A megszakító kiválasztása terhelési teljesítmény, kábelszakasz és áramerősség alapján: a számítások alapelvei és képletei

A megbízhatóan működő házi villamosenergia-ellátás megszervezéséhez külö ágakat kell kijelölni. Minden vonalat saját védőberendezésél kell felszerelni, amely megedi a kábel szigetelését az olvadástól. Aonban nem mindenki tudja, milyen készüléket vásároljon. Egyetért?

A megszakítók terhelési teljesítmény szerinti kiválasztásáról mindent megtudhat az általunk bemutatott cikkből. Elmondjuk, hogyan határozzuk meg a névleges értéket a szükséges osztályú megszakító megtalálásához. Ajánlásaink figyelembevétele garantálja a szükséges eszközök beszerzését, amelyek képesek kiküszöbölni a vezetékek üzemeltetése során fellépő veszélyes helyzeteket.

Kismegszakítók háztartási hálózatokhoz

Az áramszolgáltatók végzik a házak és lakások csatlakoztatását, elvégzik a kábel elosztóhoz történő bekötését. A helyiségben lévő vezetékek szerelésének minden munkáját a tulajdonosok vagy a felvett szakemberek végzik.

Az egyes áramkörök védelmére szolgáló kismegszakító kiválasztásához ismerni kell annak névleges értékét, osztályát és néhány egyéb jellemzőjét.

Alapvető paraméterek és osztályozás

A háztartási kismegszakítókat a kisfeszültségű elektromos áramkör bemeneténél szerelik fel, és a következő feladatok megoldására szolgálnak:

• az elektromos áramkör kézi vagy elektronikus bekapcsolása vagy áramtalanítása;
• áramkör védelem: áramkikapcsolás kismértékű, hosszan tartó túlterhelés esetén;
• áramkör védelém: azonali áramkikapcsolás róvidezárlat esetén.

Minden megszakító rendelkezik egy amperben kifejezett jellemzővel, amelyet névleges áramerősség (I_n) vagy “névleges érték” néven neveznek.

Ennek az értéknek a lényege könnyebben megérthető a névleges érték túllépési együtthatójának használatával:

K = I / I_n,

ahol I a valós áramerősség.

• K < 1.13: a kikapcsolás (kioldás) nem következik be 1 órán belül;
• K > 1.45: a kikapcsolás 1 órán belül bekövetkezik.

Ezek a paraméterek a GOST R 50345-2010 8.6.2. pontjában vannak rögzítve. Ahhoz, hogy megtudjuk, mennyi idő alatt történik a kikapcsolás K>1.45 esetén, használni kell a grafikont, amely az adott megszakító modell idő-áram jelleggörbéjét tükrözi.

Amikor az áram tartósan a névleges érték kétszeresét meghaladja, a megszakító 8 másodperc és 4 perc közötti időn belül kiold. A kioldási sebesség a modell beállításától és a környezeti hőmérséklettől függ.

Ezenkívül minden automatikus megszakító típushoz meghatározott egy áramtartomány (I_a), amelyen belül a pillanatnyi kioldó mechanizmus működésbe lép:

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

A B típusú készülékeket főként olyan vezetékekhez használják, amelyek jelentős hosszúságúak. Lakó- és irodahelyiségekben C osztályú kismegszakítókat alkalmaznak, míg a D jelölésű készülékek olyan áramköröket védenek, ahol nagy indítási áramtényezővel rendelkező berendezések vannak.

A szabványos háztartási kismegszakító sorozat a következő névleges áramú készülékeket foglalja magában: 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 és 63 A.

A kioldók szerkezeti felépítése

A modern automatikus megszakítóban kétféle kioldó található: hőkioldó és elektromágneses kioldó.

A bimetál kioldó lemez formájú, amely két különböző hőtágulású áramvezető fémből készül. Ez a szerkezet a névleges érték tartós túllépése esetén az alkatrész felmelegedéséhez, meghajlásához és az áramkör nyitó mechanizmusának működésbe lépéséhez vezet.

Egyes kismegszakítóknál beállítócsavar segítségével megváltoztatható a kioldási áram paramétere. Korábban ezt a módszert gyakran használták a készülék “precíz” beállítására, azonban ez az eljárás mélyreható szakmai ismereteket és több teszt elvégzését igényli.

A beállítócsavar (piros téglalappal kiemelve) az óramutató járásával ellentétes irányba forgatásával a hőkioldó nagyobb kioldási ideje érhető el.

Jelenleg a piacon számos, szabványos névleges áramú modell található különböző gyártóktól, amelyek idő-áram jellemzői kissé eltérnek (de közben megfelelnek a szabványos követelményeknek). Ezért lehetőség van a kívánt “gyári” beállítású kismegszakító kiválasztására, ami kiküszöböli a hibás kalibrálás kockázatát.

Az elektromágneses kioldó megakadályozza a vezeték túlmelegedését rövidzárlat következtében. Szinte azonnal reagál, de az áram értékének többszörösen meg kell haladnia a névleges értéket. Szerkezetileg ez az alkatrész egy szolenoid. A túláram mágneses mezőt generál, amely elmozdítja a magot, ami megszakítja az áramkört.

A szelektivitás elveinek betartása

Elágazó elektromos áramkör esetén a védelmet úgy lehet megszervezni, hogy rövidzárlatnál csak annak az ágnak a lekapcsolása történjen meg, amelyen a hibás helyzet fellépett. Ehhez a megszakítók szelektivitásának elvét alkalmazzák.

Szemléltető ábra, amely bemutatja a kismegszakítók rendszerének működési elvét a megvalósított szelektív (válogató) kioldási funkcióval rövidzárlat esetén.

A válogatott lekapcsolás biztosítása érdekében az alsó fokozatokba olyan kismegszakítókat szerelnek, amelyek azonnali kioldással 0,02–0,2 másodperc alatt bontják az áramkört. A felső fokozatba telepített megszakító vagy 0,25–0,6 másodperces kioldási késleltetéssel rendelkezik, vagy egy speciális „szelektív” kapcsolás szerint készül a DIN VDE 0641-21 szabványnak megfelelően.

A automaták szelektív működésének garantált biztosításához jobb egy gyártó automatáit használni. Az egységes modellsorozatú megszakítókhoz léteznek szelektivitási táblázatok, amelyek feltüntetik a lehetséges kombinációkat.

A telepítés legegyszerűbb szabályai

Az áramkörnek azt a szakaszát, amelyet a megszakítóval védeni kell, egy- vagy háromfázisú lehet, rendelkezhet nullavezetővel, valamint PE-vezetővel („földelés”). Ezért a kismegszakítók 1–4 pólussal rendelkeznek, amelyekhez az áramvezető eret csatlakoztatják. A kioldási feltételek létrejöttekor az összes érintkező egyidejűleg lekapcsolódik.

Az automatákat a kapcsolószekrényben egy erre a célra kialakított DIN-sínre rögzítik. Ez biztosítja a csatlakozás kompaktságát és biztonságát, valamint kényelmes hozzáférést a megszakítóhoz.

Az automatákat a következőképpen szerelik fel:

• egypólusúakat a fázisra;
• kétpólusúakat a fázisra és a nullavezetőre;
• hárompólusúakat a 3 fázisra;
• négypólusúakat a 3 fázisra és a nullavezetőre.

Emellett tilos a következőket tenni:

• egypólusú automatát a nullavezetőre szerelni;
• a PE-vezetőt az automatába bekötni;
• egy hárompólusú automata helyett három egypólusút beépíteni, ha az áramkörhöz legalább egy háromfázisú fogyasztó van csatlakoztatva.

Mindezen követelményeket az Érintésvédelmi Szabályzat (PUE) előírja, és be kell tartani.

Minden olyan házban vagy helyiségben, ahová elektromos áramot vezetnek, bevezető automatát szerelnek fel. Névleges értékét a szolgáltató határozza meg, és ez az érték az áramellátási szerződésben szerepel. Az ilyen megszakító rendeltetése a transzformátortól a fogyasztóig terjedő szakasz védelme.

A bevezető automata után a vonalhoz egy (egy- vagy háromfázisú) mérőórát és egy hibaáram-védőkapcsolót csatlakoztatnak, amelyek funkciói eltérnek a kismegszakító és a differenciálmegszakító működésétől.

Ha a helyiségben több körre van osztva a vezetékrendszer, akkor mindegyiket külön megszakító védi, amelynek teljesítménye a jelölésen van feltüntetve. Névleges értékeiket és osztályaikat a helyiség tulajdonosa határozza meg a meglévő vezetékrendszer vagy a csatlakoztatott készülékek teljesítménye alapján.

Az elektromos mérőórát és a megszakítókat az elosztószekrénybe szerelik, amely megfelel minden biztonsági követelménynek és könnyen beilleszthető a helyiség belső terébe.

Az elosztószekrény helyének kiválasztásakor ne feledje, hogy a hőkioldó tulajdonságait a levegő hőmérséklete befolyásolja. Ezért célszerű a megszakítókat tartalmazó sínt magában a helyiségben elhelyezni.

