Защита проводов от перегрузки кратко

Обновлено: 05.07.2024

Главная задача электрика – сделать проводку надёжной и безопасной. В результате аварий может произойти возгорание или людей ударит током. Аварии возникают из-за повышенного тока и коротких замыканий. В результате через проводники протекает слишком большой ток, они греются и на них плавится изоляция, возникает искрение или дуга.

Как же защитить проводку от короткого замыкания?

Первый — это закон Ома:

Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Это значит, что если в цепи малое сопротивление – ток будет большим, а если большое – то маленьким, а также при повышении напряжения ток растёт вместе с ним.

Второй закон, о котором нужно сказать — это закон Джоуля-Ленца:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

Что это значит? То, что, чем больше сопротивление проводника или ток через него – тем больше тепла выделится на нём. То есть когда через провода протекает ток – они греются. У каждого проводника есть определенное сопротивление.

Чтобы проводник не перегревался подбирают нужное сечение под определенный ток. Чтобы жила не грелась — тепло должно рассеиваться в окружающую среду, рассеивается оно тем быстрее, чем больше площадь, с которой оно рассеивается.

В связи с этим тонкие провода под большой нагрузкой начинают греться и становятся горячими, а толстые – успевают отдать тепло наружу, и их температура остаётся почти неизменной. Если температура проводника будет слишком высокой, вплоть до покраснения жилы – изоляция оплавится.

Сечение проводника — первый шаг к защите от перегрузки.

Под каждую нагрузку выбирают провод или кабель с жилами определенного поперечного сечения.

Защитная аппаратура.

Автоматический выключатель – это основной коммутационный аппарат для защиты проводки от перегрузки и коротких замыканий. Главное, что нужно запомнить – автоматический выключатель защищает КАБЕЛЬ, ШНУР или ПРОВОД от возгорания или перегорания, но никак не оборудование или людей.

Электромагнитный расцепитель – это соленоид внутри которого есть сердечник. При протекании большого тока – соленоид выталкивает сердечник и приводит в движение механизм отключения. Это своего рода реле тока.

От правильности выбора номинала и типа время-токовой, характеристики зависит безопасность его использования.

Дифференциальная защита от утечек.

УЗО – устройство защитного отключения, создано для защиты при утечке тока. Это нужно для: защиты человека при случайном касании токопроводящих частей под напряжением (оголенные провода, корпус поврежденного электроприбора), а также утечки тока на заземленные корпуса, трубопроводы, элементы строительных конструкций и прочего.

УЗО отслеживает сколько тока прошло по фазному и сколько по нулевому проводнику, если есть разница между проводами – значит произошла утечка и силовые контакты размыкаются.

Таким образом обеспечивается безопасность людей, а также снижение риска дальнейшего развития утечки до короткого замыкания, при повреждениях изоляции, что особенно важно в деревянном доме, например.

Другой тип защитных приборов – дифавтомат , совмещает в себе функции УЗО и автоматического выключателя.

Ограничитель мощности.

Следующий прибор отключает нагрузку в случае превышения мощности. Это Реле ограничения мощности. Хоть это устройство и не является по своей сути защитным и его используют в большей степени энергосбытовые или сетевые компании для контроля и ограничения потребления электроэнергии, свыше установленной в нормальной или уменьшения этой величины в аварийной ситуации. Изделие отслеживает потребляемую мощность и в случае её превышения отключает потребителя.

Безопасность и долговечность работы электропроводки лежит на трёх китах:

1. Правильный выбор сечения кабельных изделий.

2. Установка автоматических выключателей и других приборов защиты нужных номиналов. Покупайте их только в сертифицированных магазинах, чтобы не нарваться на подделку, отдавайте предпочтение таким брендам, как ABB, Schneider Electric, а из более дешевых — отечественный КЭАЗ (г. Курск).

Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания

Почему перегрузка короткое замыкание опасны — теория

Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

где RЛИНИИ — это сопротивление проводников, зависит от их сечения и длинны (R=po*L/S).

r — внутреннее сопротивление источника питания. Если сказать простым языком, то зависит от конструкции если это гальванический элемент, или от сечения провода в обмотке трансформатора. RКОНТАКТ — переходное или контактное сопротивление – его величина зависит от площади касания двух замкнутых проводников.

Также стоит учитывать реактивные индуктивные и емкостные сопротивления, но в бытовой проводке можно опустить этот вопрос.

В результате при замыкании цепи ток ограничен только приведенными выше сопротивлениями, а они в большинстве случаев ничтожно малы (доли Ом, в домашней электросети), даже при сопротивлении 1 Ом при напряжении в 220В в цепи будет протекать ток 220В, против вашей проводки рассчитанной обычно на 16-40А. А на практике ток короткого замыкания составляет сотни и тысячи ампер!

