Хабрахабр

Домашняя электросеть

Здесь часто возникает тема защиты оборудования в домашней электросети, но очень часть при описании базовых параметров устройств защиты информация не соответствует действительности или же, в лучшем случае, основана на отдельных примерах. Потому далее будет своеобразный ликбез о том, как правильно сделать вводный электрощиток.
Это не столько инструкция, сколько объяснение, что должно быть сделано, так как каждое подключение по сути индивидуально. В любом случае необходима консультация с учетом реальной ситуации.

Вступление

В дальнейшем я буду исходить из того, что поставщик электроэнергии свою работу выполняет, как следует, потому напряжение остается в предписанных нормами пределах.
Исходить я буду из напряжения сети 230/400 В (второе важно знать при трехфазном вводе). Большинство потребителей однофазные, исключения могут составлять электроплиты и электромоторы насосов.

Оборудование

Автоматический выключатель

Всем привычные сегодня автоматические выключатели (далее просто автоматы).
В квартирах используются автоматы с временно-токовыми кривыми В и С. На самом деле их есть много и для разных целей. В этом документе на третей странице есть график, где можно посмотреть отличия. По вертикали время, по горизонтали – ток.

Но остановимся на В и С автоматах, как наиболее частых и применимых как в промышленности, так и в домашних условиях
.
Каждый выключатель имеет две категории двух основных показателей по международным стандартам:
Категории:

  • Ток перегрузки
  • Ток короткого замыкания

Показатель:

  • Максимальный ток несрабатывания
  • Минимальный ток гарантированного срабатывания

В общем эти величины следующие для перегрузки через 1 час (срабатывание по тепловой энергии) для автоматов типов B или С при температуре среды 30 градусов:

Максимальный ток несрабатывания = 1,13 номинального тока
Минимальный ток гарантированного срабатывания = 1,45 номинального тока

Практически все производители указывают эти цифры в каталогах и они могут сильно варьироваться. При росте температур эти числа становятся меньше, но согласно нормам несрабатывание не должно быть меньше номинального тока при температуре окружающей среды в 50 градусов.

электромагнитное срабатывание без задержки): Для короткого замыкания эти величины отличаются для выключателей (т.н.

тип B — 3*In и 5*In
тип C — 5*In и 10*In

Фактически это время составляет 0,05-0,07 секунд. Хотя это называется «срабатывание без задержки» нормами гарантируется срабатывание за время до 0,1 секунды, не более.

Хотя в принципе выключатель может срабатывать сразу от минимальной величины или не срабатывать полных 15 секунд до максимальной. Что происходит между граничными токами — никто гарантировать не может и не будет, согласно нормам отключение может длиться от 0,1 до 15 секунд (для С-автоматов). 10А выбрано для удобства сравнения. И при выборе выключателей про это нужно помнить.
Пример ниже – время-токовые характеристики для В и С выключателей на 10А компании Siemens. В — черны цвет, С — красный.

Плавкий предохранитель

Ранее — единственное и очень широко применяемое устройство для жилых помещений, сейчас значительно реже. Самые распространенные в электросетях — пробковые и ножевые предохранители. На сегодня существуют комбинированные разъединители-предохранители, которые отличаются от автоматических выключателей тем, что при срабатывании перед повторным включением необходимо установить новые предохранители.
Одно из устройств, которое не смотря на возраст технологии, до сих пор предлагает некоторые очень полезные свойства.
Главное преимущество — гарантированное срабатывание в случае короткого замыкания. Главный недостаток — одноразовость.

Во-первых, цена. Почему до сих пор используются плавкие предохранители? Во-вторых, в случае достаточно высокого значения короткого тока (для предохранителя 10А — более 210 А) скорость срабатывания будет менее 0,01 секунды, менее половины периода переменного тока (так быстро не срабатывает ни один другой выключатель). Они намного дешевле автоматических выключателей, так как не имеют механических частей. В этой статье речь о предохранителях общего предназначения, которые обозначаются gG (также ранее gL — защита линий). В-третьих, их можно очень просто и гарантировано селективно выстроить (про селективность ниже).

Но у каждого лучше по своему. В данном случае не существует производителей, которые делают предохранители в соответствии с нормами с точки зрения времени отключения, они всегда получаются лучше, чем предусмотрено.

Следует отметить, что нормами предусмотрено характеристики от 0,01 секунды, но так как для этого времени в принципе возможны только экстраполяции, то не в каждой программе есть эти графики. Ниже сравнение характеристик по нормам и по замерам от АВВ для предохранителя 10 А. Черным цветом — согласно нормам, красным — производства АВВ.

Устройство дифференциального тока

Всегда есть возможность существования токов утечки, особенно в влажных помещениях. Потому было создано устройство, которое фиксирует этот ток. Идея проста — устройство сравнивает ток в фазе и нейтральном проводе, если они равны – все хорошо, если нет, то проводиться отключение. Существует целый ряд устройств которые возможно применять дома, с токами 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА и разными типами — АС, А, F, В, B+. Тип АС срабатывает только на синусоидальные по форме токи утечки, тип А может в дополнение к типу АС срабатывать на пульсирующие постоянные токи и так далее. Рекомендуется устанавливать тип В, так как он срабатывает на все возможные типы утечки. Тип В+ по сути своей берет на себя часть функций дуговой защиты. Сегодня УДТ с токами до 30 мА служат для защиты людей, от 100 и выше — для защиты оборудования, хотя раньше были и УДТ 500 мА для установки в картирах.

Например, указанные выше 30 мА означают верхнюю границу срабатывания на утечку переменного тока, фактически срабатывание может происходить по нормам между 15 и 30 мА (производители тут стараются выйти на отключение до 25 мА, как верхнюю границу). Не стоит забывать, на разные токи у УДТ разная чувствительность. Если же взять пульсирующий постоянный ток, то здесь уже срабатывание будет между 12 и 42 мА.

Ток утечки существует практически всегда, например в розетке или в электроприборе. Почему это важно? Или же играет роль длина провода. Считается, что УЗД на 30 мА можно применять перед максимум 10 розетками, иначе будет отключение в нормальном режиме. В частности есть такие величины по току утечки на 100 метров провода (провод из фазы, нейтрального провода и земли):

1,5 мм² — 4,8 мА
2,5 мм² — 5,6 мА
4,0 мм² — 6,6 мА

Согласно новым нормам в Германии с 2018 года их использование рекомендовано для жилых помещений с целью экономии места и упрощения распределительных щитов. Потому при планировании важно учесть длину кабелей и распределение по помещениям.
Так как часто используется как автоматический выключатель, так и УДТ, то существуют совмещенные приборы — дифференциальные автоматы, два в одном.

Как минимум раз в 6 месяцев следует проверять срабатывание при помощи кнопки на устройстве. Что следует помнить — устройство требует проверок. Срабатывание по токам утечки требует специального прибора, который включается за УДТ, и может произвести проверку различными видами тока. Естественно, это не проверка на срабатывание по токам утечки, но многие забывают даже про такое.

Устройство защиты от перенапряжений

При ударе молнии рядом с кабелем возникает электромагнитная волна, которая может буквально уничтожить подключенные к сети приборы. Потому рекомендуется использование устройств защиты от перенапряжений (surge protective device, SPD).
По своей сути это реализация разрядника для низких напряжений. Идея состоит в использовании специальны материалов, которые при нормальном напряжении не проводят ток (в теории, на практике есть ток утечки), а при превышении определенного уровня становятся проводниками. Защитная функция состоит в отражении волны, потому устройство защищает как до, так и после себя (эффективное расстояние где-то 10 метров кабеля).

Существует три типа устройств:

Должен быть обязательно заземлен на главную заземляющую шину для отведения избыточной энергии. Первый тип — молниезащита, иногда оборудован маленьким разрядником. В результате срабатывания напряжение не должно превышать 6 кВ

В результате защиты напряжение не должно превышать 4 кВ Второй тип — средняя защита от перенапряжений.

Напряжение менее 1,5 кВ в результате защиты. Третий тип — защита устройств.

Также устройства, установленные каскадом, должны быть между собой скоординированы (обычно означает — от одного производителя, так как есть отличия в характеристиках). При отсутствии первого типа установка дальнейших устройств бессмысленна, так как энергия волны слишком высока для типа 2.

Кабель между заземляющим выходом устройства и шиной заземления или (в случает типов 2 и 3) PE не должна превышать 50 см.

Существуют комбинированные устройства из нескольких типов в одном, вроде типа 1+2 или 2+3.

Устройство дуговой защиты

Идея устройства в том, что, например, при повреждении изоляции возникает искрение, которое только впоследствии развивается в замыкание на землю или короткое замыкание. Подобное не распознается вышеприведенными устройствами. Сравнительно новые устройства на территории Европы и пока не получили широкого распространения.
На сегодняшний день эти устройства рекомендованы для использования во взрывоопасных помещениях, а также там, где много детей или пожилых людей. В остальных случаях устройства факультативны.
Так как пока их не применял в своей практике, то и детальнее описать, к сожалению, не могу.

Селективность

Устройства были описаны выше, теперь же детальнее о том, как их правильно подключить. Суть селективности — отключится должен самое близкое к месту короткого замыкания/перегрузки защитное устройство. Практически всегда такое возможно для оборудования в жилых помещениях, но в отдельных случаях (например, очень высокий ток короткого замыкания) не может быть гарантировано Далее будет пару примеров, разделенных по группам.

Плавкие предохранители

Здесь все относительно просто. Предохранители от 16А и выше при отношении номинальных токов 1,6 являются селективными. Например, для предохранителя 25А: 25*1,6=40А. В случае 40А это предохранитель 63А, хотя 40*1,6=64, так как выбирается ближайших по номинальному ряду. Хотя предохранители от одного производителя и могут иметь меньшее соотношение, но 1,6 — гарантированное соотношение для любого производителя.
Для предохранителей менее 16 А это соотношение отличается и может быть 1,9 (в случае Германии). Т.е. для предохранителя 10А селективным является 20А, а не 16А. В то же время многие производители выпускают предохранители с соотношением менее, чем 1,6, но исключительно для собственного производства и нет гарантии совместимости, скажем, между АВВ и Сименсом в этом случае.

Автоматические выключатели

Теоретически, если характеристики не пересекаются, то выключатели можно считать селективными. На практике такое может быть справедливо только для выключателей одного производителя и то, следует пользоваться таблицами селективности. В них указывается либо полная селективность, либо граничный ток, до которого селективность гарантируется. При превышении последнего сработать может любой из выключателей, в случае определенного расстояния между выключателями (не в одном щитке) больше вероятность срабатывания выключателя с питающей стороны.
Ниже приведен пример такой таблицы для выключателей АВВ. Буква Т означает полную («тотальную») селективность, цифры — максимальный ток в килоамперах.

Также существуют селективные выключатели. Они срабатывают с задрежкой при коротком замыкании, давая возможность вначале сработать ниже расположенным выключателям. При достаточно большом токе, как и в примере выше, могут сработать раньше.

Плавкие предохранители и автоматические выключатели

Здесь ситуация в целом сложнее и может быть, в случае сравнительно больших токов, определена только по таблицам, вроде такой, с оборудованием от Siemens.

Здесь было приведена только часть таблицы, в которой сравниваются выключатели с характеристикой С (вертикальные числа) к плавким предохранителям производства Siemens.
Для пример так выглядят характеристики автомата С16А и плавкого предохранителя 40А от Siemens

Те же компоненты, но от АВВ

К сожалению источники — разные программы, потому не получилось сделать шкалу одинаковой для сравнения.

Но вот уже при 500 А без таблиц это никто гарантировать не сможет. Естественно, если в выше приведенном случае токи короткого замыкания в районе 160-300 А, то даже без таблиц ясно, что первым сработает выключатель.

Разные производители выключателей

Во всех вышеприведенных случаях возможно провести собственный анализ. Для этого необходимо найти графики токоограничения и пропускаемой энергии устройств. Сравнивая их можно сделать определенные предположения. К сожалению, для гарантированной совместимости выключатели должны идти с большим запасом. В этом проявляется одно из преимуществ плавких предохранителей — вышеупомянутое соотношение 1,6 дает гарантированную селективность в большинстве ситуаций.

Параметры для выбора

Ток потребления

В случае выключателей в домашнем использовании следует выбирать по номиналу или по рекомендации производителя оборудования. В любом случае следует помнить, что срабатывание по тепловой энергии зависит от температуры среды, в которой находится выключатель.

Сильно зависит от производителя. Для плавких предохранителей часто производитель указывает, что долговременно не более 90% от номинального тока.

Потому существуют дополнительные поправочные коэффициенты, которые учитывают как количество, так и расположение выключателей. При долговременной работе выключателей и предохранителей они греются и, соответственно, нагревают друг друга. Данные таблицы также следует брать по данным производителя.

Что происходит за этим периодом — никто не гарантирует. Кстати, не все знают, что обычные домашние розетки на 16А, вроде «шуко», тестируются максимальным током 16А только один час и при этом не должны быть горячее 70°C. Как вариант возможно использование промышленных розеток, там те же 16А, но они могут и на 6 и на 12 часов быть рассчитаны. Потому рекомендованной является долговременная нагрузка не более 13А.

В частности, внутренний блок кондиционера может иметь небольшой ток в нормальном режиме, 0,2-0,4А, но вот пусковые токи могут достигать 18-кратной величины. При выборе устройства не следует забывать, что у некоторых устройств бывают пусковые токи.

Дифференциальный ток

УДТ для большинства случаев достаточно 30 мА. Для влажных помещений в последнее время ставят 10 мА. Здесь все зависит от протяженности сети. Также можно установить селективный УДТ на питании щитка. Их чувствительность по току хуже (100 или 300 мА) и это больше вспомогательное устройство на случай отказа одного из нижестоящих. Главное — брать такой же или худший тип по свойствам, не допускается селективный УДТ с типом В перед типом А.

Токи короткого замыкания

Как определить токи короткого замыкания? Увы, только измерить. Даже в новом доме длина кабеля может отличатся от проектной, сопротивление кабеля подчиняется даже у лучшего производителя нормальному распределению, могут быть изменения на трансформаторной подстанции, потому даже оператор сетей может дать лишь приблизительные значения. Есть специальные приборы, которые служат для измерения однофазного тока короткого замыкания. Если на данный момент есть только щиток или точка подключения, то ток короткого до розетки можно высчитать простым законом Ома, хотя в идеале стоит попробовать измерение.

Здесь следует помнить, что для автоматического выключателя соответствующим нормам в данном случае является отключение тока больше, чем гарантированное время электромагнитного срабатывания (10 раз и более номинального тока для С-выключателя и 5 или более — для В-выключателей). В нормах предусматривается отключение короткого замыкания для TN-систем в течении 0,4 секунд и для ТТ-систем — в течении 0,2 секунд. А вот у плавких предохранителей эта величина определяется по характеристике временно-токовой.

Нужно ли отключать нейтраль

Здесь все зависит от того, в какой системе выполнено питание.

Система ТТ

Заземление выполнено у дома и защитный провод не имеет связи с питающей сетью. Трансформатор где-то там далеко имеет собственное заземление В таком случае отключение нейтрали обязательно, так как ее потенциал даже при симметричной нагрузке будет отличатся от потенциала здания.

Система TN

Вариант TN-C
Защитный проводник и нейтраль в одном кабеле. В этом случае отключение нейтрального провода (PEN в данном случае) запрещено, так как он выполняет защитную функцию.

Отключение N допустимо, но отключение PEN — нет. Вариант TN-C-S
В данном случае при вводе питания в дом PEN провод был разделен на N и PE. В случае непосредственной близости от подстанции такого может и не быть. Для выравнивания возможной разницы потенциалов PEN может иметь связь с заземлением здания.

Также допустимо отключение N. Вариант TN-S
В дом заведены отдельно N и PE.

Детали по установке УДТ

Естественно желание сэкономить и, например, установить один УДТ на несколько выключателей. Здесь важно учесть, что потом будет сложнее найти место срабатывания и токи утечки подключенного оборудования может превысить порог чувствительности устройства.

Однозначного ответа нет, чаще встречал на практике УДТ до выключателя или предохранителя, с появлением комбинированного устройства этот вопрос можно не учитывать. Темой обсуждений является порядок подключения — что ставить вначале, УДТ или выключатель/предохранитель?

Что важно помнить

Автоматические выключатели и плавкие предохранители служат для защиты линий и рассчитываются только до розетки. То, что будет включено позже не обязано ими защищаться.

Немного про провода

Провод должен выдерживать более высокие токи, чем защищающее его устройство. Так как сейчас существует огромное количество различных видов проводов, то при выборе следует ориентироваться на данные производителя касательно токов короткого замыкания и длительных токов, но есть пара моментов, о них дальше.

Казалось бы, бери хоть С-автомат на 16 А, там все равно самое позднее на 23,2 А отключит линию. В этих данных можно встретить красивые цифры, вроде допустимого длительного тока для провода с ПВХ изоляцией 3х1,5 мм² в 27 А. Если посмотреть на данные для прокладки в воздухе или трубе, то уже будет всего 19 А. Но эта величина для прокладке в стене или в земле. Например, если рядом находятся еще 2 других провода, которые одновременно загружены, то уже допустимый ток составит 13,3 А — здесь даже С-автомат на 10А использовать нельзя. А потом еще есть ряд коэффициентов, вроде наличия соседних проводов.

Для пересчета на другие величины (до 5 секунд) можно пользоваться следующей формулой:
Что же касается значений токов короткого замыкания, то как правило, дается ток, который выдерживается на время 1 секунда.

$ I_ = I_{1 sec}\cdot\sqrt{\frac{1 sec}{T2}}$

Интересные статьи

Цикл статей про заземление от arozhankov

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть