Мой ответ однозначный: автомат защищает нагрузку, проводник (кабель) защищает себя сам!
В рамках данной статьи я представлю доказательства своего убеждения. Небольшая оговорка: в статье вместо слов провод, проводник и т.п. употребляю "кабель".
Что, всё же, защищает автоматический выключатель нагрузку или кабель? Здесь (и не только) тоже задают этот вопрос, но автор статьи, обращаясь к разной нормативно-технической документации (НТД), почему-то не находит ответ, хотя он, ответ, лежит на поверхности. Многие, на мой взгляд, ошибочно утверждают, что необходимо защищать кабель. Кстати, п. 12.6 из СП 256.1325800.2016 гласит: "Сечение проводов и кабелей выбираются, исходя из расчетного тока нагрузки в нормальном и послеаварийном режимах, в зависимости от способа прокладки по ГОСТ Р 50571.5.52-2011 и проверяются по потере напряжения. Сечения питающих проводников определяют по суммарному току всех присоединенных аппаратов с учетом коэффициентов одновременности". Иными словами, кабель подбирается согласно расчету тока нагрузки, соответственно, автомат - по кабелю. Данная фраза противоречит ГОСТ 30331.5-95. Нужно руководствоваться ГОСТ, т.к. СП (свод правил) – это выдержки из определенной НТД и, как правило, опираются на ГОСТ, а не наоборот.
По сути, всегда начинаем делать расчет тока нагрузки. Этим мы заведомо закладываем условие, что защищаем нагрузку. Тут все просто, обратимся к п. 433.2 из ГОСТ 30331.5-95-2011, но сразу приведем к удобному прочтению, убрав некоторые шероховатости.
Подбор автоматического выключателя должен отвечать условию:
Iн < Iа (А) [1],
где Iн – расчетный ток нагрузки, Ia – номинальный ток автомата.
А подбор проводника должен отвечать условию:
Iа ≤ Iтр ≤ Iк (А) [2],
где Iтр = 1,45 × Ia [3] – ток теплового расцепителя автомата, Iк – допустимый длительный ток проводника из ПУЭ, главы 1.3, можно по ГОСТ 30331.5-95-2011. Оба документа действующие, значит можно использовать любой. Поверьте, расхождений мало, в ГОСТ 30331.5-95-2011 несколько шире подбор, но в рамках данной статьи достаточно ПУЭ, главы 1.3.
Автомат подбирается по условию [1], т.е. его номинальное значение не должно быть ниже расчетного, но номинальный ток автомата всегда немного выше расчетного, поэтому для условия [2] нужно принимать во внимание Iа. Практически в каждом автомате имеется тепловой расцепитель, ток которого больше номинального в 1,45 раз, т.е. Iтр заведомо будет больше Ia. Но тут есть одно "НО", некоторые автоматы не имеют теплового расцепителя, поэтому в условии может стоять знак равенства, значит используется знак меньше или равно. А допустимый длительный ток проводника (Iк) уже больше или равен току теплового расцепителя. И что защищает автомат? Однозначно нагрузку. Если Iк больше Ia, а Ia больше Iн, значит в случае с проблемами с нагрузкой, автомат отключит ее, а проводник (кабель) даже не среагирует на проблемы. Проводник, находящийся в середине цепи между нагрузкой и автоматом будет всегда больше по току и тока нагрузки, и номинального тока автомата.
На примерах выясним, что, все же, должен защищать автомат нагрузку или кабель? Для этого установим, что ток нагрузки уже рассчитан Iн=14 А. Условие подбора кабеля: медный двухжильный кабель в ПВХ изоляции, проложенный в воздухе.
Вариант 1. Начнем с того, о чем говорит ГОСТ 30331.5-95 (неточная формулировка, только суть): по нагрузке подбираем автомат и, соответственно, по автомату кабель, т.е. защищаем нагрузку.
По условию [1] подбираем номинальный ток автомата, который должен быть не менее 14 А, т.е. ближайший номинал автомата 16 А.
Рассчитываем ток теплового расцепителя по формуле [3]
Iтр=1,45*16=23,2 А
По условию [2] подбираем сечение для нашего кабеля: в ПУЭ найдем главу 1.3, а в ней таблицу 1.3.6, т.к. заголовок таблицы соответствует условию подбора кабеля. Из этой таблицы найдем ток, который больше или равный тепловому расцепителю автомата, т.е. Iк=27 А, что больше Iтр=23,2 А. Этому значению 27 А соответствует кабель сечением 2,5 мм².
Теперь, если случится что-то с нагрузкой, автомат сработает, а кабель даже не почувствует проблемы. Тем самым автомат защитит и нагрузку, и кабель, а кабель защищает сам себя, т.к. его ток превосходит ток теплового расцепителя автомата.
Ситуация (далее все ситуации как примеры и не более того). Имеем какой-то электродвигатель (ЭД) с номинальным током 14 А, который крутит какой-то механизм М1. Тут в М1 сточилась шестеренка и ее начало "закусывать". На эту проблему сразу отреагирует ЭД, ему станет тяжело работать, а его ток начнет расти. Ток дойдет до уровня срабатывания теплового расцепителя автомата в 23,2 А, автомат успеет отключить ЭД, а кабель даже не почувствует проблемы, которые есть у М1 и ЭД. Достаточно устранить проблему в М1 и проверить ЭД.
