Введение
Когда речь заходит о безопасности электропроводки в квартире или доме, автоматический выключатель (автомат) — это первое, на что стоит обратить внимание. Он защищает вашу проводку от перегрузок и коротких замыканий, предотвращая пожары и повреждение оборудования. Но как правильно выбрать автомат? Давайте разберёмся.
В прошлой статье мы рассмотрели выбор сечения кабеля для однофазной системы квартиры или дома. Эта статья является логичным продолжением предыдущей. Мы рассмотрим выбор автоматических выключателей для нашего электрического щита.
1. Зачем нужен автоматический выключатель?
Автоматический выключатель — это устройство, которое отключает электрическую цепь в случае перегрузки или короткого замыкания. Его основная задача — защитить кабель и (во вторую очередь) подключенные приборы от повреждений. Если ток в сети превышает допустимые значения, автомат срабатывает и размыкает цепь. При этом скорость срабатывания автомата может быть очень различной - от практически мгновенного до нескольких часов! Периодически встречаются "электрики", которые убеждены, что, как только значение потребляемого тока превысит номинал автомата (например, 16А), автоматический выключатель моментально должен сработать. Это абсолютно не так! Но об этом чуть позже.
2. Устройство автоматического выключателя
Для того, чтобы разобраться с выбором автомата для нашей сети, необходимо иметь представление о том, как он устроен. В этой статье моя задача состоит в том, чтобы изложить всю необходимую информацию максимально кратко, не вдаваясь в тонкости и нюансы. В тех моментах, где необходимо углубиться, будут проставлены ссылки на отдельные статьи.
Для обеспечения надёжной работы и защиты электрической линии современный автоматический выключатель оснащён двумя видами защиты:
1. Тепловой расцепитель (биметаллический) — защита от перегрузки.
- Представляет собой биметаллическую пластину, которая при длительном превышении номинального тока нагревается и изгибается.
- Когда ток превышает 1,13 Iном в течение определённого времени, пластина нажимает на механизм отключения и разрывает цепь.
- Такой механизм работает не сразу, а с задержкой, позволяя пропускать кратковременные пусковые токи оборудования.
2. Электромагнитный расцепитель — защита от короткого замыкания.
- Состоит из катушки с подвижным сердечником (соленоида).
- При коротком замыкании ток резко увеличивается, создавая мощное электромагнитное поле, которое мгновенно втягивает сердечник.
- Сердечник срабатывает на механизм отключения, разрывая цепь за миллисекунды.
🔧 Разница:
- Тепловой расцепитель реагирует на продолжительные перегрузки и отключает цепь с задержкой.
- Электромагнитный расцепитель срабатывает мгновенно при резком скачке тока (токи КЗ).
Скорость срабатывания обеих защит зависит от токов протекающих через данный выключатель. Для наглядности этой зависимости используют графики Время-Токовой характеристики (ВТХ)
3. Время-Токовая Характеристика (ВТХ) автоматического выключателя
Время-токовая характеристика (ВТХ) — это зависимость времени срабатывания автоматического выключателя от величины тока, протекающего через этот выключатель. Она показывает, как быстро автомат отключит цепь при разных уровнях нагрузки.
Горизонтальная ось I/Iн - отношение протекаемого тока к номинальному току автоматического выключателя.
Вертикальная ось - время срабатывания выключателя.
Типы ВТХ (кривые срабатывания):
🔹 Кривая B (3–5 × Iном) – для цепей без пусковых токов (освещение, электроника).
🔹 Кривая C (5–10 × Iном) – стандартный вариант для большинства нагрузок в квартире
🔹 Кривая D (10–20 × Iном) – для цепей с высокими пусковыми токами (трансформаторы, компрессоры).
Выбор ВТХ зависит от типа нагрузки и допустимых пусковых токов.
Более подробно изложено в ГОСТ IEC 60898-1-2020
Давайте посмотрим на ВТХ реального автоматического выключателя ВА47-29 IEK. Мы можем увидеть, что в зависимости от того, в каком состоянии находился выключатель, его время срабатывания тоже будет меняться. Более подробно об этих закономерностях можно почитать в технической документации производителя и соответствующих ГОСТах.
Важно заметить, что значение срабатывания автомата 1,13 In будет верно для автоматического выключателя в «горячем» режиме. В холодном же режиме отключение автомата начинается от I/In = 1,45 (для всех типов автоматов B,C,D).
4. Условия выбора номинала автоматического выключателя
В соответствии с ГОСТ Р 50571.4.43-2012 /МЭК 60364-4-43:2008 "Электроустановки низковольтные. Часть 4-43. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока" мы воспользуемся условиями для выбора номинального тока автоматического выключателя:
Согласно Правилам устройства электроустановок (пункт 3.1.4 ПУЭ-7 ), «Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т.п.)»
В этом пункте описаны два важных требования: первое — обеспечить максимальную чувствительность защиты, второе — предотвратить ложные отключения электроустановок. Иногда эти требования могут противоречить друг другу, поэтому при выборе защитных устройств нужно учитывать оба аспекта. Настройку защиты от ложных срабатываний следует выполнять с минимальным запасом, чтобы не снижать её чувствительность без необходимости.
Согласованность характеристик автоматического выключателя и проводника.
Согласно требованиям, автоматический выключатель должен срабатывать при токе I2:
Однако, по ГОСТ IEC 60898-1-2020 (таблица 7), этот ток также определяется как:
Где In — номинальный ток автомата.
Вывод из формул:
Если подставить одно выражение в другое:
Обе стороны уравнения можно сократить на 1,45, и мы получаем:
Это означает, что номинальный ток автомата не должен превышать длительно допустимый ток кабеля.
