От правильного выбора защитного устройства и сечения проводников зависит не только надежная работа подключенных электропотребителей. Ошибки, допущенные на этом этапе, могут привести к очень серьезным проблемам, вплоть до пожара.

Выбор автоматического выключателя для защиты кабеля от перегрева - очень сложный и неоднозначный вопрос. Как автоматический выключатель защитит кабель от перегрева? Очень просто - он не позволит пользователю увеличить ток нагрузки выше допустимого уровня. Цель данной статьи - перейти от витиеватых формулировок к конкретным цифрам и методологии выбора кабеля и автоматического выключателя.

Зачем это нужно? - спросят некоторые читатели. Ведь таблиц в Интернете предостаточно! Дело в том, что, несмотря на обилие (переизбыток) информации, споры не утихают. Классический пример: многие электрики "старой закалки" утверждают, что автомата с номиналом 25 А вполне достаточно для защиты электропроводки, выполненной кабелем с сечением жилы 2,5 мм. Другие утверждают, что так делать нельзя, и максимум в этом случае - 16 А. Где же истина? Как раз на этом примере и рассмотрим данную тему.

Нелегко разобраться в таком обилии информации, тем более что многие факторы обычно не учитываются:

• тип прокладки;
• тип кабеля;
• максимально допустимая температура кабеля;
• время-токовые характеристики автомата;
• особенности нагрузки.
  

Чтобы разобраться в такой сложной теме, необходимо использовать нормативно-техническую документацию (НТД). Иначе мы так и останемся на уровне "так написано в интернете" и "один блогер сказал".

В этой статье мы будем использовать именно такие документы:

1. ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Электроустановки низковольтные. Требования безопасности. Защита от сверхтоков.
2. ГОСТ Р 50571.5.52-2011. Электроустановки низковольтные. Выбор и установка электрооборудования. Электропроводка.
3. ГОСТ 30331.5-95. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования безопасности. Защита от сверхтоков.
4. ГОСТ 31996-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия.
5. ГОСТ 31565-2012. Кабельная продукция. Требования пожарной безопасности.
6. ГОСТ IEC 60898-1-2020. Малогабаритные электрические приборы. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков для бытовых и аналогичных целей.
7. СПП 256.1325800.2016. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа.
   

И, конечно, ПУЭ-7 - куда же без "библии электрика"?

Я не буду дословно цитировать параграфы и разделы НТД. Я лишь укажу на абзац и перескажу его своими словами. Кому это нужно - все документы являются общественным достоянием!

Чтобы статья не разрасталась до огромных размеров, я предлагаю ограничиться следующими исходными данными:

Мы говорим о:

• стационарная проводка с использованием "одножильных" кабелей в жилых домах;
• метод монтажа "многожильный кабель в воздухе";
• кабель с типом исполнения "нг-LS", который должен применяться в жилых зданиях по классу пожарной опасности (ГОСТ 31565-2012, табл. 2);
• сети розеточных групп;
• Фазное напряжение 220 В и фазные провода;
• "бытовые" модульные автоматические выключатели (ГОСТ IEC 60898-1-2020);
• соединения между жилами выполнены идеально. С технической точки зрения переходным сопротивлением можно пренебречь;

Мы не говорим об этом:

• важный аспект выбора сечения, такой как потеря напряжения;
• Мы не рассматриваем особенности работы автоматического выключателя в условиях короткого замыкания. О коротком замыкании, время-токовых характеристиках и селективности я рассказывал, например, в статье об использовании автоматических выключателей с характеристикой "В".

Предупреждаю - это будет сложно. Но любая "сложность" состоит из нескольких простых вещей, объединенных в систему. Поехали!

Важное предисловие о минимальном сечении кабеля

Некоторые электрики считают, что сечение токопроводящей жилы (ППЖ) зависит только от мощности нагрузки:

• "Я буду включать елочную гирлянду в эту розетку только раз в год, так что 2×0,75 SWWP 2×0,75 здесь будет вполне достаточно!".
• "А у меня в коридоре есть розетка для маршрутизатора, я подключил к ней самый тонкий провод, который смог найти, и она работает уже 10 лет без проблем!".

Они даже не задумываются о номинале автоматического выключателя.

Такой подход не только неверен, но и преступен! Дело даже не в установке правильного автоматического выключателя, а в том, что минимальная площадь сечения медного кабеля не зависит от мощности нагрузки. Даже если вы клянетесь, что в этой розетке никогда не будет ничего мощнее зарядного устройства для телефона, минимальное сечение медных проводников определено в СП 256.1325800.2016. Оно не зависит ни от автоматического выключателя, ни от тока нагрузки и равно 2,5 мм.

Для осветительных сетей минимальное сечение жилы кабеля составляет 1,5 мм.

В СП 256.1325800.2016 (п. 12.6) указано, что сечение выбирается исходя из расчетного тока нагрузки и зависит от способа монтажа. В реальной квартирной проводке выбор сечений для розеточных линий невелик - в 99% реальное сечение равно минимальному, то есть 2,5 мм. Ведь мощность стандартной розетки составляет всего 16 А, и нет смысла использовать сечение 4 мм и более. Только если речь не идет о мощных розетках для стационарных приборов, таких как калориферы или электроплиты. Но в этих случаях розетки часто не используются, а кабель подключается непосредственно к клеммам.

Кабель всегда должен быть "самым сильным звеном" в любой электроустановке.

Что защищает автоматический выключатель?

Давайте сначала разберемся, что именно защищает автоматический выключатель - кабель, розетки или электроприборы? Обратимся к ГОСТ Р 50571.4.43. В п. 430.1 указано, что защита рабочих проводников при перегрузках и коротких замыканиях осуществляется аппаратами защиты от сверхтоков. При этом устройства защиты проводников не обязательно защищают оборудование, подключенное к проводникам. Защита осуществляется с помощью автоматического отключения. Об этом говорится в ГОСТ 30331.5-95 (п. 431).

Вывод: Автоматический выключатель в первую очередь защищает кабель. То, что подключается после кабеля - розетки, удлинители, елочные гирлянды - тоже должно быть защищено, но во вторую очередь. Степень защиты зависит только от желания дизайнера.

С другой стороны, в п. 3.1.4 ПУЭ-7 говорится, что номинал автоматического выключателя должен быть выбран как можно меньшим с точки зрения расчетного или номинального тока нагрузки.

Иными словами, номинальный ток АВ должен быть выше номинального тока нагрузки. То есть, если вы уверены, что 200 Вт на данной линии - максимум, никто не запрещает вам поставить на нее автоматический выключатель 1 А. Такой автоматический выключатель прекрасно защитит розетку, а также гирлянду и настольную лампу, но наш кабель (не забывайте, минимальное сечение жилы розеточного кабеля - 2,5 мм) не реализует весь свой потенциал. Хотя от сверхтоков он будет защищен на 1000%.

Стоит ли покупать мощный джип, чтобы ездить на нем только по идеальным городским улицам со скоростью 5 км/ч?

В СП 256.1325800.2016 (стр. 12.6) о двух сторонах этой медали говорится примерно следующее: " Сечение кабеля TPZ должно выбираться исходя из тока нагрузки, также следует учитывать способ прокладки и потери напряжения. Номинал автоматического выключателя должен быть выбран исходя из допустимого тока кабеля. Который, в свою очередь, зависит от сечения ".

Давайте углубимся в эту тему.

Можно ли установить автоматический выключатель на 25 А для защиты кабеля 2,5 мм?

Давайте сузим круг наших исследований и рассмотрим практический вопрос: как правильно защитить кабель сечением 2,5 мм? Какой номинал автоматического выключателя с ним справится и при каких условиях?

Предположим, что мы определили, что расчетный ток в линии не превышает 25 А. Для защиты выбираем автоматический выключатель с номиналом 25 А (ПУЭ-7, 3.1.4). А как быть с кабелем, какое сечение здесь подойдет?

Предположим, что у нас есть линия, выполненная кабелем ВВГнг-LS с ПВХ-изоляцией сечением 3×2,5 мм. В ГОСТ 31996-2012 в таблице для этого сечения мы определяем длительно допустимый ток (допустимую токовую нагрузку). Он составит 27 А для самых суровых условий прокладки - на воздухе.

Далее обратимся к таблице, где указаны максимальные температуры нагрева жил кабеля.

Режим перегрузки для кабелей, проложенных в воздухе, - это режим, при котором допустимая токовая нагрузка умножается на коэффициент 1,16 (ГОСТ 31996-2012, п.10.9).

То есть кабель может быть перегружен только на 16 %. При превышении этого значения изоляция кабеля быстро стареет (накапливает необратимые негативные изменения) по таким причинам, как:

• Термо

  Диэлектрические свойства будут ухудшаться из-за ускорения химических реакций.

• Механические

  Из-за усталости материала неизбежно появляются трещины.

• Химические

  Это происходит за счет реакций окисления.

Определяем, что в нашем случае длительно допустимая температура жил кабеля (при токе 27 А) составит 70 °С, а в режиме перегрузки (при токе 27×1,16=31,3 А) эта температура составит 90 °С.

Давайте запомним эту информацию и перейдем к вопросу соответствия тока нагрузки, допустимого тока кабеля и номинального тока автоматического выключателя.

