Keuze van de automaat op basis van vermogen, kabeldoorsnede en stroom: principes en formules voor berekeningen

Om een storingsvrije werking van de huishoudelijke elektriciteitsvoorziening te realiseren, is het noodzakelijk om aparte vertakkingen te creëren. Elke lijn moet worden uitgerust met een eigen beveiligingsapparaat dat de kabelisolatie beschermt tegen smelten. Maar niet iedereen weet welk apparaat men moet aanschaffen. Bent u het eens?

Alles over de keuze van automaten op basis van belastingsvermogen leert u uit het door ons gepresenteerde artikel. Wij leggen uit hoe u de nominale waarde bepaalt voor het vinden van de schakelaar van de vereiste klasse. Het opvolgen van onze aanbevelingen garandeert de aanschaf van de benodigde apparaten die dreigende situaties bij het gebruik van de bedrading kunnen uitsluiten.

Automatische schakelaars voor huishoudelijke netwerken

Elektriciteitsleverende bedrijven verzorgen de aansluiting van huizen en appartementen door werkzaamheden uit te voeren voor het aanleggen van de kabel naar de verdeelkast. Alle werkzaamheden voor de installatie van de bedrading in de ruimte worden uitgevoerd door de eigenaren of door ingehuurde specialisten.

Om een automaat te kiezen voor de beveiliging van elke afzonderlijke circuit, is het noodzakelijk om de nominale waarde, de klasse en enkele andere kenmerken te kennen.

Belangrijkste parameters en classificatie

Huishoudelijke automaten worden geïnstalleerd aan de ingang van een laagspannings elektrisch circuit en zijn bedoeld voor het oplossen van de volgende taken:

• handmatige of elektronische inschakeling of uitschakeling van het elektrische circuit;
• beveiliging van het circuit: uitschakeling van de stroom bij geringe langdurige overbelasting;
• beveiliging van het circuit: onmiddellijke uitschakeling van de stroom bij kortsluiting.

Elke schakelaar heeft een karakteristiek, uitgedrukt in ampère, die de nominale stroomsterkte (I_n) of “nominaal” wordt genoemd.

De essentie van deze waarde is eenvoudiger te begrijpen door gebruik te maken van de overschrijdingscoëfficiënt van de nominale waarde:

K = I / I_n,

waarbij I de werkelijke stroomsterkte is.

• K < 1.13: uitschakeling (ontkoppeling) vindt niet plaats binnen 1 uur;
• K > 1.45: uitschakeling vindt plaats binnen 1 uur.

Deze parameters zijn vastgelegd in par. 8.6.2. GOST R 50345-2010. Om te weten binnen welke tijd de uitschakeling plaatsvindt bij K>1.45, moet u gebruik maken van de grafiek die de tijd-stroomkarakteristiek van het specifieke model van de automaat weergeeft.

Bij langdurige overschrijding van de nominale stroom met een factor 2, zal de uitschakeling plaatsvinden in een periode van 8 seconden tot 4 minuten. De reactiesnelheid hangt af van de instelling van het model en de omgevingstemperatuur.

Ook heeft elk type automatische schakelaar een bepaald stroombereik (I_a) waarbij het mechanisme voor onmiddellijke uitschakeling activeert:

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

Apparaten van type “B” worden voornamelijk gebruikt voor leidingen met een aanzienlijke lengte. In woon- en kantoorruimtes worden automaten van klasse “C” gebruikt, en apparaten met de markering “D” beschermen circuits waar apparatuur met een hoge aanloopstroomfactor aanwezig is.

De standaardreeks huishoudelijke automaten omvat apparaten met nominale waarden van 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 en 63 A.

Constructie van de uitschakelaars

In de moderne automatische schakelaar zijn twee soorten uitschakelaars aanwezig: thermisch en elektromagnetisch.

De bimetalen uitschakelaar heeft de vorm van een plaat, vervaardigd uit twee stroomgeleidende metalen met verschillende thermische uitzetting. Deze constructie leidt bij langdurige overschrijding van de nominale stroom tot verhitting van het onderdeel, buiging ervan en activering van het mechanisme voor het verbreken van de stroomkring.

Bij sommige automaten kan met behulp van een stelschroef de stroomparameter worden gewijzigd waarbij uitschakeling plaatsvindt. Vroeger werd deze techniek vaak toegepast voor de “nauwkeurige” afstelling van het apparaat, maar deze procedure vereist diepgaande specialistische kennis en het uitvoeren van meerdere tests.

