastným ochranným zariadením, ktoré chráni izoláciu kábla pred roztavením. Nie každý však vie, aké zariadenie si kúpiť. Súhlasíte?

Všetko o výbere ističov podľa výkonu záťaže sa dozviete z nami predloženého článku. Povieme vám, ako určiť menovitú hodnotu pre nájdenie vypínača potrebnej triedy. Zohľadnenie našich odporúčaní zaručuje kúpu požadovaných zariadení, schopných vylúčiť nebezpečné situácie pri prevádzke vedenia.

Automatické vypínače pre domáce siete

Elektroenergetické organizácie vykonávajú pripojenie domov a bytov, pričom vykonávajú práce na privedení kábla k rozvádzaču. Všetky činnosti týkajúce sa montáže rozvodov v priestore vykonávajú jeho vlastníci alebo najatí odborníci.

Aby ste vybrali istič na ochranu každého jednotlivého okruhu, je potrebné poznať jeho menovitú hodnotu, triedu a niektoré ďalšie vlastnosti.

Základné parametre a klasifikácia

Domáce ističe sa inštalujú na vstupe do nízkovoltového elektrického okruhu a sú určené na riešenie nasledujúcich úloh:

• ručné alebo elektronické zapnutie alebo odpojenie elektrického okruhu;
• ochrana okruhu: odpojenie prúdu pri malej dlhodobej preťažení;
• ochrana okruhu: okamžité odpojenie prúdu pri skrate.

Každý vypínač má charakteristiku vyjadrenú v ampéroch, ktorá sa nazýva menovitá sila prúdu (I_n) alebo “menovitá hodnota”.

Podstatu tejto hodnoty je jednoduchšie pochopiť pomocou koeficientu prekročenia menovitej hodnoty:

K = I / I_n,

kde I – reálna sila prúdu.

• K < 1.13: odpojenie (rozpojenie) nenastane do 1 hodiny;
• K > 1.45: odpojenie nastane do 1 hodiny.

Tieto parametre sú stanovené v bode 8.6.2. GOST R 50345-2010. Aby ste zistili, za aký čas dôjde k odpojeniu pri K>1.45, je potrebné použiť graf odrážajúci časovo-prúdovú charakteristiku konkrétneho modelu ističa.

Pri dlhodobom prekročení menovitej hodnoty prúdu ističa o 2-násobok dôjde k rozopnutiu za obdobie 8 sekúnd až 4 minút. Rýchlosť reagovania závisí od nastavenia modelu a teploty prostredia.

Tiež u každého typu ističa je určený rozsah prúdu (I_a), pri ktorom aktivuje mechanizmus okamžitého rozpojenia:

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

Zariadenia typu “B” sa používajú hlavne pre vedenia, ktoré majú značnú dĺžku. V obytných a kancelárskych priestoroch sa používajú ističe triedy “C”, a prístroje s označením “D” chránia obvody, kde je zariadenie s veľkým nábehovým prúdovým koeficientom.

Štandardná rada domových ističov zahŕňa zariadenia s menovitými prúdmi 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 a 63 A.

Konštrukčné usporiadanie spúšťačov

V modernom ističi sú prítomné dva typy rozpojovačov: tepelný a elektromagnetický.

Bimetalový rozpojovač má tvar doštičky vytvorenej z dvoch prúdovo vodivých kovov s rozdielnou tepelnou rozťažnosťou. Takáto konštrukcia pri dlhodobom prekročení menovitej hodnoty vedie k zahrievaniu súčiastky, jej ohybu a aktivácii mechanizmu rozpojenia obvodu.

U niektorých ističov je možné pomocou nastavovacej skrutky zmeniť parametre prúdu, pri ktorom dôjde k vypnutiu. Skôr sa táto technika často používala na “presné” nastavenie zariadenia, avšak tento postup vyžaduje hlboké odborné znalosti a vykonanie niekoľkých testov.

Otáčaním nastavovacej skrutky (zvýraznená červeným obdĺžnikom) proti smeru hodinových ručičiek je možné dosiahnuť dlhší čas aktivácie tepelného rozpojovača.

V súčasnosti je na trhu možné nájsť množstvo modelov štandardných menovitých hodnôt od rôznych výrobcov, ktorých časovo-prúdové charakteristiky sa mierne líšia (ale zároveň spĺňajú normatívne požiadavky). Preto je možné vybrať istič s požadovanými “továrenskými” nastaveniami, čo vylučuje riziko nesprávnej kalibrácie.

Elektromagnetický rozpojovač zabraňuje prehriatiu vedenia v dôsledku skratu. Reaguje prakticky okamžite, ale hodnota prúdu musí byť niekoľkonásobne vyššia ako menovitá hodnota. Konštrukčne je táto súčiastka solenoid. Nadprúd generuje magnetické pole, ktoré posúva jadro, ktoré rozopína obvod.

Dodržiavanie princípov selektivity

Pri existencii rozvetveného elektrického obvodu je možné organizovať ochranu tak, aby pri skrate došlo k odpojeniu len tej vetvy, na ktorej vznikla havarijná situácia. Na to sa používa princíp selektivity ističov.

Názorná schéma znázorňujúca princíp fungovania systému automatických ističov s realizovanou funkciou selektivity (výberovosti) činnosti pri vzniku skratu

Na zabezpečenie výberového odpojenia na nižších stupňoch sa inštalujú ističe s okamžitým vypnutím, ktoré rozopnú obvod za 0,02 – 0,2 sekundy. Istič umiestnený na vyššom stupni má buď oneskorenie činnosti 0,25 – 0,6 s, alebo je vyhotovený podľa špeciálnej “selektívnej” schémy v súlade s normou DIN VDE 0641-21.

Na zaručené zabezpečenie selektívnej činnosti ističov je lepšie používať ističe od jedného výrobcu. Pre ističe jednotného modelového radu existujú tabuľky selektivity, ktoré uvádzajú možné kombinácie.

Najjednoduchšie pravidlá inštalácie

Úsek obvodu, ktorý je potrebné chrániť ističom, môže byť jedno- alebo trojfázový, mať neutrálny vodič a tiež vodič PE (“zem”). Preto majú ističe 1 až 4 póly, ku ktorým sa privádza vodič s prúdom. Pri vytvorení podmienok na rozpojenie dôjde k súčasnému odpojeniu všetkých kontaktov.

Ističe v rozvádzači sa upevňujú na na to určenú DIN lištu. Tá zabezpečuje kompaktnosť a bezpečnosť pripojenia, ako aj pohodlný prístup k ističu.

Ističe sa inštalujú nasledovne:

• jednopólové na fázu;
• dvojpólové na fázu a neutrál;
• trojpólové na 3 fázy;
• štvorpólové na 3 fázy a neutrál.

Zároveň je zakázané robiť nasledovné:

• inštalovať jednopólové ističe na neutrál;
• zavádzať do ističa vodič PE;
• inštalovať namiesto jedného trojpólového ističa tri jednopólové, ak je do obvodu zapojený aspoň jeden trojfázový spotrebič.

Všetky tieto požiadavky sú uvedené v PUE a je potrebné ich dodržiavať.

V každom dome alebo miestnosti, ktorá je pripojená na elektrickú energiu, sa inštaluje hlavný istič. Jeho menovitú hodnotu určuje dodávateľ a táto hodnota je uvedená v zmluve o pripojení elektrickej energie. Účelom takéhoto ističa je ochrana úseku od transformátora po spotrebiteľa.

Za hlavným ističom sa na vedenie pripája elektromer (jedno- alebo trojfázový) a prúdový chránič, ktorého funkcie sa líšia od činnosti automatického a diferenciálneho ističa.

Ak je v miestnosti zapojenie do viacerých okruhov, každý z nich je chránený samostatným ističom, ktorého výkon je uvedený v označení. Ich menovité hodnoty a triedy určuje vlastník miestnosti s ohľadom na existujúce vedenie alebo výkon pripájaných zariadení.

Elektromer a automatické ističe sa inštalujú do rozvodného rozvádzača, ktorý spĺňa všetky bezpečnostné požiadavky a ľahko sa dá začleniť do interiéru miestnosti.

Pri výbere miesta pre umiestnenie rozvodného rozvádzača je potrebné pamätať na to, že na vlastnosti tepelnej spúšte vplýva teplota vzduchu. Preto je vhodné umiestňovať lištu s ističmi vo vnútri samotnej miestnosti.