A szükséges névleges érték kiszámítása

A megszakító fő védelmi funkciója a vezetékrendszerre terjed ki, ezért a névleges érték kiválasztása a kábel keresztmetszete alapján történik. Eközben az egész áramkörnek biztosítania kell a hozzá csatlakoztatott készülékek rendeltetésszerű működését. A rendszer paramétereinek kiszámítása nem bonyolult, de számos részletet figyelembe kell venni a hibák és problémák elkerülése érdekében.

A fogyasztók összteljesítményének meghatárázása

Az elektromos áramkör egyik fő paramétere a hozzá csatlakoztatott elektromos fogyasztók maximálisan lehetséges teljesítménye. Ennek a mutatónak a kiszámításakor nem lehet egyszerűen összegezni a készülékek adattábláján szereplő adatokat.

Aktív és névleges komponens

Bármely elektromos készülék esetében a gyártónak fel kell tüntetnie a hatásos teljesítményt (P). Ez az érték határozza meg azt az energiamennyiséget, amely a készülék működése során visszafordíthatatlanul átalakul, és amelyért a felhasználó a mérőóra alapján fizet.

A kondenzátorral vagy induktív tekercsel rendelkező készülékek esetében azonban létezik egy másik, nullától eltérő értékű teljesítmény, amelyet meddő teljesítménynek (Q) neveznek. Ez eljut a készülékhez, és szinte azonnal visszatér.

A meddő komponens nem vesz részt az elfogyasztott villamos energia számításában, de a hatásossal együtt alkotja az úgynevezett “látszólagos” vagy “névleges” teljesítményt (S), amely terhelést jelent az áramkörre.

cos(f) – egy paraméter, amelynek segítségével a látszólagos (névleges) teljesítmény meghatározható a hatásos (fogyasztott) teljesítményből. Ha nem egyenlő eggyel, akkor azt az elektromos készülék műszaki dokumentációjában tüntetik fel.

Az egyes készülékek hozzájárulását az áramvezető vezetékekre és a megszakítóra ható teljes terheléshez a látszólagos teljesítményük alapján kell kiszámítani: S = P / cos(f).

Megnövekedett indítóáramok

Egyes háztartási készüléktípusok további sajátossága a transzformátorok, villanymotorok vagy kompresszorok megléte. Ezek a készülékek bekapcsoláskor indítóáramot (start) vesznek fel.

Értéke többszörösen meghaladhatja a szokásos értékeket, de a megnövelt teljesítményen történő működés időtartama rövid, általában 0,1 és 3 másodperc között van. Ez a rövid idejű kiugrás nem vezet a hőkioldó működésbe lépéséhez, azonban a megszakító rövidzárlati túláramért felelős elektromágneses alkatrésze reagálhat.

Ez a helyzet különösen a dedikált vonalakra érvényes, amelyekhez faipari gépekhez hasonló berendezéseket csatlakoztatnak. Ebben az esetben ki kell számolni az áramerősséget, és érdemes lehet a “D” osztályú megszakítót használni.

A keresleti tényező figyelembevétele

Azoknál az áramköröknél, amelyekhez nagyszámú berendezés csatlakozik, és nincs olyan eszköz, amely az áram legnagyobb részét fogyasztja, a keresleti tényezőt (ks) használják. Alkalmazásának lényege, hogy nem minden készülék működik egyidejűleg, így a névleges teljesítmények összegzése túlzott értékhez vezetne.

Az elektromos fogyasztói csoportok keresleti tényezőjét a 7. pont (SP 256.1325800.2016) határozza meg. Ezekre az értékekre támaszkodhatunk a maximális teljesítmény önálló kiszámításakor is.

Ez az együttható lehet egyenlő vagy kisebb, mint egy. Az egyes készülékek számított teljesítményének (P_r) kiszámítása a következő képlet alapján történik:

P_r = ks * S

Az összes készülék összesített számított teljesítményét az áramkör paramétereinek kiszámításához használják. A keresleti tényező alkalmazása az irodákban és kis kereskedelmi helyiségekben célszerű, ahol nagyszámú számítógép, irodai gép és egyéb berendezés van egyetlen körről táplálva.

A kevés fogyasztóval rendelkező vonalak esetében ezt az együtthatót nem használják tiszta formában. A teljesítményszámításból kiveszik azokat az eszközöket, amelyek egyidejű bekapcsolása az energiaigényesebb készülékekkel nem valószínű.

Például egy lakószobában kicsi az esélye a vasaló és a porszívó egyidejű használatának. A kis létszámú műhelyekben pedig csak a 2-4 legerősebb elektromos szerszámot veszik figyelembe a számításban.

Az áramerősség kiszámítása

A megszakító kiválasztása az áramkör szakaszán megengedett maximális áramerősség alapján történik. Ezt az értéket az elektromos fogyasztók összteljesítményének és a hálózati feszültségnek az ismeretében kell meghatározni.

A GOST 29322-2014 szerint 2015 októbere óta a feszültség értékének 230 V-nak kell lennie a szokásos hálózatban, és 400 V-nak a háromfázisúban. Azonban a legtöbb esetben még mindig a régi paraméterek érvényesek: 220 V, illetve 380 V. Ezért a számítások pontossága érdekében méréseket kell végezni voltmérővel.

A háztartási hálózat feszültségét voltmérővel vagy multiméterrel lehet mérni. Ehhez elég a csatlakozóit bedugni a konnektorba.

Egy másik probléma, amely különösen aktuális a magánszektor elektromos hálózatára, az elégtelen feszültségű áramellátás biztosítása. Az ilyen problémás objektumokon végzett mérések olyan értékeket mutathatnak, amelyek kívül esnek a GOSZT által meghatározott tartományon.

Sőt, a szomszédok áramfogyasztásának szintjétől függően a feszültség értéke rövid idő alatt nagymértékben változhat.

Ez nemcsak a készülékek működése szempontjából jelent problémát, hanem a áramerősség kiszámítása szempontjából is. Feszültségeséskor egyes eszközök egyszerűen teljesítményt veszítenek, mások pedig, amelyek bemeneti stabilizátorral rendelkeznek, megnövelik az áramfogyasztást.

Ilyen körülmények között nehéz minőségi számításokat végezni az áramkör szükséges paramétereiről. Ezért vagy kénytelen lesz nagyobb keresztmetszetű kábeleket lefektetni (ami drága), vagy a problémát bemeneti stabilizátor felszerelésével vagy a ház másik vezetékhez való csatlakoztatásával kell megoldani.

A stabilizátort az elosztótábla közelében kell felszerelni. Gyakran ez az egyetlen módja a normatív feszültségértékek elérésének a házban.

Miután meghatároztuk az elektromos készülékek teljes teljesítményét (S) és tisztáztuk a feszültség értékét (U), az áramerősség (I) kiszámítása az Ohm törvényéből következő képletekkel történik:

I_f = S / U_f egyfázisú hálózat esetén

I_l = S / (1.73 * U_l) háromfázisú hálózat esetén

Itt a “f” index a fázisparamétereket, a “l” pedig a lineárisakat jelöli.

A legtöbb háromfázisú készülék “csillag” típusú csatlakozást használ, és a fogyasztóhoz áramot szolgáltató transzformátor is pontosan ezen séma szerint működik. Szimmetrikus terhelés esetén a lineáris és a fázisáram azonos (I_l = I_f), a feszültséget pedig a következő képlettel számítják ki:

U_l = 1.73 * U_f

A kábel keresztmetszetének kiválasztásával kapcsolatos finomságok

A vezetékek és kábelek minőségét és paramétereit a GOSZT 31996-2012 szabályozza. E dokumentum alapján a gyártott termékekre Műszaki Feltételeket (TU) dolgoznak ki, amelyekben a jellemzők bizonyos tartománya megengedett. A gyártó köteles rendelkezésre bocsátani a vezető keresztmetszete és a maximális biztonságos áramerősség közötti megfelelési táblázatot.

A maximálisan megengedhető áramerősség függ a vezetékek keresztmetszetétől és a szerelés módjától. A vezetékek lehetnek rejtett (falban) vagy nyílt (csőben vagy kábelcsatornában) elhelyezésűek.

A kábelt úgy kell kiválasztani, hogy biztosítsa az elektromos készülékek számított összteljesítményének megfelelő áram biztonságos áramlását. A PUE (az elektromos berendezések létesítésére vonatkozó szabályok) szerint a lakóhelyiségekben használt vezetékek minimális a vezetékek számított keresztmetszete nem lehet kevesebb 1,5 mm²-nél.

A szabványos méretek a következő értékekkel rendelkeznek: 1,5; 2,5; 4; 6 és 10 mm².

Néha indokolt lehet a minimálisan megengedettnél egy lépéssel nagyobb keresztmetszetű vezetékek használata. Ebben az esetben lehetőség van további készülékek csatlakoztatására vagy a meglévők nagyobb teljesítményűekre történő cseréjére anélkül, hogy költséges és hosszadalmas új kábelek fektetési munkáira lenne szükség.