Door de stelschroef (gemarkeerd met een rode rechthoek) tegen de klok in te draaien, kan een langere uitschakeltijd van de thermische uitschakelaar worden bereikt.

Tegenwoordig zijn er op de markt veel modellen van standaard nominale waarden van verschillende fabrikanten te vinden, waarvan de tijdstroomkarakteristieken enigszins verschillen (maar die wel voldoen aan de normatieve eisen). Daarom is het mogelijk een automaat te kiezen met de gewenste “fabrieksinstellingen”, wat het risico op verkeerde kalibratie uitsluit.

De elektromagnetische uitschakelaar voorkomt oververhitting van de leiding als gevolg van een kortsluiting. Hij reageert vrijwel onmiddellijk, maar de stroomsterkte moet dan meerdere malen de nominale waarde overschrijden. Constructief is dit onderdeel een solenoïde. Overstroom genereert een magnetisch veld dat de kern verschuift, die de stroomkring verbreekt.

Naleving van de principes van selectiviteit

Bij aanwezigheid van een vertakte elektrische stroomkring kan de beveiliging zo worden georganiseerd dat bij kortsluiting alleen die tak wordt uitgeschakeld waar de storing is opgetreden. Hiervoor wordt het principe van selectiviteit van schakelaars toegepast.

Een duidelijke schema die het werkingsprincipe toont van een systeem van automatische schakelaars met de functie van selectiviteit (selectief uitschakelen) bij kortsluiting.

Om selectieve uitschakeling te waarborgen, worden op de lagere treden automaten met onmiddellijke uitschakeling geïnstalleerd, die de stroomkring in 0,02 tot 0,2 seconden verbreken. De schakelaar op de hogere trede heeft ofwel een vertraging van 0,25 tot 0,6 seconden of is uitgevoerd volgens een speciale “selectieve” schakeling conform de norm DIN VDE 0641-21.

Voor een gegarandeerde selectieve werking van automaten kunt u het beste automaten van dezelfde fabrikant gebruiken. Voor schakelaars van dezelfde modellijn bestaan er selectiviteitstabellen die de mogelijke combinaties aangeven.

Eenvoudigste installatieregels

Het gedeelte van de stroomkring dat door een schakelaar moet worden beveiligd, kan eenfasig of driefasig zijn, een neutrale draad hebben en ook een PE-draad (“aarde”). Daarom hebben automaten 1 tot 4 polen, waaraan de stroomvoerende ader wordt aangesloten. Wanneer de omstandigheden voor uitschakeling optreden, worden alle contacten gelijktijdig geopend.

Automaten worden in de meterkast bevestigd op een speciaal daarvoor bestemde DIN-rail. Deze zorgt voor compactheid en veiligheid van de aansluiting, evenals gemakkelijke toegang tot de schakelaar.

Automaten worden als volgt geïnstalleerd:

• eenpolig op de fase;
• tweepolig op fase en nul;
• driepolig op 3 fasen;
• vierpolig op 3 fasen en nul.

Hierbij is het volgende verboden:

• eenpolige automaten op de nul installeren;
• de PE-draad in de automaat aansluiten;
• in plaats van één driepolige automaat drie eenpolige installeren, als er ten minste één driefasige verbruiker op de stroomkring is aangesloten.

Al deze vereisten staan in de PUE en moeten worden nageleefd.

In elk huis of elke ruimte waar elektriciteit is aangesloten, wordt een hoofdschakelaar geïnstalleerd. De nominale stroom wordt bepaald door de leverancier en deze waarde staat in het contract voor de elektriciteitsaansluiting. Het doel van deze schakelaar is de bescherming van het gedeelte van de transformator tot de verbruiker.

Na de ingangsautomaat wordt op de lijn een meter (een- of driefasig) en een aardlekschakelaar aangesloten, waarvan de functies verschillen van die van de automatische en differentiële schakelaar.

Als in de ruimte de bedrading over meerdere circuits is verdeeld, dan wordt elk circuit beveiligd met een eigen automaat, waarvan het vermogen op de markering is aangegeven. Hun nominale waarden en klassen worden bepaald door de eigenaar van de ruimte, rekening houdend met de bestaande bedrading of het vermogen van de aan te sluiten apparaten.

De energiemeter en automatische schakelaars worden geïnstalleerd in de verdeelkast, die aan alle veiligheidseisen voldoet en gemakkelijk in het interieur van de ruimte kan worden ingepast.

