Berechnungsbeispiel für Schalttafel

Heimnetz Teil Deux

In diesem Artikel möchte ich ein Beispiel für die Wahl der Ausstattung des Panels in der Wohnung geben, eine bedingte Fortsetzung des vorherigen Artikels (einige theoretische Punkte wurden dort ausführlicher beschrieben). Weil so ein Untertitel.

Ausgangsdaten

Da es tatsächlich viele mögliche Bedingungen gibt, werde ich hier eine Reihe von Einschränkungen einführen, damit das Beispiel spezifischer wird. Jemand mag mehr Glück haben, jemand weniger, aber so ist das Leben.
Es gibt also eine einphasige Stromversorgung, ein Messgerät mit einem Nennstrom von 50 A ist im Armaturenbrett installiert. Das Energieversorgungsunternehmen erlaubt eine maximale Eingangsleistung von 40 A. Überlastschutz. Alle Verkabelungen ändern sich vollständig. Sie können die Verkabelung an den Quellenklemmen des Messgeräts austauschen (dazu sollten Sie einen Monteur anrufen, um die Dichtungen zu entfernen). Wenn das Haus normalerweise entworfen und gebaut wird, wurde bereits etwas Normales wie 4 mm² Kupfer vom Messgerät auf die Platte gelegt.

Wie im vorherigen Artikel gehe ich von der Spannung gemäß IEC-Norm bei 230 V aus.

Verbrauch

Es ist wichtig zu bestimmen, was verbraucht wird und welche Ströme zu erwarten sind. Dazu müssen Sie eine Liste der Verbraucher mit ihrem maximalen Verbrauch erstellen, um den Kabelquerschnitt zu bestimmen. Sie müssen verstehen, dass die maximale Anschlussleistung im obigen Fall nur 9.200 Watt beträgt. Schalten Sie daher gleichzeitig alles in einem Elektroherd (von 8800 bis 10200 Watt) und dann ein anderes Bügeleisen (bis zu 2400 Watt) und einen Staubsauger (900-2000 Watt) nicht ein. Hier ist es notwendig, ein Gleichgewicht zwischen Bequemlichkeit und Gelegenheit zu finden und etwas zu opfern.

Im Prinzip müssen Sie verstehen, was funktioniert und mit welcher Kraft. Dieselbe Waschmaschine verbraucht in den ersten 15 bis 20 Minuten die volle Leistung, während das Wasser erhitzt und mit Pulver gespült wird. Dann beträgt die Leistung 10 bis 15% des im Reisepass angegebenen Werts. Da dies alles sehr individuell ist, werden wir für weitere Berechnungen großer Verbraucher (aus eigener Erfahrung) Folgendes heranziehen:

• Waschmaschine 2300 W (Last 6 kg, neue Modelle)
• Herd 9200 W.
• 2000 W Wasserkocher
• 2400 Watt Eisen
• Staubsauger 1600 W.

Es ging um Last. Kommen wir nun zu den Kurzschlussströmen.

Kurzschlussströme

Schild

Wie ich in einem früheren Artikel erwähnt habe, zeigt die Berechnung einen Wert, der im wirklichen Leben nicht anwendbar ist, insbesondere wenn die Netzwerke, mit denen das Haus verbunden ist, nicht neu sind. In jedem Fall handelt es sich um Messungen, um Daten zu erhalten, aus denen Sie auf der Berechnung aufbauen können. Es gibt spezielle Geräte, die im Wesentlichen angeschlossen sind und den Netzwerkwiderstand bis zu diesem Punkt messen. Das Gerät zeigt auch den berechneten Wert des Kurzschlussstroms am Messort an, dieser Wert kann jedoch nur für eine allgemeine Beurteilung verwendet werden, da er auf der Grundlage der Stromparameter (z. B. Spannung im Netzwerk) berechnet wird. Daher sollte nur der gemessene Widerstand als Grundlage genommen werden.

Die Messung selbst ist auch nicht die endgültige Antwort, da sich kurze Ströme aufgrund von Änderungen im Netzwerk wie Reparaturen oder Austausch von Geräten oder Änderungen der Modi in Mittelspannungsnetzen ändern können. Daher sollte der gemessene Wert „herabgesetzt“ werden, um den Schutz auch für später zu gewährleisten.

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die bei der Neuberechnung des Messwerts berücksichtigt werden können.

Erstens findet die Messung unter normalen Bedingungen statt, und wenn ein Kurzschluss auftritt, werden die Drähte erwärmt und ihr elektrischer Widerstand steigt an.

Zweitens liegt ein Messfehler des Geräts selbst vor, der in einigen Fällen bis zu 30% betragen kann.

Drittens der Einfluss des Mittelspannungsnetzes. Die maximale Änderung der Kurzschlussströme im Niederspannungsnetz aufgrund von Änderungen im Mittelspannungsnetz beträgt 10-12%.

All diese Faktoren führen dazu, dass der gemessene Widerstandswert um das 1,6-1,7-fache erhöht werden sollte.

Angenommen, das Gerät zeigte einen Wert von 0,74 Ohm und einen Kurzschlussstrom von 308 A, wenn es an die Eingangsanschlüsse unserer Abschirmung angeschlossen wurde. Die Zahl ist ziemlich groß, jetzt werden wir für die schlechteste Option nachzählen.

Korrigieren Sie den Netzwerkwiderstand:

$$

$$Z_ {net} = 0,74 \ cdot 1,7 = 1,258 \ Omega$$

Ferner betrachten wir gemäß IEC 60038 den minimalen Kurzschlussstrom für das Netzwerk zu 1000 V mit einer Spannungsänderung von plus oder minus 10%

$$

$$\ frac {c_ {min} \ cdot U_ {N}} {Z_ {net}} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {1,258} = 173,7 A$$

Wie Sie sehen können, ist der minimal mögliche Kurzschlussstrom fast zweimal kleiner als der berechnete.

Endverbraucher

Wir haben also einen Kurzschlussstrom am Eingang zur Abschirmung. Die dort eingebaute Ausrüstung sollte die Drähte jedoch über ihre gesamte Länge und nicht nur in der Nähe der Abschirmung schützen. Dann gibt es zwei Möglichkeiten: Messung oder Berechnung. Da ich von einem vollständigen Austausch der Verkabelung ausgehe, können die Kurzschlussströme berechnet werden. Wenn sich die Abschirmung ändert und nur ein Teil der Verkabelung vorhanden ist, wird empfohlen, Messungen und Berechnungen wie oben beschrieben durchzuführen.

Also die Berechnung. Es ist in jedem Fall sinnvoll, diese vor Arbeitsbeginn durchzuführen und Drähte zu kaufen, um die Parameter zu bewerten. Als Anfangswerte für die Widerstände nehmen wir die maximal zulässigen Werte der Widerstände aus denselben IEC-Normen (die folgenden Daten gelten nur für Kupfer):

Abschnitt mm²	Widerstand, Ohm / km
1,5	12,2
2,5	7.56
4	4,70
6	3.11

Weitere Berechnung. Nehmen Sie Folgendes mit: Zu unserer Steckdose müssen Sie 50 m Kabel von der Abschirmung verlegen. Angenommen, wir wählen ein Kabel mit einem Querschnitt von 2,5 mm² und einem Widerstand von 12,2 Ohm / km.

Der Netzwerkwiderstand am Verbindungspunkt dieser Steckdose beträgt:

$$

$$Z_ {net plug} = Z_ {net} +2 \ cdot l \ cdot R = 1.258 + 2 \ cdot 50 \ cdot \ frac {12,2} {1000} = 2.478 \ Omega$$

Es gibt mehrere Punkte, die zu beachten sind. Der Kabelwiderstand sollte mit 2 multipliziert werden, da der Widerstand zwei Leiter im Draht hat und obwohl der gemessene Widerstand eine komplexe Größe ist, kann die reaktive Komponente für die Berechnung vernachlässigt werden. Außerdem sind die Werte in der Tabelle in Ohm / km angegeben, daher ist eine Umrechnung in Meter erforderlich.

Mit der obigen Formel berechnen wir den minimalen Kurzschlussstrom:

$$

$$\ frac {c_ {min} \ cdot U_ {N}} {Z_ {net}} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {2,478} = 88,2 A$$

Aus diesem Ergebnis geht hervor, dass Sie für eine garantierte Abschaltung maximal eine C-Maschine bei 8 A oder eine B-Maschine bei 16 A benötigen.