A kismegszakító paramétereinek kiszámítása

Minden áramkörre teljesülnie kell a következő egyenlőtlenségnek:

I_n <= I_p / 1.45

Itt I_n a megszakító névleges árama, I_p pedig a vezetékek megengedett árama. Ez a szabály garantálja a biztos kioldást a megengedett terhelés tartós túllépése esetén.

Az “In <= Ip / 1.45” egyenlőtlenség az alapvető feltétel a “megszakító – kábel” pár összeállításánál. Ennek a szabálynak a figyelmen kívül hagyása a vezetékek meggyulladásához vezethet.

A megszakító névleges értékét kiszámíthatjuk a teljes terhelés alapján, valamint a már lefektetett vezetékek érkeresztmetszete alapján is. Tegyük fel, hogy létezik az elektromos készülékek csatlakoztatási sémája, de a vezetékek még nincsenek lefektetve.

Ebben az esetben a lépések sorrendje a következő:

1. A hálózatra csatlakoztatott elektromos készülékek összáramának kiszámítása.
2. A kiszámított értéknél nem kisebb névleges áramú megszakító kiválasztása.
3. A kábel keresztmetszetének kiválasztása a megszakító névleges árama alapján.

Példa:

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.

Ha a vezetékek már le vannak fektetve, a lépések sorrendje más:

1. A megengedett áram meghatározása az ismert keresztmetszet és a vezetékek fektetési módja alapján a gyártó által megadott táblázat szerint.
2. A kismegszakító kiválasztása.
3. A csatlakoztatandó eszközök teljesítményének kiszámítása. A készülékcsoport összeállítása oly módon, hogy az áramkör teljes terhelése kisebb legyen a névleges értéknél.

Példa. Tegyük fel, hogy két egymagos kábelt nyíltan fektettek le, D = 6 mm², akkor:

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

Az utolsó példa 2. pontjában van egy kis megengedett közelítés. Az I_n pontos értéke I_p / 1.45 = 31.7 A, ami 32 A-re van kerekítve.

Választás több névleges érték között

Néha előfordul, hogy több különböző névleges áramú megszakító közül lehet választani a kör védelmére. Például 4 kW (18 A) összteljesítményű elektromos készülékek esetén tartalékkal választottak ki 4 mm² réz érkeresztmetszetű vezetéket. Ehhez a kombinációhoz 20 és 25 A-es megszakítók is használhatók.

Ha az elektromos elosztórendszer sémája többszintű védelmet irányoz elő, akkor a megszakítókat úgy kell kiválasztani, hogy a felsőbb szintű (a képen jobb oldalon – 25 A) névleges árama nagyobb legyen, mint az alacsonyabb szintű megszakítóké.

A legmagasabb névleges áramú megszakító választásának előnye, hogy további készülékek csatlakoztathatók a kör elemeinek megváltoztatása nélkül. A leggyakrabban így járnak el.

Az alacsonyabb névleges áramú megszakító választása mellett szól az a tény, hogy a hőkioldója gyorsabban reagál a megnövekedett áramerősségre. Ugyanis egyes készülékeknél olyan hiba léphet fel, amely az energiafogyasztás növekedéséhez vezet, de nem éri el a rövidzárlati értéket.

Például a mosógép motorjának csapágy meghibásodása az áram hirtelen megnövekedéséhez vezet a tekercsben. Ha a megszakító gyorsan reagál a megengedett értékek túllépésére és lekapcsol, a motor nem ég ki.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az automatikus megszakító felépítése és osztályozása. Az időáram karakterisztika fogalma és a névleges áram kiválasztása a kábel keresztmetszete alapján:

A készülékek teljesítményének kiszámítása és a megszakító kiválasztása a PUE előírásai szerint:

Az automatikus megszakító kiválasztását felelősséggel kell végezni, mert ettől függ az otthoni elektromos rendszer biztonságos működése. A bemeneti paraméterek és a számítási részletek sokasága ellenére emlékezni kell arra, hogy a megszakító fő védelmi funkciója a vezetékekre vonatkozik.

Kérjük, írjon megjegyzéseket, tegyen fel kérdéseket, töltsön fel a cikk témájához kapcsolódó fényképeket az alábbi blokkban. Oszon meg hasznos információkat, amelyek hasznosak lehetnek a weboldal látogatói számára. Beszéljen saját tapasztalatairól az automatikus megszakítók kiválasztásával kapcsolatban a nyaraló vagy otthoni elektromos vezetékek védelméhez.