Второй закон, о котором нужно сказать — это закон Джоуля-Ленца, в учебниках о нём сказано:

Сечение проводника — первый шаг к защите от перегрузки

Вы наверняка знаете, что под каждую нагрузку выбирают провод или кабель с жилами определенного поперечного сечения, например, для оценки правильности выбора сечения жил популярного кабеля марки ВВГ-НГ-ls используют таблицу 1.3.4 из ПУЭ. В ней описаны требования для проводов и кабелей с резиновой или поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией. Также она учитывает способ прокладки и количество проводников.

Так как проводники выбирают с запасом, то электрики руководствуются простым правилом: для розеток провод 2.5 мм², а для освещения – 1.5 мм². В большинстве случае этого достаточно.

Согласно этой таблице вы проверяете расчетные значения сечения и выдержат ли жилы такую плотность тока без перегрева и других неприятностей.

Защитная аппаратура

Главное, что нужно запомнить – автоматический выключатель защищает КАБЕЛЬ, ШНУР или ПРОВОД от возгорания или перегорания, но никак не оборудование или людей.

Если кратко, то в автоматическом выключателе есть два расцепителя – электромагнитный и тепловой. Электромагнитный срабатывает при сильном превышении тока (в единицы и десятки раз больше номинального тока), например, при коротком замыкании, а тепловой при незначительной перегрузке, например, на 20-50%.

Таким образом если вы включите много электроприборов – нагреется тепловой расцепитель, это биметаллическая пластина, которая при нагреве изгибается. Изгибаясь она приведет в движение механизм отключения автоматического выключателя, таким образом цепь обесточится.

Номинальный ток автоматического выключателя выбирают исходя из пропускной способности самого слабого места в проводке. Например, какой бы вы кабель не проложили на розетки, посмотрите, что на ней написано, в большинстве бытовых розеток вы увидите 16 ампер, а иногда и 10 ампер.

Если вы вовремя не отключите приборы – то, нагреваясь, контакты покроются нагаром, части корпуса оплавятся, а металлические шинки, удерживающие вилку, расширятся и контакт ослабнет. Из-за чего контактное сопротивление возрастёт и нагрев будет происходить еще интенсивнее, розетка начнет искрить и дымится, вплоть до возгорания обоев или стен, в которых она установлена.

Время-токовая характеристика, если говорить простыми словами, то это характеристика, которая показывает как быстро отключится автомат в случае перегрузки. В домашнем электрощите зачастую используют автоматы класса B и C.

Второе правило – устанавливайте автоматические выключатели с номинальным током, не превышающим самое слабое звено в электропроводке. Если вам нужно чтобы больше потребителей могли одновременно работать – делите розетки на группы в каждой комнате и прокладывайте к ним отдельный кабель (радиальная схема разводки).

Дифференциальная защита от утечек

И по сей день обыватели, установив УЗО почему-то считают, что оно защитит от перегрузки или короткого замыкания, это также ошибочно.

Другой тип защитных приборов – дифавтомат, совмещает в себе функции УЗО и автоматического выключателя. На рисунке ниже вы видите, как отличить дифавтомат (слева) от УЗО (справа), отличия на схеме и в маркировке.

УЗО и дифавтоматы всегда выполняются в двухполюсном или четырёхполюсном виде однофазных и трёхфазных цепей соответственно. Согласно ПУЭ п. 1.7.80, должны использоваться только если есть заземление, то есть в двухпроводной сети их использовать запрещено. Однако это спорный вопрос в этой статье рассматривать не будем.

Ограничитель мощности

Следующий прибор отключает нагрузку в случае превышения мощности. Это Реле ограничения мощности. Примером такого устройства является однофазный ОМ-110 или трёхфазный ОМ-310, есть и другие модели – эти приведены просто для примера.

Хоть это устройство и не является по своей сути защитным и его используют в большей степени энергосбытовые или сетевые компании для контроля и ограничения потребления электроэнергии, свыше установленной в нормальной или уменьшения этой величины в аварийной ситуации. Изделие отслеживает потребляемую мощность и в случае её превышения отключает потребителя.

Тем не менее устройство не допустит перегрузок электропроводки если вы правильно установите параметры его работы. Если вам интересно узнать подробнее о таких устройствах – пишите в комментариях и мы обязательно о них расскажем.

Заключение – 3 правила чтобы не было КЗ и перегрузок

Безопасность и долговечность работы электропроводки лежит на трёх китах:

1. Правильный выбор сечения кабельных изделий.

3. Правильная эксплуатация электрообрудования.

1. Своевременную замену и протяжку клеммников электроустановочных изделий — автоматов, УЗО, выключателей света, розеток.

2. Рационального распределения нагрузки по розеткам — не вставляйте в тройники и удлинители мощные электроприборы, таким образом вы можете перегрузить розетку или кабель, который её питает (смотрите - Почему опасно использовать тройники и удлинители).

