Прежде всего необходимо подчеркнуть, что автоматический выключатель должен защищать ВСЕ элементы электрической сети (включая кабель, розетки, клеммники и т.п.) и при этом не должен допускать ложных срабатываний. Кроме того, от длины и сечения кабеля, а также мощности подключаемых приборов зависят потери напряжения. Это может быть важным – некоторые приборы могут не включиться при слишком низком напряжении, выйти из строя или даже сгореть. Поэтому рассуждение «кабель или розетка» выглядит странным, если не сказать дилетантским. К чему могут привести такие рассуждения я писал здесь.
Также надо понимать, что расчет сети носит двухсторонний характер: изменение одного параметра может привести к изменению других – например, если необходимо повысить номинал автоматического выключателя, то это может означать повышение сечения кабеля независимо от предыдущих расчетов. При этом сеть должна быть рассчитана для наихудшей возможной ситуации, с разумным минимумом затрат на материалы и работы.
При этом, помимо расчетных решений, существуют некоторые типовые, условно говоря – уже подсчитанные. Эти решения можно посмотреть здесь. А ниже мы рассмотрим, какие данные учесть и какие действия надо совершить для расчета электрической сети «по уму».
Оценка нагрузки.
В основе любого расчета кабеля лежит нагрузка, иначе говоря - мощность приборов, которые этот кабель питает. При этом надо понимать, что мощность не все электрические приборы потребляют одну и ту же мощность в течении всего периода работы. К примеру, если компьютер с 500 Вт блоком питания в обычном режиме едва ли потребляет более 200 Вт. То же касается стиральной и посудомоечной машин, а также – холодильника. Эти приборы, несмотря на высокую мощность, потребляют ее неодновременно, а только в пиковых режимах (например – нагрева воды). С розетками ситуация похожая – какие-то приборы включаются в них стационарно, какие-то только в определенные моменты (например – пылесос). Для учета влияния используются коэффициенты спроса по СП. 256.1325800.2016.
Также необходимо учитывать, что ток в наших квартирах не постоянный, а переменный. Из чего следует, что кроме активной мощности у этих приборов есть еще и реактивная. Коэффициент реактивной мощности (известный как cos φ) обычно указывается в документации на изделие.
Еще одна сложность заключается в том, что входная нагрузка в жилье (и, строго говоря, в любом здании) ограничена «сверху» и превышение максимальной выделенной мощности является нарушением договора с энергоснабжающей организацией. Выделенная мощность указана в паспорте жилья. Для типовых квартир она составляет:
1. Квартира с газовой плитой, спроектированной до 2006 года – 3,0 кВт
2. То же, с 2006 до 2016 года – 4,5 кВт
3. То же, после 2016 года – 7,0 кВт
4. Квартира с электрической плитой, спроектированной до 2006 года – 7,0 кВт
5. То же, с 2006 до 2016 года – 10,0 кВт
6. То же, после 2016 года – 11,0 кВт
Обычно, для ограничения нагрузки на квартиру ставится вводной автомат соответствующего номинала. Автомат этот принадлежит энергоснабжающей организации (или управляющей компании) и производить какие-либо манипуляции с ним, помимо включения или выключения запрещено! Линия балансово-разграничительной ответственности – счетчик. Проводка после него принадлежит вам.
Выбор типа и сечения кабеля.
Прежде всего – кабель должен быть медным. Недавняя отмена запрета на алюминиевые кабели не отменяет его недостатков – ломкости, недолговечности и проблемами с соединением. Более того, контакты импортное оборудования часто рассчитаны на подключение именно медного кабеля. Также вся кабельная проводка не должна распространять горение (СП. 256.1325800.2016, п.15.3). Поэтому ни в коем случае для стационарной проводки не должны применяться ПВС или ПУНП. Рекомендуемый выбор – ВВГнг-ls, ППГнг или NYM.
Сечение кабеля выбирается по различным параметрам. Рассмотрим каждый из них:
Выбор сечения кабеля по механической прочности.
Тут все просто. Согласно табл. 52.2 ГОСТ 50571.5.52-2011, а также табл.2.1.1. ПУЭ сечение медного кабеля в стационарной проводке должно быть не менее 1,5 мм2. При этом, согласно той же таблице ПУЭ, при прокладке кабеля по стенам зданий его сечение должно быть не меньше 2,5 мм2. Добавлю, что при получении электротехнического образования минимальное сечение в 1,5 мм2 вбивается в голову как аксиома, и, если электрик говорит о допустимости более низких сечений, это может говорить о его некомпетентности.
