Seleção de máquinas por força de carga, seção transversal e corrente do cabo: princípios e fórmulas para cálculos

Para a organização do fornecimento interno de energia sem falhas, é necessário alocar filiais separadas. Cada linha deve estar equipada com seu próprio dispositivo de proteção que protege o isolamento do cabo da fusão. No entanto, nem todo mundo sabe qual dispositivo comprar. Você concorda?

Você aprenderá tudo sobre a escolha de máquinas de acordo com a potência de carga do artigo que apresentamos. Nós lhe diremos como determinar a classificação para um disjuntor da classe necessária. Levar em consideração nossas recomendações garante a compra dos dispositivos necessários que podem eliminar situações ameaçadoras durante a operação da fiação.

Disjuntores para redes domésticas

As organizações de fornecimento de eletricidade realizam a conexão de casas e apartamentos, realizando o trabalho de conexão do cabo ao quadro de distribuição. Todas as atividades para a instalação da fiação na sala são realizadas por seus proprietários ou por especialistas contratados.

Para escolher uma máquina automática para proteger cada circuito individual, você precisa conhecer sua classificação, classe e algumas outras características.

Parâmetros-chave e classificação

Máquinas domésticas são instaladas na entrada de um circuito elétrico de baixa tensão e são projetadas para resolver os seguintes problemas:

• ativação manual ou eletrônica do circuito elétrico;
• proteção do circuito: blecaute com uma leve sobrecarga prolongada;
• proteção de circuito: corte instantâneo de corrente durante curto-circuito.

Cada comutador possui uma característica expressa em amperes, chamada corrente nominal (Eu_n) ou "valor nominal".

A essência desse valor é mais fácil de entender usando o coeficiente em excesso:

K = I / I_n,

onde eu sou a verdadeira força atual.

• K <1,13: a desconexão (disparo) não ocorrerá dentro de 1 hora;
• K> 1,45: o desligamento ocorrerá dentro de 1 hora.

Esses parâmetros são fixados na cláusula 8.6.2. GOST R 50345-2010.Para descobrir quanto tempo uma viagem ocorrerá em K> 1,45, você precisa usar um gráfico que reflita a característica de corrente de tempo de um modelo de máquina específico.

Se a corrente exceder o valor nominal do disjuntor em 2 vezes, a abertura ocorrerá em um período de 8 segundos a 4 minutos. A velocidade de resposta depende da configuração do modelo e da temperatura ambiente.

Além disso, cada tipo de disjuntor possui uma faixa de corrente (Eu_a), em que o mecanismo de disparo instantâneo é acionado:

• classe “B”: I_a = (3 * I_n .. 5 * eu_n];
• classe “C”: I_a = (5 * I_n .. 10 * eu_n];
• classe “D”: I_a = (10 * I_n .. 20 * eu_n].

Os dispositivos do tipo “B” são usados ​​principalmente para linhas de comprimento considerável. Os disjuntores da classe “C” são usados ​​em residências e escritórios, e os dispositivos marcados com “D” protegem os circuitos onde há equipamentos com um grande coeficiente de corrente de partida.

A linha padrão de máquinas domésticas inclui dispositivos com classificações de 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 e 63 A.

O design dos lançamentos

Na moderna disjuntor Existem dois tipos de lançamentos: térmico e eletromagnético.

A liberação bimetálica é na forma de uma placa feita de dois metais condutores com expansão térmica diferente. Esse projeto com excedente prolongado do valor nominal leva ao aquecimento da peça, sua flexão e acionamento do mecanismo de abertura do circuito.

Em algumas máquinas, usando o parafuso de ajuste, você pode alterar a corrente na qual o disparo ocorre. Anteriormente, essa técnica era frequentemente usada para "ajustar" o dispositivo, mas esse procedimento requer conhecimento especializado aprofundado e vários testes.

Girando o parafuso de ajuste (destacado em um retângulo vermelho) no sentido anti-horário, você pode obter um tempo de resposta mais longo para a liberação térmica

Agora, no mercado, você pode encontrar muitos modelos de classificações padrão de diferentes fabricantes, cujas características de tempo e corrente são ligeiramente diferentes (mas ao mesmo tempo cumprem os requisitos regulamentares). Portanto, é possível escolher uma máquina com as configurações "de fábrica" ​​necessárias, o que elimina o risco de calibração incorreta.

Uma liberação eletromagnética evita o superaquecimento da linha como resultado de um curto-circuito. Ele reage quase instantaneamente, mas ao mesmo tempo, o valor da força da corrente deve ser várias vezes maior que o valor nominal. Estruturalmente, esta parte é um solenóide. A sobrecorrente gera um campo magnético que move o núcleo, abrindo o circuito.

Cumprimento dos princípios de seletividade

Na presença de um circuito elétrico ramificado, é possível organizar a proteção de forma que, no caso de um curto-circuito, apenas o ramo no qual a emergência ocorre seja desligado. Para isso, é utilizado o princípio de seletividade dos comutadores.

Diagrama visual que mostra o princípio de operação de um sistema de disjuntores com uma função implementada de operação de seletividade (seletividade) em caso de curto-circuito

Para garantir o desligamento seletivo, dispositivos automáticos com corte instantâneo são instalados nas etapas inferiores, abrindo o circuito em 0,02 - 0,2 segundos. O disjuntor, localizado em um estágio mais alto, possui um atraso de disparo de 0,25 - 0,6 s ou é feito de acordo com um circuito "seletivo" especial de acordo com a DIN VDE 0641-21.

Para segurança garantida operação seletiva de máquinas automáticas é melhor usar máquinas de um fabricante. Para disjuntores de uma única gama de modelos, existem tabelas de seletividade que indicam possíveis combinações.

Regras de instalação simples

A parte do circuito que deve ser protegida com um disjuntor pode ser monofásica ou trifásica, ter um neutro e um fio PE (terra). Portanto, as máquinas têm de 1 a 4 pólos, os quais conduzem um núcleo condutor.Quando são criadas condições para disparar, todos os contatos são desconectados simultaneamente.

As máquinas na blindagem são montadas em um trilho DIN especialmente projetado. Ele fornece uma conexão compacta e segura, além de acesso conveniente ao switch.

As máquinas são instaladas da seguinte maneira:

• unipolar por fase;
• bipolar para fase e neutro;
• tripolar em 3 fases;
• quatro pólos em 3 fases e neutro.

É proibido fazer o seguinte:

• instale disjuntores unipolares em ponto morto;
• insira o fio PE na máquina;
• instale três dispositivos unipolares em vez de um disjuntor tripolar, se pelo menos um consumidor trifásico estiver conectado ao circuito.

Todos esses requisitos estão detalhados no EMP e devem ser observados.

Em cada casa ou quarto ao qual a eletricidade está conectada, uma máquina introdutória é instalada. Seu valor é determinado pelo fornecedor e esse valor está especificado no contrato para a conexão de eletricidade. O objetivo de tal comutador é proteger a seção do transformador para o consumidor.

Após a máquina introdutória, um contador é conectado à linha (monofásica ou trifásica) e dispositivo atual residual, cujas funções diferem da operação de um disjuntor e chave diferencial.

Se a sala estiver conectada a vários circuitos, cada um deles será protegido por uma máquina separada, cuja potência será indicado na marcação. Suas classificações e classes são determinadas pelo proprietário das instalações, levando em consideração a fiação existente ou a potência dos dispositivos conectados.

Um medidor de eletricidade e disjuntores são instalados em um painel de distribuição que atende a todos os requisitos de segurança e pode ser facilmente integrado ao interior de uma sala

Ao escolher um lugar para colocar quadro de distribuição deve-se lembrar que a temperatura do ar afeta as propriedades da liberação térmica. Portanto, é aconselhável ter um trilho com máquinas dentro da sala.