Bij het kiezen van de locatie voor het plaatsen van de verdeelkast moet u er rekening mee houden dat de eigenschappen van de thermische uitschakelaar worden beïnvloed door de luchttemperatuur. Daarom is het raadzaam om de rail met automaten in de ruimte zelf te plaatsen.

Berekening van de benodigde nominale waarde

De primaire beschermingsfunctie van de automatische schakelaar heeft betrekking op de bedrading, daarom wordt de nominale waarde geselecteerd op basis van de kabeldoorsnede. Het hele circuit moet de normale werking van de aangesloten apparaten garanderen. Het berekenen van de systeemparameters is niet ingewikkeld, maar er moet rekening worden gehouden met veel nuances om fouten en problemen te voorkomen.

Bepaling van het totale vermogen van de verbruikers

Een van de belangrijkste parameters van een elektrisch circuit is het maximaal mogelijke vermogen van de aangesloten elektriciteitsverbruikers. Bij de berekening van deze indicator kunt u niet eenvoudigweg de nominale gegevens van de apparaten optellen.

Actieve en nominale component

Voor elk apparaat dat op elektriciteit werkt, is de fabrikant verplicht het actieve vermogen (P) te vermelden. Deze waarde bepaalt de hoeveelheid energie die onherroepelijk wordt omgezet als resultaat van de werking van het apparaat en waarvoor u via de meter betaalt.

Maar voor apparaten met condensatoren of inductiespoelen is er nog een vermogen met een niet-nulwaarde, dat reactief vermogen (Q) wordt genoemd. Het bereikt het apparaat en keert bijna onmiddellijk terug.

Het reactieve component neemt niet deel aan de berekening van de gebruikte elektriciteit, maar vormt samen met het actieve component het zogenaamde “schijnbare” of “nominale” vermogen (S), dat de belasting op het circuit geeft.

cos(f) is een parameter waarmee u het schijnbare (nominale) vermogen kunt bepalen op basis van het actieve (verbruikte) vermogen. Als het niet gelijk is aan één, wordt het vermeld in de technische documentatie van het elektrische apparaat.

De bijdrage van een afzonderlijk apparaat aan de totale belasting van de stroomvoerende aders en de automaat moet worden berekend op basis van het schijnbare vermogen: S = P / cos(f).

Verhoogde startstromen

Een volgend kenmerk van sommige typen huishoudelijke apparaten is de aanwezigheid van transformatoren, elektromotoren of compressoren. Dergelijke apparaten verbruiken bij het beginnen van de werking een aanloopstroom (startstroom).

De waarde ervan kan meerdere malen hoger zijn dan de standaardwaarden, maar de werktijd op verhoogd vermogen is kort en bedraagt gewoonlijk 0,1 tot 3 seconden. Een dergelijke kortstondige piek leidt niet tot het aanspreken van de thermische beveiliging, maar de elektromagnetische component van de schakelaar, die verantwoordelijk is voor overstroom bij kortsluiting, kan reageren.

Deze situatie is met name relevant voor speciale leidingen waarop apparatuur zoals houtbewerkingsmachines wordt aangesloten. In dit geval moet u het amperage berekenen en is het wellicht zinvol een automaat van klasse “D” te gebruiken.

Vraagfactor in aanmerking nemen

Voor circuits waaraan een groot aantal apparaten is aangesloten en er geen apparaat is dat het grootste deel van de stroom verbruikt, wordt de vraagfactor (ks) gebruikt. De betekenis van het gebruik ervan is dat niet alle apparaten tegelijkertijd zullen werken, zodat het optellen van de nominale vermogens tot een overschatte waarde leidt.

De vraagfactor voor groepen elektriciteitsverbruikers is vastgesteld in punt 7 van SP 256.1325800.2016. Op deze waarden kan men vertrouwen bij de eigen berekening van het maximale vermogen.

Deze factor kan een waarde aannemen gelijk aan of kleiner dan één. De berekening van het rekenvermogen (P_r) van elk apparaat gebeurt volgens de formule:

P_r = ks * S

Het totale rekenvermogen van alle apparaten wordt gebruikt voor het berekenen van de circuitparameters. Het gebruik van de vraagfactor is geschikt voor kantoren en kleine winkelruimten met een groot aantal computers, kantoorapparatuur en andere apparatuur die vanuit één circuit wordt gevoed.

Voor leidingen met een klein aantal verbruikers wordt deze factor niet in zuivere vorm toegepast. Uit de vermogensberekening worden die apparaten verwijderd waarvan de gelijktijdige inschakeling met meer energie-intensieve apparaten onwaarschijnlijk is.

