Давно хотел написать нечто подобное, но всё как-то откладывал. И получилась статья, которую писал в MS Word, на 8 страниц А4. Думаю, что после выхода данной статьи меня начнут рвать на части те, кто монтирует в домах и квартирах распределительные щиты с «Байконура».
Встречаю, особенно в Интернете, щиты квартирные или для частных домов такие, что они, щиты, как- будто управляют нагрузкой на каком-нибудь космодроме. Всё бы это было здорово, когда у тебя как минимум своя подстанция или ещё не запрашивал себе необходимую мощность, а не выделена уже мощность из городской сети, что чаще всего бывает. Скажем, выделено 5,5 кВт или 25 А, а что только не пытаются впихать, ещё гордятся своим щитом в пару сотен тысяч рублей. Такие щиты в процессе эксплуатации становятся опасными.
Не знаю, кому принадлежат данные слова: «49 % всех несчастных случаев начинаются со слов «Смотрите! Как я умею!», а остальные 51 % – «Фигня! Смотри, как надо!». Поэтому слова «уже 20 лет так работает и всё норм» ничего не значат и несут опасность, на 21-й год, не факт, конечно, может что-нибудь произойти.
В этой статье я расписал несколько вариантов распределения в щитах при выделенных стандартных мощностях электроэнергии.
Как-то я попросил нескольких участников на Дзен сделать своеобразный расчёт вводно-распределительного щита для частного одноэтажного дома (параметры ниже). Те начали задавать вопросы, типа, а какие потребители, а какие лампочки и т.д. Но есть дом, нужно сделать схему вводно-распределительного устройства. Что поставят и чем будут пользоваться будущие хозяева дома не известно. Есть мощность или автомат защиты на вводе, необходимо нарисовать щит. Что тут непонятного? Все куда-то сдулись.
Не нужно пытаться расставить бытовое оборудование, мол, здесь будет установлена стиральная машина, а здесь – телевизор, а здесь будет включен роутер, а тут будем включать утюг, а тут огурчики на зиму засолим… Не получится. Безусловно, делают, но получают щит для космодрома. И такая попытка не имеет конкретного смысла. Можно лишь разделить на зоны использования или группы. Поэтому расставляем розетки и освещение по норме, прописанной в СП 256.1325800.2016, делим на группы и считаем вводно-распределительный щит. «Считаем распределительный щит» – это лучший вариант, в основном, установили вводной аппарат защиты – считаем в обратную сторону.
Сложно сделать электромонтаж без какого-либо проекта. Рассмотрим четыре возможных варианта (части) проектирования электроснабжения и электроосвещения частного дома. В данной статье только расчёт и распределение групп вводно-распределительного щита. Сразу оговорка: чтобы не писать, если понадобится, кабель с медными проводами (алюминиевые не рассматриваются) сечением 2,5 или 1,5 мм², пишу сечение или проводник 2,5 или 1,5; линии групповых сетей розеток защищаются автоматом не более 16 А; линии групповых сетей освещения – не более 10 А.
Дом имеет следующие параметры:
1. Площадь 96 м²;
2. 1 этаж;
3. Три комнаты, раздельный санузел, фойе или коридор, столовая, кухня, прихожая, котельная;
4. К дому пристройка (не отапливается), состоящая из крыльца, сеней и кладовой;
5. Центральное водоснабжение;
6. Газ – на отопление, а горячее водоснабжение (ГВС) зависит от газового котла.
Задача: рассчитать вводно-распределительный щит (далее щит), только указать номинальные токи автоматических выключателей (далее автоматы).
Питание однофазное 230 В. Совет: если дом двухэтажный, нужно идти и добиваться 3 фазы с мощностью не менее 20 кВт или вводным автоматом 32 А, иначе щит для космодрома обеспечен. Бесспорно, люди с такими щитами от «Байконура» живут, но рискуют. Но сейчас не о рисках, а о щитах.
Старый ГОСТ определял 5,5 кВт (25 А) с газовыми плитами для приготовления пиши и 9 кВт (40 А) – с электрическими плитами. Новый ГОСТ 32395-2020 определяет 7,55 кВт (32 А) с газовыми плитами для приготовления пиши и 11 кВт (50 А) – с электрическими плитами.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Давайте определимся с некоторыми терминами и определениями, используя которые будем хоть как-то варьировать схемы щитов.
Коэффициент спроса (Kс) электрооборудования – это отношение расчётной активной мощности группы электроприёмников к их суммарной установленной мощности. Учитывает реальные условия эксплуатации электрооборудования, когда не все установки работают одновременно на номинальной мощности. Нам не подходит этот коэффициент, так как нужно сделать расчёт потребителя, что сделать невозможно. Можно воспользоваться таблицами, где этот коэффициент уже рассчитан, но нам нужен более точный результат для проверки.
Коэффициент использования (Kи) – это отношение фактически потребляемой мощности к установленной мощности за определённый период времени. Этот коэффициент учитывает, что приборы не всегда работают на полную мощность. Например, бойлер будет включен, всё же, на всю свою мощность в течении какого-то времени, то есть нагрузка составит практически 100 %, за то время, пока будет работать бойлер, значит Kи может быть равным 1. Да, например, устройство с асинхронным электродвигателем никогда не работает на всю свою мощность, поэтому может принять одно из значений Kи. И нам бы подошел этот коэффициент для проверки. Для Kи тоже имеются таблицы, но нам для проверки нужно учесть некоторое приблизительное время. Коэффициент использования (Kи) для бытовой техники принимают равным от 0,7 до 0,9.
Для некоторых электроустановок учитывают продолжительность включения (ПВ), то есть то время, когда электроустановка включается в электросеть в течении 1 часа. Поэтому для нашей проверки воспользуемся этим расчётом.
Формула такого расчёта мощности будет выглядеть так: Pр=Pн×Kи×√(Кв)
Считаю, что это справедливо и даже проверено. Такой расчёт очень близкий к реальной работе электроустановки, а расхождение получается минимальным.
ГОСТ IEC 60898-1-2020
Условный ток нерасцепления (Int) – ток, который равен 1,13 номинального тока автомата или Int=1,13×In. При этом токе автомат гарантировано не должен отключиться.
Условный ток расцепления (Ip), который равен 1,45 номинального тока автомата или Ip=1,45×In. При этом токе автомат должен отключиться сразу.
Между значениями Int и Ip установлено время срабатывания: не более 1 часа для автоматов до 63 А; не более 2 часов для автоматов In⩾63 А. И чем ближе к 1,45*In, тем меньше времени остается до отключения автомата.
ГОСТ IEC 61439-3-2013
ВАРИАНТ 1. ВВОДНОЙ АВТОМАТ 25 А (5,5 кВт)
Это самый плохой вариант, до сих пор выделяют эту мощность в нарушении указанного ГОСТ. Это значит, что речи о варочных панелях и прочей мощной кухонной утвари не может быть и речи. Можно попытаться сбегать в электроснабжающую организацию (ЭСО) и попросить поднять хотя бы до 7,5 кВт, как гласит ГОСТ 32395-2020. Думаю, для ЭСО не составит труда добавить Вам 2 кВт, за которые придется доплатить по 5000 руб. за каждый 1 кВт или 10000 за 2 кВт (в регионах эта цена, могу ошибиться, в Москве – не знаю). Если не согласятся, тогда… в травмпункт. Но пока имеем 25 А на вводе – крутись, как хочешь.
Подключение вводного автомата 25 А проводником не менее 6 мм².
Определим возможности нашего автомата. При токе Int=1,13*25=28,25 А автомат гарантировано не должен отключиться. Условный ток нерасцепления даст небольшой прирост, хотя прирост относительный. Для данного случая это должно быть критерием для определения групповых автоматов и их количества.
Обратимся все к тому же ГОСТ 32395-2020, где сказано, что для вводных автоматов должны использоваться значения коэффициентов одновременности по ГОСТ IEC 61439-3-2013, таблице 101.
