Selecionando uma máquina com base na potência da carga, seção transversal do cabo e corrente: princípios e fórmulas para cálculos

Para organizar uma fonte de alimentação interna sem problemas, é necessário alocar filiais separadas. Cada linha deve ser equipada com seu próprio dispositivo de proteção que proteja o isolamento do cabo contra derretimento. No entanto, nem todo mundo sabe qual dispositivo comprar. Você concorda?

Você aprenderá tudo sobre como escolher máquinas automáticas com base na potência de carga no artigo que apresentamos. Diremos a você como determinar a classificação para encontrar uma opção da classe necessária. A consideração das nossas recomendações garante a aquisição dos dispositivos necessários que podem eliminar situações perigosas durante o funcionamento da cablagem.

Comutadores automáticos para redes domésticas

As organizações fornecedoras de eletricidade conectam casas e apartamentos realizando trabalhos de conexão do cabo ao quadro de distribuição. Todas as instalações de cablagem nas instalações são efectuadas pelos seus proprietários ou especialistas contratados.

Para selecionar um disjuntor para proteger cada circuito individual, você precisa conhecer sua classificação, classe e algumas outras características.

Parâmetros básicos e classificação

As máquinas domésticas são instaladas na entrada de um circuito elétrico de baixa tensão e são projetadas para resolver os seguintes problemas:

• ativação ou desenergização manual ou eletrônica de um circuito elétrico;
• proteção do circuito: corte de corrente durante pequenas sobrecargas de longo prazo;
• Proteção do circuito: desligamento instantâneo da corrente em caso de curto-circuito.

Cada chave possui uma característica, expressa em amperes, que é chamada corrente nominal (EU_n) ou "valor de face".

A essência deste valor é mais fácil de entender usando o coeficiente de excesso do valor nominal:

K = eu / eu_n,

onde I é a força atual real.

• K < 1,13: o disparo não ocorrerá dentro de 1 hora;
• K > 1,45: o desligamento ocorrerá dentro de 1 hora.

Esses parâmetros são fixados na cláusula 8.6.2. GOST R 50345-2010. Para descobrir quanto tempo levará para ocorrer um desligamento em K>1,45, é necessário usar um gráfico que reflita a característica tempo-corrente de um modelo de máquina específico.

Se a corrente exceder o valor nominal da chave em 2 vezes por um longo período, a abertura ocorrerá dentro de um período de 8 segundos a 4 minutos. A velocidade de resposta depende das configurações do modelo e da temperatura ambiente

Além disso, cada tipo de disjuntor possui uma faixa de corrente definida (EU_a), no qual o mecanismo de liberação instantânea é ativado:

• classe "B": eu_a = (3 * eu_n ..5*I_n];
• classe "C": eu_a = (5 * eu_n ..10*I_n];
• classe "D": eu_a = (10 * eu_n .. 20 * eu_n].

Dispositivos do tipo “B” são usados ​​principalmente para linhas de comprimento considerável. Em instalações residenciais e de escritórios, são utilizados disjuntores classe “C” e dispositivos marcados com “D” protegem circuitos onde existem equipamentos com alto coeficiente de corrente de partida.

A linha padrão de máquinas domésticas inclui dispositivos com classificações de 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 e 63 A.

Projeto estrutural de lançamentos

Em moderno disjuntor Existem dois tipos de liberações: térmicas e eletromagnéticas.

Uma liberação bimetálica tem o formato de uma placa criada a partir de dois metais condutores com diferentes expansões térmicas.Este projeto, ao ultrapassar o valor nominal por muito tempo, leva ao aquecimento da peça, ao seu entortamento e ao acionamento do mecanismo de interrupção do circuito.

Para algumas máquinas, você pode usar o parafuso de ajuste para alterar os parâmetros da corrente na qual ocorre o desligamento. No passado, esta técnica era frequentemente utilizada para “ajustar” um dispositivo, mas este procedimento requer conhecimentos especializados aprofundados e vários testes.

Girando o parafuso de ajuste (destacado com um retângulo vermelho) no sentido anti-horário, você pode obter um tempo de resposta mais longo para a liberação térmica

Agora no mercado você pode encontrar muitos modelos de classificações padrão de diferentes fabricantes, cujas características tempo-corrente são ligeiramente diferentes (mas ao mesmo tempo atendem aos requisitos regulamentares). Portanto, é possível selecionar uma máquina com as configurações de “fábrica” exigidas, o que elimina o risco de calibração incorreta.

A liberação eletromagnética evita o superaquecimento da linha como resultado de um curto-circuito. Reage quase instantaneamente, mas o valor da corrente deve ser várias vezes superior ao valor nominal. Estruturalmente, esta parte é um solenóide. A sobrecorrente gera um campo magnético que movimenta o núcleo, interrompendo o circuito.

Conformidade com princípios de seletividade

Havendo circuito elétrico ramificado, é possível organizar a proteção de forma que, em caso de curto-circuito, seja desconectado apenas o ramal onde ocorre a situação de emergência. Para tanto, é utilizado o princípio da seletividade de comutação.

Um diagrama visual mostrando o princípio de operação de um sistema de disjuntor com uma função implementada de seletividade (seletividade) de operação quando ocorre um curto-circuito

Para garantir o desligamento seletivo, disjuntores de corte instantâneo são instalados nos estágios inferiores, interrompendo o circuito em 0,02 - 0,2 segundos. A chave localizada em um estágio superior possui um atraso de operação de 0,25 - 0,6 s ou é feita de acordo com um circuito “seletivo” especial de acordo com a norma DIN VDE 0641-21.

Para segurança garantida operação seletiva de máquinas É melhor usar máquinas do mesmo fabricante. Para interruptores de uma única gama de modelos, existem tabelas de seletividade que indicam combinações possíveis.

As regras de instalação mais simples

A seção do circuito que precisa ser protegida por uma chave pode ser monofásica ou trifásica, ter neutro e também fio PE (terra). Portanto, as máquinas possuem de 1 a 4 pólos, aos quais o condutor está conectado. Quando são criadas condições para disparo, todos os contatos são desconectados simultaneamente.

As máquinas no painel são montadas em um trilho DIN especialmente designado. Fornece conexão compacta e segura, bem como acesso conveniente ao switch

As máquinas são instaladas da seguinte forma:

• monopolar por fase;
• bipolar para fase e neutro;
• tripolar para 3 fases;
• quatro pólos para 3 fases e neutro.

No entanto, é proibido fazer o seguinte:

• instalar disjuntores unipolares no neutro;
• insira o fio PE na máquina;
• instale três disjuntores unipolares em vez de um disjuntor tripolar, se pelo menos um consumidor trifásico estiver conectado ao circuito.

Todos esses requisitos estão especificados na PUE e devem ser seguidos.

Em cada casa ou cômodo onde é fornecida eletricidade, é instalada uma máquina introdutória.O seu valor nominal é determinado pelo fornecedor e este valor é especificado no contrato de ligação eléctrica. O objetivo de tal chave é proteger a área do transformador ao consumidor.

Após a máquina introdutória, um medidor (monofásico ou trifásico) é conectado à linha e dispositivo de corrente residual, cujas funções diferem da operação do interruptor automático e diferencial.

Se a sala estiver conectada a vários circuitos, cada um deles será protegido por um disjuntor separado, cuja alimentação indicado no rótulo. Suas classificações e classes são determinadas pelo proprietário das instalações, levando em consideração a fiação existente ou a potência dos dispositivos conectados.

O medidor de energia elétrica e os disjuntores são instalados em um quadro de distribuição que atende a todos os requisitos de segurança e pode ser facilmente integrado ao interior da sala

Ao escolher um local quadro de distribuição Deve ser lembrado que as propriedades de liberação térmica são afetadas pela temperatura do ar. Portanto, é aconselhável colocar o trilho com as máquinas dentro da própria sala.

