Correnti nominali degli interruttori automatici: come scegliere correttamente l'interruttore

I dispositivi per lo spegnimento dell'elettricità in caso di sovraccarichi e cortocircuiti vengono installati all'ingresso di qualsiasi rete domestica. È necessario calcolare correttamente i valori nominali di corrente degli interruttori automatici, altrimenti il loro funzionamento sarà inefficace. È d'accordo?

Le spiegheremo come viene eseguito il calcolo dei parametri dell'interruttore, in base ai quali viene scelto questo dispositivo di protezione. Dall'articolo che Le proponiamo apprenderà come scegliere un apparecchio necessario per proteggere la rete elettrica. Seguendo i nostri consigli, acquisterà una variante che scatta chiaramente in un momento pericoloso per il cablaggio.

Parametri degli interruttori automatici

Per garantire una corretta scelta del valore nominale dei dispositivi di interruzione è necessaria la comprensione dei principi del loro funzionamento, delle condizioni e del tempo di intervento.

I parametri operativi degli interruttori automatici sono standardizzati da documenti normativi russi e internazionali.

Elementi principali e marcatura

Nella costruzione dell'interruttore sono inclusi due elementi che reagiscono quando la corrente supera l'intervallo di valori stabilito:

• La lamina bimetallica, sotto l'effetto della corrente che la attraversa, si riscalda e, piegandosi, preme sullo spintore che apre i contatti. Si tratta della “protezione termica” contro il sovraccarico.
• Il solenoide, sotto l'effetto di una corrente intensa nell'avvolgimento, genera un campo magnetico che spinge il nucleo, il quale a sua volta agisce sullo spintore. Si tratta della “protezione di corrente” contro il cortocircuito, che reagisce a tale evento molto più rapidamente della lamina.

I tipi di dispositivi di protezione elettrica sono dotati di marcatura, dalla quale è possibile determinare i loro parametri principali.

Su ogni interruttore automatico sono indicate le sue caratteristiche principali. Ciò consente di non confondere i dispositivi quando sono installati nel quadro.

Il tipo di caratteristica tempo-corrente dipende dal campo di regolazione (valore della corrente a cui avviene l'intervento) del solenoide. Per la protezione dei cavi e degli apparecchi in appartamenti, case e uffici, si utilizzano interruttori di tipo “C” o, molto meno comuni, di tipo “B”. Non c'è una differenza particolare tra di loro nell'uso domestico.

Il tipo “D” viene utilizzato in locali di servizio o falegnamerie quando sono presenti apparecchiature con motori elettrici che hanno elevati valori di potenza di avviamento.

Esistono due standard per i dispositivi di interruzione: quello residenziale (EN 60898-1 o GOST R 50345) e quello industriale più rigoroso (EN 60947-2 o GOST R 50030.2). Differiscono leggermente e gli interruttori di entrambi gli standard possono essere utilizzati per locali residenziali.

Per la corrente nominale, la serie standard di interruttori per uso domestico comprende dispositivi con i seguenti valori: 6, 8, 10, 13 (raro), 16, 20, 25, 32, 40, 50 e 63 A.

Caratteristiche tempo-corrente di intervento

Per determinare la velocità di intervento di un interruttore in sovraccarico, esistono apposite tabelle di dipendenza del tempo di scatto dal coefficiente di superamento del valore nominale, che è uguale al rapporto tra la corrente effettiva e quella nominale:

K = I / I_n.

La brusca discesa del grafico al raggiungimento del valore del coefficiente di campo da 5 a 10 unità è dovuta all'intervento dello sganciatore elettromagnetico. Per gli interruttori di tipo “B” ciò avviene a valori da 3 a 5 unità, mentre per il tipo “D” da 10 a 20.

Il grafico mostra la dipendenza del campo del tempo di intervento degli interruttori di tipo “C” dal rapporto tra la corrente e il valore impostato per tale interruttore

Con K = 1,13 l'interruttore non scollega garantitamente la linea entro un'ora, mentre con K = 1,45 lo scollega garantitamente nello stesso tempo. Questi valori sono stabiliti nel par. 8.6.2 del GOST R 50345-2010.

Per capire in quanto tempo interviene la protezione, ad esempio con K = 2, è necessario tracciare una linea verticale da questo valore. Di conseguenza, secondo il grafico fornito, l'intervento avverrà in un intervallo compreso tra 12 e 100 secondi.