Вариант 2. Теперь подбираем кабель по нагрузке, а по кабелю автомат, как требует п. 12.6 в СП 256.1325800.2016, т.е. автомат защищает кабель.
В таблице 1.3.6 по заданному условию подбора кабеля находим Iк=19 А, что соответствует сечению 1,5 мм².
Подбираем автомат, номинальный ток которого должен быть не менее 19 А, т.е. номинальный ток автомата 20 А. Нам необходимо знать, при каком токе автомат сработает не при коротком замыкании, а при перегрузке, т.е. необходимо рассчитать ток теплового расцепителя автомата Iтр=1,45*20=29 А. Ток кабеля 19 А много меньше, чем ток теплового расцепителя автомата 29 А.
Тепловой расцепитель имеет практически каждый автомат, это медленное устройство, если и дойдет до него ток нужного значения, то это еще не говорит о том, что расцепитель сработает сразу. Он, расцепитель, будет думать еще какое-то время, которого может хватить, чтобы привести к аварии.
При этом значении в 29 А, в случае перегрузки и спустя какого-то времени, автомат сработает, но, возможно, будет поздно. Т.е. при таком токе 29 А нагрузка сгорит от перегрузки, а у кабеля от перегрева начнет стареть изоляция, и, вообще, проводник может сработать как предохранитель и сгореть. Могут сложиться обстоятельства, что и устройство потеряем, и кабель не убережём.
Ситуация. Имеем какой-то электродвигатель (ЭД) с номинальным током 14 А, который крутит какой-то механизм М1. Тут в М1 сточилась шестеренка и ее начало "закусывать". На эту проблему сразу отреагирует ЭД, ему станет работать тяжело, а его ток начнет расти. Ток дойдет (если еще дойдет) до уровня срабатывания теплового расцепителя автомата в 29 А, что превысит номинальный ток ЭД более, чем в 2 раза, автомат с большой вероятностью не успеет отключить ЭД, а кабель сработает как предохранитель. Еще хуже, если сгорит одна из трех жил кабеля, и ЭД какое-то время будет работать на двух фазах. Хорошо, если нет проблем с механизмом и вращение легкое, а если проблемы с механизмом, то с большой вероятностью при работе на двух фазах ЭД сгорит. Теперь мы имеем и сломанный М1, и сгоревший ЭД, и проблемы с кабелем – 3 в 1.
Есть еще одна причина того, что необходимо кабель подбирать по автомату, а не автомат подбирать по кабелю – это потери в линии. На нашем примере и рассмотрим ситуацию. Только условия для потерь в линии установим не более 5 %.
Допустим, наш ЭД находится на определенном расстоянии, скажем, 400 м от места подключения и управления. Рассчитаем потери в кабеле, который мы подобрали по нагрузке (вариант 2), т.е. медный кабель сечением 1,5 мм². Рассчитаем потери напряжения в этой линии по формуле с этой страницы. Переписывать формулу не будем, подставим в нее значения напряжения для трехфазной сети Uл=0,4 кВ, P=U × I=0,4*14=5,6 кВт и значения сопротивлений из таблицы сопротивлений медных и алюминиевых проводников без учета реактивного сопротивления (этот расчет для наглядности, поэтому уделять время и тратить нервы на никому ненужные в данные момент точности не будем).
ΔU = 400 × 5,6 × 0,012155/0,4 = 68,1 В
Легко посчитать, что 68,1 В очень много и составят более 5 %. Необходимо увеличить сечение кабеля, примерно в 5 раз или 6 мм² и пересчитать.
ΔU = 400 × 5,6 × 0,003039/0,4 = 17 В
В принципе, эти потери в 17 В нас устраивают. Подбираем автомат по кабелю, у которого сечение 6 мм². Этому кабелю соответствует автоматический выключатель с номинальным током 50 А. Даже не стоит считать ток теплового расцепителя этого автомата. От устройства (нагрузки в 14 А), пока сработает автомат 50 А, ничего не останется. Не надо тешить иллюзиями, мол, скомпенсирует длина кабеля (слышал как-то и такое). Не скомпенсирует! Мы убрали потери. Собственно, не сильно ли расточительно вместо автомата 16 А использовать автомат 50 А для столь маленькой нагрузки?
Теперь тоже самое, но кабель подбираем по автомату (вариант 1), т.е. для кабеля 2,5 мм² рассчитаем потери в линии.
ΔU = 400 × 5,6 × 0,0072930,4 = 40,8 В
Тут тоже понятно, что 40,8 В - это более требуемых потерь не выше 5 %. Автомат мы менять не будем, оставляем тот же 16 А, а кабель заменим на сечение 6 мм², мы его считали. Т.е. автоматический выключатель сработает в случае наличия проблем с нагрузкой. Потери мы убрали, значит автомат среагирует правильно. Как видите, сколько сложностей вызывает подбор кабеля по нагрузке, а не по автомату.
Отсюда вывод, что автоматический выключатель защищает нагрузку, т.к. подобран из расчета нагрузки. Кабель, который подобран по автоматическому выключателю, и имеет значение допустимого длительного тока выше тока теплового расцепителя автоматического выключателя, защищает себя сам.
ВСЁ, ЧТО ВЫ ЗДЕСЬ УВИДЕЛИ, ТОЛЬКО ДЛЯ ОЗНАКОМЛЕНИЯ, АВТОР ОТВЕТСТВЕННОСТИ НЕ НЕСЁТ!