Cálculo da denominação necessária

A principal função de proteção do disjuntor estende-se à fiação, portanto a classificação é selecionada com base na seção transversal do cabo. Neste caso, todo o circuito deve garantir o funcionamento normal dos dispositivos a ele conectados. Calcular os parâmetros do sistema é simples, mas muitas nuances devem ser levadas em consideração para evitar erros e problemas.

Determinação do poder total dos consumidores

Um dos principais parâmetros do circuito elétrico é a potência máxima possível dos consumidores de eletricidade a ele conectados. Ao calcular este indicador, você não pode simplesmente resumir os dados do passaporte dos dispositivos.

Componente ativo e nominal

Para qualquer dispositivo alimentado por eletricidade, o fabricante é obrigado a indicar a potência ativa (P). Este valor determina a quantidade de energia que será convertida de forma irrevogável em decorrência do funcionamento do aparelho e pela qual o usuário pagará no medidor.

Mas para dispositivos com capacitores ou indutor, existe outra potência com valor diferente de zero, que é chamada reativa (P). Ele chega ao dispositivo e retorna quase instantaneamente.

A componente reativa não participa do cálculo da energia elétrica utilizada, mas junto com a componente ativa forma a chamada potência “total” ou “nominal” (S), o que coloca uma carga na corrente.

cos(f) – parâmetro com o qual você pode determinar a potência total (nominal) a partir da potência ativa (consumida). Se não for igual a um, está indicado na documentação técnica do dispositivo elétrico

É necessário calcular a contribuição de um dispositivo individual para a carga total nos condutores e no disjuntor com base em sua potência total: S = P /cos(f).

Aumento das correntes de partida

A próxima característica de alguns tipos de eletrodomésticos é a presença de transformadores, motores elétricos ou compressores. Esses dispositivos consomem corrente de partida (inicialização) durante a inicialização.

Seu valor pode ser várias vezes superior aos valores padrão, mas o tempo de operação com potência aumentada é curto e geralmente varia de 0,1 a 3 segundos. Tal surto de curto prazo não acionará a liberação térmica, mas o componente eletromagnético da chave, responsável pela sobrecorrente de curto-circuito, poderá reagir.

Esta situação é especialmente relevante para linhas dedicadas às quais estão conectados equipamentos como máquinas para trabalhar madeira.Neste caso, é necessário calcular a amperagem e, talvez, faça sentido utilizar uma máquina classe “D”.

Levando em consideração o coeficiente de demanda

Para circuitos que possuem grande quantidade de equipamentos conectados e nenhum dispositivo que consuma a maior parcela da corrente, utilize o fator de demanda (ks). O objetivo de usá-lo é que todos os dispositivos não funcionarão ao mesmo tempo, portanto, somar as potências nominais levará a um valor superestimado.

O coeficiente de demanda para grupos de consumidores de energia elétrica está estabelecido na cláusula 7ª da SP 256.1325800.2016. Você também pode confiar nesses indicadores ao calcular de forma independente a potência máxima.

Este coeficiente pode assumir um valor igual ou menor que um. Cálculos de potência de projeto (P_R) de cada dispositivo ocorre de acordo com a fórmula:

P_R = ks * S

A potência nominal total de todos os dispositivos é usada para calcular os parâmetros do circuito. A utilização do coeficiente de demanda é aconselhável para escritórios e pequenos estabelecimentos comerciais com grande número de computadores, equipamentos de escritório e outros equipamentos alimentados por um circuito.

Para linhas com pequeno número de consumidores, esse coeficiente não é utilizado em sua forma pura. Aqueles dispositivos que provavelmente não serão ligados simultaneamente com dispositivos que consomem mais energia são removidos do cálculo de energia.

Assim, por exemplo, há poucas chances de trabalhar em uma sala com ferro e aspirador de pó ao mesmo tempo. E para oficinas com um pequeno número de pessoal, apenas 2 a 4 das ferramentas elétricas mais poderosas são levadas em consideração.

Cálculo atual

A máquina é selecionada com base no valor máximo de corrente permitido na seção do circuito. É necessário obter este indicador conhecendo a potência total dos consumidores elétricos e a tensão da rede.

De acordo com GOST 29322-2014, a partir de outubro de 2015, o valor da tensão deve ser igual a 230 V para uma rede regular e 400 V para uma rede trifásica. Porém, na maioria dos casos, os parâmetros antigos ainda estão em vigor: 220 e 380 V, respectivamente. Portanto, para cálculos precisos, é necessário fazer medições com um voltímetro.

Você pode medir a tensão na sua rede doméstica usando um voltímetro ou multímetro. Para isso, basta conectar seus contatos na tomada.

Outro problema, especialmente relevante para fiação elétrica no setor privado, é o fornecimento de energia com tensão insuficiente. As medições em tais objetos problemáticos podem mostrar valores fora da faixa definida pelo GOST.

Além disso, dependendo do nível de consumo de eletricidade dos seus vizinhos, o valor da tensão pode variar muito em pouco tempo.

Isto cria um problema não só para o funcionamento dos dispositivos, mas também para cálculo atual. Quando a tensão cai, alguns dispositivos simplesmente perdem energia e alguns que possuem um estabilizador de entrada aumentam o consumo de eletricidade.

É difícil realizar cálculos qualitativos dos parâmetros de circuito necessários sob tais condições. Portanto, você terá que instalar cabos com seção transversal deliberadamente grande (o que é caro) ou resolver o problema instalando um estabilizador de entrada ou conectando a casa a outra linha.

O estabilizador é instalado próximo ao quadro de distribuição. Muitas vezes acontece que esta é a única maneira de obter valores de tensão padrão na casa

Depois que a potência total dos aparelhos elétricos for encontrada (S) e descobri o valor da tensão (você), cálculo atual (EU) são realizados de acordo com fórmulas que são consequência da lei de Ohm:

EU_f = S/U_f para rede monofásica

EU_eu = S / (1,73 * você_eu) para rede trifásica

Aqui o índice "f" significa parâmetros de fase e "eu» – linear.

A maioria dos dispositivos trifásicos utiliza a conexão do tipo “estrela”, e é também de acordo com este circuito que o transformador opera, entregando corrente ao consumidor. Com uma carga simétrica, as forças lineares e de fase serão idênticas (EU_eu = EU_f), e a tensão é calculada usando a fórmula:

você_eu = 1,73 * você_f

Nuances da seleção da seção transversal do cabo

A qualidade e os parâmetros dos fios e cabos são regulamentados pelo GOST 31996-2012. De acordo com este documento, são desenvolvidas especificações para produtos manufaturados, onde é permitida uma determinada faixa de valores de características básicas. O fabricante é obrigado a fornecer uma tabela de correspondência entre a seção transversal dos núcleos e a corrente máxima segura.

A corrente máxima permitida depende da seção transversal dos fios e do método de instalação. Eles podem ser colocados escondidos (na parede) ou abertos (em um tubo ou caixa).

É necessário selecionar um cabo de forma a garantir o fluxo seguro de corrente correspondente à potência total calculada dos aparelhos elétricos. De acordo com as PUE (regras de instalação elétrica), o mínimo seção transversal calculada do fiousado em instalações residenciais deve ter pelo menos 1,5 mm².

Os tamanhos padrão possuem os seguintes valores: 1,5; 2,5; 4; 6 e 10mm².

Às vezes, há uma razão para usar fios com seção transversal um degrau maior que o mínimo permitido. Neste caso, é possível conectar dispositivos adicionais ou substituir os existentes por outros mais potentes, sem trabalhos caros e demorados de instalação de novos cabos.

Cálculo de parâmetros de máquina

Para qualquer circuito a seguinte desigualdade deve ser satisfeita:

EU_n <= eu_p / 1.45

Aqui EU_n – corrente nominal da máquina, e EU_p – corrente permitida para fiação. Esta regra garante a liberação garantida quando a carga permitida é excedida por um longo período.

A desigualdade “In <= Ip / 1,45” é a principal condição para completar o par “máquina-cabo”. O não cumprimento desta regra pode resultar em incêndio na fiação.

A classificação da máquina pode ser calculada tanto pela carga total quanto pela seção transversal dos fios da fiação já instalada. Digamos que exista um diagrama de conexão de aparelhos elétricos, mas a fiação ainda não foi instalada.

Neste caso, a sequência de ações é a seguinte:

1. Cálculo da intensidade total da corrente dos aparelhos elétricos conectados à rede.
2. Selecione uma máquina com valor não inferior ao valor calculado.
3. Seleção da seção transversal do cabo de acordo com a classificação da máquina.

Exemplo:

1. S = 4 kW; I = 4000/220 = 18 A;
2. EU_n = 20A;
3. EU_p >=Eu_n * 1,45 = 29A; D = 4mm².

Se a fiação já tiver sido instalada, a sequência de ações será diferente:

1. Determinação da corrente admissível para uma seção transversal conhecida e método de fiação conforme tabela fornecida pelo fabricante.
2. Seleção do disjuntor.
3. Cálculo da potência dos dispositivos conectados. Equipar um grupo de dispositivos de forma que a carga total do circuito seja inferior ao valor nominal.

Exemplo. Deixe dois cabos de núcleo único serem colocados abertamente, D = 6 mm², Então:

1. EU_p = 46A;
2. EU_n <= eu_p / 1,45 = 32A;
3. S = eu_n * 220 = 7,0 kW.

No ponto 2 do último exemplo há uma ligeira aproximação aceitável. Valor exato de I_n = eu_p / 1,45 = 31,7 A arredondado para 32 A.

Escolha entre várias denominações

Às vezes surge uma situação em que você pode selecionar várias máquinas com classificações diferentes para proteger o circuito.Por exemplo, com uma potência total de aparelhos elétricos de 4 kW (18 A), a fiação com seção transversal de núcleo de cobre de 4 mm foi escolhida com uma reserva². Para esta combinação, você pode instalar interruptores de 20 e 25 A.

Se o diagrama de fiação elétrica pressupõe a presença de proteção multicamadas, então é necessário selecionar os disjuntores de forma que o valor da classificação do mais alto (na figura à direita - 25 A) seja maior que o dos interruptores de níveis mais baixos

A vantagem de escolher um switch com a classificação mais alta é a capacidade de conectar dispositivos adicionais sem alterar os elementos do circuito. Na maioria das vezes é isso que eles fazem.

A escolha de uma máquina com classificação inferior é apoiada pelo fato de que sua liberação térmica responderá mais rapidamente a um aumento de corrente. O fato é que alguns aparelhos podem apresentar mau funcionamento, o que levará ao aumento do consumo de energia, mas não a ponto de causar um curto-circuito.

Por exemplo, uma falha no rolamento do motor de uma máquina de lavar levará a um aumento acentuado na corrente no enrolamento. Se a máquina reagir rapidamente ao ultrapassar os valores permitidos e desligar, o motor não irá queimar.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Projeto de um disjuntor e sua classificação. O conceito de características tempo-corrente e seleção de classificação de acordo com a seção transversal do cabo:

Cálculo da potência dos dispositivos e seleção de uma máquina utilizando as disposições da PUE:

A escolha do disjuntor deve ser feita com responsabilidade, pois disso depende a segurança do sistema elétrico da casa. Com todos os diversos parâmetros de entrada e nuances de cálculo, é necessário lembrar que a principal função de proteção da máquina se aplica à fiação.

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