Режим перегрузки кабелей на воздухе
Согласно ГОСТ 31996-2012 (п. 10.9), режим перегрузки для кабелей, расположенных на открытом воздухе, определяется как превышение допустимой токовой нагрузки более чем на 16 %.
Другими словами, кабель можно перегружать не более чем на 1,16 раза от его длительно допустимого тока. Если это значение превышено, изоляция начнет быстро разрушаться из-за необратимых процессов:
🔸 Тепловое старение – повышение температуры ускоряет химические реакции, ухудшая диэлектрические свойства изоляции.
🔸 Механическое разрушение – постоянные перегревы приводят к появлению микротрещин из-за усталости материала.
🔸 Химическая деградация – высокие температуры способствуют окислительным процессам, разрушающим изоляцию.
Практический пример
Рассмотрим кабель с сечением 2,5 мм², у которого Iz=27 А (длительно-допустимый ток).
Если он защищен автоматом на 25 А, то ток отключения составит:
Это значит, что кабель будет работать с перегрузкой в 36,2 А в течение почти часа перед отключением. Это на 45% выше нормы, не смотря на то, что допустимое превышение 16% (что тоже не совсем хорошо для нашего кабеля - при температуре 90°C изоляция кабеля начинает размягчаться и её становится легко повредить, добавьте сюда недобросовестность производителя кабеля, завышенную температуру окружающей среды и вы получаете очень неблагоприятные условия эксплуатации).
Все эти условия проще для понимания будет изобразить графически. И на этом же графике мы сможем увидеть некоторые опасности, которые таит неграмотный выбор автоматического выключателя.
Какой вывод мы можем сделать? Даже при соблюдении нормативно-технической документации существуют ситуации, которые подвергают наши кабельные линии опасности.
Далее я приведу таблицу, в которой выполнены расчёты для наиболее часто встречающихся кабельных сечений и номиналов автоматов.
Из этой таблицы, мы можем сделать вывод, что использовать в домашней сети сечение кабеля 2,5 мм2 с автоматом номиналом 25А будет неправильно, а также кабель сечением 4мм2 с автоматом 32А.
5.Номинальный ток розеток
Стандартные розетки, которые мы используем дома рассчитаны на ток 16А (или даже 10А). А кабель 2,5 мм2 по допустимым токам на 27А (до 31,32А в режиме перегрузки). Получается кабель выдержит ток почти в 2 раза превышающий номинальный ток розетки. И если мы подключим чересчур мощное устройство, а автомат будет на 20А или 25А, то розетку в таком случае автомат не защитит. Поэтому существует практика розеточные группы и одиночные розетки защищать автоматами 16А, а освещение автоматом 10А (но каждый случай нужно просчитывать отдельно под наши задачи). Об этом вкратце уже говорилось в самом начале статьи (одно из требований ПУЭ).
6. Защита линии освещения
Все принципы защиты линий освещения такие же, как и при защите розеточных линий. За исключением того, что к этой линии маловероятно подключение дополнительного оборудования. Поэтому защищать линию автоматом C16 при потреблении тока, скажем 0,9А,не имеет смысла. Можно смело ставить 4А или 6А (тут больше вопрос цены и наличия данных выключателей). Самым распространенным номиналом на линии освещения, однако, является 10А.
7. Защита линии от токов КЗ
При возникновении КЗ в линии токи могут повредить линию за очень короткое время и привести к аварии или пожару. Для защиты от токов КЗ в автоматах используется электромагнитный расцепитель. Диапазон срабатывания этой защиты вы можете посмотреть выше в графиках ВАХ.
Наша задача сводится к подбору номинального тока автомата (и как следствие и тока мгновенного расцепления). А для сравнения нам необходимо рассчитать или измерить ток КЗ петли фаза-ноль. Обычно это делают специальным прибором. Об этом будет написана отдельная статья.
Измеряем сопротивление и ток КЗ петли «Фаза-Ноль» в крайней точке линии Главное условие сработка за 0,4 с (или 5с для вводного). Проверяем по выполнению условия:
где:
Iкз — ток однофазного короткого замыкания;
1,1 — коэффициент запаса — учитывает погрешность расчета, отклонение величины питающего напряжения и т.д. (может применяться другое значение коэффициента запаса, однако оно в любом случае не должно быть меньше чем 1,1)
Iмгн.расц.— максимальный ток мгновенного расцепления — зависит от характеристики срабатывания автоматического выключателя и составляет (мы берем худший сценарий - холодное состояние автомата):
при характеристике «B» — 5*Iном автомата
при характеристике «C» — 10*Iном автомата
при характеристике «D» — 20*Iном автомата
То есть это вступает в дело электромагнитный расцепитель – он регулируется как раз буквенным обозначением - B,C,D.
Если токи КЗ окажутся слишком маленькими, то отключение линии будет происходить чересчур долго или линия будет работать вообще без отключения. Последствия мы можем себе представить. Данный случай - как раз тот случай, когда высокие токи КЗ для нас благо. Электрикам приходится даже применять меры для увеличения этого тока КЗ. Характеристики B,C,D помогают нам подобрать такой ток мгновенного расцепления, чтобы он не реагировал на пусковые токи. Там где есть двигатели производители рекомендуют устанавливать автоматы с "C" характеристикой. Для обычных потребителей применяются "B" автоматы. "D" применяется крайне редко (эти автоматы используются в основном в промышленности)
8. Заключение
В конце статьи хотелось бы сказать о том, что существует еще много тонкостей и нюансов, которые влияют на выбор автоматического выключателя, которые будут рассмотрены в будущих статьях. Всегда следует помнить, что на своей безопасности не стоит экономить и всегда рассчитывать параметры с небольшим запасом.
Если статья оказалась полезной - ставьте лайк и подписывайтесь! Если есть вопросы и пожелания - пишите в комментариях...