Необходимость согласованности между автоматическим выключателем и проводником

Как согласовать токовую нагрузку кабеля и номинал автоматического выключателя? Поставим вопрос более прямо: если длительно допустимый ток кабеля составляет 27 А, сможет ли автоматический выключатель с номиналом 25 А защитить его от перегрева? Для этого давайте углубимся в документацию. В ГОСТ 30331.5-95 в пункте 433.2 есть требование к координации (согласованности) проводников и устройств защиты от перегрузки. В частности, там сказано, что рабочие характеристики устройства защиты должны удовлетворять следующим условиям.

• Во-первых, номинальный (рабочий) ток цепи (I _{c )} должен быть меньше или равен номинальному току защитного устройства (I _{n )} , который, в свою очередь, должен быть меньше или равен длительно допустимому току кабеля (I _{z ):} I _c ≤ I _n ≤ I _{z .}
• Во-вторых, ток, при котором автоматический выключатель гарантированно отключается в течение определенного времени (I2), должен быть меньше или равен длительно допустимому току кабеля (Iz), умноженному на коэффициент 1,45: I2 ≤ 1,45 I _{z .}
• Но из ГОСТ IEC 60898-1-2020 (таблица 7) мы знаем, что ток I2 называется условным током отключения, при котором автоматический выключатель обязан сработать менее чем за час. То есть I2=1,45 I _{н .}
• Соответственно, подставив это значение в приведенную выше формулу, получаем: I _n ≤ I _{z .}

То есть, что удивительно, коэффициент перегрузки кабеля и коэффициент номинального тока автоматического выключателя оказались равны 1,45 и взаимно уменьшились. Совпадение? Не знаю. Но из этого следует, что кабель, у которого длительно допустимый ток не больше номинала автоматического выключателя, при перегрузке 45 % будет обесточен менее чем за 1 час. Получается, что при токе 1,45×25 = 36,2 А наш 2,5-миллиметровый кабель с "номиналом" 27 А будет обесточен менее чем за час, если защитить его автоматическим выключателем на 25 А. Хорошо это или плохо?

Все не так просто. Помните, мы выяснили, что кабель начинает необратимо стареть в режиме перегрузки, когда ток превышает номинальный I _{z на} 16 %, а температура поднимается до 90 °C? Это означает, что ток может превышать номинальный на 45 % вместо допустимых 16 % в течение почти целого часа! Логичный вывод: за это время кабель нагреется более чем на 90 °C, что приведет к преждевременному старению и деградации.

Это все равно что заставить нас работать по 12 часов без выходных. Как долго мы продержимся?

Наш вывод подтверждается примечанием к вышеуказанному пункту 433.2 ГОСТ 30331.5-95:"Защита в соответствии с настоящим пунктом не обеспечивает полной защиты в некоторых случаях, например, от длительных сверхтоков, меньших по величине, чем I2. Предполагается, что электрическая сеть спроектирована таким образом, что небольшие сверхтоки большой длительности будут возникать редко".

Последнее предложение я считаю неуместным в серьезной литературе (например, в ГОСТе) из-за его расплывчатости. "Незначительные" перегрузки - это на 1 или 16 или 45%? "Большая" продолжительность - более часа или более суток? "Нечастые" - это раз в сутки или раз в год?

Однако такой вывод можно сделать и в случае бытовой сети, где количество и мощность подключенных приборов неизвестны: определенная комбинация нагрузок, подключенных к данной линии, может привести к перегрузке по току, что может вызвать недопустимую перегрузку и перегрев кабеля.

Мы продолжаем искать подтверждение нашему выводу. В ГОСТ 50571.4.43-2012 в пункте 433.1 мы можем найти формулы, рассмотренные выше. Но в примечании 1 есть замечательная фраза: " Если защита в соответствии с настоящим пунктом может не обеспечить защиту в определенных случаях, например, от длительного сверхтока менее I _{2 ,} то в этих случаях следует рассмотреть возможность выбора кабеля с большей площадью поперечного сечения ".

Примечание: мы не можем уменьшить номинал автоматического выключателя (In), поскольку он ограничен снизу номинальным током нагрузки (I _in ). Единственный выход - увеличить площадь поперечного сечения кабеля.

Можно ограничить мощность потребителей, подключенных к розеткам (помните пример с елочными гирляндами, который я приводил в начале статьи?). Но для этого нужно круглосуточно стоять на страже у розетки. И все равно нельзя дать 100-процентную гарантию, что рано или поздно ток в этой линии выйдет за допустимые пределы.

Только сотрудники отдела продаж могут дать 100% гарантию.

Стопроцентно гарантированным вариантом предотвращения перегрузки кабеля является уменьшение тока автоматического выключателя. Точнее, выбрать автоматический выключатель с другим номинальным током. В нашем случае вместо 25 А выберите 20 или 16 А.