Выбор сечения кабеля по току нагрева.
Исходя из полученной нагрузки с применением коэффициента спроса можно при помощи закона Ома (для переменного тока) получить рабочий ток на выбранную группу нагрузки. Допустимые длительные токи для кабелей указаны в соответствующих таблицах приложения B ГОСТ 50571.5.52-2011 (табл. В.52.x). При этом надо обращать внимание на предполагаемую температуру внешней среды – при значительных отличиях температуры от указанных температур необходимо применить поправочные коэффициенты..
Здесь необходимо заметить, что значения в таблицах вышеупомянутого приложения несколько отличаются от табл. 1.3.4 ПУЭ. Но, с учетом необходимости защиты сети, эта разница непринципиальна. Вообще же, сеть должна быть рассчитана исходя из максимальных требований безопасности. Подробнее, как рассчитать кабель по току нагрева можно прочесть здесь.
Выбор сечения кабеля по допустимой потере напряжения.
Суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленного осветительного прибора общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5 %. При этом потери напряжения от ВРУ здания до наиболее удаленных светильников должны быть не более 3%, а до прочих потребителей - не более 4%. При длине электропроводки от ВРУ здания до нагрузки более 100 м, эти потери напряжения допускается увеличивать на 0,005 % на каждый последующий (более 100) метр электропроводки, но не более чем на 0,5%. (СП. 256.1325800.2016, п.8.53).
Потери напряжения обусловлены нагрузкой, сечением кабеля и конфигурацией сети. Обычно для расчета потерь напряжения применяется метод моментов. В этом случае:
ΔU = ∑M/(C*S),
ΔU – потери напряжения на участке, С – табличный коэффициент, учитывающий материал кабеля и напряжение сети, S – сечение кабеля, а ∑M – сумма моментов нагрузки участка сети. При этом единичный момент нагрузки равен
Mi = Pi*Li,
где Li – суммарная длина участка сети от точки подключения до нагрузки Pi; Pi – мощность.
Нетрудно заметить, что СП. 256.1325800.2016 регламентирует только потерю напряжения между ВРУ здания и конечным потребителем, однако, очевидно, у собственника жилья часто к ВРУ доступа нет, так как он ограничен квартирным щитком (напоминаю, что все, что находиться «выше» счетчика по направлению к ВРУ здания является собственностью управляющей и/или энергоснабжающей компании). Но традиционно потери напряжения в распределительной сети здания рассчитывают исходя из 1%. В этом случае на потери в групповой сети (в т.ч. после квартирного щитка) остается 2% на освещение и 3% на прочие электроприборы.
Выбор защитных устройств.
Выбор типа защитного устройства
Для начала надо выбрать тип защитного устройства – АВДТ, сочетающего в себе автомат защиты и устройство дифференциального тока (в просторечии «дифф. автомат» или «автомат дифференциального тока») или АВ (в просторечии – «автомат»). Здесь не надо особых размышлений – все прописано в правилах:
1. «В муниципальных квартирах жилых домов рекомендуется предусматривать отдельные линии для питания штепсельных розеток жилых комнат, освещения, штепсельных розеток электроприемников кухни и коридора…В квартирах жилых домов, оборудованных электрическими плитами (не газофицированных – прим. автора), должна быть предусмотрена отдельная групповая линия для их питания. Линии для питания однофазных электроплит должны выполняться медными проводниками сечением не менее 6 мм2» (СП. 256.1325800.2016, п.10.2).
2. «В общественных зданиях, квартирах жилых домов, индивидуальных домах и т.п. для защиты групповых линий, питающих штепсельные розетки должны предусматриваться УДТ (или АВДТ – прим. автора) с номинальным отключающим дифференциальным током срабатывания не более 30 мА.» (там же п. 10.13).
3. Необходимость установки АВДТ на освещение является спорной, однако «применение УДТ (или АВДТ – прим. автора) должно быть обязательным для групповых линий, питающих штепсельные соединители наружной установки в соответствии с ГОСТ Р 50571.3, или для защиты штепсельных розеток ванных и душевых помещений, если они не подключены к индивидуальному разделяющему трансформатору в соответствии с ГОСТ Р 50571.7.701» (там же, прил. А, п.А.1.6)
Выбор номинального тока защитного устройства.
После выбора типа защиты необходимо выбрать номинал тока автомата (здесь и далее под «автоматом» подразумевается, как АВДТ, так и АВ). Одним из самых важных требований является требование селективности защиты – номинал автомата должен быть как минимум на одну ступень ниже вышестоящего. Т.е. если у вас на вводе стоит УК установила автомат 25А, то вы можете поставить только автомат не выше 20А, независимо от ваших на эту тему хотелок. Так что если расчетный ток на группу у вас превысит получившиеся значения, значит надо что-то менять. Начиная с со схемы сети и расчета нагрузок. Я же говорил, что процесс расчета сети – двухсторонний?
Далее. Как уже писалось выше – автомат должен защищать ВСЕ элементы сети. Соответственно, независимо от реальной токовой нагрузки ток длительного нагрева кабеля должен быть НИЖЕ (причем с запасом 13%) номинала автомата, причем по всей длине кабеля. Кроме того, электроустановочное оборудование (розетки, выключатели и даже клеммники) также должны иметь номинальные токи НЕ НИЖЕ номинального тока автомата. Особенно это важно для розеточной сети – там с большей вероятностью может быть подключен какой-нибудь высокомощный прибор. Таким образом, если вам вдруг захотелось поставить автомат на 20А вам необходимо будет пересчитать сеть на кабель 3х4 (3х2,5 допускаются только в отдельных случаях, см. ГОСТ 50571.5.52-2011), найти розетки и клеммники с номиналом выше 20А (как правило 25А). Либо пересчитать сеть заново, перераспределив нагрузки. Кхм. Я же это уже писал?
И еще один интересный нюанс. Это пусковые токи некоторого оборудования. Особенно это касается светодиодных драйверов 220/24. Например один 320 Вт LED драйвер выдает пусковой ток аж 70А! (подробнее - здесь) При этом, правда, допускается его установка после автомата «обычного» номинала, но какие-то общие рекомендации дать сложно. Нормативной базы по этому вопросу на данный момент нет, а для чтения (т.е. понимать написанное) паспорта оборудования нужно все-таки образование. Главное – не пренебрегать требованиями защиты сети выше.
Выбор время-токовой характеристики защитного устройства.
Автоматический выключатель (в общем случае) имеет два расцепителя – электромагнитный по сверхтоку и тепловой по току нагрева. Все, о чем писалось ранее – касалось именно тока нагрева.
Однако зашита от сверхтоков (например – в случае короткого замыкания) также имеет свои нюансы. Прежде всего – автомат должен «уметь» как-то отличать короткое замыкание от пускового тока (см. выше). Как именно автомат это делает – описывают времятоковые характеристики. Наибольшее распространение имеют характеристики «B» и «C». Отличие этих характеристик заключается в токе, на который они срабатывают моментально – для «B» это до 5 номинальных значений тока, для «C» - до 10. Для того, чтобы понять сработает ли автомат в случае короткого замыкания (далее – ток КЗ) надо рассчитать его ожидаемый ток или померять его (при возможности). Токи КЗ зависят от общего сопротивления линии (включая внутренне сопротивление трансформатора, сопротивление кабеля и всех соединений). Расчет ожидаемого тока КЗ производится согласно ГОСТ 28249-93.
Например, для линии длиной 300 м кабеля ВВГнг-ls 3х2,5 ожидаемый ток КЗ будет не более 48А. Из вышеприведенных значений коэффициентов для характеристик «B» и «C» это означает даже автомат типа «B» с номинальным током 10А не гарантирует мгновенного расцепления.
Выводы
Думаю, из вышесказанного становиться понятно, что расчет электротехнической сети – нетривиальная задача со множеством переменных. Можно даже сказать, что задача эта – творческая, т.к. при одинаковых начальных условиях два инженера-проектировщика порой приходят к разным решениям по отдельности, а собравшись вместе придумывают третье. Однако для простых случаев (таких, как муниципальные квартиры) существуют типовые решения. О них - в следующем посте.
Источники:
СП. 256.1325800.2016 ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА.
ГОСТ 50571.5.52-2011 ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки
Правила устройства электроустановок, 7 изд.
Уважаемые коллеги! Если вы нашли ошибку или неточность, то напишите об этом - обсудим.