Cálculo do valor nominal necessário

A principal função de proteção do disjuntor se estende à fiação, de modo que a classificação é realizada ao longo da seção transversal do cabo. Nesse caso, todo o circuito deve garantir a operação regular dos dispositivos conectados a ele. O cálculo dos parâmetros do sistema é simples, mas muitas nuances devem ser levadas em consideração para evitar erros e problemas.

Determinando a capacidade total dos consumidores

Um dos principais parâmetros do circuito elétrico é a potência máxima possível dos consumidores de eletricidade conectados a ele. Ao calcular esse indicador, você não pode apenas resumir os dados do passaporte dos dispositivos.

Componente ativo e avaliado

Para qualquer dispositivo alimentado por eletricidade, o fabricante deve indicar a potência ativa (P) Este valor determina a quantidade de energia que será irrevogavelmente convertida como resultado do aparelho e pela qual o usuário pagará no medidor.

Mas para dispositivos com capacitores ou indutor, existe outra potência com um valor diferente de zero, chamado reativo (Q) Ela alcança o dispositivo e retorna quase instantaneamente.

O componente reativo não participa do cálculo da eletricidade utilizada, mas, junto com o ativo, forma a energia denominada "plena" ou "nominal" (S), que fornece uma carga ao circuito.

cos (f) é um parâmetro com o qual você pode determinar o total (potência nominal) do ativo (consumido). Se não for igual à unidade, é indicado na documentação técnica do aparelho elétrico

É necessário considerar a contribuição de um dispositivo separado para a carga total nos fios condutores e na máquina de acordo com sua potência total: S = P / cos (f).

Correntes iniciais aumentadas

A próxima característica de alguns tipos de eletrodomésticos é a presença de transformadores, motores elétricos ou compressores. Tais dispositivos no início da operação consomem uma corrente inicial (inicial).

Seu valor pode ser várias vezes maior que os indicadores padrão, mas o tempo de operação em alta potência é pequeno e geralmente varia de 0,1 a 3 segundos. Esse aumento de curto prazo não levará à operação da liberação térmica, mas o componente eletromagnético do disjuntor, responsável pelo curto-circuito de sobrecorrente, pode reagir.

Essa situação é especialmente relevante para linhas alugadas às quais equipamentos como máquinas para trabalhar madeira estão conectados. Nesse caso, você precisa calcular a amperagem e, talvez, faça sentido usar um autômato da classe "D".

Fator de demanda

Para circuitos nos quais uma grande quantidade de equipamentos está conectada e não há dispositivo que consuma a maior parte da corrente, um coeficiente de demanda (ks) O significado de sua aplicação é que todos os dispositivos não funcionarão simultaneamente; portanto, a soma da potência nominal levará a uma taxa superestimada.

O coeficiente de demanda para grupos de consumidores de energia elétrica é estabelecido na cláusula 7 da SP 256.1325800.2016. Você também pode confiar nesses indicadores ao calcular independentemente a potência máxima

Este coeficiente pode assumir um valor igual ou menor que um. Cálculos de potência estimados (P_r) de cada dispositivo ocorre de acordo com a fórmula:

P_r = ks * S

A potência nominal total de todos os dispositivos é usada para calcular os parâmetros do circuito. O uso do coeficiente de demanda é aconselhável para escritórios e pequenas lojas com um grande número de computadores, equipamentos de escritório e outros equipamentos alimentados por um circuito.

Para linhas com um pequeno número de consumidores, esse coeficiente não é usado em sua forma pura. Da contagem de energia, esses dispositivos são removidos, cuja inclusão ao mesmo tempo em que consomem mais energia é improvável.