Questa ampia variazione di tempo è dovuta al fatto che il riscaldamento della piastra dipende non solo dalla potenza della corrente che la attraversa, ma anche dai parametri ambientali. Più alta è la temperatura, più velocemente interviene l'interruttore.

Regole per la scelta del valore nominale

La geometria delle reti elettriche interne agli appartamenti e alle case è individuale, pertanto non esistono soluzioni standard per l'installazione di interruttori di un determinato valore nominale. Le regole generali per il calcolo dei parametri ammissibili degli interruttori sono piuttosto complesse e dipendono da molti fattori. È necessario tenerli tutti in considerazione, altrimenti si potrebbe creare una situazione di emergenza.

Principio di organizzazione dell'impianto elettrico interno all'appartamento

Le reti elettriche interne hanno una struttura ramificata a forma di "albero" – un grafo senza cicli. L'osservanza di questo principio costruttivo è chiamata selettività degli interruttori automatici, in base alla quale tutti i tipi di circuiti elettrici sono dotati di dispositivi di protezione.

Questo migliora la stabilità del sistema in caso di emergenza e semplifica i lavori di ripristino. Inoltre, la distribuzione del carico, il collegamento di apparecchi ad alta potenza e la modifica della configurazione del cablaggio avvengono molto più facilmente.

Alla base del grafo si trova l'interruttore principale, e subito dopo la diramazione, per ogni singolo circuito elettrico vengono posizionati gli interruttori di gruppo. Questo è uno schema standard collaudato da anni.

La funzione dell'interruttore principale include il controllo del sovraccarico generale – evitare che l'intensità di corrente superi il valore consentito per l'immobile. Se ciò accade, sussiste il rischio di danneggiare il cablaggio esterno. Inoltre, è probabile l'attivazione dei dispositivi di protezione al di fuori dell'appartamento, che già fanno parte della proprietà condominiale o appartengono alle reti elettriche locali.

La funzione degli interruttori di gruppo include il controllo dell'intensità di corrente sulle singole linee. Proteggono dal sovraccarico il cavo nel tratto assegnato e il gruppo di utenze elettriche ad esso collegate. Se in caso di cortocircuito tale dispositivo non scatta, l'interruttore principale funge da protezione di riserva.

Anche per appartamenti con pochi apparecchi elettrici è consigliabile realizzare una linea separata per l'illuminazione. Quando si spegne l'interruttore di un altro circuito, la luce non si spegnerà, consentendo di risolvere il problema in condizioni più confortevoli. In quasi tutti i quadri elettrici, il valore nominale dell'interruttore principale è inferiore alla somma di quelli di gruppo.

Potenza totale degli apparecchi elettrici

Il carico massimo sul circuito si verifica quando tutti gli apparecchi elettrici sono accesi contemporaneamente. Pertanto, di solito, la potenza totale viene calcolata con una semplice addizione. Tuttavia, in alcuni casi questo valore sarà inferiore.

Per alcune linee, il funzionamento simultaneo di tutti gli apparecchi elettrici ad essa collegati è improbabile, a volte persino impossibile. Nelle case a volte vengono installate appositamente limitazioni per il funzionamento di dispositivi ad alta potenza. Per questo è necessario ricordare di evitare la loro accensione contemporanea o utilizzare un numero limitato di prese.

La probabilità di funzionamento simultaneo di tutte le apparecchiature d'ufficio, illuminazione e attrezzature ausiliarie (bollitori, frigoriferi, ventilatori, riscaldatori, ecc.) è molto bassa, pertanto nel calcolo della potenza massima si utilizza un coefficiente di correzione.

Nell'elettrificazione degli edifici per uffici, per i calcoli si utilizza spesso il coefficiente empirico di contemporaneità, il cui valore è compreso tra 0,6 e 0,8. Il carico massimo si calcola moltiplicando la somma delle potenze di tutti gli apparecchi elettrici per il coefficiente.

Nei calcoli esiste una sottigliezza: è necessario tenere conto della differenza tra potenza nominale (apparente) e potenza consumata (attiva), che sono correlate dal fattore (cos (f)).

Ciò significa che per il funzionamento del dispositivo è necessaria una corrente di potenza pari a quella consumata divisa per questo coefficiente:

I_p = I / cos (f)

Dove:

• I_p – intensità della corrente nominale, utilizzata nei calcoli del carico;
• I – intensità della corrente consumata dal dispositivo;
• cos (f) <= 1.

Di solito la corrente nominale è indicata direttamente o tramite il valore di cos (f) nel libretto tecnico dell'apparecchio elettrico.

Ad esempio, il valore del coefficiente per le lampade fluorescenti è 0,9; per le lampade a LED circa 0,6; per le normali lampade a incandescenza 1. Se la documentazione è smarrita, ma è nota la potenza consumata degli apparecchi domestici, per sicurezza si prende cos (f) = 0,75.

I valori consigliati del fattore di potenza indicati nella tabella possono essere utilizzati nel calcolo dei carichi elettrici quando mancano i dati sulla corrente nominale

Su come scegliere un interruttore automatico in base alla potenza del carico, è scritto nel seguente articolo, il cui contenuto Le consigliamo di consultare.

Scelta della sezione dei conduttori

Prima di posare il cavo di alimentazione dal quadro di distribuzione a un gruppo di utilizzatori, è necessario calcolare la potenza degli apparecchi elettrici durante il loro funzionamento simultaneo. La sezione di ogni ramo viene scelta in base alle tabelle di calcolo a seconda del tipo di metallo del cablaggio: rame o alluminio.

I produttori di cavi accompagnano i loro prodotti con materiali di riferimento simili. Se questi sono assenti, ci si basa sui dati del manuale "Regole per l'installazione elettrica" o si esegue il calcolo della sezione del cavo.

Tuttavia, spesso gli utenti si cautelano e scelgono non la sezione minima consentita, ma una di un passo superiore. Ad esempio, acquistando un cavo di rame per una linea da 5 kW, scelgono una sezione dei conduttori di 6 mm², mentre secondo la tabella sarebbe sufficiente un valore di 4 mm².

La tabella di riferimento presentata nel PUE consente di scegliere la sezione necessaria da una serie standard per diverse condizioni operative del cavo in rame

Ciò è giustificato per i seguenti motivi:

• Una durata di esercizio più lunga di un cavo spesso, che viene raramente sottoposto al carico massimo ammissibile per la sua sezione. Ricablare l'impianto elettrico è un'operazione complessa e costosa, specialmente se l'ambiente è già stato ristrutturato.
• Un margine di capacità di trasporto consente di collegare senza problemi nuovi apparecchi elettrici a un ramo della rete. Così, in cucina si può aggiungere un congelatore supplementare o spostarvi la lavatrice dal bagno.
• L'avviamento di dispositivi contenenti motori elettrici produce forti correnti di spunto. In questo caso si verifica un calo di tensione, che si manifesta non solo con lo sfarfallio delle lampade di illuminazione, ma può anche portare al guasto della parte elettronica di computer, condizionatore o lavatrice. Più spesso è il cavo, minore sarà il calo di tensione.

Purtroppo, sul mercato ci sono molti cavi realizzati non secondo il GOST, ma secondo i requisiti di vari TU.

Spesso la sezione dei loro conduttori non corrisponde ai requisiti oppure sono realizzati con materiale conduttore di resistenza maggiore del dovuto. Pertanto, la potenza massima effettiva alla quale si verifica un riscaldamento ammissibile del cavo, è spesso inferiore a quella delle tabelle normative.

Questa fotografia mostra le differenze tra i cavi realizzati secondo GOST (a sinistra) e secondo TU (a destra). È evidente la differenza nella sezione dei conduttori e nella densità di aderenza del materiale isolante.

Calcolo del valore nominale dell'interruttore per la protezione del cavo

L'interruttore automatico installato nel quadro elettrico deve garantire lo scollegamento della linea quando la potenza della corrente supera i limiti del range consentito per il cavo elettrico. Pertanto, per l'interruttore è necessario eseguire il calcolo del valore nominale massimo ammissibile.

Secondo il PUE, il carico ammissibile a lungo termine per i cavi di rame posati in canali o all'aria (ad esempio, sopra un controsoffitto) viene preso dalla tabella sopra riportata. Questi valori sono destinati a casi di emergenza in cui si verifica un sovraccarico di potenza.

Alcuni problemi sorgono quando si correlano la potenza nominale dell'interruttore e la corrente ammissibile a lungo termine, se si procede in conformità con il GOST R 50571.4.43-2012 vigente.

Viene mostrato un frammento del punto 433.1 del GOST R 50571.4.43-2012. Nella formula “2” è presente un'inesattezza, e per una corretta comprensione della definizione della variabile In è necessario considerare l'Appendice “1”.

In primo luogo, la definizione della variabile I_n come potenza nominale induce in errore se non si presta attenzione all'Appendice “1” di questo punto del GOST. In secondo luogo, nella formula “2” c'è un refuso: il coefficiente 1,45 è stato aggiunto in modo errato, e questo fatto è riconosciuto da molti esperti.