Výpočet potrebnej menovitej hodnoty

Hlavná ochranná funkcia automatického ističa sa vzťahuje na vedenie, preto výber menovitej hodnoty sa vykonáva podľa prierezu kábla. Pritom celý obvod musí zabezpečiť riadnu prevádzku pripojených zariadení. Výpočet parametrov systému nie je zložitý, ale treba zohľadniť veľa detailov, aby sa predišlo chybám a vzniku problémov.

Určenie celkového výkonu spotrebičov

Jedným z hlavných parametrov elektrického okruhu je maximálne možný výkon pripojených spotrebičov elektriny. Pri výpočte tohto ukazovateľa nemožno jednoducho sčítať údaje z výkonových štítkov zariadení.

Aktívna a menovitá zložka

Pre každé zariadenie pracujúce na elektrinu je výrobca povinný uviesť činný výkon (P). Táto veličina určuje množstvo energie, ktorá bude nenávratne premenená v dôsledku činnosti prístroja a za ktorú bude používateľ platiť podľa elektromera.

Ale pre zariadenia s kondenzátormi alebo indukčnou cievkou existuje ešte jeden výkon s nenulovou hodnotou, ktorý sa nazýva jalový (Q). Ten sa dostáva k zariadeniu a prakticky okamžite sa vracia späť.

Jalová zložka sa nezúčastňuje pri výpočte spotrebovanej elektrickej energie, ale spolu s činnou vytvára takzvaný “zdanlivý” alebo “menovitý” výkon (S), ktorý zaťažuje obvod.

cos(f) – parameter, pomocou ktorého možno určiť zdanlivý (menovitý výkon) z činného (spotrebovaného). Ak sa nerovná jednej, uvádza sa v technickej dokumentácii k elektrickému zariadeniu.

Príspevok jednotlivého zariadenia k celkovej záťaži na vodiče a istič je potrebné počítať podľa jeho zdanlivého výkonu: S = P / cos(f).

Zvýšené štartovacie prúdy

Ďalšou vlastnosťou niektorých typov domácich spotrebičov je prítomnosť transformátorov, elektromotorov alebo kompresorov. Takéto zariadenia na začiatku prevádzky spotrebúvajú štartovací (nábehový) prúd.

Jeho hodnota môže byť niekoľkonásobne vyššia ako štandardné hodnoty, ale doba prevádzky pri zvýšenom výkone je krátka a zvyčajne trvá od 0,1 do 3 sekúnd. Takýto krátkodobý nárast nespôsobí aktiváciu tepelnej spúšte, ale elektromagnetická súčiastka ističa, ktorá je zodpovedná za nadprúd pri skrate, by mohla zareagovať.

Táto situácia je obzvlášť dôležitá pre vyhradené vedenia, ku ktorým sa pripája zariadenie ako napríklad drevospracujúce stroje. V tomto prípade je potrebné vypočítať prúd a možno má zmysel použiť istič triedy “D”.

Zohľadnenie koeficientu dopytu

Pre obvody, ku ktorým je pripojené veľké množstvo zariadení a chýba zariadenie, ktoré spotrebúva najväčšiu časť prúdu, sa používa koeficient dopytu (ks). Zmysel jeho použitia spočíva v tom, že všetky spotrebiče nebudú pracovať súčasne, preto sčítanie menovitých výkonov povedie k nadhodnotenému údaju.

Koeficient dopytu pre skupiny elektrických spotrebičov je stanovený v bode 7 SP 256.1325800.2016. Na tieto ukazovatele sa možno spoľahnúť aj pri samostatnom výpočte maximálneho výkonu.

Tento koeficient môže nadobúdať hodnotu rovnú alebo menšiu ako jedna. Výpočet návrhového výkonu (P_r) každého spotrebiča prebieha podľa vzorca:

P_r = ks * S

Celkový návrhový výkon všetkých spotrebičov sa používa na výpočet parametrov obvodu. Použitie koeficientu dopytu je vhodné pre kancelárske a malé obchodné priestory s veľkým počtom počítačov, kancelárskej techniky a iných zariadení napájaných z jedného okruhu.

Pre vedenia s malým počtom spotrebičov sa tento koeficient nepoužíva v čistej forme. Z výpočtu výkonu sa odstránia tie zariadenia, ktorých súčasné zapnutie s energeticky náročnejšími spotrebičmi je nepravdepodobné.

Tak napríklad je málo šancí na súčasnú prevádzku žehličky a vysávača v obytnej miestnosti. A pre dielne s malým počtom personálu sa do výpočtu berú len 2-4 najvýkonnejšie elektrické nástroje.

Výpočet sily prúdu

Výber ističa sa vykonáva podľa maximálnej hodnoty sily prúdu, ktorá je prípustná na úseku obvodu. Tento ukazovateľ je potrebné získať, ak poznáme celkový výkon elektrických spotrebičov a napätie v sieti.

Podľa GOST 29322-2014 od októbra 2015 by hodnota napätia mala byť 230 V pre bežnú sieť a 400 V pre trojfázovú. Avšak vo väčšine prípadov stále platia staré parametre: 220 a 380 V. Preto je pre presnosť výpočtov potrebné vykonať merania pomocou voltmetra.

Napätie v domácej sieti je možné zmerať pomocou voltmetra alebo multimetra. Stačí zapichnúť jeho kontakty do zásuvky.

Ďalším problémom, obzvlášť aktuálnym pre elektrické vedenie v súkromnom sektore, je poskytovanie elektrickej energie s nedostatočným napätím. Merania na takýchto problematických objektoch môžu ukazovať hodnoty presahujúce rozsah stanovený normou GOST.

Navyše, v závislosti od úrovne spotreby elektriny susedmi sa hodnota napätia môže v krátkom čase výrazne meniť.

To spôsobuje problém nielen pre fungovanie prístrojov, ale aj pre výpočet sily prúdu. Pri poklese napätia niektoré zariadenia jednoducho strácajú výkon a niektoré, ktoré majú vstupný stabilizátor, zvyšujú spotrebu elektriny.

Kvalitne vykonať výpočty potrebných parametrov obvodu v takýchto podmienkach je náročné. Preto bude potrebné buď položiť káble s vopred väčším prierezom (čo je drahé), alebo riešiť problém inštaláciou vstupného stabilizátora alebo pripojením domu k inej linke.

Stabilizátor sa inštaluje vedľa rozvodnej skrine. Často je to jediný spôsob, ako dosiahnuť normové hodnoty napätia v dome.

Po zistení celkového výkonu elektrických spotrebičov (S) a hodnote napätia (U) sa výpočet sily prúdu (I) vykonáva podľa vzorcov, ktoré sú dôsledkom Ohmovho zákona:

I_f = S / U_f pre jednofázovú sieť

I_l = S / (1,73 * U_l) pre trojfázovú sieť

Tu index “f” označuje fázové parametre a “l” – lineárne.

Väčšina trojfázových zariadení používa typ zapojenia “hviezda”, a práve podľa tejto schémy funguje transformátor dodávajúci prúd spotrebiteľovi. Pri symetrickom zaťažení bude lineárny a fázový prúd identický (I_l = I_f), a napätie sa vypočíta podľa vzorca:

U_l = 1,73 * U_f

Nuansy výberu prierezu kábla

Kvalitu a parametre vodičov a káblov reguluje GOST 31996-2012. Podľa tohto dokumentu sa pre vyrábané produkty vypracúvajú technické podmienky, kde je povolený určitý rozsah hodnôt základných charakteristík. Výrobca je povinný poskytnúť tabuľku zhody prierezu žíl a maximálneho bezpečného prúdu.

Maximálne dovolená sila prúdu závisí od prierezu žíl vodičov a spôsobu montáže. Môžu byť uložené skrytým (v stene) alebo otvoreným (v rúre alebo krabici) spôsobom.

Kábel je potrebné vyberať tak, aby sa zabezpečil bezpečný tok prúdu zodpovedajúceho vypočítanému celkovému výkonu elektrických spotrebičov. Podľa PUE (pravidlá pre elektrické zariadenia) minimálny vypočítaný prierez vodičov používaný v obytných priestoroch musí byť aspoň 1,5 mm².

Štandardné rozmery majú nasledujúce hodnoty: 1,5; 2,5; 4; 6 a 10 mm².

Niekedy má zmysel použiť vodiče s prierezom o jeden stupeň väčším, než je minimálne prípustné. V takom prípade existuje možnosť pripojenia ďalších spotrebičov alebo výmeny existujúcich za výkonnejšie bez nákladných a zdĺhavých prác na kladení nových káblov.

Výpočet parametrov ističa

Pre každý okruh musí byť splnená nasledujúca nerovnosť:

I_n <= I_p / 1.45

Tu I_n je menovitý prúd ističa a I_p je dovolený prúd pre vedenie. Toto pravidlo zaručuje rozpojenie pri dlhodobom prekročení dovoleného zaťaženia.

Nerovnosť “In <= Ip / 1,45” je základnou podmienkou pri kompletovaní páru “istič – kábel”. Zanedbanie tohto pravidla môže viesť k vznieteniu vedenia.

Menovitý prúd ističa je možné vypočítať podľa celkového zaťaženia, ako aj podľa prierezu žíl už položeného vedenia. Predpokladajme, že existuje schéma pripojenia elektrických spotrebičov, ale vedenie ešte nie je položené.

V tomto prípade je postup nasledovný:

1. Výpočet celkového prúdu elektrických spotrebičov pripojených do siete.
2. Výber ističa s menovitým prúdom nie menším ako vypočítaná hodnota.
3. Výber prierezu kábla podľa menovitého prúdu ističa.

Príklad:

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.

Ak je vedenie už položené, postup je iný:

1. Určenie dovoleného prúdu pri známom priereze a spôsobe kladenia vedenia podľa tabuľky poskytnutej výrobcom.
2. Výber ističa.
3. Výpočet výkonu pripájaných zariadení. Zostavenie skupiny spotrebičov tak, aby celkové zaťaženie okruhu bolo menšie ako menovitý prúd.

Príklad. Nech sú položené dva jednožilové káble otvoreným spôsobom, D = 6 mm², potom:

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1,45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7,0 kW.

V bode 2 posledného príkladu je nepatrná prípustná aproximácia. Presná hodnota I_n = I_p / 1,45 = 31,7 A je zaokrúhlená na hodnotu 32 A.

Výber medzi viacerými menovitými hodnotami

Niekedy nastane situácia, keď je možné vybrať niekoľko ističov s rôznymi menovitými prúdmi na ochranu okruhu. Napríklad pri celkovom výkone elektrických spotrebičov 4 kW (18 A) bolo s rezervou zvolené vedenie s prierezom medených žíl 4 mm². Pre takúto kombináciu je možné osadiť ističe na 20 a 25 A.

Ak schéma elektrickej inštalácie predpokladá existenciu viacúrovňovej ochrany, je potrebné vyberať ističe tak, aby hodnota menovitého prúdu nadradeného (na obrázku je vpravo – 25 A) bola väčšia ako u ističov nižších úrovní.

Výhodou výberu ističa s najvyšším menovitým prúdom je možnosť pripojenia ďalších zariadení bez zmeny prvkov okruhu. Najčastejšie sa tak aj postupuje.

V prospech výberu ističa s nižším menovitým prúdom hovorí skutočnosť, že jeho tepelná spúšť rýchlejšie zareaguje na zvýšenú hodnotu prúdu. Ide o to, že u niektorých zariadení môže vzniknúť porucha, ktorá povedie k zvýšeniu spotreby energie, ale nie až na hodnotu skratu.

Napríklad porucha ložiska motora práčky povedie k prudkému zvýšeniu prúdu vo vinutí. Ak istič rýchlo zareaguje na prekročenie povolených hodnôt a vykoná odpojenie, motor sa nespáli.

Závery a užitočné video k téme

Konštrukcia automatického ističa a jeho klasifikácia. Pojem časovo-prúdovej charakteristiky a výber menovitého prúdu podľa prierezu kábla:

Výpočet výkonu zariadení a výber ističa s použitím ustanovení PUE:

K výberu automatického ističa treba pristupovať zodpovedne, pretože od toho závisí bezpečnosť prevádzky elektrického systému domu. Pri všetkom množstve vstupných parametrov a nuancií výpočtu je potrebné pamätať na to, že základná ochranná funkcia ističa sa vzťahuje na elektroinštaláciu.

Píšte, prosím, komentáre, pýtajte sa, umiestňujte fotografie k téme článku v bloku nižšie. Zdieľajte užitočné informácie, ktoré sa môžu hodiť návštevníkom stránky. Povedzte o vlastných skúsenostiach s výberom automatických ističov na ochranu chatovej alebo domácej elektroinštalácie.