Hier ist noch einmal zu beachten - die Maschinen schützen nur das Kabel, sie schützen nicht vor Kurzschluss, was an die Steckdose angeschlossen ist .

Was sind die Hauptnachteile einer solchen Berechnung? Wir berücksichtigen beispielsweise nicht den Widerstand der Klemmen oder den Widerstand der Schutzvorrichtungen. Ihr Widerstand ist gering, und im Prinzip kann das Hinzufügen von 0,1 bis 0,15 Ohm zur Berechnung diese Ungenauigkeit kompensieren (im obigen Beispiel beträgt der Kurzstrom 83 A, was in diesem Fall keine Rolle spielt).

Leider gibt es reale Fälle (zumindest im postsowjetischen Raum), in denen Sie ein Kabel kaufen, und sein realer Querschnitt ist geringer als der, der geschrieben wurde (z. B. 2,1 statt 2,5 mm²). Und wenn dies bei einem einadrigen Kabel noch überprüft werden kann (z. B. mit einem Bremssattel), können Sie es bei einem mehradrigen Kabel vergessen. Hier hilft nur die Messung.

Das Kabel wird in großen Längen verkauft. Sie können die Länge beschädigen, indem Sie alle Leiter in Reihe schalten. So wird es möglich sein, den tatsächlichen Widerstand des Drahtes zu messen und zu berechnen und diesen Wert in Zukunft für die Berechnung und Auswahl von Maschinen zu verwenden.

Auswahl von Schutzeinrichtungen für Kurz- und Lastströme

Zunächst führen wir die Berechnung durch, um eine Reihe von Verbrauchern miteinander zu verbinden, damit das Beispiel spezifischer ist und wir von größeren zu kleineren Verbrauchern übergehen:

Elektroherd

Es wird ein 6 mm² großes Kupferkabel verlegt, von der Abschirmung bis zur Steckdose 15 Meter.

Kurzschlussstrom:

$$

$$I_ {kmin} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {1,258 + 2 \ cdot 15 \ cdot \ frac {3,11} {1000}} = 161,7 A$$

Eine B-Maschine für 32A oder eine C-Maschine für 16A ist möglich (eine B-Maschine ist für einen Ofen ganz normal, aber eine 16A C-Maschine reicht nicht aus). Wie ich bereits geschrieben habe, beträgt die Gesamtleistung des Ofens 9200 W, was 40 A bedeutet. Da die maximal mögliche Maschine 32 A beträgt, müssen wir davon ausgehen, dass nicht alles sofort eingeschaltet werden kann. Was genau - hängt vom Verbrauch ab. Im Prinzip kann bei einigen Herden eine Kombination aus 2 Brennern und einem Ofen 25 A ergeben. Sie können dies tun.

Waschmaschine

Ein 2,5 mm² großes Kabel wird von der Abschirmung bis zur Steckdose 30 Meter lang verlegt.

Kurzschlussstrom:

$$

$$I_ {kmin} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {1,258 + 2 \ cdot 30 \ cdot \ frac {7,56} {1000}} = 127,7 A$$

Da der Elektromotor in die Maschine eingebaut ist, lohnt es sich, eine C-Maschine zu wählen, in diesem Fall C10A.

Wasserkocher

Ein 2,5 mm² großes Kabel wird von der Abschirmung bis zur Steckdose 20 Meter lang verlegt.

Kurzschlussstrom:

$$

$$I_ {kmin} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {1,258 + 2 \ cdot 20 \ cdot \ frac {7,56} {1000}} = 140,0 A$$

Da der Wasserkocher normalerweise nicht der einzige ist, der eingeschaltet ist (dies ist die Küche), würde ich Ihnen hier raten, etwas wie B16A-B20A zu wählen.

Andere Elektrogeräte

Hier geht es hauptsächlich um einen Bügeleisen- oder Staubsauger (von den zuvor erwähnten Großverbrauchern). Im Prinzip können sie an jede Steckdose angeschlossen werden, daher reicht es im Allgemeinen aus, den Strom für die am weitesten entfernte Steckdose zu berechnen (das obige Beispiel mit 88,2 A und B16A ist genau dieser Fall). Wenn es nicht funktioniert, müssen Sie einen größeren Abschnitt nehmen, Beschriftungen an den Steckdosen anbringen und spezielle Steckdosen für dasselbe Bügeleisen bereitstellen (die Drähte sind lang genug für Staubsauger).

Einerseits können Sie für jede Steckdose einen Automaten auswählen, andererseits möchten Sie manchmal vereinheitlichen und noch einfacher beim Kauf von Kabeln und Schaltern, hier entscheidet jeder für sich.

Für die Beleuchtung ist die Berechnung ähnlich, hier wird jedoch häufiger ein Draht mit einem Querschnitt von 1,5 mm² verwendet, da die Anschlüsse im Kit für mehradrige 2,5 mm² und dann mit einem Knarren geeignet sein können. Aber es gibt keine so großen Ströme, besonders wenn es um LED-Beleuchtung geht.

Gerätekoordination im Dashboard

Es gibt also die folgenden wichtigen Daten:

• Eingabegerät maximal 40A
• Kurzschlussstrom in der Abschirmung 173,7 A.
• Elektroherd - maximal V32A
• Waschmaschine - C10A
• Steckdosen - B16A

Andere Geräte sind derzeit nicht wichtig.

Wählen Sie also zunächst ein Eingabegerät. Nehmen wir zunächst einige verschiedene Arten von 40A-Leistungsschaltern (im Folgenden verwenden wir das Programm Siemens Simaris Curves, ich habe am Ende des Artikels mehr über die Programme geschrieben) und betrachten die Situation für das TN-Erdungssystem.



Diese Grafik zeigt den Kurzschlussstrom am Eingang des Panels und die Kurven der Leistungsschalter der Typen B, C und E. Letzterer wird auch als „selektiver Leistungsschalter“ bezeichnet (selektiv für niedrigere Leistungsschalter, da er selbst große Kurzschlussströme zeitverzögert ausschaltet). . In diesem System (TN) wird eine Zeit von 0,4 Sekunden für Kabel zu Steckdosen bestimmt, während für ein Verteilungsnetz (was ist das Netzwerk zwischen dem Öffnungsschalter und den Leistungsschaltern in separaten Zweigen) diese Zeit 5 Sekunden beträgt. In allen Fällen ist die Abschaltzeit zu hoch, nämlich mehr als 5 Sekunden.


In diesem Fall kann die Lösung darin bestehen, einen Sicherungstrenner zu verwenden. In der Tat eine gewöhnliche Sicherung, aber mit dem Aussehen eines Leistungsschalters.

Es sieht so aus:



Ich habe zum Beispiel das erste Bild aus dem Internet aufgenommen, einen Trennschalter von Hager mit eingebauten Sicherungen vom Typ D02 („Stecker“). Es steht 63A, aber da die Größe gleich ist, kann jede Sicherung D02 in diesen Trennschalter eingebaut werden.
Die Zeit-Strom-Kennlinie ist also wie folgt (gG steht für Allzweck-Sicherung):



Die maximale Abschaltzeit beträgt 3,2 Sekunden, was den Standards entspricht. Betrachten wir nun die folgende Selektivität, nämlich den Vergleich mit B32, B16 und C10 mit den oben berechneten entsprechenden Strömen. Erste B32 und Sicherung:



Hier ist alles in Ordnung, die Reaktionszeit der einzelnen Schutzvorrichtungen ist in der Grafik deutlich sichtbar. Natürlich ist die Situation für kleine Schalter besser:



Im Allgemeinen gibt es für jeden Hersteller Auswahltabellen für Schutzgeräte, wie unten angegeben.



Eine kleine Tabelle für Leistungsschalter mit der Kennlinie B, eine große - C. Blau zeigt den Nennstrom des Leistungsschalters an, Schwarz auf hellem Hintergrund zeigt den Grenzstrom der Selektivität an. Beide Tabellen zeigen die Selektivität der Siemens-Leistungsschalter für ihre 40-A-Sicherung. Der Nachteil solcher Tabellen ist, dass es sehr schwierig ist, alle Kombinationen zu überprüfen, da einige Fälle nicht einmal berücksichtigt wurden, obwohl Selektivität nicht ausgeschlossen ist.

Situation für TT-Erdungssystem

In dieser Situation sollte die Trennung im Vertriebsnetz in 1 Sekunde erfolgen, für Endverbraucher in 0,2 Sekunden (historisch gesehen solche Werte). Und wenn wir davon ausgehen, dass die Kurzschlussströme den zuvor betrachteten entsprechen, werden die Verbraucher pünktlich ausgeschaltet (der Leistungsschalter arbeitet bis zu 0,1 Sekunden), dann ist die Situation für das Eingabegerät schlechter. Dieselbe 40-A-Sicherung löst in bis zu 3,2 Sekunden aus. Im Allgemeinen müssen Sie zum Nennwert fallen:



Wie Sie sehen können, entspricht die Sicherung selbst bei 32 A nicht den Standards für die Abschaltzeit, aber alle Geräte bei 25 A können verwendet werden. In diesem Fall ist es sinnvoll, am selektiven Schalter anzuhalten und im Allgemeinen das folgende Bild zu erhalten:



Die Automaten B16A und C10A sind selektiv, B20A - nur für den Fall eines Kurzschlusses, nicht jedoch für den Dauerbetrieb. Letzteres kann im Prinzip angewendet werden. Sie müssen sich nur daran erinnern, dass bei einem Ausfall eines selektiven Schalters möglicherweise ein Problem mit der Last über V20A hinaus vorliegt.

Weitere Informationen

UDT-Differenzstromgerät

Gemäß der Empfehlung der Normen lohnt es sich, für jedes Schutzgerät separate UDTs gegen Kurzschlussströme und Überlastungen anzubringen. Obligatorische On-Demand-Standards sind Steckdosen, insbesondere bei Kontakt von Elektrogeräten mit Wasser oder bei hoher Luftfeuchtigkeit.

Als universelle und kompakte Lösung werden Differenzstrom-Leistungsschalter mit integriertem Überstromschutz (Differential-Leistungsschalter, RCBO) empfohlen. Obwohl der Preis höher ist als der Kombinationsschalter + UDT. Es gibt auch eine vernünftige Anforderung für die Verwendung solcher Geräte in TT-Systemen. Der Grund dafür für TT-Systeme ist, dass es im Vergleich zu TN-Systemen ein Merkmal von Verschlüssen gibt. Da bei einem TT-System die Erdung nicht über die Stromquelle, sondern am Ort des Verbrauchers erfolgt, ist der Fehlerstrom zwischen der Phase und dem Gehäuse tatsächlich (und meistens) geringer als zwischen der Phase und dem Neutralleiter (in TN-Systemen sind diese Werte nahezu identisch ) Tatsächlich ist dies ein sehr großer Differenzstrom, der jedoch manchmal nicht groß genug für den Betrieb des Leistungsschalters ist, aber für einen einfachen UDT durchaus zu hohe Werte erreicht.

Hinweis UDT wurde früher in den Normen als RCD bezeichnet. Laut IEC ist der korrekte Name das Differenzstromgerät .

Klappengröße

Eigentlich für diejenigen, die eine Wohnung haben (das Energieunternehmen benötigt möglicherweise einen Hauptschalter in der Nähe des Zählers, aber manchmal ist es ihnen egal, dann können Sie alles zu Hause behalten). Sie müssen keinen Platz sparen. Es ist besser, einen Schild zu nehmen, der halb leer ist, aber es ist bequemer, damit zu arbeiten, und es wird immer eine Möglichkeit zur Erweiterung geben.

Programme

Die mir bekannten Programme sind unten aufgeführt. Der einzige natürliche Nachteil ist die Verwendung ausschließlich proprietärer Geräte für Niederspannungsnetze. Alle unten aufgeführten Programme sind kostenlos, erfordern jedoch manchmal eine kostenlose Registrierung, um sie herunterzuladen oder zum ersten Mal auszuführen. Sie sind in der Reihenfolge ihrer persönlichen Vorlieben angeordnet.

• Siemens Simaris Curves - das oben verwendete Programm ist seit vielen Jahren unverändert, obwohl der Vergleich derselben Begrenzungsfunktion verbessert werden kann (es gibt viel zu tun).
• ABB Curves - hat sich in letzter Zeit stark verbessert, die Anzahl der Funktionen ist höher als die des vorherigen Programms, aber manchmal ist es etwas verwirrt. , , .
• Eaton CurveSelect – Excel- . , , , .
• - Schneider Electric , . , .

Referenzen

• ,
• Schneider Electric.