Проблематика
Стандартный электрический щиток что в квартире, что в частном доме содержит вводной автомат, после которого идут автоматы разных групп нагрузок. Очень часто при КЗ отключаются как автомат нагрузки, так и вводной автомат. При этом теряется смысл в большом количестве этих автоматов. Чтобы этого не происходило должна обеспечиваться селективность.
Селективность
У любого устройства защитного отключения есть время-токовая характеристика. Основная идея обеспечения селективности — это такое сочетание устройств с разными время-токовыми характеристиками, чтобы каждое из них срабатывало лишь в своей зоне защиты. Чем ближе устройство к нагрузке, тем быстрее и при меньшем токе оно должно срабатывать.
Устройства защитного отключения
Электрощит частного дома разделяют на щит учета и распределительный щит.
Щит учета: счетчик — рубильник — предохранитель — кабель
Распределительный щит: кабель — вводной автоматический выключатель — автоматический выключатель нагрузки.
Это конечно не исчерпывающий перечень. Могут добавляться реле напряжения, разрядник, УЗО или дифференциальные выключатели на «мокрые» группы нагрузки и т.п. У меня, например, вместо вводного автомата стоит дифференциальный («пожарный») выключатель на 100 мА.
Предохранитель
Почему на первом месте стоит предохранитель? Всё дело в его время-токовой характеристике.
На примере моего вводного предохранителя 25А (3 фазы 25А*220В=16.5 кВт) характеристики gG видим, что при токе 30А он сгорит через 2000 сек, т.е. 33 мин. При токе 100 А через 1 сек, при токе 200А через 0,05 сек, при токе 400А через 0,004 сек. Это его основное преимущество — он дает время для срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя, который устанавливается после него. Можно ли отказаться от предохранителя — да вполне, если это единый щит. Если же как у меня, имеется разделение на щит учета, расположенный на улице и щит внутри дома, то линию между ними лучше защитить предохранителем, причем с характеристикой aM.
Автоматический выключатель
Обычный автомат имеет электромагнитный и тепловой расцепители. Первый быстрый, второй медленный. С тепловым особо проблем нет, т.к. он рассчитан на перегрузки и область его работы близка к номинальному току.
Номинальный ток автоматических выключателей выбирается исходя из диаметра провода, который они защищают. Именно провод, а не нагрузку. Т.е. если от автомата отходит провод сечением 1.5кв.мм, то мы обязаны поставить автомат не выше 10А. Номинал вводного автомата часто выбирается исходя из ограничения выделенной мощности, хотя формально он обеспечивает защиту провода, которым выполнен монтаж внутри электрощита. Т.е. если вводной C25A, то монтаж щита нужно выполнять проводом не ниже 4кв.мм.
Если есть возможность, то лучше выполнить монтаж щита проводом большего сечения и установить вводной автомат на больший номинальный ток. Верхнее ограничение будет рассмотрено ниже.
Второй расцепитель — электромагнитный, рассчитан на ток короткого замыкания. Именно класс автомата показывает при какой кратности тока сработает этот расцепитель. Самый массовый и доступный класс — это класс С, который срабатывает при кратности тока 5-10. С ним без проблем работает вся двигательная и импульсная бытовая техника будь то холодильник, пылесос или перфоратор. Т.е. мой вводной дифференциальный выключатель C25A сработает при токе от 125 до 250 А за время 0,01 сек. Поэтому вводной предохранитель останется целым. Не сложно подсчитать, что если после вводного поставить выключатель группы нагрузки C16А, то его быстрый электромагнитный расцепитель сработает при токе 80-160А.
И тут начинается самое интересное
Внимательный читатель заметит, что области работы автоматов C25 и С16 пересекаются в зоне 125-160А. Если ток КЗ в розетке превысит 125 А, появляется шанс что сработают оба автомата. Тут всё зависит от конкретного экземпляра. При токе выше 160А второй автомат сработает гарантированно, а при токе 250 А сработают оба.
Для обеспечения селективности нам нужно развести время-токовые характеристики автоматов. Для этого есть несколько путей.
Применение автоматов разных классов
Самым очевидным решением было бы применение вводного автомата класса D. В случае D25 его ток срабатывания будет 250-500А. Как будет показано ниже, не во всяком щите возможно достижение тока 25*20*1,1=550А (ПТЭ 28.4). Следовательно, электромагнитный расцепитель может вообще не сработать. В этом случае быстрее сработает плавкий предохранитель, чем тепловой расцепитель автомата.
Другим вариантом станет замена автоматических выключателей групп нагрузки на класс B. Для B16 ток срабатывания 48-80А. Но тут возможны ложные срабатывания при использовании мощных двигательных нагрузок. Часто это строительные инструменты — пилы, перфораторы и т.п. Например, пила 2кВт имеет пусковой ток 63А. Если же ничего подобного в хозяйстве нет, то это хороший вариант.
В любом случае автоматы класса B и D часто значительно дороже C и их сложнее найти.
Подбор номинала по фактическому току КЗ
Массовый потребитель может и не догадываться, что его стандартный со всех сторон автомат С16 может не защищать его проводку на любимой даче. Всему виной коварное и мало кому приходящее в голову понятие — внешнее сопротивление источника питания. В длинных деревенских распределительных сетях с маленькими трансформаторами это сопротивление может быть таким большим, что не может обеспечить необходимый ток КЗ в 176А. Следовательно автомат будет работать лишь своим тепловым расцепителем с соответствующей задержкой. Отсюда и частые пожары в частном секторе.
Поэтому так важно определять фактический ток КЗ конкретно в вашем случае. Если ваш электрик не делает этого, то либо он прекрасно знает «местное» значение, либо халтурит. Кстати, в Европе измерение сопротивления фаза-ноль вместе с измерением сопротивления заземления входит в необходимый перечень чтобы ваш дом подключили к сети. Такой приборчик тут стоит несколько тысяч евро. Ну или за сотню из Китая. Суть измерения петли фаза-ноль (loop resistance) там простая. Внутри имеется мощное сопротивление около 10 Ом. Втыкаете два щупа в розетку, он измеряет напряжение на холостом ходу, далее на 30 мсек подключает нагрузку и измеряет падение напряжения которое пересчитывается в сопротивление.
Зная внешнее сопротивление легко вычислить Iкз = U/R. Зная ток КЗ можно подобрать номиналы автоматических выключателей. Основная идея тут — установить вводной выключатель максимально большого тока при котором он будет гарантированно срабатывать при КЗ в щитке. Внешнее сопротивление можно определить для каждой розетки и исходя из этого выбрать автомат, который гарантированно защитит данную группу нагрузки. При малых токах КЗ придется покупать автоматы группы B, при больших — увеличивать номинал вводного автомата вместе с сечением провода внутри щита. Важно понимать, что B16 сработает примерно при том же токе КЗ что и C10, поэтому если не планируется подключать на эту линию приборы мощностью более 2.5 кВт, то можно сэкономить.
Как определить ток КЗ в домашних условиях
Понадобится вольтметр, электрический чайник и калькулятор.
Идея. Измеряем напряжение до и после включения чайника в сеть. На основании измеренного падения напряжения и мощности подключаемого прибора высчитываем ток КЗ.
Чем больше мощность тем лучше. Если есть масляный обогреватель 3 кВт, или утюг 3.5 кВт то лучше их. На моем чайнике указана мощность 2000-2500 кВт, поэтому пришлось уточнить измерив его сопротивление — получил Rn=25,6 Ом. Измерил напряжение холостого хода Uxx = 225В. Включив чайник в розетку получил напряжение под нагрузкой Un = 221 В, т.е. падение напряжения 4 В. Чайник потребляет Pn = Un^2/Rn = 221*221/25,6=1907 Вт. Внешнее сопротивление Ri = (Uxx^2 — Un^2)/Pn = (225^2 — 221^2)/1907 = 0.935 Ом. Ток короткого замыкания Ik = Uxx/Ri = 225/0.935 = 240 A.
Пример выбора вводного автомата
Выше мы вяснили, что если сделать КЗ в моей розетке, то через автоматы потечет ток 240 А. Для С25 кратность будет 10х, для С16 — 15х, для С10 — 24х. Время срабатывания между 0,01 и 0,005 сек. Это гарантированно отключит как вводной С25, так и нагрузочный автомат С16 и тем более С10. Чтобы вводной гарантированно не отключился нужно чтобы его кратность не превышала 5. Отсюда номинал должен быть 240 / 5 = 48 А. Даже если выбрать автомат 40А нужно проверить, что ток КЗ в самом щитке будет не меньше 40*10*1.1=440 А, а время работы будет меньше времени предохранителя. Кратность тока будет на грани 240/40=6, т.е. всё зависит от конкретного экземпляра и случая, хотя вероятность обеспечения селективности выше среднего. Увы, но мой 25 А предохранитель при токе 440 А сгорит за 0,004 сек. Поэтому максимум что можно поставить на вводной — это С32. Тогда ток КЗ в щитке должен быть на уровне 352 А и выше, а работа автомата быстрее 0,025 сек иначе скорее перегорит предохранитель. В нашем случае по характеристике видим, что автомат С32 должен сработать не более чем за 0,02 сек. что обеспечит селективность с предохранителем в щите учета. Но кратность тока 240/32=7.5 больше пяти, т.е. он сработает вместе с выключателем нагрузки С16 не обеспечив селективность при КЗ в розетке.
Неутешительные выводы
Имеем вводной предохранитель 25А. Определили ток КЗ в розетке на уровне 240 А. Ток КЗ в щитке 350 А. Устанавливаем вводной автомат С32, а на розетку С16. При этом вводной автомат имеет зону срабатывания 160-320 А, а нагрузочный зону 80-160 А. Зоны не пересекаются, но являются смежными а ток КЗ в розетке входит в зону срабатывания вводного автомата, поэтому селективность не обеспечена. Можно заменить нагрузочные автоматы С16 на B16-В20 чтобы увеличить разрыв и войти в зону ускорения на кривой, но там всё равно будет маленькая разница по времени. Селективность будет обеспечиваться только при малых токах КЗ, а автоматы могут срабатывать от мощной двигательной нагрузки.
Еще один неочевидный вывод — сечение провода между щитом учета и распределительным щитом должно быть достаточно большим чтобы обеспечить необходимый уровень тока КЗ. Это в целом касается всей проводки от дома до силового трансформатора.
Короче говоря
При моих вводных 240А тока КЗ в розетке и 350А в распределительном щите я не могу обеспечить одновременно и селективность и защиту на участке от ввода в распределительный щит до розетки при установке вводного автоматического выключателя. С40 не будет срабатывать при КЗ в щите, а С32 будет срабатывать при КЗ в розетке. D32 не отвечает требованиям ПТЭ 28.4. А значит смысла в автомате на вводе нет — он только мешает.
Отсюда вывод. Самый простой, дешевый и надежный способ обеспечения селективности в большинстве случаев — отказаться от вводного автоматического выключателя в распределительном щите. Получаем схему вида: счетчик -> рубильник -> предохранитель -> кабель между щитом учета и распределительным щитом -> пожарное УЗО тип А (он же вводной рубильник распределительного щита) -> автоматические выключатели нагрузки. Естественно, если есть место и желание, то можно поставить ещё рубильник, УЗИП или реле напряжения на вводе, УЗО на мокрые зоны. Предохранители в щите учета будут гореть только в случае отказа автомата нагрузки, в случае КЗ в кабеле или распределительном щите. Это вполне разумный выбор если мы не хотим чтобы от КЗ в любой розетке отключался весь щит.
Последнее обновление 02.11.2023 в 13:05