Выбор устройств защиты, и сечения проводников в соответствии с ГОСТ. Как это делается.

Важно понимать, что в этой области необходимо учитывать множество факторов, таких как тип прокладки, тип используемого кабеля, максимально допустимая температура работы кабеля, временно-токовые характеристики автомата и особенности нагрузки. Чтобы разобраться в этой сложной теме, необходимо обращаться к нормативно-технической документации (НТД), иначе мы останемся на уровне обсуждений "в интернете сказано" или "один блогер так сказал".

В данной статье мы опираемся на ряд нормативно-технических документов, которые играют важную роль при выборе и монтаже электрооборудования, а также обеспечивают безопасность электроустановок. Вот перечень ключевых документов, на которые мы опираемся:

• ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Электроустановки низковольтные. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока. Этот стандарт устанавливает требования к защите электроустановок от сверхтоков и способам обеспечения безопасности.
• ГОСТ Р 50571.5.52-2011. Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки. Данный стандарт содержит рекомендации по выбору и монтажу электрооборудования, включая электропроводку.
• ГОСТ 30331.5-95. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока. Этот документ содержит спецификации для обеспечения безопасности электроустановок в зданиях, включая защиту от сверхтоков.
• ГОСТ 31996-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия. Этот стандарт устанавливает технические характеристики силовых кабелей с пластмассовой изоляцией.
• ГОСТ 31565-2012. Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Данный документ устанавливает требования к пожарной безопасности кабельных изделий.
• ГОСТ IEC 60898-1-2020. Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Этот стандарт определяет характеристики автоматических выключателей, используемых для защиты от сверхтоков в бытовых и аналогичных системах.
• СП 256.1325800.2016. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа. Эти правила содержат рекомендации и требования безопасности к проектированию и монтажу электроустановок в жилых и общественных зданиях.
• ПУЭ-7 (Правила устройства электроустановок). ПУЭ-7 являются обязательными правилами в России и регулируют устройство электроустановок, включая требования к оборудованию, безопасности и эксплуатации.

Эти нормативно-технические документы представляют собой важный источник информации, который помогает электрикам и инженерам обеспечивать безопасность и надежность электроустановок. Они являются основой для принятия решений при выборе оборудования, проводников и методов монтажа.

Что защищает автомат?

Автоматический выключатель, как указано в ГОСТ Р 50571.4.43 и ГОСТ 30331.5-95, в первую очередь предназначен для защиты электрических проводников от перегрузок и коротких замыканий. Эти устройства отслеживают ток в цепи и отключаются автоматически, когда ток превышает установленные пределы. Они обеспечивают безопасность электроустановок, предотвращая перегрузки, которые могут вызвать перегрев проводов и, как следствие, возгорание.

Итак, основная функция автомата - это защита кабеля от перегрузок и коротких замыканий. Однако они также могут считаться частичной защитой для оборудования, подключенного к этому кабелю. Если автомат срабатывает из-за перегрузки или короткого замыкания, это может предотвратить повреждение подключенных электроприборов и устройств.

Согласно ПУЭ-7, номинальный ток автоматического выключателя следует выбирать наименьшим по расчетным или номинальным токам нагрузки. Это обеспечивает эффективную защиту кабеля и подключенного оборудования, а также снижает потери электроэнергии и риск возникновения перегрузок. Выбор номинала автомата должен учитывать исходный ток нагрузки и допустимый ток кабеля, который зависит от его сечения.

Таким образом, правильный выбор номинала автоматического выключателя важен для обеспечения безопасности электроустановок и оптимальной работы кабеля, а также для предотвращения избыточных потерь электроэнергии.

Можно ли использовать автомат на 25 А для защиты кабеля с сечением 2,5 мм2?

Давайте углубимся в практический анализ этого вопроса и рассмотрим, как обеспечить надежную защиту кабеля с сечением 2,5 мм2. Мы также рассмотрим соответствующий номинал автомата и условия его применения.

Номинальное сечение жилы, MM2	Допустимые токовые нагрузки кабелей, А
	Одножильных				многожильных
	На постоянном токе		На переменном токе		На переменном токе
	На воздухе	В земле	На воздухе	В земле	На воздухе	В земле
1,5	29	41	22	30	21	27
2,5	37	55	20	39	27	36
4	50	71	39	50	36	47
6	63	90	50	62	46	59
10	86	124	68	83	63	79
16	113	159	89	107	84	102
25	153	207	121	137	112	133
35	187	249	147	163	137	158
50	227	295	179	194	167	187
70	286	364	226	237	211	231

Предположим, мы определили, что расчетный ток в линии составляет менее 25 А. Для обеспечения ее защиты выбираем автоматический выключатель с номинальным током 25 А (согласно Правилам устройства электроустановок, ПУЭ-7, 3.1.4). Теперь давайте рассмотрим вопрос о сечении кабеля, подходящем для данной ситуации.

Допустим, у нас есть электрическая линия, выполненная с использованием кабеля ВВГнг-LS с ПВХ-изоляцией и сечением 3×2,5 мм2. В соответствии с ГОСТ 31996-2012, в таблице 19 для этого сечения можно определить длительно допустимый ток, то есть максимальный ток, который этот кабель может надежно переносить в самых неблагоприятных условиях эксплуатации, таких как прокладка в воздухе. В данном случае, длительно допустимый ток составляет 27 А.

Итак, с учетом того, что расчетный ток в линии составляет менее 25 А, выбранное сечение кабеля 3×2,5 мм2 является приемлемым для данной ситуации, так как оно обеспечивает запас по токовой нагрузке и соответствует требованиям безопасности и надежности электроустановки.

Далее обратимся к таблице 18, где указаны максимальные температуры нагрева жил кабеля.

Материал изоляции кабелей	Допустимая температура нагрева жил кабеля, °С
	Длительно допустимая	В режиме перезагрузки	Предельная при коротком замыкании	По условию невозгарания
Поливинилхлоридный пластик	70	90	160/140°	350
Поливинилхлоридный пластик пониженной пожароопасности
Полимерная композиция, не содержащая галогенов	70	90	160/140°	350
Сшитый полиэтилен, сшитая полимерная композиция. не содержащая галогенов	90	130	250	400

Режим перегрузки, который может возникнуть при эксплуатации кабелей на открытом воздухе, подразумевает увеличение нагрузки на кабельный провод в соответствии с коэффициентом 1,16, согласно стандарту ГОСТ 31996-2012, раздел 10.9.

Иными словами, кабель допускает перегрузку на 16%. Превышение этой нагрузки может привести к ускоренному старению изоляции кабеля по следующим причинам:

• Тепловые: Увеличение нагрузки вызывает повышение температуры, что может привести к необратимым изменениям в изоляции из-за тепловых факторов. Это также способствует ускорению химических реакций в материале изоляции.
• Механические: При перегрузке кабеля возрастает вероятность образования трещин в изоляции из-за материальной усталости.
• Химические: Процессы окисления могут быть ускорены при повышенных температурах и нагрузках.

Важно отметить, что при номинальном токе 27 А длительно допустимая температура жил кабеля составляет 70 °C, в то время как в режиме перегрузки (при токе 27 × 1,16 = 31,3 А) температура может достигать 90 °C.

Поэтому необходимо внимательно подходить к согласованию тока нагрузки, допустимого тока кабеля и номинального тока автомата, чтобы обеспечить надежную и безопасную работу электрической системы.

Необходимость согласованности автоматического выключателя и проводника.

ЮКак согласовать токовую нагрузку кабеля и номинальный ток автоматического выключателя? Давайте разберем этот вопрос подробнее. Предположим, у нас есть кабель с длительно допустимым током 27 А, и мы рассматриваем автоматический выключатель с номинальным током 25 А для его защиты. Для более полного понимания этой задачи, давайте обратимся к соответствующим нормативам, в частности, к ГОСТ 30331.5-95.

Согласно этому стандарту, согласование проводников и устройств защиты от перегрузки подразумевает следующие условия:

• Расчетный ток цепи (Iв) должен быть меньше или равен номинальному току защитного устройства (In), который, в свою очередь, должен быть меньше или равен длительно допустимому току кабеля (Iz): Iв ≤ In ≤ Iz.
• Ток, при котором автоматический выключатель обязан сработать в течение определенного времени (I2), должен быть меньше или равен длительно допустимому току кабеля (Iz), умноженному на коэффициент 1,45: I2 ≤ 1,45 Iz.
• Из ГОСТ IEC 60898-1-2020 мы знаем, что ток I2 называется условным током расцепления, при котором автоматический выключатель должен сработать в течение менее часа. Это означает, что I2 = 1,45 In.
• Следовательно, подставив это значение в первое условие, получаем: In ≤ Iz.

