Exemplo de cálculo para quadro de distribuição

Rede elétrica doméstica Part Deux

Neste artigo, quero dar um exemplo da escolha do equipamento para o painel no apartamento, uma continuação condicional do artigo anterior (alguns pontos teóricos foram descritos mais detalhadamente lá). Porque essa legenda.

Dados de origem

Como existem, de fato, muitas condições possíveis, aqui apresentarei uma série de restrições para que o exemplo seja mais específico. Alguém pode ter mais sorte, alguém menos, mas essa é a vida.
Portanto, existe uma fonte de alimentação monofásica, um medidor com uma corrente nominal de 50 A. A empresa de energia permite uma potência máxima de entrada de 40 A. Proteção contra sobrecarga.Toda a fiação muda completamente. Você pode substituir a fiação dos terminais de origem do medidor (para isso, chame um instalador para remover as vedações). Se a casa é normalmente projetada e construída, algo normal, como 4 mm² de cobre, já foi colocado do medidor para o painel.

Como no artigo anterior, procedo da tensão de acordo com os padrões IEC de 230 V.

Consumo

É importante determinar o que será consumido e quais correntes podem ser esperadas. Para fazer isso, é necessário fazer uma lista de consumidores com seu consumo máximo para determinar a seção transversal do cabo. Você precisa entender que a potência máxima de conexão no caso acima será de apenas 9.200 watts, portanto, ao mesmo tempo, ligue tudo em um fogão elétrico (de 8800 a 10200 watts) e depois outro ferro (até 2400 watts) e um aspirador de pó (900-2000 watts) não vale a pena. Aqui é necessário encontrar um equilíbrio entre conveniência e oportunidade e sacrificar alguma coisa.

Em princípio, você precisa entender o que funciona e com que poder. A mesma máquina de lavar consome energia total durante os primeiros 15 a 20 minutos enquanto a água está aquecendo e enxaguando com pó; a energia é de 10 a 15% do valor especificado no passaporte. Como tudo isso é muito individual, faremos o seguinte para cálculos adicionais de grandes consumidores (a partir de nossa própria experiência):

• máquina de lavar roupa 2300 W (carga 6 kg, novos modelos)
• fogão 9200 W
• Chaleira elétrica 2000 W
• Ferro de 2400 watts
• aspirador de pó 1600 W

Era sobre carga. Agora vamos para as correntes de curto-circuito.

Correntes de curto-circuito

Escudo

Como mencionei em um artigo anterior, o cálculo mostrará algum valor que não é aplicável na vida real, especialmente se as redes às quais a casa está conectada não forem novas. Em qualquer caso, para obter dados a partir dos quais você pode desenvolver o cálculo, são medidas. Existem dispositivos especiais que estão essencialmente conectados e medem a resistência da rede até este ponto. O dispositivo também mostra o valor calculado da corrente de curto-circuito no local de medição, mas esse valor só pode ser usado para uma avaliação geral, pois é calculado com base nos parâmetros de corrente (por exemplo, tensão na rede). Portanto, somente a resistência medida deve ser tomada como base.

A medição em si também não é a resposta final, pois as correntes curtas podem sofrer alterações devido a modificações na rede, como reparos ou substituições de equipamentos, ou alterações nos modos nas redes de média tensão. Portanto, o valor medido deve ser "degradado" para garantir proteção, mesmo para mais tarde.

Há vários fatores que podem ser levados em consideração ao recalcular o valor medido.

Primeiro, a medição ocorre em condições normais e, quando ocorre um curto-circuito, os fios são aquecidos e sua resistência elétrica aumenta.

Em segundo lugar, há um erro de medição do próprio dispositivo, que em alguns casos pode ser de até 30%.

Em terceiro lugar, a influência da rede de média tensão. A variação máxima nas correntes de curto-circuito na rede de baixa tensão devido a mudanças na rede de média tensão é de 10 a 12%.

Todos esses fatores levam ao fato de que o valor medido da resistência deve ser aumentado em 1,6-1,7 vezes.

Suponha que o dispositivo mostrasse um valor de 0,74 Ohms e uma corrente de curto-circuito de 308 A quando conectado aos terminais de entrada de nossa blindagem. O número é bastante grande, agora vamos contar a pior opção.

Corrija a resistência da rede:

$$

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

Além disso, de acordo com a IEC 60038, consideramos a corrente mínima de curto-circuito da rede para 1000V com uma mudança de tensão de mais ou menos 10%

$$

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

Como você pode ver, a corrente mínima possível de curto-circuito é quase 2 vezes menor que a calculada.

Consumidores finais

Portanto, temos uma corrente de curto-circuito na entrada da blindagem. Mas o equipamento construído lá deve proteger os fios ao longo de todo o seu comprimento, e não apenas perto do escudo. Depois, existem duas opções: medição ou cálculo. Como procedo de uma substituição completa da fiação, as correntes de curto-circuito podem ser calculadas. Se a blindagem mudar e apenas parte da fiação, é recomendável realizar medições e cálculos, conforme descrito acima.

Então, o cálculo. Faz sentido executá-lo antes de iniciar o trabalho e comprar fios para avaliar os parâmetros em qualquer caso. Como valores iniciais das resistências, adotamos os valores máximos admissíveis das resistências dos mesmos padrões IEC (os dados abaixo são apenas para cobre):

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

Cálculo adicional. Tome o seguinte: em nossa tomada, você precisa colocar 50 m de cabo da blindagem. Suponha que escolhemos um cabo com uma seção transversal de 2,5 mm² e uma resistência de 12,2 ohms / km.

A resistência da rede no ponto de conexão desta tomada será:

$$

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

Há vários pontos importantes a serem observados. A resistência do cabo deve ser multiplicada por 2, uma vez que a resistência possui dois condutores no fio e, embora a resistência medida seja uma quantidade complexa, o componente reativo pode ser desprezado para o cálculo. Além disso, os valores são dados em ohms / km na tabela; portanto, é necessária a conversão em metros.

Usando a fórmula acima, calculamos a corrente mínima de curto-circuito:

$$

$$\ frac {c_ {min} \ cdot U_ {N}} {Z_ {net}} = \ frac {0,95 \ cdot 230} {2.478} = 88,2 A$$

E, a partir desse resultado, fica claro que, para um desligamento garantido, é necessário usar no máximo uma máquina C a 8 A ou uma máquina B a 16A.


Aqui é importante observar novamente - as máquinas protegem apenas o cabo, não protegem do curto-circuito o que está conectado à tomada .

Quais são as principais desvantagens desse cálculo? Não levamos em consideração a resistência dos terminais, por exemplo, ou a resistência dos dispositivos de proteção. Sua resistência é pequena e, em princípio, a adição de 0,1-0,15 Ohms ao cálculo pode compensar essa imprecisão (no exemplo acima, a corrente curta será 83A, o que, neste caso, não desempenha nenhum papel).

Infelizmente, existem casos reais (no espaço pós-soviético, pelo menos) quando você compra um cabo, e sua seção transversal real é menor do que o que foi escrito (por exemplo, 2,1 em vez de 2,5 mm²). E se em um fio de núcleo único ainda é possível verificar (com uma pinça, por exemplo), então, para um fio de vários núcleos, você pode esquecê-lo. Somente a medição ajudará aqui.

O cabo é vendido em comprimentos grandes, você pode danificá-lo conectando todos os condutores em série. Assim, será possível medir e calcular a resistência real do fio e, no futuro, usar esse valor para o cálculo e seleção de máquinas.

Seleção de dispositivos de proteção para correntes curtas e de carga

Primeiro, executaremos o cálculo para conectar um número de consumidores, para que o exemplo seja mais específico e passemos de consumidores maiores para consumidores menores:

Fogão elétrico

Um cabo de cobre de 6 mm² é colocado, desde a blindagem até a tomada, a 15 metros.

Corrente de curto-circuito:

$$

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

Uma máquina B para 32A ou uma máquina C para 16A é possível (uma máquina B é bastante normal para um fogão, mas uma máquina C 16A não é suficiente). Como escrevi anteriormente, a potência total do fogão é de 9200 W, o que significa 40A. Como a máquina máxima possível é 32 A, devemos proceder do fato de que tudo não pode ser ligado imediatamente. O que exatamente - depende do consumo. Em princípio, para alguns fogões, uma combinação de 2 queimadores e um forno fornece 25 A, você pode fazer isso.