3. Аккуратное обращение с электроприборами — не допускайте попадание воды, металлических предметов внутрь бытовой техники, чтобы не произошло замыкание. Ведь даже если автоматы и кабель установлены хорошие нужно помнить, что автоматы иногда залипают или срабатывают медленно, в результате чего отгорают соединения в распредкоробках.

4. При ремонте приборов и монтаже или обслуживании проводки используйте качественную изоляцию, которая хорошо липнет или термоусадочные трубки. Избегайте скруток — соединяйте провода пайкой, сваркой, гильзованием или клеммниками. Таким образом вы избежите коротких замыканий в результате плохой изоляции или нагрева соединений в распределительных коробках.

При эксплуатации электрической сети в отдельных ее участках бывают нарушения нормального режима работы и в проводниках могут возникнуть токи, превышающие расчетные. Возможно, например, увеличение тока линии в связи с перегрузкой двигателя. Увеличение тока при перегрузке, как правило, бывает небольшим, в пределах не выше нескольких десятков процентов номинальной нагрузки. Другой вид нарушения нормальной работы сети — короткое замыкание — связан в большинстве случаев с резким увеличением тока до нескольких десятков и даже сотен тысяч ампер.
Короткое замыкание может вызвать пожар из-за воспламенения покровов провода. Еще более опасные последствия может повлечь за собой короткое замыкание во взрывоопасном помещении, где приходится считаться с возможностью взрыва.
Несравненно менее опасна для проводников перегрузка. Кратковременная перегрузка проводников не представляет для них и для окружающей среды непосредственной опасности. Однако длительные перегрузки ведут к износу изоляции и снижению ее изоляционных свойств.
Защита сети от коротких замыканий является обязательной во всех случаях, и время ее действия должно быть минимальным для уменьшения теплового действия токов короткого замыкания.
Перегрузка является менее опасной, и в ряде случаев допускается отказ от применения защиты проводов и кабелей от перегрузки.
Защита проводов и кабелей электрических сетей напряжением до 1 000 В осуществляется плавкими предохранителями. автоматическими выключателями с тепловыми и электромагнитными расцепителя ми и магнитными пускателями или контактерами с тепловыми реле.
Наиболее простым и дешевым защитным аппаратом является плавкий предохранитель. Его защитным элементом является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величины температура плавкой вставки повышается и происходит ее расплавление, цепь тока разрывается, предохраняя провод линии от недопустимого перегрева.
Выбор предохранителей. Плавкая вставка предохранителя выбирается по номинальному току. Шкалы номинальных токов плавких вставок наиболее употребительных предохранителей типов ПР-2 и ПН-2 приведены в табл. П-7.
При выборе плавких предохранителей следует обеспечить выполнение двух условий.
Первое условие — номинальный ток плавкой вставки (А) должен быть не меньше длительного расчетного тока линии
(7)
где /дл — длительный расчетный ток линии, А
Второе условие связано с необходимостью предотвратить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, вызванных пуском двигателей с коротко- замкнутым ротором, так как при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, превышающий номинальный ток двигателя в 4—7 раз.
Величина пускового тока двигателя (А) определяется по формуле
(8)
где /н.дв — номинальный ток двигателя, A; Ki— кратность пускового тока, показывающая, во сколько раз пусковой ток двигателя больше номинального. Величины /н.дп и Ki определяются по каталогам или справочникам [Л. 6].
Чтобы плавкая вставка не расплавилась от пускового тока при пуске двигателя, должно выполняться одно из следующих условий.
При защите ответвления к одиночному двигателю с нечастыми пусками при длительности пускового периода не более 2—2,5 с (двигатели металлообрабатывающих станков, вентиляторов, насосов и т. п.)
(9)
При защите ответвления к одиночному двигателю с частыми пусками (двигатели кранов) или с большой длительностью пускового периода (двигатели центрифуг, дробилок, нагруженных транспортеров и т. п.)
(10)
При защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку,
(И)
В последних трех формулах /п — пусковой ток двигателя, А; /„р — максимальный кратковременный ток линии (А), равный
(12)
где /п — пусковой ток двигателя, при пуске которого кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, А; /дЛ — длительный расчетный ток линии до момента пуска двигателя, определяемый без учета рабочего тока пускаемого двигателя, А.

* Величина знаменателя в формуле (10) принимается в зависимости от условий пуска двигателя: чем тяжелее пуск, тем меньше принимается знаменатель.

При выборе плавкой вставки ее номинальный ток должен удовлетворять соотношению (7) и одному из трех соотношений: (9), (10) или (11) в зависимости от условий пуска двигателя и от назначения линии (ответвление к двигателю или магистраль).