Assim, por exemplo, há poucas chances de um emprego único em uma sala de estar com ferro e aspirador de pó. E para oficinas com um pequeno número de funcionários, apenas 2-4 das ferramentas elétricas mais poderosas são levadas em consideração.

Cálculo atual

A escolha de um autômato é realizada de acordo com o valor máximo da força de corrente admissível na seção do circuito. É necessário obter esse indicador, conhecendo a potência total dos consumidores de energia elétrica e a tensão na rede.

De acordo com o GOST 29322-2014, a partir de outubro de 2015, o valor da tensão deve ser igual a 230 V para uma rede comum e 400 V para uma rede trifásica. No entanto, na maioria dos casos, os parâmetros antigos ainda são válidos: 220 e 380 V, respectivamente. Portanto, para a precisão dos cálculos, é necessário realizar medições usando um voltímetro.

Você pode medir a tensão na sua rede doméstica usando um voltímetro ou multímetro. Para fazer isso, basta conectar seus contatos a uma tomada

Outra questão especialmente relevante para fiação privada, é o fornecimento de energia com tensão insuficiente. As medições nesses objetos problemáticos podem mostrar valores que estão fora do intervalo especificado por GOST.

Além disso, dependendo do nível de consumo de eletricidade dos vizinhos, o valor da tensão pode variar bastante em um curto período de tempo.

Isso cria um problema não apenas para a operação dos dispositivos, mas também para cálculo atual. Quando a tensão cai, alguns dispositivos simplesmente perdem energia e outros que possuem um estabilizador de entrada aumentam o consumo de eletricidade.

É difícil calcular qualitativamente os parâmetros de circuito necessários sob tais condições. Portanto, você precisará instalar cabos com uma seção transversal grande conhecida (que é cara) ou resolver o problema instalando um estabilizador de entrada ou conectando a casa a outra linha.

O estabilizador é instalado próximo ao painel de distribuição. Muitas vezes acontece que esta é a única maneira de obter os valores de tensão padrão na casa

Depois que a energia total dos aparelhos elétricos foi encontrada (S) e o valor da tensão (U), cálculo da força atual (Eu), de acordo com as fórmulas resultantes da lei de Ohm:

Eu_f = S / U_f para rede monofásica

Eu_eu = S / (1,73 * U_eu) para rede trifásica

Aqui está o índice "f"Significa parâmetros de fase e"eu”- linear.

A maioria dos dispositivos trifásicos usa o tipo de conexão “estrela” e é precisamente de acordo com esse esquema que um transformador está operando e produz corrente para o consumidor. Com uma carga simétrica, as forças lineares e de fase serão idênticas (Eu_eu = Eu_f) e a tensão é calculada pela fórmula:

U_eu = 1,73 * U_f

As nuances da seleção de uma seção de cabo

A qualidade e os parâmetros dos fios e cabos são regulados pelo GOST 31996-2012. De acordo com este documento, são desenvolvidas especificações técnicas para os produtos, onde é permitido um certo intervalo de valores de características básicas. O fabricante deve fornecer uma tabela de correspondência da seção transversal dos núcleos e a força máxima de corrente segura.

A força máxima permitida da corrente depende da seção transversal dos condutores e do método de instalação. Eles podem ser colocados escondidos (na parede) ou abertos (em um tubo ou duto)

É necessário escolher um cabo de forma a garantir o fluxo seguro de corrente correspondente à potência total calculada dos aparelhos elétricos. De acordo com o PUE (Electrical Installation Rules), o mínimo seção transversal dos fiosutilizado em instalações residenciais deve ter pelo menos 1,5 mm².

Os tamanhos padrão têm os seguintes significados: 1,5; 2,5; 4; 6 e 10 mm².

Às vezes, há uma razão para usar fios com uma seção transversal um passo maior que o mínimo permitido. Nesse caso, existe a possibilidade de conectar dispositivos adicionais ou substituir os existentes por outros mais potentes sem um trabalho dispendioso e demorado na instalação de novos cabos.

Cálculo dos parâmetros da máquina

Para qualquer circuito, a seguinte desigualdade deve ser satisfeita:

Eu_n <= I_p / 1.45

Aqui Eu_n - corrente nominal da máquina, e Eu_p - corrente permitida para a fiação. Esta regra garante um trip garantido por mais de uma carga excedente prolongada.

A desigualdade “In <= Ip / 1.45” é a principal condição para concluir um par de “cabo automático”. O não cumprimento desta regra pode resultar em incêndio.

A classificação da máquina pode ser calculada tanto pela carga total quanto pela seção transversal dos fios da fiação já instalada. Suponha que exista um diagrama de conexão para aparelhos elétricos, mas a fiação ainda não foi estabelecida.

Nesse caso, a sequência de ações é a seguinte:

1. Cálculo da potência atual total de aparelhos elétricos conectados à rede.
2. A escolha de um autômato com um valor nominal não inferior ao valor calculado.
3. Seleção da seção transversal do cabo de acordo com a classificação da máquina.

Um exemplo:

1. S = 4 kW; I = 4000/220 = 18 A;
2. Eu_n = 20 A;
3. Eu_p > = I_n * 1,45 = 29 A; D = 4 mm².

Se a fiação já tiver sido estabelecida, a sequência de ações será diferente:

1. Determinação da corrente admissível com uma seção e método conhecidos de fiação, de acordo com a tabela fornecida pelo fabricante.
2. Seleção do disjuntor.
3. Cálculo da potência dos dispositivos conectados. Gerenciar um grupo de dispositivos para que a carga total no circuito seja menor que o valor nominal.

Um exemplo Permita que dois cabos de núcleo único sejam dispostos de maneira aberta, D = 6 mm²então:

1. Eu_p = 46 A;
2. Eu_n <= I_p / 1,45 = 32 A;
3. S = i_n * 220 = 7,0 kW.

No parágrafo 2 do último exemplo, há uma ligeira aproximação permitida. Valor exato de I_n = I_p / 1,45 = 31,7 A arredondado para 32 A.

Escolhendo entre vários valores

Às vezes, surge uma situação em que você pode selecionar várias máquinas com classificações diferentes para proteger o circuito. Por exemplo, com uma potência total de aparelhos elétricos de 4 kW (18 A), uma fiação com uma seção transversal de condutores de cobre de 4 mm foi selecionada com uma margem². Para esta combinação, você pode colocar os interruptores em 20 e 25 A.

Se o diagrama de fiação do eletricista assumir a presença de proteção em várias camadas, você precisará escolher as máquinas para que o valor da classificação de nível superior (na figura à direita seja 25 A) seja maior que o dos interruptores de níveis inferiores

A vantagem de escolher o switch com a classificação mais alta é a capacidade de conectar dispositivos adicionais sem alterar os elementos do circuito. Isso é feito com mais frequência.

A favor da escolha de um autômato com um valor nominal mais baixo, é favorável o fato de que sua liberação térmica responderá mais rapidamente a um aumento do indicador de corrente.O fato é que alguns dispositivos podem ter um mau funcionamento, o que levará a um aumento no consumo de energia, mas não a um valor de curto-circuito.

Por exemplo, uma quebra do rolamento do motor da lavadora levará a um aumento acentuado da corrente no enrolamento. Se a máquina responder rapidamente a exceder os valores e disparos permitidos, o motor não queima.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O design do disjuntor e sua classificação. O conceito de características tempo-corrente e a seleção da seção nominal do cabo:

Cálculo da potência dos dispositivos e da escolha da máquina utilizando as disposições do PUE:

A escolha de um disjuntor deve ser tomada com responsabilidade, pois a segurança do sistema elétrico em casa depende disso. Com todos os muitos parâmetros de entrada e nuances do cálculo, deve-se lembrar que a principal função de proteção da máquina se estende à fiação.

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