Расчет вводного автоматического выключателя

Вводные автоматические выключатели

Автоматические выключатели служат для отключения объекта от электроэнергии при возникновение в сети повышенных нагрузок. Благодаря этому удается обезопасить помещение от возникновения пожаров вызванных коротким замыканием и выхода из строя электрооборудования.

Самым первым из таких устройств, которые устанавливаются непосредственно при подводе проводов к квартире, дому или иному помещению является – вводный автомат (рис.1).

Рис. 1. Вводный автомат

Если его сравнивать с автоматами, которые будут установлены дальше по цепи, то у вводного автомата намного выше показания номинального тока. К тому же у него есть еще одна функция, кроме защиты, с помощью него очень удобно отключать систему для проведения в ней ремонтных или профилактических работ.

Также ввиду того, что данный автомат находиться наиболее близко к подстанции, которая осуществляет питание объекта, то у него наблюдается повышенная предельная отключающая способность. Которая намного выше, чем у других устройств автоматического отключения.

Могут использоваться вводные автоматы – двухполюсные, четырехполюсные (рис.2) или наименее распространенные трехполюсные, все это зависит от той системы электроснабжения, которая выбрана для конкретного объекта.

Рис 2. Четырехполюсной автомат

Так, например, при питании маломощного помещения с использованием одной фазы, устанавливают вводный однополюсной прибор автоматического отключения. Но так поступать неправильно, ведь чтобы обеспечить полный разрыв фазы и нейтрали придется дополнительно устанавливать – выключатель нагрузки.

Вводный автомат и расчет номинала

Чтобы рассчитать номинал вводного автомата нужно произвести в принципе такие же действия, что и при расчете других автоматических выключателей. Для этого нужно взять сумму токов линий, который используются для питания и рабочий ток кабеля.

С помощью таких вычислений происходит нахождение нужного номинального тока вводного автомата.

Важно! У вводного автомата номинальный ток должен быть в соответствии рабочему току проводки (для ее защиты), которая от него отходит. А также учитывать все показания мощностей подключенных нагрузок.

Так же при расчете необходимого номинала нужно учесть, что может случиться ситуация во время которой произойдет включение всех нагрузок одномоментно, появление максимально потребляемого тока. Исходя из этих показаний тока, производится расчет рабочего тока и отходящей от вводного автоматического выключателя проводки, и нужного номинала автомата.

Вводный автомат и его мощность

Мощность будет прямо пропорциональная имеющемуся номиналу вводного автомата. Так при одном и тоже номинале автоматического выключателя в зависимости от используемой системы мощность может быть совершенно различной. В однофазной системе для подсчета мощности нужно номинал автомата умножить на 220 и таким образом получиться значение мощности в Ваттах. В трехфазной системе, мощность будет зависеть от той схемы, которая применяется при подключении нагрузки.

Что нужно знать при выборе вводного автомата

При выборе такого вида устройств надо опираться на один из главных параметров – какой может быть максимальный ток при возникновение короткого замыкания. Исходя из знания данного параметра, нужно и выбирать автомат, который будет превышать данное значение. Оптимальным будет, если превышение максимального тока при коротком замыкании будет составлять примерно от 1000-1500А. К тому же важным аспектом будет являться удаленность вводного автомата от трансформатора. И мощности, которую он выделяет.

Не маловажным будет и знание потребляемой мощности запитываемого объекта и фазность питания. При трех фазах следует применять трехфазный автомат, трех или четырехполюсной. Если имеет место быть однофазное питание, то автомат двухполюсной.

Советы по установке вводного автомата

В принципе установка вводного автомата происходит по стандартной схеме, как и установка других устройств в системе. Но в отличие от остальных к него есть определенное место. Оно располагается сверху в левой части щитка. Такой расположение обуславливается тем, что идущие лини удобнее опускать сверху в низ. А данный автомат является первым из устройств подключения. К тому же это очень удобно. Он является немного обособленным от других. Это позволяет моментально сориентироваться даже не опытному человеку при необходимости экстренного отключения. Таким образом схема автоматического выключателя не является сложной.

Иногда правда можно увидеть, что для небольших объектов энергоснабжения применяется однополюсной автоматический выключатель (рис. 3). Но это не совсем правильно. Так как он устанавливается только на фазу. И при отключении нейтраль все равно находится в рабочем состоянии.

Рис. 3. Однополюсной автомат

При приобретении, вводные автоматические выключатели, лучше выбирать в надежных магазинах. А установку доверять специалистам.

ПРИМЕР МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ВВОДНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ, ВЫБОР ЩИТОВ, РАСЧЕТ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Для выбора питающих силовых кабелей силовых щитов и щитов освещения, а так же выбора вводной аппаратуры защиты производим расчет общих нагрузок указанных щитов.

Для выбора общего автоматического выключателя щита освещения QF6 необходимо рассчитать номинальную силу тока щита освещения ЩО1.

Номинальная сила тока щита освещения рассчитывается по формуле 10:

I_ном.ЩО1 – номинальная сила тока щита освещения, А;

ΣI_{ном.лин.осв} – сумма номинальных токов линий освещения, присоединенных к одной фазе, с наибольшей нагрузкой, А.

В щите освещения ЩО1 наибольшая сила тока отслеживается на 1-й линии ( защищен SF1) и составляет 1,45 А, что больше, чем на о стальных линиях данного щита:

Поэтому при выборе общего автоматического выключателя QF4 щита ЩО1 отталкиваемся от данного значения. Выбираем автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 3А х-ка В на ступень выше, соблюдая селективность работы автоматических выключателей щита освещения. Номинальный ток теплового расцепителя которого составляет 3А, что больше номинальной силы тока линии с максимальной нагрузкой (линия №1 ЩО1). Характеристика электромагнитного расцепителя –В, т.к. пусковые токи незначительны.

Для выбора общего аппарата защиты силового щита ЩС1, автоматического выключателя, необходимо рассчитать номинальную и максимальную силу тока силового щита. При расчете максимального тока выбирается электродвигатель с максимальным пусковым током, а к нему прибавляются номинальные токи остальных потребителей, подключенных к данному щиту. В данном случае (формула 11):

I_{ном ЩС1} – номинальный ток силового щита ЩС1

I_{ном М1} – номинальный ток электродвигателя М1;

I_{ном EK} – номинальный ток электроводонагревателя ЕК1.

Принимаем во внимание факт, что электроводонагревателя ЕК1 и ЕК2 однофазные, следовательно, нагрузка от данного оборудования возникнет на 2-х из 3-х полюсах общего автоматического выключателя силового шита ЩС1. Поэтому суммируем номинальный ток только одного электроводонагревателя.

Подставляем данные для расчета:

I_{ном ЩС1} = 10,74 А + 9,1 А = 19,84 А

При полученном значении номинального тока подойдет автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 25 А характеристика D, но номинальный ток общего аппарата следует предварительно выбирать на ступень больше значения тока, равного или близкого к его номинальному рабочему току (ГОСТ Р 51778-2001 Щиты распределительные для производственных и общественных зданий), следовательно, для выполнения данного условия подойдет автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 32 А характеристика D. Аналогичны данные расчетные действия и для силового щита ЩС2.

Автоматические выключатели, расположенные ГРЩ QF1, QF2, QF3 выбираем на ступень выше по номинальному току, чем QF4, QF5, QF6 соответственно для соблюдения селективной работы аппаратов защиты.

В качестве вводного аппарата защиты использован автоматический выключатель марки ВА88-32 3р 125А 25кА.

Для подключения щитов ШО1, ЩС1 и ЩС2 используем кабеля марки ВВГ, а для подключения автоматических выключателей расположенных в ГРЩ выбираем провод марки ПВ соответствующего сечения.

Производим выбор марок распределительных щитов и главного распределительного щита. Выбор марок щитов производиться в зависимости от способа установки щита и количества модулей (один полюс автоматического выключателя равен одному модулю или общепринятому стандарту 18 мм). Количество и тип автоматических выключателей (однополюсный или трехполюсный) устанавливаемых в щит задает число модулей устанавливаемых в щит. Для данных распределительных щитов подойдут щиты от ИЭК марки ЩРн (щит распределительный навесной в металлическом корпусе). При выборе ГРЩ необходимо учесть место для установки прибора учета (счетчика электрической энергии) и выключателя-разъединителя ВР32И-31В31250 250А для коммутации питающей цепи и создания видимого разрыва при проведении техобслуживания или ремонта в главном распределительном щите. Данным требованиям (габаритным размерам) отвечает щит с монтажной панелью от ИЭК марки ЩМП-4-0 36 УХЛ3.

В качестве вводного устройства использован, ВР 324-31В31250. И тем самым заполняем таблицу 7 «Выбор аппаратуры защиты и кабельной продукции для питающей сети».

Выбор щитов, аппаратуры защиты и кабельной продукции для питающей сети

Рассчитываем общую мощность и ток объекта электроснабжения. Для этого составляем суточный график работы потребителей электрической энергии с указанием их мощностей (Рис.7).

Рис.7. Суточный график нагрузки станции перекачки сточных вод

1 – освещение комнаты персонала; 2- освещение коридора; 3- освещение производственного помещения; 4,5 – электродвигатель М2,М3; 6- электродвигатель М4; 7 – электроталь М1; 8 – электроводонагреватель (ЕК1,ЕК2,ЕК3)

Находим общую мощность объекта, учитывая график нагрузок (Рис.7) (формула 12).

I_н = Р/ (√3 * U * cos ᵠ), где (12)

I_н – номинальный ток объекта, А;

Р – мощность объекта (максимальная сумма мощностей силового и осветительного оборудования по графику), кВт;

U – напряжение, кВ;

cos ᵠ — коэффициент мощности

Подставляем данные для расчета:

I_н = 34,74 кВт / 1,73 * 0,38кВ * 0,80) = 65,5 А

Выбираем счетчик электрической энергии. Если сила тока превышает 100А, то к счетчику необходимо подобрать трансформатор тока. Сила тока объекта не превышает 100А, по этому нам трансформатор тока не требуется, выбираем счетчик электрической энергии марки Меркурий 230 AR 3*230/400 10 (100А).

Для подачи электрической энергии на вводно-распределительное устройство объекта от воздушной линии производим выбор кабеля. В качестве водного кабеля используем провода СИП (самонесущий изолированный провод). Выбираем сечение СИП по ГОСТ Р 52373-2005 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи». Для данного объекта подойдет провод марки СИП-2А 3х16+1х25 допустимый ток 100А.

Производим расчет внутренней осветительной сети на падение напряжения по формуле 13:

∆U,В = (2*Р*L) / (y*S*U), где (13)

∆U,В – падение напряжения на участке линии, В.;

Р – мощность линии освещения, имеющей наибольшее значение, Вт.;

L – длинна линии, м.;

y – проводимость материала линии (у медных жил y=50 См), См.;

S – сечение жилы кабеля;

U – напряжение линии освещения, В.

∆U,В = (2*320*12)/(50*1,5*220) =0,47 В

Выражаем падение напряжения в процентах по формуле 14:

∆U,% = ∆U,В / 220В * 100 , где (14)

∆U,% — падение напряжения на участке, %.

∆U,% = 0,47В/ 220В * 100 = 0,2%

Если падение напряжения превышает 2,5%, то необходимо увеличить сечение кабеля для линии освещения и произвести перерасчет. В данном случае в этом нет необходимости.

Вывод:данный раздел содержит проект и расчеты электроснабжения внутренней сети, что дает возможность произвести дальнейшие расчетные действия для проектирования внешней сети электроснабжения объекта.

Выбор стабилизатора напряжения по вводному автомату

Вводной автоматический выключатель служит не только защитой кабеля от короткого замыкания, но и физическим ограничителем тока, который вы вправе потреблять по договору с электросбытовой организацией. Устанавливают их не просто так, а исходя из мощности имеющего в населённому пункте трансформатора, сечения подводящих кабелей и общего состояния электрохозяйства населённого пункта. Поэтому их зачастую опечатывают. Другими словами, нельзя взять больше тока, чем позволяет вводной автомат.

Расчёт для однофазной сети

P = U*I, где P – мощность нагрузки, U – напряжение в сети, а I – сила тока

Пример: в щитке установлен однополюсный вводной автомат С25.