Пробуем подобрать (16+16+6+6)*0,7=30,8 А, то есть 2 автомата по 16 А и 2 автомата по 6 А. Не густо. Это больше, чем условный ток нерасцепления вводного автомата. В принципе, можно оставить данный вариант. Рассчитаем условный ток расцепления: Iр=1,45*25=36,25 A, при котором автомат должен отключиться сразу. Для нашего случая в 30,8 А есть примерно 30 минут до отключения автомата. За это время должна быть снята какая-то нагрузка, то есть что-то отключится.
Итак, щит имеет вводной автомат 25 А, две розеточные группы по 16 А и две группы освещения по 6 А. Поэтому для поставленной задачи, то есть для нашего дома, щит получился следующим (вводной 25 А):
1. Кухня, столовая, две спальни, коридор – автомат 16 А, розетки;
2. Прихожая, котельная, раздельный санузел, зал, пристройка – автомат 16 А, розетки;
3. Кухня, столовая, две спальни, коридор – автомат 6 А, освещение;
4. Прихожая, котельная, санузел, зал, пристройка – автомат 6 А, освещение.
В таком доме из мощной техники спокойно можно использовать бойлер, стиральную машину, небольшую духовку, и прочую технику с номинальной мощностью до 2 кВт и с низким коэффициентом использования (не путать с коэффициентом спроса). Сделаем небольшую оценочную проверку.
Оценочная проверка
Мы не знаем, что и где будет установлено в доме, но можем лишь предположить, что бойлер будет установлен в котельной, а стиральная машина – в санузле, то есть эти два достаточно мощных потребителя будут подключены к одной группе. Пусть будет включено в этой группе ещё что-то примерно на 0,5 кВт. Нужно выяснить, как будет реагировать их групповой автомат. Это и есть условия проверки.
Воспользуемся временем работы электроустановки, то есть тем временем, когда электроустановка включена в электросеть в течении 1 часа. Пусть бойлер и стиральная машина включатся одновременно. Бойлер 2 кВт включится в электросеть на 30 минут и отключится при помощи термостата полностью. Стиральная машина 2 кВт включится на те же 30 минут и частично отключится примерно до половины своей номинальной мощности.
I1=(2+2+0,5)/0,23=19,6 А – ток, когда будет включено все в этой группе. Это выше номинального тока автомата и несколько больше условного тока нерасцепления, так как 16*1,13=18,1 А. Значит начнет работу тепловой расцепитель, который менее, чем через 1 час отключит автомат. Но необходимо сделать пересчет, так как кое-что отключится через условные 30 минут, а остальная нагрузка так и будет 0,5 кВт.
I2=(1+0,5)/0,23=6,5 А – ток, когда отключился бойлер и частично отключилась стиральная машина. И всё же, какой будет ток нагрузки этого автомата? На это нам ответят один из коэффициентов.
И пусть наши бойлер со стиральной машиной включатся одновременно, а также всегда что-то включено на 0,5 кВт.
Бойлер мощностью 2 кВт имеет Kи=0,8 включен в электросеть примерно на 30 минут в течении 1 часа, потом отключается при помощи термостата и будет ждать 30 минут, значит ПВ=0,5.
Стиральная машина 2 кВт имеет Ки=0,6 включена в электросеть примерно на 30 минут в течении 1 часа, потом отключается при помощи своей автоматики частично, значит ПВ=0,75.
Всегда что-то включено на 0,5 кВт или ток Io=2,2 А
Расчётная мощность бойлера Pб=2*0,8*√(0,5)=1,1 кВт или ток Iб=1,1/0,23=4,8 А
Расчётная мощность стиральной машины Pсм=2*0,6*√(0,75)=1,04 кВт или ток бойлера Iсм=1,04/0,23=4,5 А.
Расчётный ток группового автомата Iга=Iб+Iсм+Io=4,9+4,5+2,2=11,6 А – этим примерным током будет нагружен выбранный нами групповой автомат 16 А при условии, что используется стиральная машина, так как она, в отличии от бойлера, не каждый день нужна, хотя есть фанаты стирок.