Máquina de lavar roupa

É colocado um cabo de 2,5 mm², da blindagem à tomada, a 30 metros.

Corrente de curto-circuito:

$$

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

Como o motor elétrico está embutido na máquina, vale a pena escolher uma máquina C, neste caso C10A.

Chaleira elétrica

É colocado um cabo de 2,5 mm², da blindagem à saída de 20 metros.

Corrente de curto-circuito:

$$

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

Como a chaleira elétrica geralmente não é a única ligada (esta é a cozinha), aqui eu aconselho você a escolher algo como B16A-B20A.

Outros aparelhos elétricos

Aqui estamos falando principalmente de um aspirador de ferro ou aspirador de pó (dos grandes consumidores que mencionei anteriormente). Em princípio, eles podem ser conectados a qualquer tomada, portanto, em geral, é suficiente calcular a corrente para a tomada mais distante (o exemplo acima com 88,2 A e B16A é exatamente esse o caso). Se não der certo, é necessário fazer uma seção maior, fazer inscrições nas tomadas e fornecer saídas especiais para o mesmo ferro (os fios são longos o suficiente para aspiradores de pó).

Por um lado, você pode escolher uma máquina automática para cada tomada, por outro lado, às vezes você deseja unificar e ainda mais fácil ao comprar cabos e interruptores, aqui todos decidem por si mesmos.

Para a iluminação, o cálculo é semelhante, mas aqui um fio com seção transversal de 1,5 mm² é usado com mais frequência, pois os terminais do kit podem ser adequados para 2,5 mm² de vários núcleos e depois com um rangido. Mas não existem correntes tão grandes, especialmente quando se trata de iluminação LED.

Coordenação do dispositivo no painel

Portanto, existem os seguintes dados importantes:

• Dispositivo de entrada máximo 40A
• Corrente de curto-circuito na blindagem 173,7 A
• Fogão elétrico - V32A máximo
• Máquina de lavar roupa - C10A
• Soquetes - B16A

Outros dispositivos atualmente não são importantes.

Então, antes de tudo, escolha um dispositivo de entrada. Para começar, vamos pegar alguns tipos diferentes de disjuntores 40A (daqui em diante usaremos o programa Siemens Simaris Curves, escrevi mais sobre os programas no final do artigo) e consideraremos a situação do sistema de aterramento TN.



Este gráfico mostra a corrente de curto-circuito na entrada do painel e as curvas dos disjuntores dos tipos B, C e E. Este último também é conhecido como “disjuntor seletivo” (seletivo para disjuntores mais baixos, pois corta até grandes correntes de curto-circuito com um atraso de tempo) . Nesse sistema (TN), é determinado um tempo de 0,4 segundos para os cabos nas tomadas, enquanto para uma rede de distribuição (qual é a rede entre o comutador de abertura e os disjuntores em filiais separadas), esse tempo é de 5 segundos. Em todos os casos, o tempo de desligamento é muito alto, ou seja, mais de 5 segundos.


A solução nesse caso pode ser usar um seccionador de fusível. De fato, um fusível comum, mas com a aparência de um disjuntor.

É assim:



Por exemplo, tirei a primeira foto que apareceu na Internet, um seccionador da Hager com fusíveis embutidos do tipo D02 ("plugs"). Diz 63A, mas como o tamanho é o mesmo, qualquer fusível D02 pode ser instalado neste seccionador.
Portanto, a característica tempo-corrente é a seguinte (gG significa fusível de uso geral):



O tempo máximo de desligamento é de 3,2 segundos, em conformidade com os padrões. Agora, vejamos a seletividade abaixo, a saber, compare com B32, B16 e C10 com as correntes correspondentes calculadas acima. Primeiro B32 e fusível:



Está tudo bem aqui, o tempo de resposta de cada um dos dispositivos de proteção é claramente visível no gráfico. Naturalmente, a situação para pequenos switches será melhor:



Em geral, existem tabelas seletoras para dispositivos de proteção para cada fabricante, por exemplo, conforme indicado abaixo.



