Valg af automat efter belastningseffekt, kabeltværsnit og strøm: principper og formler til beregninger

For at opnå en pålidelig indendørs elforsyning er det nødvendigt at opdele i separate grene. Hver linje skal udstyres med sin egen beskyttelsesenhed, der beskytter kabelisoleringen mod smeltning. Men ikke alle ved, hvilken enhed man skal købe. Er du enig?

Alt om valg af afbrydere efter belastningseffekt finder du i artiklen, vi præsenterer. Vi forklarer, hvordan man bestemmer mærkestrømmen for at finde en afbryder af den nødvendige klasse. Vores anbefalinger sikrer køb af de nødvendige enheder, der kan eliminere farlige situationer ved brug af ledningsnet.

Automatiske afbrydere til husholdningsnet

Elforsyningsselskaber udfører tilslutning af huse og lejligheder ved at føre kabel til fordelingstavlen. Alle installationsarbejder i rummet udføres af ejerne eller af lejede specialister.

For at vælge en afbryder til beskyttelse af hver enkelt kreds skal man kende dens mærkestrøm, klasse og nogle andre egenskaber.

Grundlæggende parametre og klassifikation

Husholdningsafbrydere installeres ved indgangen til et lavspændingskredsløb og er designet til at løse følgende opgaver:

• manuelt eller elektronisk tænd/sluk af det elektriske kredsløb;
• kredsbeskyttelse: frakobling af strøm ved mindre langvarig overbelastning;
• kredsbeskyttelse: øjeblikkelig frakobling af strøm ved kortslutning.

Hver afbryder har en karakteristik udtrykt i ampere, som kaldes mærkestrøm (I_n) eller “mærkestrøm”.

Essensen af denne værdi er lettere at forstå ved at bruge overbelastningsfaktoren:

K = I / I_n,

hvor I er den faktiske strømstyrke.

• K < 1.13: udkobling (udløsning) sker ikke inden for 1 time;
• K > 1.45: udkobling sker inden for 1 time.

Disse parametre er fastlagt i pkt. 8.6.2 i GOST R 50345-2010. For at finde ud af, hvor lang tid det tager for udkobling ved K>1.45, skal man bruge grafen, der viser tids-strømkarakteristikken for den specifikke afbrydermodel.

Hvis strømmen overstiger afbryderens nominelle værdi med det dobbelte i længere tid, vil afbrydelsen ske inden for en periode fra 8 sekunder til 4 minutter. Reaktionstiden afhænger af modelindstillingen og omgivelsestemperaturen.

Desuden har hver type automatisk afbryder et defineret strømområde (I_a), hvor den øjeblikkelige udløsningsmekanisme aktiveres:

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

Enheder af type “B” anvendes hovedsageligt til ledninger, der har betydelig længde. I boliger og kontorer bruges afbrydere af klasse “C”, mens enheder med mærkning “D” beskytter kredsløb, hvor der er udstyr med en høj startstrømsfaktor.

Standardudvalget af husholdningsafbrydere omfatter enheder med nominelle værdier på 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 og 63 A.

Konstruktiv opbygning af udløsere

I moderne automatiske afbrydere findes to typer udløsere: termisk og elektromagnetisk.

Den bimetalliske udløser har form af en plade, fremstillet af to strømførende metaller med forskellig termisk udvidelse. En sådan konstruktion fører ved langvarig overskridelse af den nominelle værdi til opvarmning af delen, dens bøjning og aktivering af kredsløbsåbningsmekanismen.

Ved nogle afbrydere kan man ved hjælp af en justeringsskrue ændre strømparametrene, ved hvilke frakobling sker. Tidligere blev denne metode ofte brugt til “præcis” indstilling af enheden, men denne procedure kræver dybdegående specialiseret viden og udførelse af flere test.