ВАРИАНТ 2. ВВОДНОЙ АВТОМАТ 32 А (7,5 кВт, ГОСТ 32395-2020)
Нормальный вариант. ЭСО должны выдавать эту мощность при наличии газовой плиты. Но всё равно это значит, что речи о варочных панелях и прочей мощной кухонной утвари не может быть и речи. Чайник, стиральная машина, утюг, пылесос, можно добавить бойлер и ещё что-нибудь с небольшим временем работы или коэффициентом использования. Кстати, уже можно использовать посудомоечную машину.
Подключение вводного автомата 32 А проводником не менее 10 мм².
Мы выяснили, что есть условные токи, поэтому выявим условный ток нерасцепления для автомата 32 А: Int=1,13*32=36,16 А. Это уже кое-что, подбираем (16+16+10+10)*0,7=36,4 А. Результат несколько лучше, но все равно так себе. Можно попробовать так: (16+16+16+6+6+6)*0,6=39,6 А. У автомата 32 А условный ток расцепления Ip=1,45*32=46,4 А. Значение 39,6 А достаточно близко к 46 А, и времени для срабатывания останется около получаса. В принципе, использовать такую схему можно, так как за эти полчаса что-то отключится, и нагрузка будет снята.
Теперь наш щит имеет вводной автомат 32 А, 3 групповых автомата по 16 А на розетки и 3 групповых автомата по 6 А на освещение. Вот, уже есть к чему стремиться, можно распределить примерно так:
1. 3 комнаты, коридор, пристройка – автомат 16 А, розетки;
2. Кухня, столовая – автомат 16 А, розетки;
3. Прихожая, котельная, раздельный санузел – автомат 16 А, розетки;
4. 3 комнаты – автомат 6 А, освещение;
5. Кухня, столовая, пристройка – автомат 6 А, освещение;
6. Прихожая, котельная, раздельный санузел, коридор – автомат 6 А, освещение.
ВАРИАНТ 3. ВВОДНОЙ АВТОМАТ 40 А (9 кВт)
Приличный вариант. Электроплита для приготовления пищи мощностью до 4 кВт. Эту мощность, если есть газ, можно попросить у ЭСО. Не всегда, но идут навстречу. Это возможно, когда не хватает газа (при наличии) для приготовления пищи. В щите нужно выделить группу 20 А и кабельную линию не менее 4 мм² для электроплиты. Выделенная группа и линия для электроплит – требование СП 256.1325800.2016.
Подключение вводного автомата 40 А проводником не менее 16 мм².
Условный ток нерасцепления для автомата 40 А: Int=1,13*40=45,2 А. Условный ток расцепления для автомата 40 А: Iр=1,45*40=58 А. Пробуем сделать расчёт щита, причем сразу выделяем отдельную группу 20 А: (20+16+16+16+6+6+6)*0,6=51,6 А. В принципе, можно использовать этот вариант. Вообще, хватает, чтобы использовать электроплиту до 5 кВт или для этой группы автомат 25 А: (25+16+16+16+6+6+6)*0,6=54,6 А. Есть лучше вариант, если любые 2 группы освещения объединить и полученные 2 группы перераспределить: (25+16+16+16+6+6)*0,6=51 А. Можно распределить примерно так:
1. Электроплита – автомат 25 А, розетка 25 А;
2. 3 комнаты, коридор, пристройка – автомат 16 А, розетки;
3. Кухня, столовая – автомат 16 А, розетки;
4. Прихожая, котельная, раздельный санузел – автомат 16 А, розетки;
5. Кухня, столовая, две спальни, коридор – автомат 6 А, освещение;
6. Прихожая, котельная, санузел, зал, пристройка – автомат 6 А, освещение.
ВАРИАНТ 4. ВВОДНОЙ АВТОМАТ 50 А (11 кВт, ГОСТ 32395-2020)
Лучший вариант. Электроплита для приготовления пищи мощностью до 7 кВт. Эту мощность, если есть газ, нужно просить у ЭСО. Опять же, не всегда, но идут навстречу. Это возможно, когда не хватает газа (при наличии) для приготовления пищи. При такой мощности можно использовать и варочную панель, и посудомоечную машину, и остальные бытовые приборы. В щите нужно выделить группу 32 А и кабельную линию не менее 6 мм² для электроплиты – требование СП 256.1325800.2016.