Номинальная мощность = Номинальное напряжение 220 В * Номинальный ток 25 А = 5500 ВА

В данном случае подойдёт стабилизатор напряжения мощностью от 5.5 кВА.

Расчёт для трёхфазной сети

P = √3*U*I, где P – мощность нагрузки, U – напряжение в сети, а I – сила тока

Пример: в щитке установлен трёхполюсный вводной автомат С32:

Номинальная мощность = 1,73 * Номинальное напряжение 380 В * Номинальный ток 32 А ≈ 21037 ВА

В данном случае подойдёт трехфазный стабилизатор напряжения мощностью от 21 кВА (а лучше три однофазных от 7 кВа каждый).

К рассчитанным выше значениям мощности стабилизатора лучше добавить некоторый запас, т.к. перегрузочная способность автоматического выключателя довольно велика, хотя и зависит от его время-токовой характеристики (B,C,D,K,Z) и температуры окружающей среды. Характеристка автоматического выключателя представляет собой зависимость скорости отключения от перегрузки. Эта тема очень обширна (подробно расписали здесь), вкратце скажу, что характеристика С подразумевает моментальное отключение автомата при превышении номинального тока не менее чем в 8 — 10 раз при 25 °C. При четырёхкратной перегрузке отключение будет происходить от 4 до 8 секунд! Это означает, что пусковые токи для этого автомата вообще нипочём. А если мы перегрузим автомат характеристики С в 1,5 раза, он отключится через 40 минут, и это при темпреатуре 25 °C. При низкой температуре отключение будет происходить ещё медленнее. То есть, если на улице мороз, а вы перегрузили ваш автомат характеристики С на 25% — он, скорее всего, не отключится вовсе. Стабилизаторов с аналогичной перегрузочной способностью не существует.

Вывод: Подавляющее большинство стабилизаторов напряжения даже близко не сравнятся по перегрузочной способности с автоматическим выключателем. Поэтому при расчёте мощности стабилизатора по вводному автомату необходимо заложить запас. Перегрузочная способность стабилизатора должна покрывать пусковые токи электродвигателей.

Другие способы подбора мощности стабилизатора

• Замер с регистрацией параметров участка цепи в течение технологического цикла.
• Расчёт мощности стабилизатора по электропотребителям:

Мощность стабилизатора = сумма мощностей всех потребителей * коэффициент одновременности + запас 15%

При использовании электрического отопления коэффициент одновременности следует принимать равным 0.8. Пусковые токи электродвигателей (насосы, мойки и т.д) не должны превышать значения перегрузочной способности стабилизатора.

Автомат вводной: особенности выбора и виды

При подаче электричества в квартиру на этажном электрощите могут быть установлены следующие аппараты коммутации ввода:

• автоматический выключатель;
• предохранители;
• пакетный выключатель;
• рубильник.

Вводной автомат (ВА) – это автоматический выключатель подачи электричества от питающей сети к объекту, если возникает перегрузка в цепи, или произошло короткое замыкание (КЗ). От перечисленных аппаратов он отличается большей величиной номинального тока. На фото изображен щит с расположенным в нем сверху вводным автоматом.

Щит с автоматическим выключателем

Правильнее называть устройство – вводный автоматический выключатель. Поскольку он ближе других устройств находится к воздушной линии, аппарат должен обладать повышенной коммутационной стойкостью (ПКС), характеризующей нормальное срабатывание устройства при возникновении КЗ (максимальный ток, при котором автоматический выключатель способен хотя бы однократно разомкнуть электрическую цепь). Показатель указывается на маркировке прибора.

Типы автоматов ввода

Подача электричества к объекту зависит от его потребностей и схемы электросети. При этом подбираются соответствующие типы автоматов.

Однополюсный

Вводный выключатель с одним полюсом применяется в электросети с одной фазой. Устройство подключается к питанию через клемму (1) сверху, а нижняя клемма (2) соединяется с отходящим проводом (рис. ниже).

Схема однополюсного автомата

Автомат с одним полюсом устанавливается в разрыв фазного провода и отключает его от нагрузки при возникновении аварийной ситуации (рис. ниже). По принципу действия он ничем не отличается от автоматов, установленных на отводящих линиях, но его номинал по току выше (40 А).

Схема вводного однополюсного автомата

Питающая фаза красного цвета подключается к нему, а затем – к счетчику, после чего распределяется на групповые автоматы. Нейтральный провод синего цвета проходит сразу на счетчик, а с него на шину N, затем подключается к каждой линии.

Автомат ввода, установленный перед счетчиком, должен быть опломбирован.

Вводной автомат защищает кабель ввода от перегрева. Если КЗ произойдет на одной из линий ответвлений от него, сработает ее автомат, а другая линия останется работоспособной. Подобная схема подключения позволяет быстро найти и устранить неисправность во внутренней сети.

Двухполюсный

Двухполюсник представляет собой блок с двумя полюсами. Они снабжены объединенным рычажком и имеют общую блокировку между механизмами отключения. Эта конструктивная особенность важна, так как ПУЭ запрещают производить разрыв нулевого провода.

Не допускается установка двух однополюсников вместо одного двухполюсника.

Вводной автомат с двумя полюсами применяется при однофазном вводе из-за особенностей схем подключения в домах старой постройки. В квартиру делается ответвление от стояка межэтажного электрощита однофазной двухпроводной линией. Жэковский электрик может случайно поменять местами провода, ведущие в квартиру. При этом нейтраль окажется на вводном однофазном автомате, а фаза – на нулевых шинах.

Чтобы обеспечить полную гарантию отключения, надо обесточить квартирный щиток с помощью двухполюсника. Кроме того, часто приходится менять пакетный выключатель в этажном щите. Здесь удобнее сразу поставить вместо него двухполюсный вводной автомат.

В квартиру нового дома идет сеть с фазой, нейтралью и заземлением со стандартной цветовой маркировкой. Здесь также не исключена возможность перепутывания проводов из-за низкой квалификации электрика или просто ошибки.

Еще одной причиной установки двухполюсника является замена пробок. На старых квартирных щитках еще остались пробки, которые установлены на фазе и на нуле. Схема соединений при этом остается прежней.

ПУЭ запрещают установку предохранителей в нулевых рабочих проводах.

Двухполюсник в данной ситуации установить удобнее, поскольку нет необходимости переделывать схему.

При подключении электричества к частному дому по схеме ТТ двухполюсник необходим, так как в такой системе возможно появления разности потенциалов между нейтральным и заземляющим проводом.

На рис. ниже изображена схема подключения электричества в квартиру с однофазным вводом через двухполюсный автомат.

Схема ввода с двухполюсным автоматом

Питающая фаза подается на него, а затем – на счетчик и на устройство противопожарного защитного заземления УЗО, после чего распределяется на групповые автоматы. Нейтральный провод проходит сразу на счетчик, с него на УЗО, шину N, а затем подключается к УЗО каждой линии. Нулевой проводник заземления зеленого цвета подключается сразу к шине PE, а с нее подходит к заземляющим контактам розеток №1 и №2.

Вводной автоматический выключатель защищает кабель ввода от перегрева и КЗ. Он также может сработать при КЗ на отдельной линии, если там неисправен другой автомат. Номиналы счетчика и противопожарного УЗО подбираются выше (50 А). В этом случае устройства будут также защищены вводным автоматом от перегрузок.

Трехполюсный

Устройство применяется для трехфазной сети, чтобы обеспечить одновременное отключение всех фаз при перегрузке или коротком замыкании внутренней сети.

К каждой клемме трехполюсника подключается по фазе. На рис. ниже изображены его внешний вид и схема, где для каждого контура существуют отдельные тепловой и электромагнитный расцепители, а также дугогасительная камера.

Трехполюсный автомат в шкафу и его схема

При подключении к частному дому вводной автоматический выключатель устанавливается перед электросчетчиком с защитой на 63 А (рис. ниже). После счетчика ставится УЗО на ток утечки 300 мА. Это связано с большой протяженностью электропроводки дома, где имеет место высокий фон утечки.

После УЗО осуществляется разделение линий от распределительных шин (2) и (4) к розеткам, освещению, а также отдельным группам (6) подачи напряжения в пристройки, трехфазным нагрузкам и другим мощным потребителям.

Трехфазная сеть частного дома

Расчет автомата ввода

Независимо от того, является автомат вводным или нет, его рассчитывают путем суммирования токов отходящих к нагрузкам линий. Для этого определяется мощность всех подключаемых потребителей. Номинал определяется для одновременного включения всех потребителей электроэнергии. По этому максимальному току подбирается ближайший номинал автомата из стандартного ряда в сторону уменьшения.

Мощность вводного автомата зависит от номинального тока. При трехфазном питании мощность определяется тем, как подключены нагрузки.

Требуется также определить количество аппаратов коммутации. На ввод требуется только один выключатель, а затем по одному на каждую линию.

На мощные приборы типа электрокотла, водонагревателя, духового шкафа необходимо установить отдельные автоматы. В щитке должно быть предусмотрено место для установки дополнительных автоматических выключателей.

Выбор ВА

Выбор устройства производится по нескольким параметрам:

1. Номинальный ток. Его превышение приведет к срабатыванию автомата от перегрузки. Подборка номинального тока производится по сечению подключенной проводки. Для нее определяют допустимый максимальный ток, а затем выбирают номинальный для автомата, предварительно уменьшив его на 10-15%, приводя к стандартному ряду в сторону уменьшения.
2. Максимальный ток КЗ. Автомат выбирается по ПКС, которая должна быть равна ему или превышать. Если максимальный ток КЗ составляет 4500 А, подбирается автомат на 4,5 кА. Класс коммутации подбирается для освещения – В (I_пуск>I_ном в 3-5 раз), для мощных нагрузок типа отопительного котла – С (I_пуск>I_ном в 5-10 раз), для трехфазного двигателя большого станка или сварочного аппарата – D (I_пуск>I_ном в 10-12 раз). Тогда защита будет надежной, без ложных срабатываний.
3. Установленная мощность.
4. Режим нейтрали – тип заземления. В большинстве случаев он представляет собой систему TN с разными вариантами (TN-C, TN-C-S, TN-S),
5. Величина линейного напряжения.
6. Частота тока.
7. Селективность. Номиналы автоматов подбираются по распределению нагрузок в линиях, например, автомат ввода – 40 А, электроплита – 32 А, другие мощные нагрузки – 25 А, освещение – 10 А, розетки – 10 А.
8. Схема питания. Автомат подбирается по количеству фаз: одно,- или двухполюсный для однофазной сети, трех,- или четырехполюсный для трехфазной.
9. Изготовитель. С целью повышения степени безопасности, автомат выбирается у известных производителей и в специализированных магазинах.

Количество полюсов для трехфазной сети равно четырем. При наличии только трехфазных нагрузок со схемой подключения треугольником, можно использовать трехполюсный автомат.

Выключатель на вводе должен отключать фазы и рабочий ноль, так как в случае утечки на одной из фаз на ноль существует вероятность удара током.

Трехполюсный автомат можно применять для однофазной сети: фаза и ноль подключаются к двум клеммам, а третья останется свободной.

Выбор вводного автомата в зависимости от типа заземления:

1. Система TN-S: подводящие нулевые защитный и рабочий провода разделены от подстанции до потребителя (рис. а ниже). Чтобы одновременно отключить фазы и ноль применяются двухполюсные или четырехполюсные вводные автоматы (в зависимости от количества фаз на вводе). Если они с одним или тремя полюсами, нейтраль проводится отдельно от автоматов.
2. Система TN-С: подводящие нулевые защитный и рабочий провода совмещены и проходят до потребителя через общий проводник (рис. б). Автомат устанавливается однополюсный или трехполюсный на фазные проводники, а ноль вводится через счетчик на шину N.

Схемы распространенных типов заземлений

Установка

Автомат ввода устанавливается в щитке сверху, с левой стороны. Отводящие линии удобно монтировать сверху вниз. При малом количестве нагрузок он может быть однополюсным и подключаться через фазный провод. В таком случае полного разрыва питающей цепи не происходит.

Монтаж обычно производится на DIN-рейку, при отключении питания.

Видео про электрощит

Ответ на вопрос, как скоммутировать вводной электрощит, можно получить из видео ниже.

Как показывает практика, подключение вводного автомата не является сложной работой. Важно правильно рассчитать его по мощности, продумать схему соединений и установить с учетом особенностей, приведенных в статье.