Ved at dreje justeringsskruen (markeret med rød rektangel) mod uret kan man opnå længere reaktionstid for den termiske udløser

I dag på markedet kan man finde mange modeller af standard nominelle værdier fra forskellige producenter, hvis tids-strøm karakteristikker afviger lidt (men stadig opfylder de normative krav). Derfor er det muligt at vælge en afbryder med de ønskede “fabriksindstillinger”, hvilket eliminerer risikoen for forkert kalibrering.

Den elektromagnetiske udløser forhindrer overophedning af ledningen som følge af kortslutning. Den reagerer næsten øjeblikkeligt, men strømstyrken skal være mange gange højere end den nominelle værdi. Konstruktionsmæssigt er denne del en solenoide. Overstrøm genererer et magnetisk felt, som flytter en kerne, der åbner kredsløbet.

Overholdelse af selektivitetsprincipper

Hvis der er et forgrenet elektrisk kredsløb, kan beskyttelsen organiseres således, at ved en kortslutning kun den gren, hvor fejlen opstår, frakobles. Til dette formål anvendes princippet om selektivitet for afbrydere.

Illustrativt diagram, der viser princippet for et system af automatiske afbrydere med implementeret selektivitetsfunktion ved kortslutning

For at sikre selektiv frakobling på de lavere niveauer installeres afbrydere med øjeblikkelig udløsning, der afbryder kredsløbet på 0,02–0,2 sekunder. Afbryderen på det højere niveau har enten en tidsforsinkelse på 0,25–0,6 sekunder eller er udført efter en speciel "selektiv" ordning i henhold til standarden DIN VDE 0641-21.

For at sikre selektiv drift af afbryderne er det bedst at bruge afbrydere fra samme producent. For afbrydere i samme modelserie findes der selektivitetstabeller, der angiver mulige kombinationer.

Enkleste installationsregler

Det kredsløbsafsnit, der skal beskyttes af en afbryder, kan være en- eller trefaset, have en nulleder samt en PE-leder ("jord"). Derfor har afbrydere fra 1 til 4 poler, som den strømførende leder tilsluttes. Når betingelserne for udløsning opfyldes, frakobles alle kontakter samtidigt.

Afbrydere i tavlen monteres på en dedikeret DIN-skinne. Den sikrer kompakt og sikker tilslutning samt nem adgang til afbryderen.

Afbrydere installeres på følgende måde:

• enpolede på fase;
• topolede på fase og neutral;
• trepolede på 3 faser;
• firepolede på 3 faser og neutral.

Det er forbudt at gøre følgende:

• installere enpolede afbrydere på neutral;
• tilslutte PE-leder til afbryderen;
• installere tre enpolede afbrydere i stedet for én trepolet, hvis der er tilsluttet mindst én trefaset belastning i kredsløbet.

Alle disse krav er fastsat i PUE og skal overholdes.

I hvert hus eller lokale, der er tilsluttet el, installeres en hovedafbryder. Dens nominelle værdi bestemmes af leverandøren, og denne værdi er angivet i eltilslutningsaftalen. Formålet med en sådan afbryder er at beskytte strækningen fra transformatoren til forbrugeren.

Efter hovedafbryderen tilsluttes en måler (en- eller trefaset) og en fejlstrømsafbryder, hvis funktioner adskiller sig fra dem for en automatisk og en differentialafbryder.

Hvis der er udlagt flere kredsløb i rummet, beskyttes hvert af dem med en separat afbryder, hvis effekt er angivet på mærkningen. Ejeren af rummet bestemmer deres nominelle værdier og klasser under hensyntagen til den eksisterende ledning eller effekten af de tilsluttede apparater.

Elmåleren og de automatiske afbrydere installeres i en fordelingstavle, der opfylder alle sikkerhedskrav og let kan indpasses i rummets interiør.

Ved valg af placering til fordelingstavlen skal man huske, at lufttemperaturen påvirker egenskaberne for den termiske udløser. Derfor er det ønskeligt at placere skinnen med afbrydere inde i selve rummet.