Secondo il punto 8.6.2.1. del GOST R 50345-2010 per gli interruttori domestici con corrente nominale fino a 63 A, il tempo convenzionale è di 1 ora. La corrente di intervento impostata è pari al valore nominale moltiplicato per un coefficiente di 1,45.

Pertanto, secondo sia la prima che la seconda formula modificata, la corrente nominale dell'interruttore deve essere calcolata con la seguente formula:

I_n <= I_Z / 1,45

Dove:

• I_n – corrente nominale dell'interruttore;
• I_Z – corrente ammissibile a lungo termine del cavo.

Effettuiamo il calcolo delle correnti nominali degli interruttori per le sezioni standard dei cavi in collegamento monofase con due conduttori in rame (220 V). Per farlo, dividiamo la corrente ammissibile a lungo termine (in posa aerea) per il coefficiente di intervento 1,45.

Scegliamo l'interruttore in modo che la sua corrente nominale sia inferiore a questo valore:

• Sezione 1,5 mm²: 19 / 1,45 = 13,1. Corrente nominale: 13 A;
• Sezione 2,5 mm²: 27 / 1,45 = 18,6. Corrente nominale: 16 A;
• Sezione 4,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Corrente nominale: 25 A;
• Sezione 6,0 mm²: 50 / 1,45 = 34,5. Corrente nominale: 32 A;
• Sezione 10,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Corrente nominale: 40 A;
• Sezione 16,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Corrente nominale: 50 A;
• Sezione 25,0 mm²: 115 / 1,45 = 79,3. Corrente nominale: 63 A.

Gli interruttori automatici da 13 A sono raramente in vendita, pertanto vengono spesso utilizzati dispositivi con potenza nominale di 10 A.

I cavi con conduttori in alluminio sono oggi raramente utilizzati per l'installazione di cablaggi interni. Esiste comunque una tabella che permette di scegliere la sezione in base al carico.

In modo simile, per i cavi in alluminio calcoliamo le correnti nominali degli interruttori:

• Sezione 2,5 mm²: 21 / 1,45 = 14,5. Corrente nominale: 10 o 13 A;
• Sezione 4,0 mm²: 29 / 1,45 = 20,0. Corrente nominale: 16 o 20 A;
• Sezione 6,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Corrente nominale: 25 A;
• Sezione 10,0 mm²: 55 / 1,45 = 37,9. Corrente nominale: 32 A;
• Sezione 16,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Corrente nominale: 40 A;
• Sezione 25,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Corrente nominale: 50 A.
• Sezione 35,0 mm²: 105 / 1,45 = 72,4. Corrente nominale: 63 A.

Se il produttore di cavi di potenza dichiara una diversa relazione tra potenza ammissibile e area della sezione, allora è necessario ricalcolare il valore per gli interruttori.

Le formule della dipendenza della corrente dalla potenza per la rete monofase e trifase sono diverse. Molte persone che possiedono apparecchi progettati per tensioni di 380 Volt, in questa fase commettono un errore.

Come determinare i parametri tecnici di un interruttore automatico dalla marcatura, è descritto in dettaglio qui. Le consigliamo di consultare il materiale informativo.

Prevenzione del sovraccarico dovuto al funzionamento dei consumatori

A volte sulla linea viene installato un interruttore automatico con una potenza nominale significativamente inferiore a quella necessaria per garantire il funzionamento del cavo elettrico.

Ridurre il valore nominale dell'interruttore è opportuno se la potenza totale di tutti i dispositivi nel circuito è significativamente inferiore a quella che il cavo può sopportare. Ciò accade, per motivi di sicurezza, quando dopo l'installazione del cablaggio alcuni apparecchi sono stati rimossi dalla linea.

In tal caso, la riduzione della potenza nominale dell'interruttore è giustificata in termini di una risposta più rapida ai sovraccarichi che si verificano.

Ad esempio, in caso di blocco del cuscinetto di un motore elettrico, la corrente nell'avvolgimento aumenta bruscamente, ma non fino ai valori di cortocircuito. Se l'interruttore reagisce rapidamente, l'avvolgimento non avrà il tempo di fondersi, risparmiando al motore la costosa procedura di riavvolgimento.

Si utilizza inoltre un valore nominale inferiore a quello calcolato a causa di rigide limitazioni su ogni circuito. Ad esempio, per una rete monofase all'ingresso di un appartamento con fornello elettrico è installato un interruttore da 32 A, che fornisce una potenza ammissibile di 32 * 1,13 * 220 = 8,0 kW. Supponiamo che, durante la realizzazione della distribuzione nell'appartamento, siano state organizzate 3 linee con installazione di interruttori di gruppo da 25 A.

Se il numero di interruttori di gruppo installati nel quadro di distribuzione è elevato, è necessario etichettarli e numerarli. Altrimenti si potrebbe creare confusione.

Supponiamo che su una delle linee si verifichi un lento aumento del carico. Quando la potenza consumata raggiunge il valore corrispondente allo sgancio garantito dell'interruttore di gruppo, per le altre due sezioni rimarranno solo (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 kW.

Questo è molto poco rispetto al consumo totale. Con questo schema del quadro di distribuzione, l'interruttore di ingresso si disinserirà più spesso rispetto ai dispositivi sulle linee.

Pertanto, per mantenere il principio di selettività, è necessario installare sulle sezioni interruttori con un valore nominale di 20 o 16 ampere. Quindi, con lo stesso squilibrio di potenza consumata, sulle altre due sezioni ricadranno complessivamente 3,8 o 5,1 kW, il che è accettabile.

Consideriamo la possibilità di installare un interruttore automatico con un valore nominale di 20A sull'esempio di una linea dedicata per la cucina.

A questa linea sono collegati e possono essere accesi contemporaneamente i seguenti apparecchi elettrici:

• Frigorifero, con potenza nominale di 400 W e corrente di avviamento di 1,2 kW;
• Due congelatori, con potenza di 200 W ciascuno;
• Forno, con potenza di 3,5 kW;
• Quando il forno elettrico è in funzione, è consentito accendere solo un altro apparecchio, il più potente dei quali è il bollitore elettrico, che consuma 2,0 kW.

Un interruttore da 20 ampere consente di far passare corrente per più di un'ora con una potenza di 20 * 220 * 1,13 = 5,0 kW. Lo sgancio garantito in meno di un'ora avverrà quando si fa passare una corrente con una potenza di 20 * 220 * 1,45 = 6,4 kW.

In cucina, le apparecchiature di refrigerazione e il piano cottura devono avere un collegamento elettrico permanente. Se esiste il rischio di superamento dell'intensità di corrente, è possibile escludere il funzionamento simultaneo degli altri dispositivi, riservando loro solo due prese.

Quando si accendono contemporaneamente il forno e il bollitore elettrico, la potenza totale sarà di 5,5 kW o 1,25 parti del valore nominale dell'interruttore. Poiché il bollitore funziona per poco tempo, non si verificherà lo spegnimento. Se in quel momento si accendono anche il frigorifero e entrambi i congelatori, la potenza sarà di 6,3 kW o 1,43 parti del valore nominale.

Questo valore è già vicino al parametro di sgancio garantito. Tuttavia, la probabilità che si verifichi una tale situazione è estremamente bassa e la durata del periodo sarà trascurabile, poiché il tempo di funzionamento dei motori e del bollitore è breve.

La corrente di avviamento che si genera all'accensione del frigorifero, anche sommata a tutti i dispositivi in funzione, non sarà sufficiente per attivare lo sganciatore elettromagnetico. Pertanto, nelle condizioni specificate, è possibile utilizzare un interruttore automatico da 20 A.

L'unico dettaglio è la possibilità di aumentare la tensione a 230 V, consentita dai documenti normativi. In particolare, GOST 29322-2014 (IEC 60038:2009) definisce la tensione standard pari a 230 V con la possibilità di utilizzare 220 V.

Attualmente, nella maggior parte delle reti, l'elettricità viene fornita a 220 V. Se invece il parametro di corrente è adeguato allo standard internazionale di 230 V, è possibile ricalcolare i valori nominali in base a questo valore.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Dispositivo dell'interruttore. Scelta dell'interruttore generale in base alla potenza collegata. Regole di distribuzione dell'alimentazione:

Scelta dell'interruttore in base alla capacità di conduzione del cavo:

Il calcolo della corrente nominale dell'interruttore è un compito complesso, per risolvere il quale è necessario considerare molteplici condizioni. Dall'interruttore installato dipendono la comodità di manutenzione e la sicurezza del funzionamento della rete elettrica locale.

In caso di dubbi sulla possibilità di effettuare la scelta corretta, è necessario rivolgersi a elettricisti esperti.

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