Výběr jističe podle výkonu zátěže, průřezu kabelu a proudu: principy a vzorce pro výpočty

Pro zajištění spolehlivého vnitřního napájení je nutné vyčlenit samostatné větve. Každou linku je třeba vybavit vlastním ochranným zařízením, které chrání izolaci kabelu před roztavením. Ne každý však ví, jaké zařízení zakoupit. Souhlasíte?

Vše o výběru jističů podle výkonu zátěže se dozvíte z námi předloženého článku. Povíme, jak určit jmenovitou hodnotu pro nalezení vypínače potřebné třídy. Zohlednění našich doporučení zaručí nákup potřebných zařízení, schopných vyloučit ohrožující situace při provozu vedení.

Jističe pro domácí sítě

Elektroenergetické společnosti provádějí připojení domů a bytů, provádějí práce na přivedení kabelu k rozvaděči. Veškerá opatření pro instalaci rozvodů v místnosti provádějí její majitelé nebo najatí specialisté.

Pro výběr jističe pro ochranu každého jednotlivého obvodu je nutné znát jeho jmenovitou hodnotu, třídu a některé další charakteristiky.

Základní parametry a klasifikace

Domácí jističe se instalují na vstupu do nízkonapěťového elektrického obvodu a jsou určeny k řešení následujících úkolů:

• ruční nebo elektronické zapnutí nebo odpojení elektrického obvodu;
• ochrana obvodu: odpojení proudu při mírné dlouhodobé přetížení;
• ochrana obvodu: okamžité odpojení proudu při zkratu.

Každý vypínač má charakteristiku vyjádřenou v ampérech, která se nazývá jmenovitý proud (I_n) nebo “jmenovitá hodnota”.

Podstatu této hodnoty je snazší pochopit pomocí koeficientu překročení jmenovité hodnoty:

K = I / I_n,

kde I – skutečný proud.

• K < 1,13: odpojení (rozpojení) nenastane do 1 hodiny;
• K > 1,45: odpojení nastane do 1 hodiny.

Tyto parametry jsou stanoveny v bodě 8.6.2. GOST R 50345-2010. Abychom zjistili, za jak dlouho dojde k odpojení při K>1,45, je třeba použít graf odrážející časově-proudovou charakteristiku konkrétního modelu jističe.

Při dlouhodobém překročení jmenovité hodnoty proudu dvojnásobně dojde k rozpojení během 8 sekund až 4 minut. Rychlost vypnutí závisí na nastavení modelu a teplotě okolí.

U každého typu jističe je také definován rozsah proudu (I_a), při kterém se aktivuje mechanismus okamžitého vypnutí:

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

Zařízení typu “B” se používají hlavně pro vedení s velkou délkou. V obytných a kancelářských prostorách se používají jističe třídy “C” a přístroje s označením “D” chrání obvody, kde je zařízení s vysokým náběhovým proudovým koeficientem.

Standardní řada domovních jističů zahrnuje zařízení s jmenovitými proudy 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 a 63 A.

Konstrukce spouští

V moderním jističi jsou přítomny dva druhy vypínačů: tepelný a elektromagnetický.

Bimetalový vypínač má tvar destičky vyrobené ze dvou proudovodných kovů s různou teplotní roztažností. Tato konstrukce při dlouhodobém překročení jmenovité hodnoty vede k zahřívání součástky, jejímu ohnutí a aktivaci mechanismu rozpojení obvodu.

U některých jističů lze pomocí seřizovacího šroubu změnit parametry proudu, při kterém dochází k vypnutí. Dříve se tato metoda často používala pro “přesné” nastavení zařízení, ale tento postup vyžaduje hluboké specializované znalosti a provedení několika testů.

Otáčením seřizovacího šroubu (zvýrazněno červeným obdélníkem) proti směru hodinových ručiček lze dosáhnout delší doby vypnutí tepelného vypínače

V současnosti lze na trhu najít mnoho modelů standardních jmenovitých hodnot od různých výrobců, jejichž časoproudové charakteristiky se mírně liší (ale přitom splňují normativní požadavky). Proto je možné vybrat jistič s potřebným “továrním” nastavením, což eliminuje riziko nesprávné kalibrace.

Elektromagnetický vypínač zabraňuje přehřátí vedení v důsledku zkratu. Reaguje prakticky okamžitě, ale přitom hodnota proudu musí být několikanásobně vyšší než jmenovitá. Konstrukčně tato součástka představuje solenoid. Nadproud generuje magnetické pole, které posouvá jádro, jež rozpojí obvod.

Dodržování principů selektivity

Pokud je k dispozici rozvětvený elektrický obvod, lze ochranu uspořádat tak, aby při zkratu došlo k odpojení pouze té větve, na které vznikla havarijní situace. K tomu se používá princip selektivity jističů.

Názorné schéma znázorňující princip činnosti systému automatických jističů s realizovanou funkcí selektivity (výběrovosti) při vzniku zkratu.

Pro zajištění selektivního odpojení na nižších stupních se instalují jističe s okamžitým vypínáním, které rozepnou obvod za 0,02 – 0,2 sekundy. Jistič umístěný na vyšším stupni má buď zpoždění sepnutí 0,25 – 0,6 s, nebo je proveden podle speciálního “selektivního” schématu v souladu s normou DIN VDE 0641-21.

Pro zaručené zajištění selektivní činnosti jističů je lepší používat jističe od jednoho výrobce. Pro jističe jednotné modelové řady existují tabulky selektivity, které udávají možné kombinace.

Nejjednodušší pravidla instalace

Úsek obvodu, který je třeba chránit jističem, může být jedno- nebo třífázový, mít neutrál a také vodič PE (“země”). Proto mají jističe 1 až 4 póly, ke kterým se připojuje vodivý vodič. Při vytvoření podmínek pro rozepnutí dojde k současnému odpojení všech kontaktů.

Jističe v rozvaděči se upevňují na k tomu určenou DIN lištu. Ta zajišťuje kompaktnost a bezpečnost připojení a také pohodlný přístup k jističi.

Jističe se instalují následovně:

• jednopólové na fázi;
• dvoupólové na fázi a nulový vodič;
• třípólové na 3 fáze;
• čtyřpólové na 3 fáze a nulový vodič.

Zároveň je zakázáno dělat následující:

• instalovat jednopólové jističe na nulový vodič;
• zavádět do jističe vodič PE;
• instalovat místo jednoho třípólového jističe tři jednopólové, pokud je do obvodu připojen alespoň jeden třífázový spotřebič.

Všechny tyto požadavky jsou uvedeny v PUE a je nutné je dodržovat.

V každém domě nebo prostoru, ke kterému je přivedena elektřina, se instaluje hlavní jistič. Jeho jmenovitou hodnotu určuje dodavatel a tato hodnota je uvedena ve smlouvě o připojení elektřiny. Účelem takového vypínače je ochrana úseku od transformátoru ke spotřebiteli.

Po hlavním jističi se k lince připojí elektroměr (jedno- nebo třífázový) a zařízení pro ochranné odpojení, jehož funkce se liší od činnosti automatického a diferenciálního jističe.

Pokud je v místnosti provedeno rozvedení do několika okruhů, je každý z nich chráněn samostatným jističem, jehož výkon je uveden v označení. Jejich jmenovité hodnoty a třídy určuje vlastník místnosti s ohledem na stávající vedení nebo výkon připojovaných spotřebičů.

Elektroměr a jističe se instalují do rozvodného rozvaděče, který splňuje všechny bezpečnostní požadavky a lze jej snadno začlenit do interiéru místnosti.

Při výběru místa pro umístění rozvodného rozvaděče je třeba pamatovat na to, že vlastnosti tepelné spouště ovlivňuje teplota vzduchu. Proto je vhodné umístit lištu s jističi uvnitř samotné místnosti.

Výpočet potřebného nominálu

Hlavní ochranná funkce jističe se vztahuje na vedení, proto se volba jmenovité hodnoty provádí podle průřezu kabelu. Přitom celý obvod musí zajistit běžný provoz připojených spotřebičů. Výpočet parametrů systému není složitý, ale je třeba zohlednit mnoho nuancí, aby se předešlo chybám a vzniku problémů.

Stanovení celkového výkonu spotřebičů

Jedním z hlavních parametrů elektrického okruhu je maximální možný výkon připojených spotřebičů. Při výpočtu tohoto ukazatele nelze jednoduše sčítat údaje z výkonových štítků zařízení.

Aktivní a jmenovitá složka

U každého spotřebiče napájeného elektřinou je výrobce povinen uvést činný výkon (P). Tato veličina určuje množství energie, která bude nevratně přeměněna v důsledku provozu zařízení a za kterou bude uživatel platit podle elektroměru.

Ale u spotřebičů s kondenzátory nebo indukční cívkou existuje ještě další výkon s nenulovou hodnotou, který se nazývá jalový (Q). Ten se dostane do zařízení a prakticky okamžitě se vrací zpět.

Jalová složka se nepodílí na výpočtu spotřebované elektrické energie, ale společně s činnou tvoří tzv. “zdánlivý” nebo “jmenovitý” výkon (S), který zatěžuje obvod.

cos(f) – parametr, pomocí kterého lze určit zdánlivý (jmenovitý) výkon z činného (spotřebovaného). Pokud není roven jedné, uvádí se v technické dokumentaci k elektrickému spotřebiči.

Příspěvek jednotlivého zařízení k celkovému zatížení vodičů a jističe je nutné počítat podle jeho zdánlivého výkonu: S = P / cos(f).

Zvýšené startovací proudy

Další zvláštností některých typů domácích spotřebičů je přítomnost transformátorů, elektromotorů nebo kompresorů. Taková zařízení při spuštění odebírají rozběhový (startovací) proud.

Jeho hodnota může několikanásobně překročit standardní hodnoty, ale doba provozu při zvýšeném výkonu je krátká a obvykle činí 0,1 až 3 sekundy. Tento krátkodobý nárůst nezpůsobí vybavení tepelné spouště, ale elektromagnetická součástka jističe, která reaguje na nadproud zkratu, by mohla zareagovat.

Tato situace je obzvláště aktuální pro vyhrazené vedení, ke kterému se připojuje zařízení, jako jsou dřevoobráběcí stroje. V tomto případě je třeba vypočítat proud a možná má smysl použít jistič třídy “D”.

Zohlednění součinitele náročnosti

Pro obvody, ke kterým je připojeno velké množství zařízení a chybí zařízení, které odebírá největší část proudu, se používá součinitel náročnosti (ks). Smyslem jeho použití je, že všechna zařízení nebudou pracovat současně, takže součet jmenovitých výkonů by vedl k nadhodnocené hodnotě.

Součinitel náročnosti pro skupiny elektrických spotřebičů je stanoven v bodě 7 SP 256.1325800.2016. Na tyto hodnoty se lze spolehnout i při vlastním výpočtu maximálního výkonu.

Tento součinitel může nabývat hodnoty rovné nebo menší než jedna. Výpočet výkonu (P_r) každého spotřebiče se provádí podle vzorce:

P_r = ks * S

Celkový výkon všech spotřebičů se používá k výpočtu parametrů obvodu. Použití součinitele náročnosti je vhodné pro kanceláře a malé obchodní prostory s velkým počtem počítačů, kancelářské techniky a dalšího zařízení napájeného z jednoho okruhu.

Pro vedení s malým počtem spotřebičů se tento součinitel nepoužívá v čisté formě. Z výpočtu výkonu se vyřazují ta zařízení, u nichž je současné zapnutí s energeticky náročnějšími spotřebiči nepravděpodobné.

Například je malá šance na současný provoz žehličky a vysavače v obytné místnosti. A pro dílny s malým počtem personálu se do výpočtu berou pouze 2-4 nejvýkonnější elektrické nářadí.

Výpočet proudu

Výběr jističe se provádí podle maximální hodnoty proudu povolené v daném úseku obvodu. Tento údaj je nutné získat, pokud známe celkový výkon elektrických spotřebičů a napětí v síti.

Podle GOST 29322-2014 od října 2015 by hodnota napětí měla být 230 V pro běžnou síť a 400 V pro třífázovou. Ve většině případů však stále platí staré parametry: 220 a 380 V. Proto je pro přesnost výpočtů nutné provést měření pomocí voltmetru.

Napětí v domácí síti lze změřit voltmetrem nebo multimetrem. Stačí zasunout jeho kontakty do zásuvky.

Dalším problémem, který je obzvláště důležitý pro elektroinstalaci v soukromém sektoru, je poskytování elektrického napájení s nedostatečným napětím. Měření na těchto problematických objektech mohou ukazovat hodnoty mimo rozsah stanovený normou GOST.

Navíc, v závislosti na úrovni spotřeby elektřiny sousedy, se může hodnota napětí během krátké doby výrazně měnit.

To vytváří problém nejen pro fungování spotřebičů, ale také pro výpočet proudu. Při poklesu napětí některá zařízení jednoduše ztrácejí výkon, a některá, která mají vstupní stabilizátor, zvyšují spotřebu elektřiny.

Kvalitně provést výpočty potřebných parametrů obvodu za těchto podmínek je obtížné. Proto buď budete muset položit kabely s předem větším průřezem (což je drahé), nebo řešit problém instalací vstupního stabilizátoru nebo připojením domu k jinému vedení.

Stabilizátor se instaluje poblíž rozvaděče. Často je to jediný způsob, jak dosáhnout normovaných hodnot napětí v domě.

Poté, co byl zjištěn celkový výkon elektrických spotřebičů (S) a hodnota napětí (U), se výpočet proudu (I) provádí podle vzorců, které jsou důsledkem Ohmova zákona:

I_f = S / U_f pro jednofázovou síť

I_l = S / (1,73 * U_l) pro třífázovou síť

Zde index “f” znamená fázové parametry a “l” lineární.

Většina třífázových zařízení používá typ zapojení “hvězda” a právě podle tohoto schématu funguje transformátor, který dodává proud spotřebiteli. Při symetrickém zatížení budou lineární a fázový proud shodné (I_l = I_f), a napětí se vypočítá podle vzorce:

U_l = 1,73 * U_f

Nuance výběru průřezu kabelu

Kvalitu a parametry vodičů a kabelů reguluje GOST 31996-2012. Podle tohoto dokumentu jsou pro vyráběné produkty vypracovány technické podmínky (TU), kde je povolen určitý rozsah hodnot základních charakteristik. Výrobce je povinen poskytnout tabulku shody průřezu žil a maximálního bezpečného proudu.

Maximální dovolený proud závisí na průřezu žil vodičů a způsobu montáže. Mohou být položeny skrytě (ve zdi) nebo otevřeně (v trubce nebo krabici).

Kabel je třeba vybírat tak, aby byl zajištěn bezpečný tok proudu odpovídající vypočtenému celkovému výkonu elektrických spotřebičů. Podle PUE (pravidla pro zařízení elektrických instalací) musí být minimální vypočtený průřez vodičů používaných v obytných prostorách nejméně 1,5 mm².

Standardní rozměry mají následující hodnoty: 1,5; 2,5; 4; 6 a 10 mm².

Někdy má smysl použít vodiče s průřezem o jeden stupeň větším, než je minimálně přípustný. V takovém případě existuje možnost připojení dalších spotřebičů nebo výměny stávajících za výkonnější bez nákladných a časově náročných prací na pokládání nových kabelů.

Výpočet parametrů jističe

Pro každý obvod musí platit následující nerovnost:

I_n <= I_p / 1.45

Zde I_n je jmenovitý proud jističe a I_p je dovolený proud pro vedení. Toto pravidlo zajišťuje zaručené vypnutí při dlouhodobém překročení dovoleného zatížení.

Nerovnost “In <= Ip / 1.45” je základní podmínkou při sestavování dvojice “jistič – kabel”. Zanedbání tohoto pravidla může vést k vznícení vedení.

Jmenovitou hodnotu jističe lze vypočítat jak podle celkového zatížení, tak podle průřezu žil již položeného vedení. Předpokládejme, že existuje schéma zapojení elektrických spotřebičů, ale vedení ještě není položeno.

V tomto případě je postup následující:

1. Výpočet celkové proudové síly připojených elektrických spotřebičů.
2. Volba jističe s jmenovitou hodnotou ne menší než vypočtená hodnota.
3. Volba průřezu kabelu podle jmenovité hodnoty jističe.

Příklad:

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.

Pokud je vedení již položeno, je postup jiný:

1. Určení dovoleného proudu při známém průřezu a způsobu uložení vedení podle tabulky poskytnuté výrobcem.
2. Výběr jističe.
3. Výpočet výkonu připojovaných zařízení. Sestavení skupiny spotřebičů tak, aby celkové zatížení obvodu bylo menší než jmenovitá hodnota.

Příklad. Nechť jsou položeny dva jednožilové kabely otevřeným způsobem, D = 6 mm², potom:

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

V bodě 2 posledního příkladu je mírné přípustné přiblížení. Přesná hodnota I_n = I_p / 1.45 = 31,7 A byla zaokrouhlena na hodnotu 32 A.

Výběr mezi několika jmenovitými hodnotami

Někdy nastane situace, kdy lze vybrat několik jističů s různými jmenovitými hodnotami pro ochranu obvodu. Například při celkovém výkonu elektrických spotřebičů 4 kW (18 A) bylo s rezervou vybráno vedení s průřezem měděných žil 4 mm². Pro takovou kombinaci lze nastavit jističe na 20 a 25 A.

Pokud schéma elektrického rozvodu počítá s víceúrovňovou ochranou, je třeba zvolit jističe tak, aby hodnota jmenovitého proudu nadřazeného (na obrázku je vpravo – 25 A) byla vyšší než u jističů nižších úrovní.

Výhodou výběru jističe s nejvyšším jmenovitým proudem je možnost připojení dalších spotřebičů bez změny prvků okruhu. Nejčastěji se tak postupuje.

Ve prospěch výběru jističe s nižším jmenovitým proudem hovoří skutečnost, že jeho tepelná spoušť rychleji zareaguje na zvýšený proud. Jde o to, že u některých spotřebičů může vzniknout závada, která povede ke zvýšení spotřeby energie, ale ne na úroveň zkratu.

Například porucha ložiska motoru pračky povede k prudkému nárůstu proudu ve vinutí. Pokud jistič rychle zareaguje na překročení povolených hodnot a provede odpojení, motor se nespálí.

Závěry a užitečné video k tématu

Konstrukce jističe a jeho klasifikace. Pojem časově-proudové charakteristiky a volba jmenovitého proudu podle průřezu kabelu:

Výpočet výkonu spotřebičů a volba jističe s využitím pravidel PUE:

K výběru jističe je třeba přistupovat zodpovědně, protože na tom závisí bezpečnost provozu domácí elektrické soustavy. Přes množství vstupních parametrů a nuancí výpočtu je třeba mít na paměti, že hlavní ochranná funkce jističe se vztahuje na elektroinstalaci.

Pište prosím komentáře, pokládejte otázky, umísťujte fotografie k tématu článku do bloku níže. Sdílejte užitečné informace, které by mohly být užitečné návštěvníkům webu. Povězte o svých vlastních zkušenostech s výběrem jističů pro ochranu chatové nebo domácí elektroinstalace.