Данная статья, как видно по заголовку, ответ на статью Типовой пример электрощита для частного дома 10 кВт (50А) 220В 1 фаза. Схема и пояснения от «SmartElectrik: дом, ремонт и энергорезерв». Здесь мы приведем схему (рис. 1) в такую, которая будет отвечать требованиям нормативно-технической документации (НТД) в частности ГОСТ IEC 61439-3-2013, ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ 32395-2020.
О вариантах щитов с разной установленной мощностью рассказывалось в статье ВВОДНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЩИТ. ПОДБОР СХЕМ ДЛЯ РАЗНЫХ УСТАНОВЛЕННЫХ МОЩНОСТЕЙ. Здесь же более конкретный случай.
Начну с ГОСТ 32395-2020. Не сложно посчитать, что 50*220=11000 или 11 кВт. Так в ГОСТ 32395-2020 и записано, что при наличии электрической плиты для приготовления пищи в доме или квартире (далее дом) можно получить установленную мощность 11 кВт, то есть на вводе будет установлен автоматический выключатель (автомат) на 50 А.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Определимся с некоторыми терминами и определениями, используя которые будем хоть как-то варьировать схему.
Номинальные значения токов модульных автоматических выключателей, А:
0,5; 1; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10, 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63, 80, 100, 125.
Многие из номиналов автоматов не являются популярными, но это не говорит о том, что их нельзя приобрести, можно под заказ.
Номинальное однофазное напряжение (U), применяемое в данной статье – 230 В или 0,23 кВ.
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×√(ПВ)
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 (Iтр), который равен 1,45 номинального тока автомата или Ip=1,45×In. При этом токе автомат должен отключиться сразу.
Между значениями Int и Iтр 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
РАЗБОР СХЕМЫ НА РИС 1
Итак, разберем схему, изображенную на рис. 1. Здесь определенное условие: не знаю и не вижу план дома, поэтому волен распределять электроприемники по группам так, как считаю возможным.
Из схемы, сугубо для данной статьи и нашей схемы, мы уберем УЗО и реле напряжения, вместо автомата дифференциальной защиты будем использовать обычный автомат, все автоматы для наглядности будут однополюсными, и перерисуем все обозначения так, как на принципиальных схемах (рис. 2). Кстати, на всякий случай, УЗО, а лучше ВДТ или АВДТ должны быть установлены на розеточные группы и группы освещения, а группа санузла должна быть обеспечена двухполюсным автоматическим выключателем, но это всё не для этой статьи, даже не буду отвечать здесь по этому поводу.
Разбирать и собирать будем именно эту схему, которая изображена на рис. 2. Пересчитаем вводной автомат, который должен быть по ГОСТ IEC 61439-3-2013: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10+16+16+16+16+16+16)*0,5=108 А, то есть вводной автомат должен быть как минимум 100 А, край – 80 А. Но кто же даст такую возможность поставить такой аппарат защиты? Никто! Найдется тот, кто тут же скажет, мол, у нас в Гадючинске ставят по разрешению электроснабжающей организации (ЭСО)… Пусть ставят, хотя это нарушение НТД. Мы нарушать ничего не будем, преобразуем схему и пересчитаем.
Пока оставим в покое освещение, начнем с розеток, к нему вернемся несколько позже. Обратите внимание на такие группы: «Варочная панель 3 кВт», «Духовка 3 кВт», «Кухня». Все это может находиться в одной группе «Кухня», значит уже как минимум одну группу можно убрать. Уберем группу «Варочная панель 3 кВт», так как на кухне уже есть газовая плита, а варочная панель такой мощности уже будет в качестве дополнительной опции, которая никак не должна отображаться в общей схеме. Тоже самое и для группы «Духовка 3 кВт». Значит отдельных групп на эти устройства не должно быть, то есть остается только одна группа «Кухня». Можно возразить, мол, включится варочная плита и духовка, и автомат сработает. Отвечу сразу на возражение, если газовая плита имеется, то варочная панель уже «хотелка» хозяйки. Эту варочную панель такой мощности можно включить в обычную розетку. Убираем автоматы QF13 и QF14 и пересчитываем схему: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10+16+16+16+16)*0,5=92 А. Уже неплохо. Но нам необходимо добиться хотя бы до значения условного тока расцепления Iтр=1,45*50=72,5 А для вводного автомата 50 А. Мы ещё вернёмся к этой группе «Кухня», но позже.
Уберем ещё что-нибудь. Вы когда-нибудь задавали себе вопрос: как интенсивно используются розетки в комнатах и насколько они загружены? Если в таком доме розетки установлены правильно и по нормам, то они используются не так часто и нагружены очень слабо, примерно так же, как в общежитиях коридорного типа. Поэтому смело можно использовать формулу для расчёта мощности нагрузки всех розеток в комнатах, которая прописана в п. 7.1.4 свода правил СП 256.1325800.2016:
Pр = Pу×N×Kо,
где Ру=0,1 кВт – удельная мощность на одну розетку, при числе розеток до 100; N – количество розеток; Kо – коэффициент одновременности.
Небольшое отступление. В своем доме количество розеток я установил по нормам. Сейчас у меня доме в нет в постоянном использовании ни одного удлинителя, сугубо для переносного инструмента.
Вернемся. Пусть в каждой комнате, а их 3, по 5 розеток. Возможно много, но пусть будет так. Значит количество розеток в этих комнатах N=15, а коэффициент одновременности при таком количестве розеток Kо=0,9. Считаем: Pp=0,1*15*0,9=1,35 кВт. Тем самым убираем ещё 2 автомата по 16 А QF16 и QF17 и пересчитываем: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10+16+16)*0,5=76 А. Вот, ещё лучше, но недостаточно.
Посмотрим, что ещё можно убрать и объединить. Пожалуйста. Можно объединить розетки гостиной, коридора и санузла. Но в санузле могут быть установлены стиральная машина 2 кВт и бойлер 2 кВт, хотя такое можем лишь предполагать. На всякий случай посчитаем нагрузку для этой группы, хотя 2+2=4 кВт, что вполне устраивает автомат с номинальным током In=16 А, так как ток нагрузки составит Iн=4/0,23=17,4 А, а условный ток нерасцепления, указанного автомата, Int=1,13*16=18,1 А. Посчитаем подробнее.
1. Стиральная машина Р=2 кВт, cosφ=0,9, КПД=0,86, ПВ=0,75, Ки=0,6, номинальный ток нагрузки Iн=2/(0,9*0,86*0,23)=11,2 А, расчётный ток нагрузки Iрс=11,2*0,6*√(0,75)=5,8 А;
2. Бойлер Р=2 кВт, КПД=0,95, ПВ=0,5, Ки=0,8, номинальный ток нагрузки Iн=2/(0,95*0,23)=9,2 А, расчётный ток нагрузки Iрб=9,2*0,8*√(0,5)=5,2 А;
3. Пусть в гостиной 5 розеток, а в коридоре – 2 розетки. Значит Рр=0,1*7*1=0,7 кВт, расчётный ток Iр=0,7/0,23=3,04 А.
Из расчёта понятно, что вся нагрузка составит I=5,8+9,2+3,04=18,04 А, что примерно равно условному току не расцепления. Даже, если ток будет выше Int, но ниже Iтр, в течении 1 час где-то будет нагрузка снята и ток снизится, то есть автомат не отключится. Да, может такое случится, что нагрузка будет увеличена, и автомат сработает, но такой случай крайне редкий, поэтому на это можно не обращать внимание. А сработает, значит сработает, и такое тоже бывает. Этим мы избавились ещё от двух автоматов на 16 А QF2 и QF3. Считаем: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10)*0,5=60 А. Вполне устраивает.
Есть, всё же, желание разделить кухню на 2 группы, то есть добавим 1 автомат на 16 А и пересчитаем: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10+16)*0,5=68 А. Тоже устраивает.
Также имеется желание ввести аварийную группу 16 А, пересчитаем: (16+16+10+10+10+16+16+10+6+10+16+16)*0,5=76 А. Мы уже такое проходили, значит возьмемся за освещение, так как нам необходимо снизить до Iтр=72,5 и не выше для вводного автомата 50 А. Использовать значение Iтр не рекомендуется, но можно. К аварийной группе мы ещё вернемся.
Возьмемся за освещение. Как-то 3 группы по 10 А всё же много. Для светодиодного освещения, которое применяется сплошь и рядом, можно использовать автоматы на 6 А, в принципе, и 5 А вполне будет нормально, но оставим 6 А. А ещё освещение коридора мы присоединим к группе освещения 1 этажа, а освещение лестницы – к группе освещения второго этажа. Тем самым мы избавились от одного автомата QF6 на 10 А, а 2 автомата QF4 и QF5 по 10 А заменили на два автомата по 6 А. Снова делаем расчёт: (16+16+6+6+16+16+10+6+10+16+16)*0,5=67 А. Ну, вот, мы подошли к необходимому значению, которое не превышает условный ток расцепления. Список групп составлен, рисуем схему (рис. 3).
ДОРАБОТКА СХЕМЫ РИС. 3 ИЛИ ВОЗВРАТ К ИЗНАЧАЛЬНОМУ ВАРИАНТУ РИС. 2
На этом этапе многие могут возразить, задав вопрос: если вдруг придется поменять розетку в комнате на первом этаже, то отключить придется все три комнаты? Отвечу вопросом на вопрос: а как часто приходится менять розетки в Вашем доме? Снова вопрос: а если вдруг произойдет короткое замыкание (КЗ) в комнате на первом этаже, отключится тоже всё? Тут я бы посоветовал обратиться к психиатру, дабы не пихали в розетки металлические предметы, но отвечу снова вопросом на вопрос: а как часто происходит КЗ в Вашем доме? И задал бы ещё один вопрос, если с психикой всё в порядке: как вы думаете, какое будет число отказов? Считать не буду, тут же и отвечу: очень маленькое, что не поддается расчёту, грубо, но факт.
Если всё же хочется, чтобы не отключать все три комнаты при замене вышедшей из строя розетки или лампочки, вернемся к схеме рис. 2, но будем использовать уже не автоматы, а выключатели нагрузки (ВН). Так делать ни один нормативно-технический документ не запрещает. Рисуем схему (рис. 4). В принципе, вместо ВН можно использовать ВДТ (УЗО), если денег куры не клюют.
Вообще, схема рис. 4 готова, но пока ничего не известно про группу «Аварийная группа».
АВАРИЙНЫЙ РЕЖИМ
Ниже реальный случай, исключение группы "Скважина/Колодец", то есть этой группы нет. Но мы рассматриваем и преобразовываем схему рис. 1.
Электропотребители делятся на 3 категории по обеспечению надежности электроснабжения. Подробности в ПУЭ пп. 1.2.17-1.2.21. Можно и для нашего случая применить нечто подобное. К категории 1 мы отнесем те ЭП, которые лучше не отключать: газовая котельная, скважина, холодильник и роутер. К категории 2 мы отнесем те ЭП, которые желательно не отключать: освещение, некоторые розетки. Это всё нужно для того, чтобы можно было использовать однофазный бензиновый генератор (ОБГ) мощностью 5 кВт. Именно в аварийную группу автомата QF12 войдут освещение в доме, холодильник, роутер и две розетки (одна в гостиной и одна в комнате на 1 этаже).
Теперь о каждом таком ЭП, которые не отмечены в схеме рис. 4, отдельно. Все эти ЭП включаются в розетки, поэтому от их групповых автоматов до розеток необходимо проложить кабель по норме сечением 2,5 мм² независимо от разрешенной мощности ЭП и тока автомата.
Розетка в гостиной подключается к отдельной группе с автоматом 6 А. В нормальном режиме к ней может быть подключен телевизор, а в случае работы ОБГ к ней можно подключить чайник или микроволновую печь
Розетка в комнате на 1 этаже подключается к отдельной группе с автоматом 0,5 А. В нормальном режиме и в аварийном режиме к ней может быть подключен телевизор. Перерывы в электроснабжении могут быть длинными, поэтому телевизор не помешает.
Холодильник подключается к отдельной группе, но автомат к этой группе необходимо рассчитать. Мощность холодильника не превышает 0,2 кВт, поэтому его электрические характеристики и расчёт: Р=0,2 кВт, cosφ=0,85, КПД=0,86, ПВ=0,25, Ки=0,7, номинальный ток нагрузки Iн=0,2/(0,85*0,86*0,23)=1,19 А, номинальный ток автомата 1,6 А, расчётный ток нагрузки Iрх=1,19*0,7*√(0,25)=0,4 А.
Роутер – номинальный ток автомата 0,5 А (меньше нет).
Несколько перерисуем схему рис. 4 (рис. 5). У генератора свой автомат на 25 А.
Проверим автомат QF12 по ГОСТ IEC 61439-3-2013, так как этот автомат является вводным для автоматов QF13, QF14, QF15, QF16. В принципе, можно не проверять, и так всё ясно, но всё же выполним проверку: (6+0,5+1,6+0,5)*0,7=6,02 А. Можно, в случае чего, уменьшить автомат QF12, если потребуется. Об этом мы узнаем далее.
Проверим автомат генератора QF17: (6+6+10+10+16)*0,7=33,6 А. Лучше автомат QF12 поменять на автомат с номинальным током 10 или даже 8 А. Возьмем 8 А и пересчитаем: (6+6+10+10+8)*0,7=28 А. Вполне нормально, даже не превышает условный ток нерасцепления автомата ОБГ Iтр=1,13*25=28,25 А.
Придется перерисовать несколько схему рис. 5, изменив номинал автомата QF12, и пересчитать схему (рис. 6) в нормальном режиме.
Необходимо сделать перерасчёт вводного автомата всей схемы по ГОСТ IEC 61439-3-2013. В расчёт войдут автоматы с QF2 по QF12, остальные не входят: (16+16+6+6+16+16+10+6+10+16+8)*0,5=63 А. В итоге получился очень хороший результат: это, конечно, выше условного тока не расцепления Int=1,13*50=56,5 А, но ниже условного тока расцепления Iтр=1,45*50=72,5 А.
Это ещё не всё, не хватает подробной схемы переключения на электропитание от резервного генератора и обратно.
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОТ РЕЗЕРВНОГО ГЕНЕРАТОРА И ОБРАТНО
Для резервного питания используется однофазный бензиновый генератор мощностью 5 кВт без автоматического ввода резерва (АРВ). То есть при отключении элетропитания от электросети, необходимо запустить генератор вручную. После того, как генератор наберет нужные обороты, и на выходе генератора появится необходимое напряжение 220-230 В, схема (рис. 7) сделает переключение на генератор самостоятельно. При появлении напряжения от электросети схема (рис. 7) сделает переключение обратно на электросеть, а генератор необходимо остановить вручную.
Подберем контакторы КМ1 и КМ2. Номинальный ток контактора должен соответствовать допустимому длительному току (ДДТ) проводника, к которому он подключен.
От вводного автомата QF1 до контактора КМ1 сечение медного провода 10 мм². У данного провода ДДТ составляет 80 А, значит контактор КМ1 должен иметь номинальный ток 80 А.
От автомата генератора до контактора КМ2 сечение двухжильного медного кабеля 4 мм². У данного кабеля ДДТ составляет 38 А, значит контактор КМ2 должен иметь номинальный ток 40 А.
Необходимо учесть систему заземления нейтрали. В схеме рис. 1 система заземления нейтрали TN-C-S.
Также необходимо учесть является ли газовый котел фазозависимым или нет, из схемы рис. 1 этого не видно. Поэтому о подключении газового котла более подробно читайте в статье ОДНОФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР В КАЧЕСТВЕ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОГО КОТЛА.
На данном этапе схема подключения отображена на рис. 7.
Есть некоторое неудобство: когда появится электроэнергия от электросети, этого не будет видно. Есть масса вариантов такой сигнализации: самое простое – оставить включенным в розетку ночник. Я лично предпочёл самодельную сигнализацию с использованием звукового излучателя EFM-236ML, подключенного к таймеру на основе популярной микросхеме NE555. Принцип такой: при появлении электроэнергии от электросети, включится таймер и будет подан сигнал от звукового излучатель, излучатель будет пищать до тех пор, пока не отработает таймер и не отключит излучатель.
Схем таких таймеров в Интернете масса. Если возникнет большая потребность, я выложу сюда ту схему, которую использую. Кстати, есть уже готовые решения (платы) таймеров на основе NE555, достаточно сделать питание 12 В, уложить в коробочку и разместить в щите. Можно поискать на маркетплейсах вообще что-то подобное, разместить в щите или другом удобном месте и подключить (не искал).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теперь необходимо вернуть реле напряжение, ВДТ и АВДТ на свои места. Как видите, можно разработать схему для распределительного щита, которая не будет нарушать нормативно-техническую документацию, но ответит на все запросы заказчика.
ВСЁ, ЧТО ВЫ ЧИТАЕТЕ НА МОЕМ КАНАЛЕ, СУЩЕСТВУЕТ ДЛЯ ОЗНАКОМИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЕЙ. ЗА СЛОМАННУЮ ТЕХНИКУ, ИГРУШКИ, СУДЬБЫ И ПРОЧЕЕ, И ПРОЧЕЕ, И ПРОЧЕЕ, Я, КАК АВТОР, ОТВЕТСТВЕННОСТИ НЕ НЕСУ, ВСЕ РИСКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДАННОГО МАТЕРИАЛА (МАТЕРИАЛА МОЕГО КАНАЛА), ВЫ БЕРЁТЕ НА СЕБЯ.
Если Вам понравилась материал, поддержите проект некоторой суммой на карту Сбербанка: 2202203947334258