То, что с электричеством шутки плохи, известно каждому. Неправильный расчёт схемы электроснабжения может привести как минимум к двум неприятным последствиям. Первое, это когда при включении нескольких энергоёмких электроприборов (например, стиральной машины, электрочайника и утюга) срабатывают автоматические выключатели и сеть обесточивается. Неприятно, но не смертельно. Второе, это когда при включении тех же приборов автоматы не сработают, и начнёт плавиться и дымиться электропроводка. А это уже смертельная опасность: до пожара всего один шаг. Вот почему выбор автомата по мощности нагрузки – дело первостепенной важности.
Немного теории
Из курса физики известно, что существует зависимость между электрической мощностью, силой тока и напряжением в электрической сети. В упрощённом виде эта зависимость выражается следующей формулой для однофазной сети:
где W – мощность тока в ваттах (Вт);
I – сила тока в амперах (А);
V – напряжение в вольтах (В).
В данном случае нас будет интересовать сила тока, поскольку по этому параметру часто подбирается автомат защиты электросети и характеристики электропроводки. Для удобства преобразуем вышеприведённую формулу в выражение:
В качестве примера рассчитаем силу тока для нагрузки, которую дают на электросеть упомянутые выше энергоёмкие потребители. Их суммарная мощность составит порядка 6 кВт, и при напряжении 220 В мы получим силу тока в цепи:
I = 6000 Вт / 220 В = 27,3 А
Для трёхфазной схемы подключения формула (2) примет следующий вид:
Это изменение вызвано тем обстоятельством, что при равной нагрузке и равномерном распределении мощности по фазам ток в трёхфазной сети будет втрое меньше. Таким образом, при той же суммарной мощности в 6 кВт, но при напряжении 380 В, сила тока в цепи будет равна:
I = 6000 Вт / (1,73 х 380 В) = 9,1 А
Получив данный показатель, можно приступать к подбору автоматического выключателя, обеспечивающего защиту сети от перегрузки.
Подбор номинала автоматического выключателя по току и мощности нагрузки
Для выбора подходящего автомата удобно рассчитать силу тока на один киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Применив формулу (2) и коэффициент мощности 0.95 для напряжения 220 В, получим:
1000 Вт / (220 В х 0,95) = 4,78 А
Учитывая, что напряжение в наших электросетях нередко не дотягивает до положенных 220 В, вполне корректно принять значение 5 А на 1 кВт мощности. Тогда таблица зависимости силы тока от нагрузки будет выглядеть в таблице 1, следующим образом:
| Мощность, кВт | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| Сила тока, А | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
Данная таблица даёт приблизительную оценку силы переменного тока, протекающего по однофазной электрической сети при включении бытовых электроприборов. При этом следует помнить, что имеется в виду пиковая потребляемая мощность, а не средняя. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электротехническому изделию. На практике удобней пользоваться таблицей предельных нагрузок, учитывающей тот факт, что автоматы выпускаются с определённым номиналом по силе тока (таблица 2):
| Схема подключения | Номиналы автоматов по току | |||||||
| 10 А | 16 А | 20 А | 25 А | 32 А | 40 А | 50 А | 63 А | |
| Однофазная, 220 В | 2,2 кВт | 3,5 кВт | 4,4 кВт | 5,5 кВт | 7,0 кВт | 8,8 кВт | 11 кВт | 14 кВт |
| Трёхфазная, 380 В | 6,6 кВт | 10,6 | 13,2 | 16,5 | 21,0 | 26,4 | 33,1 | 41,6 |
Например, если нужно узнать, на сколько ампер нужен автомат под мощность 15 кВт при трёхфазном токе, то ищем в таблице ближайшее большее значение – оно составляет 16,5 кВт, что соответствует автомату на 25 ампер.
В реальности существуют ограничения по выделяемой мощности. В частности, в современных городских многоквартирных домах с электроплитой выделенная мощность составляет от 10 до 12 киловатт, а на входе ставится автомат на 50 А. Эту мощность разумно разбить на группы с учётом того, что самые энергоёмкие приборы концентрируются на кухне и в ванной комнате. На каждую группу ставится свой автомат, что позволяет исключить полное обесточивание квартиры в случае возникновения перегрузки на одной из линий.
В частности, под электроплиту (или варочную панель) целесообразно сделать отдельный ввод и установить автомат на 32 или 40 ампер (в зависимости от мощности плиты и духовки), а также силовую розетку с соответствующим номинальным током. Других потребителей подключать к этой группе не стоит. Отдельная линия должна быть и у стиральной машины, и у кондиционера – для них будет достаточно автомата на 25 А.
На вопрос о том, сколько розеток можно подключить на один автомат, можно ответить одной фразой: сколько угодно. Сами по себе розетки не потребляют электроэнергию, то есть не создают нагрузку на сеть. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы суммарная мощность одновременно включаемых электроприборов соответствовала сечению провода и мощности автомата, о чём будет сказано ниже.
Для частного дома или коттеджа вводной автомат подбирается в зависимости от выделенной мощности. Далеко не всем хозяевам удаётся получить желаемое количество киловатт, особенно в регионах с ограниченными возможностями электросетей. Но в любом случае, как и для городских квартир, сохраняется принцип разделения потребителей на отдельные группы.
Вводной автомат для частного дома
Подбор номинала автоматического выключателя по сечению провода
Определив номинал автомата, исходя из мощности «подвешенной» нагрузки, необходимо убедиться в том, что электропроводка выдержит соответствующий ток. В качестве ориентира можно воспользоваться нижеприведённой таблицей, составленной для медного провода и однофазной цепи (таблица 3):
| Сечение |
жилы, кв.мм
ток, А
нагрузки, кВт
автомата, А
потребители
Как видим, все три показателя (мощность, сила тока и сечение провода) взаимосвязаны, поэтому номинал автомата можно, в принципе, выбирать по любому из них. В то же время необходимо убедиться, что все параметры стыкуются между собой, и при необходимости сделать соответствующую корректировку.
При любом раскладе следует помнить следующее:
- Установка чрезмерно мощного автомата может привести к тому, что до его срабатывания электрооборудование, не защищённое собственным предохранителем, выйдет из строя.
- Автомат с заниженным числом ампер способен стать источником нервных стрессов, обесточивая дом или отдельные помещения при включении электрочайника, утюга или пылесоса.
Расчеты электропроводки выполняются еще на стадии проектирования. Прежде всего рассчитывается сила тока в цепях, исходя из этого подбираются автоматические защитные устройства, сечение проводов и кабелей. Особое значение имеет расчет автомата по мощности 380, защищающий от перегрузок и коротких замыканий.
Слишком большой номинал может привести к выходу из строя оборудования, поскольку устройство не успеет сработать. Низкий номинальный ток автомата приведет к тому, что защита будет срабатывать даже при незначительных перегрузках в часы пик. Правильно выполненные расчеты помогут выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.
Как рассчитать мощность электротока
В соответствии с законом Ома, сила тока (I) находится в прямой пропорции с напряжением (U) и в обратной пропорции с сопротивлением (R). Расчет мощности (Р) осуществляется путем умножения силы тока на напряжение. Таким образом, для участка цепи образуется следующая формула, по которой рассчитывается ток: I = P/U.
С учетом реальных условий, к данной формуле прибавляется еще один компонент и при расчетах однофазной сети получается следующий вид: I = P/(U х cos φ).
Трехфазная сеть рассчитывается немного по-другому. Для этого используется следующая формула: I = P/(1,73 х U х cos φ), в которой напряжение U условно составляет 380 вольт, cos φ является коэффициентом мощности, посредством которого активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки соотносятся между собой.
Современные блоки питания обладают незначительной реактивной компонентой, поэтому значение cos φ принимается за 0,95. Это не касается трансформаторов и электродвигателей с высокой мощностью, обладающих большим индуктивным сопротивлением. Расчет сетей, где могут подключаться такие устройства, выполняется с коэффициентом cos φ, эквивалентным 0,8. В других случаях используется стандартная методика расчетов с последующим применением повышающего коэффициента 1,19, получающегося из соотношения 0,95/0,8.
При использовании в формулах известных параметров напряжения 220 и 380 В, а также коэффициента мощности 0,95, в результате получается сила тока для однофазной сети – I = P/209, а для трехфазной – I = P/624. Таким образом, при наличии одной и той же нагрузки, сила тока в трехфазной сети будет в три раза ниже. Это связано с наличием трех проводов отдельных фаз, на каждую из которых равномерно распределяется общая нагрузка. Напряжение между каждой фазой и рабочим нулем составляет 220 вольт, поэтому известная формула может выглядеть следующим образом: I = P/(3 х 220 х cos φ).
Выбор автомата по номинальному току
Рассмотренные формулы широко применяются в расчетах вводного автоматического выключателя. Применяя одну из них – I = P/209 при нагрузке Р в 1 кВт, получается сила тока для однофазной сети 1000 Вт/209 = 4,78 А. Результат можно округлить в большую сторону до 5 А, поскольку реальное напряжение в сети не всегда соответствует 220 В.
Таким образом, получилась сила тока в 5 А на 1 кВт нагрузки. То есть, устройство мощностью более 1 кВт нельзя подключать, например, в удлинитель с маркировкой 5 А, поскольку он не рассчитан на более высокие токи.
Автоматические выключатели обладают собственным номиналом по току. Исходя из этого, легко определить нагрузку, которую они способны выдержать. Для упрощения вычислений существует таблица. Автомат номиналом 6 А соответствует мощности 1,2 кВт, 8 А – 1,6 кВт, 10 А – 2 кВт, 16 А – 3,2 кВт, 20 А – 4 кВт, 25 А – 5 кВт, 32 А – 6,4 кВт, 40 А – 8 кВт, 50 А – 10 кВт, 63 А – 12,6 кВт, 80 А – 16 кВт, 100 А – 20 кВт. Исходя из этих же номиналов проводятся расчеты автомата по мощности на 380в.
Метод 5 А на 1 кВт может использоваться и для определения силы тока, возникающей в сети, когда в нее подключаются какие-либо бытовые приборы и оборудование. В расчетах нужно пользоваться максимальной потребляемой мощностью во время пиковых нагрузок. Для этого применяются технические характеристики оборудования, взятые из паспортных данных. При их отсутствии можно взять ориентировочные параметры стандартных электроприборов.
Отдельно рассчитывается группа освещения. Как правило, мощность приборов освещения оценивается в пределах 1,5-2 кВт, поэтому для них будет достаточно отдельного автомата номиналом 10 А.
Если сложить все имеющиеся мощности, получается довольно высокий суммарный показатель. Однако на практике полная мощность никогда не используется, поскольку существуют ограничения на выделяемую электрическую мощность для каждой квартиры. В современном жилом доме, при наличии электроплит, она составляет от 10 до 12 кВт. Поэтому на вводе устанавливается автомат с номинальным током 50 А. Точно так же выполняется расчет мощности трехфазных автоматов.
Полученные 12 кВт распределяются по всей квартире с учетом размещения мощных и обычных потребителей. Особое внимание следует обратить на кухню и ванную комнату, где устанавливаются электроплиты, водонагреватели, стиральные машины и другое энергоемкое оборудование. Как правило, они подводятся к отдельным автоматическим выключателям соответствующего номинала, а сечение кабелей для подключения также рассчитывается в индивидуальном порядке.
Мощные бытовые агрегаты подключаются не только к автоматам, но и к устройствам защитного отключения. Часть общей мощности следует оставить для освещения и розеток, установленных в помещениях. Правильно выполненные расчеты позволят качественно смонтировать проводку и выбрать нужный выключатель. В этом случае эксплуатация оборудования будет безопасной и долговечной.
Расчет мощности онлайн-калькулятором
В первую очередь необходимо ввести исходные данные в соответствующие графы. На калькуляторе эти показатели включают количество фаз, напряжение сети и мощность нагрузки. Первые два пункта известны заранее, а вычисления мощности приборов и оборудования осуществляются вручную.
Напряжение для однофазной сети выставляется 220 вольт, для трехфазной – 380 В и выше. После ввода параметров остается лишь нажать на кнопку «Рассчитать» и получить требуемый результат. В соответствующем окне появятся данные о номинальном токе автоматического выключателя, наиболее подходящего для данной сети.
После приобретения любой бытовой техники (водонагревателя, стиральной машины и др.) встает вопрос о ее правильном подключении. Обратите внимание, что подключение бытовых приборов большой мощности обязательно требует прокладки отдельного электрического кабеля от распределительного щитка.
Пользователи, пытающиеся подключить мощный проточный водонагреватель к розетке для стиральной машины или к электрической плите, как минимум, рискуют получить сгоревшую проводку. В худшем случае же последствия могут быть значительно более печальными.
Данными таблицами мы хотим помочь Вам понять электрический кабель какого сечения потребуется при подключении прибора.
Медный кабель, 220 В, 1 фаза, 2 жилы
| Мощность прибора, кВт | 1,0 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 9,0 |
| Сила тока, А | 4,5 | 9,0 | 11,4 | 13,6 | 15,9 | 18,2 | 20,5 | 22,5 | 27,3 | 36,4 | 40,5 |
| Номинальный ток автомата защиты, А | 6 | 10 | 16 | 16 | 20 | 20 | 25 | 25 | 32 | 40 | 50 |
| Минимальное сечение токопроводящей жилы, мм 2 | 1 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 4 | 4 | 4 | 4 | 6 | 10 |
Медный кабель, 380 В, 3 фазы, 3 жилы
| Мощность прибора, кВт | 6,0 | 9,0 | 12,0 | 15,0 | 18,0 | 21,0 | 24,0 | 27,0 | 35,0 | 40,0 | 45,0 |
| Сила тока, А | 9,0 | 11,4 | 18,2 | 22,7 | 27,3 | 31,8 | 36,4 | 40,9 | 53,0 | 60,6 | 68,2 |
| Номинальный ток автомата защиты, А | 10 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 40 | 50 | 63 | 63 | 84 |
| Минимальное сечение токопроводящей жилы, мм 2 | 1,5 | 2 | 4 | 4 | 4 | 6 | 6 | 10 | 10 | 16 | 16 |
Внимание: величина сечения провода из алюминия берется с увеличивающим коэффициентом 1,3-1,5 относительно кабеля из меди. Сечение токопроводящей жилы определено, исходя из 6 А на 1 мм 2 . Данные получены из каталога компании-производителя электрооборудования UNITHERM.
Вот наиболее популярные модели проточных водонагревателей для городских квартир (6 кВт, 220 В, автомат защиты 32 А, рекомендованное сечение медного кабеля 4 мм 2 ):
Информация была полезна? Поделитесь ей в своей соцсети: