Jak vypočítat štít domu?

Jak je vidět ze seznamu, výpočet výkonu je zásadní při budování elektrické sítě a montáži elektrického panelu.

Teoretický základ výpočtů

Jmenovitý výkon elektrických spotřebičů je obvykle uveden na typovém štítku zařízení nebo v cestovním pasu k němu. Pokud není indikován výkon, ale existuje indikátor proudu, použije se pro výpočet následující vzorec:

kde I – síla proudu, A

U – síťové napětí, V

K určení celkového výkonu skupiny spotřebitelů na jednom řádku se používá následující vzorec:

kde c je koeficient poptávky,

Р₁ , R₂ , R₃ , R_n — jmenovitý výkon jednotlivých zařízení, W

Koeficient poptávky udává možnost současného zapnutí všech zařízení na lince. Když jsou všechna zařízení zapnuta současně_с =1. V praxi se to stává zřídka, proto se pro obytné prostory bere koeficient poptávky na úrovni 0,8 pro 2 spotřebitele, 0,75 pro 3 spotřebitele a 0,7 pro 5 a více.

Při výpočtu výkonu je také třeba vzít v úvahu poměr jalové a aktivní složky odporu zátěže ( cos φ , W/VA).

Vzorec pro celkový návrhový výkon tedy bude vypadat takto:

Kde je cos φ — účiník.

Při výpočtu výkonu pro obytné prostory se tento koeficient považuje za rovný 0,95 – 0,98. Pokud plánujete připojit zařízení s vysokou indukční reaktancí (například kompresor, čerpadlo, elektrická vrtačka, příklepová vrtačka), musíte do výpočtu zahrnout cos φ rovný 0,8.

Právě tento indikátor by se měl používat při budování sítě a rozložení zátěže mezi fázemi. Na základě získaných údajů se také vypočítá vypočtená aktuální hodnota:

Na základě tohoto indikátoru se provádí výběr průřezu kabelu pro zapojení a také ochranná automatika pro instalaci do panelu.

Příklad výpočtu výkonu elektrického panelu

Podívejme se na výpočet podrobněji pomocí následujícího příkladu.

Řekněme, že potřebujete k rozvaděči připojit kuchyň, ve které se mají používat následující spotřebiče:

• elektrická trouba s troubou, 8800 W;
• mikrovlnná trouba, 2200 W;
• varná konvice, 2000 W;
• multivařič, 1000 W;
• toustovač, 750 W;
• digestoř, 400 W;
• lednice, 250W.

Pojďme vypočítat celkový výkon místnosti. Za tímto účelem sečteme indikátory napájení všech zařízení:

Р_celkový =8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

Plánuje se připojení všech zařízení k lince, proto vezmeme koeficient poptávky K_с = 0,7. Odhadovaný výkon bude:

Z výčtu elektrických spotřebičů je zřejmé, že mezi ně nepatří zařízení s vysokou indukční reaktancí. Cos φ lze tedy brát pro všechny stejně – 0,98. Tento indikátor můžete u každého zařízení objasnit pomocí referenčních tabulek. Celkový návrhový výkon s přihlédnutím k cos φ bude:

Je také nutné vypočítat aktuální sílu:

Vypočtené indikátory se používají k určení vstupního výkonu elektrického panelu a také ke stanovení parametrů pro vstupní jistič a ochranná zařízení na vstupu.

Musíte také provést výpočty pro každého jednotlivého spotřebitele. To bude nutné pro rovnoměrné rozložení všech spotřebičů mezi fázemi, určení zátěže na každé jednotlivé lince a výběr automatického ochranného zařízení pro každou linku. Je vhodné to provést v dokumentu tabulky aplikace Excel.

Výkonné spotřebiče musí být vedeny samostatným vedením příslušného průřezu kabelu a instalací speciální elektrické zásuvky a jističe s odpovídajícím jmenovitým výkonem. Pro připojení zásuvek se obvykle používá kabel o průřezu 2,5 mm 2 a jsou instalovány jističe 16 A Proto by zatížení zásuvkových vedení mělo být rozloženo tak, aby tyto hodnoty nepřekročilo. Jinak bude jistič neustále vypínat. Při instalaci stroje s velkým výkonem dojde k přetížení kabeláže, což povede k přehřátí a nebezpečí požáru.

V tabulce jsou barevně zvýrazněny jednotlivé řádky, které je nutné zajistit při návrhu rozvaděče pro připojení všech spotřebičů.

Výpočet výkonu panelu je nutné provést při návrhu elektroinstalace a samotného panelu. Bez těchto výpočtů je vysoká pravděpodobnost neefektivního využití nebo přetížení elektrického vedení.