Результаты выбора плавких вставок предохранителя в примере 5 показывают, что предохранители не защищают двигатель с короткозамкнутым ротором от перегрузки. Действительно, номинальный ток двигателя 135 А, а номинальный ток плавких предохранителей 400 А. Если проводники питающей двигатель линии выбраны по номинальному току двигателя, как это обычно и делается, то они также не будут защищены от перегрузки. Таким образом, плавкий предохранитель в рассматриваемом случае защищает двигатель и проводники только от нагревания токами коротких замыканий.

Защита от перегрузки.

При необходимости иметь защиту от перегрузки применяют автоматические выключатели с тепловыми расцепителями или магнитные пускатели с тепловыми реле. Тепловые элементы расцепителя или реле нагреваются медленно и действуют только при длительном протекании тока. Пусковой ток двигателя не успевает нагреть эти элементы до температуры, при которой происходит действие тепловой защиты.
Отсюда следует, что тепловые расцепители автоматического выключателя и нагревательные элементы тепловых реле, установленных в магнитных пускателях, следует выбирать только по длительному расчетному току
(А) линии
(13)
Тепловая защита, являясь хорошей защитой от перегрузки, плохо защищает от коротких замыканий. Дело в том, что тепловые расцепители и нагревательные элементы тепловых реле действуют медленно и провода линии или проводники обмоток двигателя при протекании через них тока короткого замыкания могут быть повреждены прежде, чем сработает тепловая защита.
В связи с этим тепловая защита должна дополняться защитой от короткого замыкания. Последняя может быть выполнена в виде плавких предохранителей. В случае применения автоматического выключателя (автомата) с тепловыми расцепителями для защиты от перегрузки целесообразно для защиты от коротких замыканий применять электромагнитные расцепители. Такие автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, содержащие тепловые и электромагнитные расцепители, получили широкое распространение. Они одновременно осуществляют защиту как от перегрузки, так и от короткого замыкания.
Номинальный ток (А) электромагнитного и комбинированного расцепителей автоматического выключателя выбирается по длительному расчетному току линии
(14)
Кроме того, указанные расцепители должны быть проверены по наибольшей величине кратковременного то-
ка линии при пуске двигателей. Понятно, что при пуске двигателей автоматический выключатель не должен отключаться. Это будет обеспечено, если ток срабатывания (А) (или ток трогания) расцепителя удовлетворяет условию
(15)
где /кр — наибольший кратковременный ток линии. А; 1,25 — коэффициент запаса, учитывающий разброс характеристик расцепителей автомата.
Необходимо отметить, что в зависимости от конструктивного выполнения некоторые расцепители допускают регулировку величины тока срабатывания; для других исполнений величина тока срабатывания не регулируется.

Требования.

Обратимся к книге [1] автора Харечко Ю.В., который, проведя анализ нормативной документации, заключил следующее:

В соответствии с требованиями п. 433.1 [2] международного и национального стандартов устройства защиты от перегрузки должны иметь время-токовую характеристику с обратно-зависимой выдержкой времени и обеспечивать отключение токов перегрузки раньше, чем произойдет опасное повышение температуры проводников и их соединений. Рабочая характеристика любого устройства защиты от сверхтока, применяемого для защиты кабеля (проводов) электропроводки от перегрузки, должна отвечать следующим условиям:

Примечание 1: В ГОСТ Р 50571.4.43-2012 вместо условного времени ошибочно указано стандартное время, которое не определено и не разъяснено национальным стандартом.
[1]

В приложениях B обоих стандартов приведен рисунок B.1, иллюстрирующий эти условия.

Рис. B.1. Иллюстрация условий 1 и 2 из 433.1 МЭК 60364‑4‑43

Примечание к рисунку: Приведен рисунок B.1 из стандарта МЭК 60364‑4‑43. В ГОСТ Р 50571.4.43-2012 некоторые характеристики на этом рисунке названы неправильно.
[1]

Особенности.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] акцентирует внимание на некоторых особенностях защиты от перегрузки:

« В стандарте МЭК 60364‑4‑43 и ГОСТ Р 50571.4.43-2012 отмечается, что при соблюдении указанных требований нельзя обеспечить защиту проводников от малых длительных токов перегрузки, которые меньше, чем I₂. В таких случаях следует предусматривать выбор проводников с бóльшим сечением, т. е. если подобные токи могут протекать в электрических цепях электроустановки здания, то для обеспечения гарантированной защиты их проводников от малых токов перегрузки целесообразно обеспечить следующее согласование характеристик устройств защиты от сверхтока и защищаемых им проводников:

I_B ≤ I_n 2 , 2,5 мм 2 и 4,0 мм 2 и имеющих изоляцию из поливинилхлорида, применяют устройства защиты от сверхтока с номинальным током не более соответственно 13 А (при некоторых условиях – не более 10 А), 16 А и 25 А (при некоторых условиях – не более 20 А).

Читайте также: