Коллеги, всем привет! Неоднократно наблюдал такую картину, что в щите полно установленных автоматических выключателей или АВДТ на номинальный ток 25А и все бы ничего, однако отходящий кабель от этих аппаратов был 3х2,5мм2, а некоторые от автоматического выключателя номиналом 16А подключают кабель сечением 3х1,5мм2. Давайте разберемся, правильно ли выбрали для таких сечений токопроводящих жил кабеля номиналы автоматических выключателей, а также разберемся в целом, как необходимо правильно выбирать сечение токопроводящих жил кабеля и номиналы автоматических выключателей (АВДТ) к ним! Хотелось бы напомнить, что основной задачей любого проектировщика является проектирование надежной, экономически оправданной, безопасной и долговечной электроустановки. Статью в привычном нам варианте разделим на главные вопросы:
1. Время-токовые характеристики автоматических выключателей. Почему автоматический выключатель способен проводить через себя ток выше номинального?;
2. Пропускная способность кабеля. Большой анализ ПУЭ и ГОСТов;
3. Как необходимо выбирать номинал АВ и сечение кабеля? Делаем сравнение для ПУЭ и ГОСТов;
4. Что говорит на ПУЭ, ГОСТы и СП-256-1325800-2016 про выбор кабеля?
5. Нормативная литература и ссылки для скачивания;
6. Заключение
1. Время-токовые характеристики автоматических выключателей.
Начнем с время-токовых характеристик, постараюсь наглядно показать, что пропускная способность автоматических выключателей выше их номинальной
Термины и определения
ГОСТ IEC 60947-1-2017 "АППАРАТУРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
И УПРАВЛЕНИЯ НИЗКОВОЛЬТНАЯ" Часть 1 "Общие требования"
п.2.5.20 время-токовая характеристика: Кривая, отражающая зависимость времени, например преддугового или рабочего, от ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации.
[IEC 60050-441]
или своими словами - зависимость времени срабатывания коммутационного аппарата от тока в его главной цепи.
ГОСТ IEC 60898-1-2020 АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХТОКОВ БЫТОВОГО И АНАЛОГИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
п.3.1.4 автоматический выключатель (механический) (circuit-breaker (mechanical): Механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи в нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, например токи короткого замыкания.
[IEC 60050-441 (определение 14-20, изменено)]
п.3.2.1 сверхток (overcurrent): Любой ток, превышающий номинальный.
[IEC 60050-441 (определение 11-06)]
п.3.2.2 ток перегрузки (overload current): Сверхток в электрически не поврежденной цепи.
П р и м е ч а н и е — Достаточно длительный ток перегрузки может привести к повреждению.
п.3.2.3 ток короткого замыкания (short-circuit current): Сверхток, обусловленный замыканием с ничтожно малым полным сопротивлением между точками, которые в нормальных условиях эксплуатации должны иметь разный потенциал.
[IEC 60050-441 (определение 14-07)]
п.3.5.1 номинальное значение (rated value): Указанное значение любого характеристического параметра, определяющее рабочие условия, для которых спроектирован и построен автоматический выключатель.
п.3.2.10.2 контрольная температура (reference ambient air temperature): Температура окружающего воздуха, при которой устанавливают время-токовые характеристики.
ГОСТ 31225.2.1-2012 (IEC 61009-2-1:1991) ВЫКЛЮЧАТЕЛИ АВТОМАТИЧЕСКИЕ,
УПРАВЛЯЕМЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ ТОКОМ, БЫТОВОГО И АНАЛОГИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ СО ВСТРОЕННОЙ ЗАЩИТОЙ ОТ СВЕРХТОКОВ
п.3.3.7 автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока (АВДТ): Управляемый дифференциальным током автоматический выключатель, предназначенный для выполнения функций защиты от токов перегрузки и/или токов короткого замыкания.
Теперь давайте в этом же ГОСТ IEC 60898-1-2020 рассмотрим следующий пункт
Т.е иными словами ВТХ (время-токовые характеристики) автоматических выключателей должны соответствовать вышеизложенным положениям ГОСТ. Теперь непосредственно покажу данные ВТХ на примере автоматических выключателей ВА47-29 при температуре 30 градусов как по ГОСТ.
Изображение показывает, что характеристики ВТХ соответствуют ГОСТам. Однако, зачем я это говорю? Автоматический выключатель, как видно из контекста, может работать в двух режимах – в рабочем (горячий режим) и пусковом (холодный режим). В обоих случаях автоматический выключатель может подвергаться кратковременным перегрузкам в сети и пропускать ток, превышающий его номинальное значение. Например, автоматический выключатель с номинальным током 20А может работать с током 21А без срабатывания защитного механизма.
В первой строке таблице 7, при холодном состоянии и превышение номинального значения тока в 1,13 раз, автоматические выключатели номиналом до 63А будут находится в рабочем состоянии и без расцепления.
ГОСТ Р 50345-2010
п.3.5.15 Условный ток нерасцепления. Установленное значение тока, который автоматический выключатель способен проводить, не срабатывая, в течение заданного (условного) времени.
п.8.6.2.2 Условный ток нерасцепления. Условный ток нерасцепления АВ(АВДТ) равен 1,13 его номинального тока.
п.3.5.16 Условный ток расцепления. Установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени.
п.8.6.2.3 Условный ток расцепления. Условный ток расцепления выключателя равен 1,45 его номинального тока.
п.9.10.2 Проверка время-токовой характеристики
п.9.10.2.1 Ток, равный 1,13/Iн (условный ток нерасцепления), пропускают в течение условного времени (см. 8.6.1 и 8.6.2) через все полюса, начиная с холодного состояния (см. таблицу 7). Выключатель не должен расцепляться.
Затем ток плавно повышают в течение 5 с до 1,45 /Iн (условного тока расцепления). Выключатель должен расцепляться в пределах условного времени.
п.9.10.2.2 Ток, равный 2,55/Iн, пропускают через все полюса, начиная с холодного состояния. Время размыкания должно составлять не менее 1 с и не более:
- 60 с — при номинальных токах до 32А включительно;
-120 с — при номинальных токах св. 32А.
Из всего вышеизложенного необходимо сделать выводы, что в случаях определенных перегрузок, автоматический выключатель будет в рабочем положение определенное время, поэтому если мы хотим правильно выбрать для него отходящий кабель, то для максимальной надежности нам необходимо ориентироваться именно на значение условного тока расцепления, т.е выбирать кабель, который будет в нормальном режиме пропускать через себя ток выше номинального тока автоматического выключателя в 1,45 раз, это позволит снизить вероятность деформации кабеля в режиме перегрузки цепи, а следовательно максимально уменьшит вероятность аварийной ситуации.
С процессом короткого замыкания все немного проще, он происходит мгновенно и нарастает до установившего значения, фактически АВ должен отработать менее чем за время указанное ниже по ПУЭ
ПУЭ (Правила устройства электроустановок)
п.1.7.79. В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в табл. 1.7.1. Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные
электроприемники и ручной электроинструмент класса 1.
В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.
Из таблиц выше мы видим, что при коротком однофазном замыкание, автоматический выключатель должен отработать менее чем за 0,4с.
При расчете токов короткого замыкания, мы получаем, определенную кратность расчетного тока КЗ к номинальному току автоматического выключателя, далее через график время-токовых характеристик можем узнать время срабатывания. Но об этом подробнее поговорим в статье про токи КЗ.
2. Пропускная способность кабеля. Большой анализ ПУЭ и ГОСТов;
Теперь рассмотрим как обстоят дела с кабелем, а точнее пропускной способностью его токопроводящих жил. Ниже я приведу данные из двух основных ГОСТов, и ПУЭ:
1. ГОСТ 31996-2012 "КАБЕЛИ СИЛОВЫЕ С ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
НА НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 0,66; 1 и 3 кВ"
2. ГОСТ Р 50571.5.52-2011 "Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки"
Таблица А.52.3 - Примеры способов монтажа с указаниями по определению допустимых токовых нагрузок
С - рекомендуемый способ для определения допустимой токовой нагрузки по Приложению В
Приложение В "Допустимые токовые нагрузки"
3. ПУЭ (Правила устройства электроустановок)
Ниже я свел все значения в один ряд для удобства сравнения
Если сделать сравнение из всех вышеизложенных изображений, то очень близкими получаются значения у обоих ГОСТов, а у ПУЭ для некоторых сечений ток выше чем у ГОСТов. Это если очень коротко. А вообще всем этим значениям следует создать отдельную статью с детальным разбором. В данном случае мы разбираем однофазный ток.
еще следует добавить о режимах перегрузки кабелей
ГОСТ 31996-2012 п.10.9 Допустимые токовые нагрузки кабелей в режиме перегрузки могут быть рассчитаны путем умножения значений, приведенных в таблицах 19, 21, на коэффициент 1,13 — для земли и на коэффициент 1,16 — для воздуха. Т.е по хорошему все значения в этом ГОСТ можно условно умножить на коэффициент 1,16, в случае если мы планируем делать сравнение с номинальными токами АВ в режимами перегрузки.
Также необходимо не забывать, что точное значение длительно допустимых токов кабеля следует определять из способов прокладки, температурных факторов и различных коэффициентов.
Что дают нам эти значения? Правильно, возможность на них опираться при соотношение выбора кабеля и автомата.
3. Как необходимо выбирать номинал АВ и сечение кабеля? Делаем сравнение для ПУЭ и ГОСТов;
Мы знаем номиналы автоматических выключателей, разобрались с кабелями, остается теперь понять что к чему.
снова начнем с ПУЭ
п.3.1.10. Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки. Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений: осветительные сети в жилых и общественных
зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных
электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т.п.), а также в пожароопасных зонах; силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях - только в случаях, когда по условиям технологического процесса или по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников; сети всех видов во взрывоопасных зонах - согласно требованиям 7.3.94.
п.3.1.11. В сетях, защищаемых от перегрузок (см. 3.1.10), проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:
80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), - для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;
Таковым образом пропускной ток кабеля должен быть выше чем у АВ.
Давайте рассмотрим несколько примеров:
Задача определить соответствие значений пункту 3.1.11 ПУЭ
Пример №1
Дано:
1. Автоматический выключатель на 25А
2. Кабель сечением токопроводящих жил 2,5мм2
Номинальная пропускная способность кабеля = 27А
теперь найдем процентное выражение
25А/27А*100=92% - не соответствует п.3.1.11
Пример №2
Дано:
1. Автоматический выключатель на 20А
2. Кабель сечением токопроводящих жил 2,5мм2
Номинальная пропускная способность кабеля = 27А
теперь найдем процентное выражение
20А/27А*100=74% - соответствует п.3.1.11
Пример №3
Дано:
1. Автоматический выключатель на 16А
2. Кабель сечением токопроводящих жил 1,5мм2
Номинальная пропускная способность кабеля = 19А
теперь найдем процентное выражение
16А/19А*100=84,2% - не соответствует п.3.1.11
В целом достаточно логично, в интернете в принципе подобного не найти, однако нашел очень интересный сайт по полному разбору всех глав ПУЭ. Может кому-то будет интересно и полезно https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294847/4294847057.htm
А теперь обратимся к ГОСТ Р 50571-4-43-2012 "Электроустановки низковольтные Часть 4-43 Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока"
Я решил сделать три скриншота, чтобы показать все как есть.
Под I2 в обоих выражения можно взять 1,45 и об этом сказано в ГОСТ IEC 60898-2020
п.3.5.16 Условный ток расцепления. Установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени.
п.8.6.2.3 Условный ток расцепления. Условный ток расцепления выключателя равен 1,45 его номинального тока.
В таком случае можно смоделировать пример:
1) Номинальный ток установки 13А
2) Ближайший номинал АВ выбираем 16А
3) Ближайший номинал кабеля сечением 1,5мм2 = 19А
13А<16А<19А - первое условие выполняется
I2 = 16А*1,45=23,2А
длительно допустимый ток кабеля равняется 19*1,45=27,55А.
И вот тут получается, что нам необходимо выбирать кабель не на 1,5мм2, а на 2,5мм2. И это уже соответствует действительности выбора кабеля
Если аналогично сделать по ПУЭ, то выходит тоже самое.
И сделаем контрольный пример:
1) Номинальный ток установки 23А
2) Ближайший номинал АВ выбираем 25А
3) Ближайший номинал кабеля сечением 2,5мм2 = 27А
23А<25А<27А - первое условие выполняется
I2 = 25А*1,45=36,25А
длительно допустимый ток кабеля равняется 27*1,45=39,15А.
А вот тут получается, что сечение на 4мм2 не проходит и придется взять 6мм2.
Если рассмотреть по ПУЭ про возможность применения сечения 4мм2, то выражение будет следующим 25А/36А*100=69,44%<80% учитывая данные значения, то по ПУЭ сечение 4мм2 применимо.
Что хочется сказать на счет всего этого, полное безобразие. Такому безобразию не должно быть места в веке прогресса и компьютеризации. Однако с одной стороны можно посетовать на разночтения методик, но ведь с другой стороны обе методики надежны в плане выбора сечения! Просто одна с закосом под переизбыток.
Как выполняю расчет лично я. Тут ничего хитрого, только факты и логика. Подчеркну, если у кого будут замечания, то в конструктивном режиме готов обсуждать.
Я составляю выражение так Iр<Iав*1,45<Iкаб.*1,16
Теперь разберем подробнее вышеизложенное выражение:
Iр - расчетный ток цепи;
Iав - номинальный ток АВ;
Iкаб - длительно допустимый ток кабеля;
1,16 - коэффициент по ГОСТ 31996-2012 п.10.9 Допустимые токовые нагрузки кабелей в режиме перегрузки по воздуху.
1,45 - ГОСТ IEC 60898-2020 п.8.6.2.3 Условный ток расцепления выключателя равен 1,45 его номинального тока.
Теперь сделаем пример для расчетного тока Iр=23А:
23А<25А*1,45<36*1,16=23A<36,25A<41,76A - условие выполняется.
А что если теперь попробовать выбрать сечение на 2,5мм2, а расчетный ток и номинал АВ остаются прежними? Проверим:
23А<25А*1,45<27*1,16=23A<36,25A>31,32A - условие не выполняется
Учитывая все методики можно сделать следующие выводы:
1. Кабель и автоматический выключатель могут работать в режимах перегрузки;
2. Все методики удовлетворяют условиям защиты кабеля автоматическим выключателем.
Про токи короткого замыкания мы поговорили ранее, остается лишь открытым вопрос, а что если перегруз будет скажем 2Iн или 3Iн? Тут не так сложно предположить, что чем выше данная кратность, тем быстрее отработает АВ, в свою очередь и кабель должен мочь проводить через себя токи большие чем 1,16 в зависимости от времени и тока перегрузки.
4. Что говорит на ПУЭ, ГОСТы и СП-256-1325800-2016 про минимальный выбор кабеля?
ГОСТ Р 50571.5.52-2011
Силовые и осветительные приборы минимальная площадь поперечного сечения медного проводника 1,5мм2
ПУЭ
Аналогично, следом за ГОСТом Р 50571.5.52-2011. Минимальное сечение линий групповых сетей для жилых зданий 1,5мм2.
СП-256-1325800-2016
п.12.6 Сечение проводов и кабелей выбираются, исходя из расчетного тока нагрузки в нормальном и послеаварийном режимах, в зависимости от способа прокладки по ГОСТ Р 50571.5.52 и проверяются по потере напряжения.
Сечения питающих проводников определяют по суммарному току всех присоединенных аппаратов с учетом коэффициентов одновременности
У ставки защитных аппаратов на линиях, отходящих от ТП, должны приниматься по допустимым токам кабелей и токам послеаварийной нагрузки для резервируемых кабелей.
Стоит отметить, что в этом же ГОСТе Р 50571.5.52 в таблице выбора сечения указано минимально 1,5мм2, и в таблице 52.2 (которую мы разобрали выше) даны указания по минимальному сечению 1,5мм2.
5. Нормативная литература используемая при написании статьи.
Коллеги, учитывая ваше желание изучать электроустановки, а также их проектирование, я решил выписать для Вас всю примененную литературы в этой статье, а также оставить ссылки для скачивания каждого документа с моего Яндекс диска. Уверен, это будет полезно! По ссылки будет архив в котором все нормативные документы из этой статьи https://disk.yandex.ru/d/Ue17i0huM9diuQ
6. Заключение.
В данной статье я привел множество примеров, собрал достаточно материалов и решений по выбору номинала автоматического выключателя к сечению токопроводящих жил кабеля! В заключение хочется сказать, что я постарался уделить данной статье большое внимание, сам по себе материал для изучения не совсем простой, как и его тема, на многих форумах и в группах люди не первый раз подробно изучают данный вопрос, не везде можно найти даже половину того, что описано в этой статье, пришлось тщательно проверить все нормативные документы, продумать много моментов, многие изображения создать с нуля. Хотелось бы, чтобы данная статья была полезна для всех, в т.ч для меня, чтобы всегда при возникновение какого-то вопроса можно было вновь к ней обратиться. В ближайшее время будет создана специальная программа в Excel для выбора сечения токопроводящих жил кабеля по всем нормативным документам в т.ч ПУЭ. В XXI веке считаю, что необходимо отходить от практики работы с кучей документов и значительно экономить на этом свое время. Однозначно критика данной статьи уместна, и возможно будут вноситься правки, однако призываю к конструктивному диалогу, без мата и грубости!!!
Коллеги, для меня будет очень значить ваш отзыв и комментарий, а также подписка на мой канал https://dzen.ru/electroproject
На нем я ежедневно выкладываю полезные видео о изучение электроустановок и их проектированию. Большое внимание уделяю обучению проектирования электроустановок и созданию программных комплексов автоматизации проектирования электроустановок, а также визуализации щитов и коммутационных аппаратов.
Также мой канал есть и в других социальных сетях для вашего удобства. Ссылки на них оставлю ниже.
YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCpAl1cHeOzt0nW_a4trz..
Telegram канал ЭлектроПроект: https://t.me/ElectroProjectOMA
Telegram chat ЭлектроПроект: https://t.me/+5Db4wQ7QARVkYjky
Telegram chat OMA: https://t.me/+z6NOgkLHcHhlOWYy
VK группа ЭлектроПроект: https://vk.com/electroprojectoma
VK группа ОМА: https://vk.com/omaprogramm
VK группа курсы обучения: https://vk.com/electrocourses
Сайт ЭлектроПроект: elektroskhem.ru/
Сайт по обучающим курсам: rosette-design.ru/
Сайт программного комплекса ОМА: omaproject.ru/