Zo is er bijvoorbeeld weinig kans op gelijktijdig gebruik in een woonkamer van een strijkijzer en een stofzuiger. En voor werkplaatsen met een klein aantal personeel worden slechts de 2-4 krachtigste elektrische gereedschappen in de berekening meegenomen.

Berekening van de stroomsterkte

De keuze van de automaat wordt gemaakt op basis van de maximale stroomsterkte die in het circuitgedeelte is toegestaan. Het is noodzakelijk deze waarde te verkrijgen, wetende het totale vermogen van de elektriciteitsverbruikers en de netspanning.

Volgens GOST 29322-2014 moet de spanning vanaf oktober 2015 230 V zijn voor een normaal net en 400 V voor een driefasig net. In de meeste gevallen zijn echter nog steeds de oude parameters van kracht: respectievelijk 220 en 380 V. Daarom is het voor de nauwkeurigheid van de berekeningen noodzakelijk metingen uit te voeren met behulp van een voltmeter.

Om de spanning in het huisnetwerk te meten, kunt u een voltmeter of multimeter gebruiken. Steek hiervoor de contacten in het stopcontact.

Een ander probleem, dat met name speelt voor elektrische bedrading in de particuliere sector, is de levering van elektriciteit met onvoldoende spanning. Metingen op dergelijke probleemlocaties kunnen waarden tonen die buiten het door de GOST vastgestelde bereik vallen.

Bovendien kan de spanning, afhankelijk van het elektriciteitsverbruik door de buren, in korte tijd sterk variëren.

Dit creëert een probleem niet alleen voor het functioneren van apparaten, maar ook voor de berekening van de stroomsterkte. Bij spanningsval verliezen sommige apparaten gewoon vermogen, en sommige, die een ingangsstabilisator hebben, verhogen het elektriciteitsverbruik.

Het is lastig om in dergelijke omstandigheden de benodigde circuitparameters op een kwalitatieve manier te berekenen. Daarom moet u óf kabels leggen met een vooraf grotere doorsnede (wat duur is), óf het probleem oplossen via het installeren van een ingangsstabilisator of het aansluiten van het huis op een andere lijn.

De stabilisator wordt naast de verdeelkast geplaatst. Het is vaak de enige manier om de normatieve spanningswaarden in huis te verkrijgen.

Nadat het totale vermogen van de elektrische apparaten (S) is gevonden en de spanningswaarde (U) is vastgesteld, wordt de stroomsterkte (I) berekend met formules die een gevolg zijn van de wet van Ohm:

I_f = S / U_f  voor een eenfasig net

I_l = S / (1.73 * U_l) voor een driefasig net

Hier staat de index “f” voor de faseparameters en “l” voor de lijnparameters.

De meeste driefasige apparaten gebruiken een “ster”-aansluiting en ook de transformator die stroom aan de verbruiker levert, functioneert volgens deze schakeling. Bij een symmetrische belasting zijn de lijn- en fasestroom gelijk (I_l = I_f) en wordt de spanning berekend met de formule:

U_l = 1.73 * U_f

Nuances bij het kiezen van de kabeldoorsnede

De kwaliteit en parameters van draden en kabels worden gereguleerd door GOST 31996-2012. Volgens dit document worden voor de geproduceerde producten technische specificaties (TU) opgesteld, waarbij een zekere marge van basiskenmerken is toegestaan. De fabrikant moet een tabel aanbieden die de aderdoorsnede en de maximale veilige stroomsterkte met elkaar in verband brengt.

De maximaal toegestane stroomsterkte is afhankelijk van de aderdoorsnede van de draden en de manier van installeren. Ze kunnen op een verborgen (in de muur) of open (in een buis of kabelgoot) manier worden aangelegd.

De kabel moet zo worden gekozen dat er een veilige stroomdoorgang wordt gegarandeerd die overeenkomt met het berekende totale vermogen van de elektrische apparaten. Volgens de PUE (regels voor elektrische installaties) moet de minimale berekende doorsnede van de draden die in woonruimten worden gebruikt ten minste 1,5 mm² zijn.

De standaardafmetingen hebben de volgende waarden: 1,5; 2,5; 4; 6 en 10 mm².

Soms is het zinvol om draden te gebruiken met een doorsnede die één stap groter is dan het minimale toelaatbare. In dat geval bestaat de mogelijkheid om extra apparaten aan te sluiten of bestaande te vervangen door krachtigere, zonder dure en tijdrovende werkzaamheden voor het leggen van nieuwe kabels.

Berekening van de parameters van de automaat

Voor elke stroomkring moet de volgende ongelijkheid gelden:

I_n <= I_p / 1.45

Hier is I_n de nominale stroom van de automaat, en I_p de toelaatbare stroom voor de bedrading. Deze regel garandeert een gegarandeerde uitschakeling bij langdurige overschrijding van de toelaatbare belasting.

De ongelijkheid “In <= Ip / 1.45” is de basisvoorwaarde bij het samenstellen van het paar “automaat – kabel”. Het verwaarlozen van deze regel kan leiden tot brand in de bedrading.

U kunt de nominale waarde van de automaat berekenen zowel op basis van de totale belasting als op basis van de doorsnede van de aders van de reeds gelegde bedrading. Stel dat er een schema is voor de aansluiting van elektrische apparaten, maar de bedrading is nog niet gelegd.

In dit geval is de volgorde van handelingen als volgt:

1. Berekening van de totale stroomsterkte van de op het net aangesloten elektrische apparaten.
2. Keuze van een automaat met een nominale waarde niet kleiner dan de berekende waarde.
3. Selectie van de kabeldoorsnede op basis van de nominale waarde van de automaat.

Voorbeeld:

1. S = 4 kW; I = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 1.45 = 29 A; D = 4 mm².

Als de bedrading al is gelegd, dan is de volgorde van handelingen anders:

1. Bepaling van de toelaatbare stroom bij een bekende doorsnede en legmethode van de bedrading aan de hand van de door de fabrikant verstrekte tabel.
2. Selectie van de automatische schakelaar.
3. Berekening van het vermogen van de aan te sluiten apparaten. Samenstellen van een groep apparaten op zodanige wijze dat de totale belasting op de stroomkring kleiner is dan de nominale waarde.

Voorbeeld. Stel dat er twee eenaderige kabels open zijn gelegd, D = 6 mm², dan:

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 kW.

In punt 2 van het laatste voorbeeld is er een geringe toelaatbare benadering. De exacte waarde I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A is afgerond naar de waarde 32 A.

Keuze tussen meerdere nominale waarden

Soms doet zich een situatie voor waarin u meerdere automaten met verschillende nominale waarden kunt kiezen om een stroomkring te beveiligen. Bijvoorbeeld, bij een totaal vermogen van elektrische apparaten van 4 kW (18 A) is er met marge een bedrading gekozen met een doorsnede van koperen aders van 4 mm². Voor een dergelijke combinatie kunt u automaten van 20 en 25 A plaatsen.

Als het elektriciteitsdistributieschema voorziet in een meervoudige beveiliging, dan moet u de automaten zo kiezen dat de nominale waarde van de hogere (op de afbeelding rechts – 25 A) groter is dan die van de schakelaars van lagere niveaus.

Het voordeel van het kiezen van een schakelaar met de hoogste nominale waarde is de mogelijkheid om extra apparaten aan te sluiten zonder de elementen van het circuit te wijzigen. Meestal gebeurt dit zo.

In het voordeel van de keuze voor een automaat met een lagere nominale waarde spreekt het feit dat zijn thermische uitschakelaar sneller reageert op een verhoogde stroomsterkte. Het gaat erom dat bij sommige apparaten een storing kan optreden die leidt tot een toename van het energieverbruik, maar niet tot de waarde van een kortsluiting.

Bijvoorbeeld, een defect aan de lagers van de motor van een wasmachine leidt tot een sterke toename van de stroom in de wikkeling. Als de automaat snel reageert op de overschrijding van de toegestane waarden en uitschakelt, dan zal de motor niet doorbranden.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De constructie van de automatische schakelaar en zijn classificatie. Het begrip tijd-stroomkarakteristiek en het kiezen van de nominale waarde op basis van de kabeldoorsnede:

Berekening van het vermogen van apparaten en keuze van de automaat met gebruikmaking van de bepalingen van de PUE:

U moet de keuze van de automatische schakelaar serieus nemen, omdat de veiligheid van de elektrische installatie van het huis ervan afhangt. Ondanks de vele invoerparameters en rekenkundige nuances moet u onthouden dat de primaire beveiligingsfunctie van de automaat betrekking heeft op de bedrading.

Schrijf u alstublieft reacties, stel u vragen, plaats u foto's over het onderwerp van het artikel in het onderstaande blok. Deel nuttige informatie die nuttig kan zijn voor bezoekers van de site. Vertel over uw eigen ervaring met het kiezen van automatische schakelaars voor de bescherming van de elektrische bedrading van uw vakantiehuis of thuis.