Таким образом, коэффициент перегрузки кабеля (1,45) и коэффициент номинального тока автомата (1) оказываются взаимно согласованными и равными. Однако это может ввести в заблуждение, и важно учитывать следующее:

• Наш кабель начинает необратимо стареть, когда ток превышает допустимый на 16%, и при этом температура повышается до 90 °C. Это означает, что ток может быть на 45% выше допустимого в течение почти часа, что превышает допустимые 16%. Это может привести к сильному нагреву кабеля и его преждевременному старению.
• Важно отметить, что ГОСТ 30331.5-95 также указывает, что данная система защиты не обеспечивает полной защиты от длительных перегрузок, которые могут быть меньше, чем I2. Вместо этого предполагается, что электрическая сеть спроектирована так, чтобы небольшие длительные перегрузки были редким явлением.

Последнее предложение вызывает определенные сомнения с точки зрения серьезных литературных стандартов, таких как ГОСТ, из-за его недостаточной ясности. Непонятно, что подразумевается под "небольшими" перегрузками — это увеличение на 1%, 16% или 45%? А "большая" продолжительность, это более часа или более суток? И "нечасто", это раз в сутки или раз в год?

Однако можно сделать вывод, который применим к бытовой электросети, где трудно предсказать количество и мощность подключаемых устройств: при определенных комбинациях нагрузки на линию, возможно возникновение сверхтока, что может привести к недопустимой перегрузке и перегреву кабеля.

Давайте продолжим поиск подтверждения этому выводу. В ГОСТ 50571.4.43-2012, пункте 433.1, можно найти формулы, которые мы уже рассматривали. Однако в Примечании 1 к этому пункту есть важное уточнение: "Если защита в соответствии с этим пунктом, возможно, не обеспечивает защиту в определенных случаях, например, от длительного сверхтока меньшего, чем I2, в этих случаях должен рассматриваться вопрос о выборе кабеля с большей площадью поперечного сечения".

Обратите внимание, что нам не позволяется уменьшить номинальный ток автомата (In), так как он ограничен расчетным током нагрузки (Iв). Таким образом, единственным выходом является увеличение площади сечения кабеля.

Можно также ограничить мощность устройств, подключаемых к розеткам (как было показано в примере с елочной гирляндой в начале статьи). Однако это требует постоянного контроля и надзора, и даже в этом случае невозможно гарантировать, что рано или поздно ток в линии не превысит допустимое значение.

Абсолютной гарантии можно достичь только путем понижения номинального тока автомата, то есть выбора автоматического выключателя с другим номинальным током. В данном случае, вместо 25 А, можно выбрать автомат на 20 или 16 А.

Графическое представление информации.

Для того чтобы сделать материал более наглядным и удобным для понимания, предоставляю вам график, основанный на информации, изложенной выше. Этот график основан на стандарте ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

На графике мы видим точку 31,3 А, которая указывает на начало процесса старения изоляции кабеля при данном токе. Следует отметить, что чем выше ток, тем быстрее происходит старение изоляции. Другая важная точка на графике - 36,2 А, которая показывает, что автоматический выключатель сработает менее чем за 1 час при данном токе. В интервале значений тока, отмеченном красным отрезком, который составляет примерно 5 ампер, кабель не обеспечен надежной защитой. Это подтверждает важность выбора правильного автомата для защиты кабеля.

Таблица с допустимыми номиналами автоматов

Для удобства ориентации в вопросе защиты кабеля, я подготовил таблицу с допустимыми номиналами автоматов. Эта таблица разработана для трех наиболее распространенных сечений кабеля.

Сечение ТПЖ кабеля ММ2	1,5			2,5			4
Длительно допустимый ток, А	21			27			36
Ток перезагрузки ТПЖ,А	24,36			31,32			41,76
Номинальный ток AB,A	16	13	10	25	20	16	32	25	20
Условный ток расцепления AB,A	23,2	18,85	14,5	36.25	29	23,2	46,4	35,25	29
Интервал перезагрузки ТПЖ,А	-1,16	-5,51	-9,86	4,93	-2,32	-8,12	4,64	-5,51	-12,76

Инструкция по использованию таблицы на примере кабеля с сечением жилы 2,5 мм²

Давайте рассмотрим, как использовать таблицу на примере кабеля с сечением жилы 2,5 мм². Как и на графике, в таблице мы выделили оранжевым цветом интервал, который составляет почти 5 ампер, и в этом интервале кабель не имеет надежной защиты. Однако, если вы выберете автоматический выключатель (АВ) с номинальным током 20 или 16 А, интервал будет «отрицательной длины», что обозначено зеленым цветом. Это означает, что в этом случае защита кабеля будет гарантированно обеспечена.

Для кабеля с сечением 1,5 мм² подойдут автоматы с номинальным током до 16 А. В случае кабеля с сечением 4 мм² максимально допустимый автомат имеет номинальный ток 25 А. Эта информация поможет вам правильно выбрать автоматический выключатель для обеспечения надежной защиты кабеля.

Что еще нужно учитывать при выборе кабеля и автомата?

При выборе сечения кабеля и номинала автомата существует множество факторов, которые следует учесть. Все эти аспекты тесно связаны между собой, и мы предоставим список ключевых факторов, которые следует учитывать:

Потери напряжения на кабеле:

Особенно важно учитывать потери напряжения на длинных линиях. Например, при необходимости подключить розетку на расстоянии 100 метров, потребуется использовать кабель с сечением не менее 4 мм². В этом случае выбор номинала автомата также зависит от нагрузки (обычно 16 А) и низкого тока короткого замыкания (КЗ) на конце линии.

Ток КЗ (короткого замыкания):

Низкий ток КЗ может привести к продолжительному отключению при срабатывании автомата при перегрузке или КЗ. Для обеспечения правильной работы системы следует либо увеличивать сечение токопроводящей жилы кабеля, либо уменьшать номинал автомата и его характеристику (тип "буквы").

Ток нагрузки:

Первоочередной фактор - это нагрузка, которую представляет собой розетка или устройство, подключенное к ней. Рекомендуется выбирать автомат с номиналом, соответствующим наиболее слабому звену в цепи - розетке или подключенным устройствам.

Подключение освещения:

При выборе автомата для осветительных цепей также следует учитывать фактический ток потребления. Например, если люстра или группа светильников потребляет менее 1 А, то автомат с номиналом 6 или 4 А будет вполне достаточным.

Пусковые токи:

Учтите, что светодиодные светильники могут иметь высокие пусковые токи, что также должно влиять на выбор номинала автомата. В некоторых случаях может потребоваться рассмотреть характеристику срабатывания автомата или разделение нагрузки на несколько линий.

Способ прокладки:

Если вы хотите углубиться в детали различных методов прокладки кабелей, какие бывают устройства защиты и соответствующих им коэффициентов, обратитесь к стандарту ГОСТ Р 50571.5.52-2011, Приложение В, С. Также следует рассмотреть Правила устройства электроустановок (ПУЭ) раздел 7, глава 1.3.

Температура окружающей среды:

Температурные воздействия на автоматы и кабели могут влиять на их номинальные токи. Учтите поправочные коэффициенты, которые производители предоставляют в отношении нагрева и охлаждения. Например, при низких температурах кабель сечением 2,5 мм² может выдерживать ток до 50 А, что также важно при выборе автомата.

Групповая установка автоматов:

Установка множества автоматов рядом может привести к взаимному нагреву и снижению их номинальных токов. График времени характеристики автоматов может быть сдвинут влево.

Запас:

Надежность и безопасность всегда на первом месте. Нельзя полагаться на то, что условия в реальной ситуации будут идентичны теоретическим. Запас и предусмотрительность помогут снизить вероятность негативных событий.

Заключение:

Возможно, вам представляется наилучшим использовать готовые рекомендации при выборе сечения кабеля и номинала автомата. Однако важно понимать, на каких принципах эти рекомендации основаны. В реальных нестандартных ситуациях нельзя дать однозначный ответ на вопрос, например, можно ли защитить кабель с сечением жилы 2,5 мм² автоматом на 25 А.