Подключение вводного автомата 50 А проводником не менее 25 мм².
Условный ток нерасцепления для автомата 50 А: Int=1,13*50=56,5 А. Условный ток расцепления для автомата 50 А: Iр=1,45*50=72 А. Пробуем сделать расчёт щита, причем сразу выделяем отдельную группу 32 А: (32+16+16+16+10+10+10)*0,6=66 А. В принципе, можно использовать этот вариант и распределить примерно так:
1. Электроплита – автомат 32 А, розетка 32 А;
2. 3 комнаты, коридор, пристройка – автомат 16 А, розетки;
3. Кухня, столовая – автомат 16 А, розетки;
4. Прихожая, котельная, раздельный санузел – автомат 16 А, розетки;
5. 3 комнаты – автомат 10 А, освещение;
6. Кухня, столовая, пристройка – автомат 10 А, освещение;
7. Прихожая, котельная, раздельный санузел, коридор – автомат 10 А, освещение.
Можно добавить ещё одну группу 6 А для наружного освещения, тогда (32+16+16+16+10+10+10+6)*0,6=69,6 А.
ВЫВОД
Как видите, что при любых условиях тащить отдельные линии на каждую розетку не требуется. Принцип одна розетка – один автомат ошибочный, который несет большие затраты. Да, есть индивидуальные пожелания или требования заказчика, но тогда придется поработать с индивидуальными расчётами.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ПОЖЕЛАНИЯ ИЛИ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ. ПРИМЕР ПРИ ВВОДЕ 50 А (11 кВт).
О том, что некоторые заказчики не хотят видеть распределительные коробки, совсем другая история (готовится), сейчас о другом.
Заказчик пожелал, чтобы холодильник, стиральная машина, посудомоечная машина, бойлер и роутер в коридоре работали каждый от своей линии, то есть на каждую розетку, куда подключаются указанные потребители, должна быть своя линия и свой автомат. Для уточнения расчётов добавим кое-какие вводные данные для потребителей. Определимся с номинальными и расчётными данными потребителей (данные приблизительные, только для примера):
1. Холодильник Р=0,15 кВт, cosφ=0,85, КПД=0,86, Кв=0,25, Ки=0,7, номинальный ток нагрузки Iн=0,15/(0,85*0,86*0,23)=0,89 А, номинальный ток автомата 1,6 А, расчётный ток нагрузки Iрх=0,89*0,7*√(0,25)=0,3 А
2. Посудомоечная машина Р=2 кВт, cosφ=0,9, КПД=0,86, Кв=0,75, Ки=0,8, номинальный ток нагрузки Iн=2/(0,9*0,86*0,23)=11,2 А, номинальный ток автомата 13 А, расчётный ток нагрузки Iрп=11,2*0,8*√(0,75)=7,8 А
3. Стиральная машина Р=2 кВт, cosφ=0,9, КПД=0,86, Кв=0,75, Ки=0,6, номинальный ток нагрузки Iн=2/(0,9*0,86*0,23)=11,2 А, номинальный ток автомата 13 А, расчётный ток нагрузки Iрс=11,2*0,6*√(0,75)=5,8 А
4. Бойлер Р=2 кВт, КПД=0,95, Кв=0,5, Ки=0,8, номинальный ток нагрузки Iн=2/(0,95*0,23)=9,2 А, номинальный ток автомата 10 А, расчётный ток нагрузки Iрб=9,2*0,8*√(0,5)=5,2 А
5. Роутер номинальный ток автомата 0,5 А.
Группы нашего щита с вводным автоматом 50 А:
1. Электроплита – автомат 32 А, розетка 32 А;
2. 3 комнаты, коридор, пристройка – автомат 16 А, розетки;
3. Кухня, столовая – автомат 16 А, розетки;
4. Прихожая, котельная, раздельный санузел – автомат 16 А, розетки;
5. 3 комнаты – автомат 10 А, освещение;
6. Кухня, столовая, пристройка – автомат 10 А, освещение;
7. Прихожая, котельная, раздельный санузел, коридор – автомат 10 А, освещение.
Группа 3, в которую входят кухня, столовая – автомат 16 А. В эту группу можно включить автомат 1,6 А для холодильника, автомат 13 А для посудомоечной машины, а также третья группа – 10 А, хотя ее можно не организовывать, а сразу подключить к автомату группы 3. То есть, автомат группы 3 с номинальным током 16 А становится как бы вводным. Поэтому (1,6+13+10)*0,8=19,68 А, это значит, что у автомата 16 А сработает тепловой расцепитель приблизительно через 40-50 минут (можно сделать расчёт времени, но это здесь совсем не нужно). Расчётный ток для автомата 16 А группы 3: Iр=0,3+7,8+10=18,1 А – это в пределах условного тока нерасцепления автомата 16 А, может чуть больше.
Ни роутер, ни холодильник особой роли в общей схеме не играют, они должны быть просто всегда включены, значит их линии (автоматы) можно подключить на главную шину.
Практически тоже самое с группой 4, в которую входят прихожая, котельная, раздельный санузел – автомат 16 А. В эту группу можно включить автомат 13 А для стиральной машины, автомат 10 А для бойлера, а также третья группа – 6 А, ее организовывать не будем, а сразу подключим к автомату группы 4, но этот автомат 6 А примем в расчёт. То есть, автомат группы 4 с номинальным током 16 А становится как бы вводным. Поэтому (13+10+6)*0,8=23,2 А, это значит, что у автомата 16 А сработает тепловой расцепитель сразу. Не будем спешить расстраиваться, расчётный ток для автомата 16 А группы 4 Iр=5,8+5,2+6=17 А – это в пределах условного тока нерасцепления автомата 16 А, может чуть больше.
Если всё рассчитать, то получится две схемы (только автоматы).
Схему рис. 2 необходимо перегруппировать и пересчитать по ГОСТ IEC 61439-3-2013: (32+1,6+13+10+13+10+6+16+10+10+10+6+0,5)*0,5=69,05 А.
Несмотря на то, что автоматы пересчитаны, то есть некоторые имеют меньшие номиналы, все равно необходимо использовать кабель к их розеткам сечением не менее 2,5 мм².
Заметьте, обе схемы имеют не особо распространенные автоматы 13, 1,6 и 0,5 А. Поэтому стройте нормальную схему (рис. 3), где, в принципе, можно добавить автомат 0,5 А для роутера и расчётный автомат для холодильника 1,6 А, которые на общую ситуацию никак не повлияют (рис. 3), но каждый будет включен в свою группу одним единственным потребителем.
Если пересчитать вводной автомат: (32+16+16+16+10+10+10+6+0,5+1,6)*0,5=59,05 А. То есть в предел от Int до Ip данный ток входит, поэтому, в принципе, использовать можно.
На всякий случай ГОСТ Р 50571.7.701-2024, п. 701.4:
«Защитная мера – автоматическое отключение источника питания. Аппарат защиты от сверхтоков групповой линии освещения помещения для размещения ванн или душа должен разрывать как линейный, так и нейтральный проводники.»
Поэтому в схеме (рис. 3) указаны однополюсные автоматы, а группа 4 (автомат QF8), где раздельный санузел, реально должна иметь двухполюсный автомат.
В КАЧЕСТВЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Здесь мы рассмотрели несколько случаев с не совсем удобным однофазным питанием, для трехфазного – все иначе, просто все увеличится на 3 (имеется ввиду возможности). Хотя 12 кВт (20 А), которую уже можно просить по ГОСТ 32395-2020, – так себе мощность. Если просить, тогда хотя бы 50 кВт или даже больше, до 100 А.
Все схемы и варианты, которые мы рассмотрели, рабочие, хотя могут заставить работать тепловой расцепитель вводного автомата. Но эти схемы не дадут отключить вводной автомат, быстрее отключится перегруженная группа, что и требуется – лучше пусть отключится одна группа, чем без электроэнергии останется весь дом. И, повторюсь, схема по принципу одна розетка – один автомат ошибочна.