Uma pequena tabela para disjuntores com a característica B, uma grande - C. Azul indica a corrente nominal do disjuntor, preto sobre fundo claro indica a corrente limite de seletividade. Ambas as tabelas representam a seletividade dos disjuntores da Siemens ao seu fusível de 40A. A desvantagem de tais tabelas é que é muito difícil verificar todas as combinações, porque alguns casos nem sequer foram considerados, embora a seletividade não seja descartada.

Situação do sistema de aterramento TT

Nessa situação, a desconexão na rede de distribuição deve ocorrer em 1 segundo, para os consumidores finais em 0,2 segundos (historicamente, esses valores). E se assumirmos que as correntes de curto-circuito correspondem àquelas consideradas anteriormente, os consumidores serão desligados no horário (o disjuntor opera até 0,1 segundo), então a situação é pior para o dispositivo de entrada. O mesmo fusível de 40A queimará em até 3,2 segundos. Em geral, você precisa diminuir o valor nominal:



Como você pode ver, o fusível, mesmo em 32A, não atende aos padrões para o tempo de desligamento, mas todos os dispositivos em 25A podem ser usados. Nesse caso, faz sentido parar no comutador seletivo e obter a seguinte imagem:



As máquinas automáticas B16A e C10A são seletivas, B20A - apenas no caso de curto-circuito, mas não no caso de operação contínua. Este último, em princípio, pode ser aplicado, basta lembrar que, se um interruptor seletivo foi desligado, poderia haver um problema com a carga além do V20A.

Informações Adicionais

Dispositivo de corrente diferencial UDT

De acordo com a recomendação das normas, vale a pena colocar UDTs separados para cada dispositivo de proteção contra correntes de curto-circuito e sobrecargas. Os padrões obrigatórios sob demanda são tomadas, especialmente onde há contato de aparelhos elétricos com água ou alta umidade.

Os disjuntores controlados por corrente diferencial com proteção de sobrecorrente integrada (disjuntores diferenciais, RCBO) são recomendados como uma solução universal e compacta. Embora o preço seja mais alto que o interruptor combinado + UDT. Também existe um requisito razoável para o uso de tais dispositivos em sistemas TT. A razão para isso nos sistemas TT é que há uma característica dos fechamentos em comparação com os sistemas TN. Como no caso de um sistema TT, o aterramento é realizado não a partir da fonte de energia, mas no local do consumidor, de fato, a corrente de falha entre a fase e a caixa pode (e geralmente acontece) é menor do que entre a fase e o neutro (nos sistemas TN, esses valores são quase idênticos ) De fato, essa é uma corrente diferencial muito grande, mas às vezes não é grande o suficiente para o disjuntor operar, mas atinge valores muito altos para uma UDT simples.

Nota O UDT era anteriormente chamado de RCD nas normas, de acordo com a IEC, o nome correto é o dispositivo de corrente diferencial .

Tamanho da aba

Real para quem tem um apartamento (a empresa de energia pode exigir um interruptor principal perto do medidor, mas às vezes eles não se importam, você pode manter tudo em casa). Não há necessidade de economizar espaço. É melhor usar um escudo que esteja meio vazio, mas será mais conveniente trabalhar com ele e sempre haverá uma oportunidade de expansão.

Programas

Os programas que eu conheço estão listados abaixo. A única desvantagem natural é o uso de equipamento exclusivo para redes de baixa tensão. Todos os programas abaixo são gratuitos, mas às vezes exigem registro gratuito para baixar ou executar pela primeira vez. Eles são organizados em ordem de preferência pessoal.

• Siemens Simaris Curves - o programa usado acima, permanece inalterado há muitos anos, embora a comparação da mesma função limitadora possa ser aprimorada (há muito o que fazer manualmente).
• ABB Curves – , , , . , , .
• Eaton CurveSelect – Excel- . , , , .
• - Schneider Electric , . , .

Referências

• ,
• Schneider Electric.