Beregning af nødvendig mærkestrøm

Den primære beskyttelsesfunktion for en automatisk afbryder gælder for ledningsnettet, derfor vælges den nominelle værdi ud fra kablets tværsnit. Samtidig skal hele kredsløbet sikre normal drift af de tilsluttede apparater. Beregningen af systemets parametre er ikke kompliceret, men man skal tage højde for mange nuancer for at undgå fejl og problemer.

Bestemmelse af samlet effekt for forbrugere

En af de vigtigste parametre i et elektrisk kredsløb er den maksimalt mulige effekt fra de tilsluttede elforbrugere. Ved beregning af denne værdi kan man ikke bare summere apparaternes mærkedata.

Aktiv og nominel komponent

For enhver elektrisk drevet enhed skal producenten angive den aktive effekt (P). Denne værdi bestemmer den mængde energi, der uigenkaldeligt omdannes som følge af apparatets drift, og som brugeren betaler for via elmåleren.

Men for enheder med kondensatorer eller induktionsspoler er der endnu en effekt, der ikke er nul, som kaldes reaktiv effekt (Q). Den når enheden og vender næsten øjeblikkeligt tilbage.

Den reaktive komponent indgår ikke i opgørelsen af den forbrugte elektriske energi, men sammen med den aktive danner den den såkaldte “fulde” eller “nominelle” effekt (S), som belaster kredsløbet.

cos(f) – en parameter, der kan bruges til at bestemme den fulde (nominelle) effekt ud fra den aktive (forbrugte). Hvis den ikke er lig med 1, angives den i den tekniske dokumentation for det elektriske apparat.

Bidraget fra en enkelt enhed til den samlede belastning på de strømførende ledere og afbryderen skal beregnes ud fra dens fulde effekt: S = P / cos(f).

Forhøjede startstrømme

En anden egenskab ved visse typer husholdningsapparater er tilstedeværelsen af transformatorer, elektromotorer eller kompressorer. Sådanne enheder forbruger en startstrøm (opstartsstrøm) ved starten af arbejdet.

Dens værdi kan være flere gange større end standardværdierne, men driftstiden ved forhøjet effekt er kort og er normalt mellem 0,1 og 3 sekunder. En sådan kortvarig stigning vil ikke udløse den termiske udløser, men den elektromagnetiske komponent i afbryderen, der er ansvarlig for overstrøm (kortslutning), kan reagere.

Især denne situation er relevant for dedikerede ledninger, som udstyr som træbearbejdningsmaskiner tilsluttes. I dette tilfælde skal man beregne amperage og muligvis bruge en automatsikring af klasse “D”.

Hensyntagen til efterspørgselsfaktoren

For kredsløb, hvor der er tilsluttet en stor mængde udstyr, og der ikke er en enhed, der forbruger den største del af strømmen, anvendes efterspørgselsfaktoren (ks). Formålet med at bruge den er, at alle enheder ikke vil fungere samtidigt, så summering af nominelle effekter vil føre til en for høj værdi.

Efterspørgselsfaktoren for grupper af elforbrugere er fastsat i punkt 7 i SP 256.1325800.2016. Man kan støtte sig på disse værdier ved en selvstændig beregning af maksimal effekt.

Denne faktor kan have en værdi, der er lig med eller mindre end 1. Beregningen af den beregnede effekt (P_r) for hver enhed foregår efter formlen:

P_r = ks * S

Den samlede beregnede effekt for alle enheder bruges til at beregne kredsløbsparametrene. Anvendelse af efterspørgselsfaktoren er hensigtsmæssig for kontorer og mindre butikslokaler med et stort antal computere, kontorudstyr og andet udstyr, der er forsynet fra et enkelt kredsløb.

For ledninger med et mindre antal forbrugere anvendes denne faktor ikke i ren form. Fra effektberegningen fjernes de enheder, hvis samtidige drift med mere energikrævende apparater er usandsynlig.

For eksempel er der lille chance for samtidig betjening i en stue med strygejern og støvsuger. Og for værksteder med få medarbejdere medregnes kun 2-4 af de mest kraftfulde elværktøjer i beregningen.

Beregning af strømstyrke

Valget af afbryder foretages ud fra den maksimale strømstyrke, der er tilladt på kredsløbsafsnittet. Det er nødvendigt at opnå denne værdi ved at kende den samlede effekt af elforbrugerne og netspændingen.

I henhold til GOST 29322-2014 fra oktober 2015 skal spændingsværdien være 230 V for et almindeligt net og 400 V for et trefaset net. I de fleste tilfælde er de gamle parametre dog stadig i brug: henholdsvis 220 og 380 V. Derfor er det nødvendigt at foretage målinger med et voltmeter for nøjagtighed i beregningerne.

Spændingen i hjemmenettet kan måles med et voltmeter eller multimeter. Det er nok at stikke dets kontakter i en stikkontakt.

Endnu et problem, især relevant for elektriske installationer i private områder, er levering af strøm med utilstrækkelig spænding. Målinger på sådanne problematiske steder kan vise værdier uden for det af GOST fastsatte område.

Desuden kan spændingsværdien ændre sig kraftigt over kort tid, afhængigt af naboernes elforbrug.

Dette skaber et problem ikke kun for apparaternes funktion, men også for beregning af strømstyrke. Når spændingen falder, mister nogle enheder blot effekt, mens nogle, der har en indgangsstabilisator, øger strømforbruget.

Det er vanskeligt at foretage kvalitetsberegninger af de nødvendige kredsløbsparametre under sådanne forhold. Derfor må man enten lægge kabler med bevidst større tværsnit (hvilket er dyrt) eller løse problemet ved at installere en indgangsstabilisator eller tilslutte huset til en anden linje.

Stabilisatoren installeres ved siden af fordelingstavlen. Det er ofte den eneste måde at opnå normspændingsværdier i huset.

Efter at den samlede effekt af elektriske apparater (S) er fundet, og spændingsværdien (U) er kendt, udføres beregningen af strømstyrken (I) ved hjælp af formler, der er afledt af Ohms lov:

I_f = S / U_f  for enfaset net

I_l = S / (1.73 * U_l) for trefaset net

Her betyder indekset “f” faseparametre, og “l” lineære parametre.

De fleste trefasede enheder bruger tilslutningstypen “stjerne”, og det er også efter denne ordning, at transformeren, der leverer strøm til forbrugeren, fungerer. Ved symmetrisk belastning vil lineær og fasestrøm være identisk (I_l = I_f), og spændingen beregnes efter formlen:

U_l = 1.73 * U_f

Nuancer ved valg af kabeltværsnit

Kvaliteten og parametrene for ledninger og kabler reguleres af GOST 31996-2012. I henhold til dette dokument udvikles tekniske specifikationer for de producerede produkter, hvor der tillades et vist udvalg af grundlæggende karakteristika. Producenten er forpligtet til at levere en tabel over overensstemmelse mellem ledertværsnit og maksimal sikker strømstyrke.

Den maksimalt tilladte strømstyrke afhænger af ledernes tværsnit og installationsmetoden. De kan lægges skjult (i væggen) eller åbent (i rør eller kabelbakke).

Kablet skal vælges, så det sikrer en sikker strømføring, der svarer til den beregnede samlede effekt af elektriske apparater. Ifølge PUE (reglerne for elektriske installationer) skal det mindste beregnede ledningstværsnit, der anvendes i boliger, være mindst 1,5 mm².

Standardstørrelserne har følgende værdier: 1,5; 2,5; 4; 6 og 10 mm².

Nogle gange er det fornuftigt at bruge ledninger med et tværsnit, der er et trin større end det minimalt tilladte. I så fald er der mulighed for at tilslutte ekstra apparater eller udskifte eksisterende med kraftigere uden dyre og tidskrævende arbejde med at lægge nye kabler.

Beregning af afbryderparametre

For ethvert kredsløb skal følgende ulighed være opfyldt:

I_n <= I_p / 1.45

Her er I_n afbryderens nominelle strøm, og I_p er den tilladte strøm for ledningen. Denne regel sikrer en garanteret udløsning ved langvarig overskridelse af den tilladte belastning.

Uligheden “In <= Ip / 1.45” er en grundlæggende betingelse ved sammensætning af parret “afbryder – kabel”. Tilsidesættelse af denne regel kan føre til brand i ledningen.

Afbryderens nominelle strøm kan beregnes ud fra den samlede belastning eller ud fra tværsnittet af de allerede installerede ledninger. Antag, at der findes et tilslutningsdiagram for elektriske apparater, men at ledningen endnu ikke er lagt.

I dette tilfælde er fremgangsmåden følgende:

1. Beregning af den samlede strømstyrke for de tilsluttede elektriske apparater.
2. Valg af en afbryder med en nominel strøm, der ikke er mindre end den beregnede værdi.
3. Valg af kabeltværsnit baseret på afbryderens nominelle strøm.

Eksempel:

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.

Hvis ledningen allerede er lagt, er fremgangsmåden en anden:

1. Bestemmelse af den tilladte strøm ved kendt tværsnit og installationsmetode i henhold til producentens tabel.
2. Valg af automatisk afbryder.
3. Beregning af effekten for de tilsluttede enheder. Sammensætning af en gruppe apparater, så den samlede belastning på kredsløbet er mindre end den nominelle værdi.

Eksempel. Lad to enkeltlederkabler være lagt åbent, D = 6 mm², så:

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 sidste eksempel er der en ubetydelig tilladt tilnærmelse. Den nøjagtige værdi I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A er afrundet til 32 A.

Valg mellem flere mærkestrømme

Nogle gange opstår en situation, hvor man kan vælge flere afbrydere med forskellige nominelle værdier til beskyttelse af et kredsløb. For eksempel, ved en samlet effekt på 4 kW (18 A) blev der med margin valgt en ledning med kobberlædertværsnit på 4 mm². For en sådan kombination kan man montere afbrydere på 20 og 25 A.

Hvis det elektriske ledningsdiagram forudsætter flerlagsbeskyttelse, skal afbryderne vælges således, at den øvre afbryders mærkeværdi (på billedet til højre – 25 A) er større end afbryderne på lavere niveauer.

Fordelen ved at vælge en afbryder med den højeste mærkeværdi er muligheden for at tilslutte ekstra apparater uden at ændre kredsløbets elementer. Det er ofte den metode, der anvendes.

Til fordel for at vælge en afbryder med lavere mærkeværdi taler det faktum, at dens termiske udløser hurtigere reagerer på en forhøjet strømstyrke. Dette skyldes, at nogle apparater kan have en fejl, der fører til øget energiforbrug, men ikke til en kortslutning.

For eksempel vil en defekt leje i vaskemaskinens motor føre til en pludselig stigning i strømmen i viklingen. Hvis afbryderen hurtigt reagerer på overskridelse af de tilladte værdier og afbryder, vil motoren ikke brænde op.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Konstruktionen af en automatisk afbryder og dens klassificering. Begrebet tids-strømkarakteristik og valg af mærkeværdi i forhold til kablets tværsnit:

Beregning af apparaters effekt og valg af afbryder i henhold til PUE-bestemmelserne:

Valget af en automatisk afbryder skal tages alvorligt, da det påvirker sikkerheden af husets elektriske system. På trods af de mange inputparametre og beregningsnuancer skal man huske, at afbryderens primære beskyttelsesfunktion er rettet mod ledningsnettet.

Skriv venligst kommentarer, stil spørgsmål, del billeder om artiklens emne i boksen nedenfor. Del nyttige oplysninger, der kan være til gavn for besøgende på siden. Fortæl om din egen erfaring med at vælge automatiske afbrydere til beskyttelse af sommerhusets eller husets elektriske installation.