V tomto článku chci uvést příklad výběru zařízení pro panel v bytě, podmíněném pokračováním předchozího článku (některé teoretické body byly popsány podrobněji). Proto je tam podtitul.

Počáteční data

Protože ve skutečnosti existuje mnoho možných podmínek, uvedu zde řadu omezení, aby byl příklad konkrétnější. Někdo může mít štěstí více, někdo méně, ale takový je život.
Jedná se tedy o jednofázové napájení, v panelu je instalován elektroměr se jmenovitým proudem 50 A Energetická společnost umožňuje maximální příkon vstupního zařízení s ochranou proti přetížení 40 A. Veškerá elektroinstalace je kompletně změněna. Můžete vyměnit kabeláž z původních svorek elektroměru (k tomu byste měli zavolat instalatéra, aby odstranil plomby). Pokud je dům normálně navržen a postaven, pak od měřiče k panelu již bylo položeno něco normálního, například 4 mm² mědi.

Stejně jako v předchozím článku předpokládám napětí dle norem IEC 230 V.

spotřeba

Je důležité určit, co bude spotřebovávat a jaké proudy lze očekávat. Chcete-li to provést, musíte vytvořit seznam spotřebitelů s jejich maximální spotřebou, abyste určili průřez kabelu. Musíte pochopit, že maximální výkon připojení ve výše uvedeném případě bude pouze 9200 W, proto se nevyplatí zapínat vše v elektrickém sporáku (od 8800 do 10200 W) a poté žehličku (až 2400 W) a vysavač (900-2000 W) současně. Zde musíte najít rovnováhu mezi pohodlím a příležitostí a něco obětovat.

V zásadě musíte pochopit, co funguje a s jakou silou. Stejná pračka spotřebuje plný výkon prvních 15-20 minut, zatímco se voda zahřívá a máchá práškem, pak je výkon 10-15% výkonu uvedeného v pasu. Protože je to vše velmi individuální, akceptujeme pro další výpočty velkých spotřebitelů (z vlastní zkušenosti):

• pračka 2300 W (náplň 6 kg, nové modely)
• sporák 9200W
• rychlovarná konvice 2000W
• žehlička 2400W
• vysavač 1600W

Zkratové proudy

Štít

Jak jsem zmiňoval v minulém článku, výpočet ukáže nějakou hodnotu, která je v reálu málo použitelná, zvláště pokud sítě, na které je dům připojen, již nejsou nové. V každém případě se měření používají k získání dat, ze kterých lze vycházet při výpočtech. Existují speciální zařízení, která se v podstatě zapojují do zásuvky a měří odpor sítě až do tohoto bodu. Zařízení také ukazuje vypočtenou hodnotu zkratového proudu v místě měření, ale tuto hodnotu lze použít pouze pro obecné posouzení, protože je vypočtena na základě aktuálních parametrů (například síťového napětí). Za základ by se tedy měl brát pouze naměřený odpor.

Samotné měření také není konečnou odpovědí, protože zkratové proudy se mohou měnit v důsledku úprav v síti, jako jsou opravy nebo výměny zařízení, nebo změny režimů v sítích vysokého napětí. Proto by měla být naměřená hodnota „degradována“, aby byla zaručena ochrana i později.

Faktorů, které lze při přepočtu naměřené hodnoty zohlednit, je celá řada.

Za prvé, měření probíhá za normálních podmínek, ale při zkratu se vodiče zahřejí a tím se zvýší jejich elektrický odpor.

Za druhé je zde chyba měření samotného zařízení, která může být v některých případech až 30 %.

Za třetí, vliv sítě vysokého napětí. Maximální změna zkratových proudů v síti nízkého napětí v důsledku změn v síti vysokého napětí je 10-12%.

Všechny tyto faktory vedou k tomu, že naměřená hodnota odporu by se měla zvýšit 1,6-1,7krát.

Řekněme, že zařízení po připojení na vstupní svorky našeho panelu ukázalo hodnotu 0,74 Ohm a zkratový proud 308 A. Číslo je poměrně velké, nyní přepočítejme pro nejhorší scénář.

Nastavíme odpor sítě:

Dále podle IEC 60038 vypočítáme minimální zkratový proud pro síť do 1000V se změnou napětí plus minus 10%

Jak vidíte, minimální možný zkratový proud je téměř 2krát menší než vypočítaný.

Pro běžného spotřebitele v domácnosti je důležitý minimální proud, protože pro něj je kritická doba vypnutí. Pokud vypnete minimum, tak maximum nebude problém.

Koncoví uživatelé

Máme tedy zkratový proud na vstupu do panelu. Ale zařízení tam zabudované musí chránit dráty po celé jejich délce, a ne jen v blízkosti štítu. Pak jsou dvě možnosti: měření nebo výpočet. Jelikož vycházím z kompletní výměny rozvodů, dají se vypočítat i zkratové proudy. Pokud se mění stínění a pouze část kabeláže, doporučuje se provést měření a výpočty, jak je uvedeno výše.

Takže výpočet. Má smysl to provést před zahájením práce a nákupem drátů, aby se v každém případě vyhodnotily parametry. Jako výchozí hodnoty pro odpory bereme maximální přípustné hodnoty odporu ze stejných norem IEC (údaje níže platí pouze pro měď):

Řez, mm²	Odpor, Ohm/km
1,5	12,2
2,5	7,56
4	4,70
6	3,11

Dále je výpočet. Předpokládejme následující: k naší zásuvce potřebujeme položit 50 m kabelu od panelu. Řekněme, že zvolíme kabel o průřezu 2,5 mm² s odporem 12,2 Ohm/km.

Odpor sítě v místě připojení této zásuvky bude:

Zde je důležité si uvědomit několik bodů. Odpor kabelu by se měl vynásobit 2, protože odpor má dva vodiče v drátu, a přestože naměřený odpor je komplexní hodnota, lze pro výpočet zanedbat jalovou složku. Také hodnoty jsou v tabulce uvedeny v Ohm/km, takže je nutný převod na měřiče.

Pomocí výše uvedeného vzorce vypočítáme minimální zkratový proud:

A z tohoto výsledku je jasné, že pro garantovanou odstávku je potřeba vzít maximálně C-automat s 8 A nebo B-automat s 16A.

Zajímavým faktem

Spínače 10 a 16 A jsou standardní (obecně nezáleží na typu). A pokud vezmete stroje s 8 ampéry nebo méně, pak se může ukázat, že jejich cena je 1,5-2krát vyšší. To je třeba vzít v úvahu při plánování, protože nelze vyloučit rozbití spínače a pak hledání stejného C4A jako náhrady může být drahé a jednoduše obtížné kvůli jejich vzácnosti. Někteří výrobci mají stroje 13A, ale tady je těžké mluvit o cenové politice, někteří vyrábějí stejně jako 10A, jiní jsou dražší.

Zde je důležité znovu poznamenat – jističe chrání pouze kabel, nechrání před zkratem to, co je zapojeno do zásuvky.

Jaké jsou hlavní nevýhody tohoto výpočtu? Nebereme v úvahu např. koncové odpory nebo odpor ochranných zařízení. Jejich odpor je malý a v zásadě přidáním 0,1-0,15 Ohm do výpočtu lze tuto nepřesnost kompenzovat (ve výše uvedeném příkladu bude zkratový proud 83A, což v tomto případě již nehraje roli).

Bohužel existují skutečné případy (alespoň v postsovětském prostoru), kdy si koupíte kabel, a jeho skutečný průřez je menší než psaný (například 2,1 místo 2,5 mm²). A pokud to ještě můžete zkontrolovat na jednožilovém drátu (třeba posuvným měřítkem), tak u lanka na to můžete zapomenout. Zde pomůže pouze měření.

Kabel se prodává ve velkých délkách, délku můžete prodloužit zapojením všech vodičů do série. Takto bude možné změřit a vypočítat skutečný odpor drátu a následně tuto hodnotu použít k výpočtu a výběru strojů.

Výběr ochran podle zkratového proudu a zátěže

Nejprve proveďte výpočet, abychom propojili několik spotřebitelů, aby byl příklad konkrétnější a začal od větších spotřebitelů k menším:

Elektrický sporák

Je položen měděný kabel 6 mm², od panelu k zásuvce 15 metrů.

Je možný 32A B-automat nebo 16A C-automat (B-automat je docela vhodný pro sporák, ale 16A C-automat je příliš malý). Jak jsem již dříve psal, celkový výkon kamen je 9200 W, což znamená 40A. Protože maximální možný jistič je 32 A, musíme předpokládat, že nelze vše zapnout najednou. Co přesně záleží na spotřebě. V zásadě u některých kamen dává kombinace 2 hořáků a trouby 25 A, můžete to tak udělat.

Pračka

Je položen kabel 2,5 mm², od stínění k zásuvce 30 metrů.

Vzhledem k tomu, že stroj má vestavěný elektromotor, měli byste zvolit C-automat, v tomto případě C10A.

Rychlovarná konvice

Je položen kabel 2,5 mm², od stínění k zásuvce 20 metrů.

Vzhledem k tomu, že tam bývá zapnuto více rychlovarných konvic (to je kuchyně), zde bych radil zvolit něco jako B16A-B20A.

Ostatní elektrospotřebiče

Zde se bavíme především o žehličce nebo vysavači (od velkých spotřebitelů, které jsem zmínil dříve). V zásadě je lze zapojit do jakékoli zásuvky, takže obecně stačí vypočítat proud pro nejvzdálenější zásuvku (uvedený příklad s 88,2 A a B16A je přesně ten případ). Pokud to nefunguje, musíte vzít větší průřez, udělat nápisy na zásuvky a zajistit speciální zásuvky pro stejnou žehličku (dráty vysavače mohou být poměrně dlouhé).

Na jednu stranu si můžete vybrat stroj pro každou zásuvku, na druhou stranu někdy chcete unifikaci a při nákupu kabelů a vypínačů je to jednodušší, zde se každý rozhodne sám.

Pro osvětlení je výpočet podobný, ale zde se častěji používá vodič o průřezu 1,5 mm², protože svorky obsažené v sadě mohou být vhodné pro lanko 2,5 mm² a dokonce i se vrzáním. Ale nejsou tam tak velké proudy, zvláště pokud jde o LED osvětlení.

Doplnění na základě komentářů z 27.11.18

Mluvíme výhradně o osvětlovacích zařízeních a jejich napájení. V tomto případě může být lampa fyzicky navržena tak špatně, že se tam 2,5 mm² prostě nevejde kvůli nedostatečnému prostoru pro běžné ohýbání drátu (sám jsem se s tím setkal).
V tomto případě by měl být spínač vybrán také na základě zkratových proudů, protože odpor vodiče bude větší, pak budou zkratové proudy menší, což znamená, že spínač bude vyžadovat menší proud (B10A místo B16A , například).

Koordinace zařízení na palubní desce

Jsou zde tedy následující důležité údaje:

• Vstupní zařízení maximálně 40A
• Zkratový proud v panelu 173,7A
• Elektrický sporák – maximálně B32A
• Pračka – S10A
• Zásuvky – B16A

Nejprve si tedy vybereme vstupní zařízení. Pro začátek si vezměme několik různých typů 40A spínačů (dále bude použit program Siemens Simaris Curves; více o programech jsem psal na konci článku) a zvažme situaci pro zemnící systém TN.

Tento graf ukazuje zkratový proud na vstupu do panelu a křivky spínačů typů B, C a E. Druhý jmenovaný je také známý jako „selektivní jistič“ (selektivní pro spínače po proudu, protože vypíná i velké zkratové proudy s časovým zpožděním) . V tomto systému (TN) je pro kabely do zásuvek stanovena doba 0,4 sekundy, zatímco pro distribuční síť (což je síť mezi vstupním přepínačem a vypínači na jednotlivých větvích) je tato doba 5 sekund. Ve všech případech je doba vypnutí příliš dlouhá, konkrétně více než 5 sekund.

Malá připomínka

Graf čas-proud spínače a pojistky (v níže uvedeném příkladu je uvažován spínač) má 3 zóny: v zóně 1 by neměl vypínat, v zóně 2 musí vypnout, zóna 3 je tolerance podle norem, “šedá zóna”:

Řešením v tomto případě může být použití pojistkového odpojovače. V podstatě běžná pojistka, ale se vzhledem jističe.

Vyfotil jsem například první snímek, na který jsem narazil z internetu, odpojovač od Hager se zabudovanými pojistkami typu D02 („zástrčky“). Píše se 63A, ale protože standardní velikost je stejná, lze do tohoto odpojovače nainstalovat libovolnou pojistku D02.
Časově proudová charakteristika tedy vypadá takto (gG označuje pojistku pro všeobecné použití):

Maximální doba vypnutí je 3,2 sekundy, což odpovídá normám. Nyní se podívejme na selektivitu níže, konkrétně porovnejme s B32, B16 a C10 s odpovídajícími proudy vypočtenými výše. První B32 a pojistka:

Zde je vše v pořádku, graf jasně ukazuje dobu odezvy každého z ochranných zařízení. Situace pro malé přepínače bude samozřejmě lepší:

B16 a pojistka

C10 a pojistka

Obecně existují tabulky selektivity pro ochranná zařízení pro každého výrobce, například jak je uvedeno níže.

Malá tabulka pro spínače s charakteristikou B, velká pro C. Jmenovitý proud spínače je zvýrazněn modře, černě na světlém pozadí je proud mezní selektivity. Obě tabulky představují selektivitu jističů Siemens na vlastní pojistku 40A. Nevýhodou takových tabulek je, že je velmi obtížné zkontrolovat všechny kombinace, proto se s některými případy ani nepočítá, i když nelze vyloučit selektivitu.

Situace pro uzemňovací systém CT

V této situaci by mělo dojít k vypnutí v distribuční síti za 1 sekundu, pro koncové spotřebitele – za 0,2 sekundy (historicky se tyto hodnoty vyvíjely). A pokud připustíme, že zkratové proudy odpovídají těm, které byly diskutovány dříve, pak budou spotřebiče vypnuty na čas (doba sepnutí spínače je až 0,1 sekundy), pak pro vstupní zařízení je situace horší. Stejná 40A pojistka se přepálí za neuvěřitelných 3,2 sekundy. Obecně musíte jít dolů na par:

Jak vidíte, ani 32A pojistka nesplňuje normy doby vypnutí, ale lze použít všechna 25A zařízení. V tomto případě má smysl zaměřit se na selektivní přepínač a obecně získáte následující obrázek:

Automaty B16A a C10A jsou selektivní, B20A – pouze pro případ zkratu, nikoli však pro dlouhodobý provoz. To druhé lze v zásadě použít, stačí si pamatovat, že pokud je selektivní spínač vyřazen, může být problém se zátěží za B20A.

doplňující informace

UDT diferenční proudové zařízení

Podle doporučení norem by měly být pro každé ochranné zařízení proti zkratovým proudům a přetížení instalovány samostatné UDT. Zásuvky jsou předepsány především tam, kde dochází ke kontaktu elektrických spotřebičů s vodou nebo kde je vysoká vlhkost.

Doporučené jističe řízené rozdílovým proudem se zabudovanou nadproudovou ochranou (bytové jističe, RCBO) jsou doporučeny jako univerzální a kompaktní řešení. I když cena za ně je vyšší než za kombinovaný spínač + UDT. Existuje také rozumný požadavek na použití takových zařízení v systémech TT. Důvodem pro systémy TT je to, že obvody mají ve srovnání se systémy TN jednu vlastnost. Vzhledem k tomu, že v případě systému TT se uzemnění neprovádí ze zdroje energie, ale v místě spotřebitele, pak ve skutečnosti může zkratový proud mezi fází a pouzdrem (a nejčastěji se stává) menší než mezi fází a neutrální (v systémech TN jsou tyto hodnoty téměř totožné). Ve skutečnosti se jedná o velmi velký rozdílový proud, ale někdy ne dostatečně velký na to, aby vypnul jistič, ale pro jednoduchý UDT dosahuje příliš vysokých hodnot.

Poznámka. UDT se dříve v normách nazývalo RCD podle IEC, správný název je zařízení s rozdílovým proudem.

Velikost štítu

Relevantní pro ty, kteří mají byt (energetická společnost může vyžadovat hlavní vypínač v blízkosti měřiče, ale někdy je to jedno, pak si můžete vše nechat doma). Zde není potřeba šetřit místem. Je lepší vzít štít, který bude poloprázdný, ale bude se s ním pohodlněji pracovat a vždy bude prostor pro expanzi.

Program

Níže jsem uvedl seznam programů, které znám. Jedinou přirozenou nevýhodou je použití výhradně vlastních zařízení pro sítě nízkého napětí. Všechny níže uvedené programy jsou zdarma, ale někdy vyžadují bezplatnou registraci ke stažení nebo prvnímu spuštění. Jsou uspořádány v pořadí podle osobních preferencí.

• Výše použitý program Siemens Simaris Curves je již řadu let nezměněn, i když srovnání stejné omezovací funkce by se dalo zlepšit (je toho hodně, co se dá dělat ručně).
• ABB Curves – v poslední době se hodně zlepšilo, počet funkcí je vyšší než u předchozího programu, ale někdy je to trochu matoucí. Pro srovnání je možné použít i pojistky IEC, nejen vlastní, i když dosti omezené.
• Eaton CurveSelect – soubor Excel s křivkami odezvy ochrany. Bohužel pouze s povinnými křivkami odezvy, nikoli však minimálními, takže použitelnost je z hlediska selektivity spíše omezená.
• Online zdroj od Schneider Electric nefunguje pod Mozillou a celkově není příliš pohodlný. Vložil jsem sem odkaz, protože je velmi obtížné najít a často přesměrovává na samostatný program, který momentálně nefunguje.

reference

• Předchozí článek, obecnější
• Slovník IEC
• Online Průvodce elektrickou instalací od Schneider Electric. Anglická nebo německá verze je mnohem kompletnější

• elektrikář
• zabezpečení