Расписание

Многословие утомляет некоторых читателей, поэтому я приведу график, основанный на вышесказанном. Идея графика не моя - она приведена в ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

На графике показана точка 31,3 А - при таком токе изоляция кабеля неизбежно стареет. И чем выше ток, тем быстрее это произойдет. Другая точка - 36,2 А показывает, где автомат сработает менее чем за 1 час. В этом интервале значений тока (отмечен красным сегментом около 5 ампер) защита кабеля не будет обеспечена. Это и требовалось доказать.

Таблица допустимых номиналов автоматических выключателей

Я составил таблицу, которая поможет вам лучше сориентироваться в вопросе защиты кабеля. Таблица составлена для трех наиболее популярных сечений.

Я объясняю, как пользоваться таблицей на примере кабеля сечением 2,5. Как и на схеме, красным цветом выделен интервал (почти 5 А), в котором кабель не будет защищен. Если же выбрать АВ номиналом 20 или 16 А, то интервал будет "отрицательной длины" (выделен зеленым цветом). Это означает, что защита кабеля обязательно произойдет.

Для сечений 1,5 мм подходят автоматические выключатели до 16 A. Для 4 мм максимальный автоматический выключатель составляет 25 A.

Что еще нужно учитывать при выборе кабеля и автоматического выключателя?

На выбор сечения кабеля и номинала автоматического выключателя, помимо вышеперечисленных, влияет множество факторов. Я перечислю их в одном списке, поскольку они тесно взаимосвязаны.

Потери напряжения в кабеле

Особенно важно учитывать это при прокладке длинных линий. Например, если необходимо подключить розетку на расстоянии 100 м, придется использовать кабель с сечением не менее 4 мм2. Но тогда необходимо выбирать номинал АВ, ориентируясь на ток нагрузки (обычно 16 А) и низкий ток короткого замыкания в конце линии.

Ток короткого замыкания

Если он имеет низкое значение, отключение по току может происходить очень долго или не происходить вообще. Чтобы все работало как надо, нужно либо увеличить сечение кабеля, либо уменьшить номинал и "букву" АВ. Подробно я рассматривал эту тему в статье "Ток короткого замыкания: размер имеет значение!".

Ток нагрузки

Прежде всего, нагрузкой для кабеля является розетка. И, как я уже говорил, вы можете сосредоточиться на самом слабом звене цепи - розетке или том, что будет к ней подключено. Поэтому установка автоматического выключателя на линии в соответствии с номиналом розетки считается хорошей электротехникой.

Подключение освещения

То же самое, что и в предыдущем пункте - если люстра или группа светильников потребляет ток менее 1 А, то какой смысл ставить на эту линию освещения с кабелем 1,5 мм автоматический выключатель номиналом 16 А? Вполне достаточно 6 или 4 А.

Пусковые токи

Светодиодные светильники имеют высокий пусковой ток, это необходимо знать при выборе номинала АВ. В особо тяжелых случаях необходимо учитывать характеристику отключения АВ или разделить нагрузку на несколько линий.

Способ укладки

Если вы хотите погрузиться в море способов прокладки проводов и соответствующих коэффициентов тока, пожалуйста: ГОСТ Р 50571.5.52-2011, Приложение Б, В. Также см. ПУЭ-7, гл. 1.3.

Температура окружающей среды

Нагрев АВ и кабелей от внешних источников тепла учитывается с помощью поправочных коэффициентов, которые можно найти у производителей и в ГОСТах. При нагреве номинальный ток АВ и допустимый ток кабеля уменьшаются. При охлаждении - наоборот. Например, при -5 °С кабель сечением 2,5 мм может пропускать ток до 50 А (соответственно, выбирается автоматический выключатель).

Групповая установка автоматов

Механизм тот же, что и в предыдущем пункте - если установить рядом много автоматических выключателей, они будут взаимно нагревать друг друга, и их номинальные токи уменьшатся. То есть график VTX сместится влево.

Запасы

Надежность и безопасность имеют первостепенное значение. Никогда нельзя надеяться на то, что кабель и автоматические выключатели, а также условия окружающей среды и монтажа будут такими, какими они являются в теории. Если что-то плохое может случиться, оно случится. И в наших силах снизить вероятность негативных событий всеми разумными способами.

Заключение

Можно взять готовые решения по выбору сечения кабеля и номиналов автоматических выключателей и следовать проверенному плану. Но всегда нужно знать, на чем основаны эти решения. И знать, где искать ответ на нестандартные задачи.

Надеюсь, я заставил вас задуматься о принципах защиты кабеля. Теперь вы знаете, что ответить на вопрос: "Можно ли защитить кабель с сечением жилы 2,5 мм автоматическим выключателем на 25 А?". невозможно дать однозначный ответ "да" или "нет".

Другие новости по теме

Еще