Удивить надёжной электроцепью!

Рассматривается выбор счётчиков, автоматических выключателей и кабелей. Даются фактические предельные величины токов счётчиков, проводов и нормативные параметры автоматов. Выполнены расчёты, как рекомендуемые стандартами, так и альтернативные. Приведены примеры и таблицы с результатами расчётов для прямоточных одно-и-трёхфазных, а также трансформаторных счётчиков. Сформулированы рекомендации для оптимального по токам подбора автоматов, приборов учёта и кабелей.

Содержание

1.  Введение
2.  Требования к расположению счётчика и коммутационного аппарата
3.  Токи и зажимные отверстия счётчиков электроэнергии
4.  Отключающие свойства автоматических выключателей
5.  Токи и сечения проводов и кабелей
6.  Расчётные соотношения для прямоточных счётчиков
6.1. Критерии для выбора максимального тока счётчика
7. Расчёты с прямоточными приборами учёта по нормативным требованиям к АВ
7.1. Пример расчёта для трёхфазного присоединения
7.2. Пример расчёта для однофазного присоединения
7.3. Результаты расчётов с токами АВ по нормативам
8.  Альтернативный выбор АВ
8.1.  Результаты расчётов с альтернативными токами АВ
9.  Выводы по прямоточным счётчикам
10.  ВАЖНО!
11.  Требования к трансформаторам тока
12.  Расчётные соотношения для трансформаторных счётчиков
13.  Пример расчёта с трансформаторным счётчиком
13.1.  Результаты расчётов с трансформаторными счётчиками
13.2.  Выводы по трансформаторным счётчикам
14.  Заключение
15.  Литература
Пожелание☺

 

1. Введение

В большинстве статей и книг по применению автоматических выключателей рассмотрены вопросы защиты кабеля. Предполагается, что нагрузки или сами себя защищают, или «недостойны» иметь защиту. Возможно, так и есть – большинство электроприёмников, кроме электроламп, имеют собственные устройства защиты. А для групп освещения и розеток предусматриваются отдельные автоматы. Но электросчётчик самый «незащищённый» приёмник, а стоимость его зачастую выше стоимости и выключателя, и кабеля. В то же время, сведений по защите именно электросчётчика очень мало. Поэтому согласованный выбор по току линейки счётчик, автомат, кабель – весьма актуален, особенно для прямоточных приборов учёта.

 

2. Требования к расположению счётчика и коммутационного аппарата

П. 1.5.36 1 Правил устройства электроустановок |1| требует установки предохранителей или коммутационного аппарата для снятия напряжения со всех фаз прибора учёта не далее, чем за 10 м до счётчика. Если расчётный прибор расположен в квартире, то отключающий аппарат должен располагаться вне квартиры (|1|, п. 7.1.64). В качестве аппарата и предохранителей обычно применяют автоматический выключатель, АВ. Автомат одновременно обеспечивает и обесточивание счётчика, и его защиту.

В п. 17.10 Свода правил |2| эти требования повторяются. Значит, может быть установлен только коммутационный аппарат (выключатель нагрузки и т.п.). Тогда защита прибора учёта отсутствует.

В п. 17.11 |2| изложены требования к взаиморасположению, когда прибор учёта присоединён непосредственно к электросети. В таком случае после счётчика, не далее 3 м по длине проводки, следует установить аппарат защиты. При нескольких отходящих от счётчика линий с устройствами защиты на каждой, общая защита не требуется. Но если эти устройства установлены вне помещения с прибором учёта, то после него нужен общий отключающий аппарат.

Устройства защиты, установленные после счётчика, его защиту тоже не обеспечивают.

Ниже будут рассмотрены схемы при расположении АВ до прибора учёта для защиты последнего.

 

3. Токи и зажимные отверстия счётчиков электроэнергии

Величины токов большинства приборов учёта приведены в таблице 1. Подробнее о других характеристиках счётчиков см. зарисовку Как выбрать электросчётчик.

Таблица 1

Токи прямоточных счётчиков, А	Максимальные, Iм	401)	50	60	65	75	80	85	100	1202)	1503)
	Допустимые, Iд	30Iм в течение полупериода (0,01 с)
Токи трансформаторных счётчиков, А	Максимальные, Iм	5			7,5				10
	Номинальные, Iн	1			54)				6
	Допустимые, Iд	20Iм в течение 0,5 с

Примечания к табл. 1:
¹⁾ Максимальным током 40 А обладают 1-фазные счётчики типа Нева 102 и 105.
²⁾ Максимальным током 120 А обладают 1-фазные счётчики типа Берегун и 3-фазные Альфа А1800.
³⁾ Максимальным током 150 А обладают 3-фазные счётчики типа Альфа А2.
⁴⁾ Наиболее широко применяются трансформаторные счётчики с номиналом 5 А.

В соответствии с п. 5.4 ГОСТ |3|: «Отверстия для зажима проводов последовательной цепи должны быть диаметром не менее 5…8 мм – для счётчиков с максимальным значением силы тока от 40 до 100 А включительно, а свыше 100 А – не менее 11,5 мм». Однако не все изготовители соблюдают последнюю норму. Например, в пп. 5 п. 12.1 паспорта |4| для приборов типа Альфа А2 с максимальным током 150 А указан диаметр токовых гнёзд до 8 мм. Для счётчиков 120 А типа А1800 указан диаметр 9 мм (пп. 5 п. 6 руководства по эксплуатации |5|).

 

4. Отключающие свойства автоматических выключателей

Работоспособные автоматические выключатели для бытового и аналогичного применения срабатывают в двух случаях:

• при длительном прохождении тока, превышающего номинальный ток In – функция тепловой защиты;
• при резком, кратном In возрастании тока – функция электромагнитного расцепителя.

Электромагнитное расцепление называется «мгновенным», но фактически оно занимает промежуток времени до 0,1 с. Для срабатывания тепловой защиты при достижении величины отключающего тока требуется выдержка по времени. Она вызвана необходимостью предотвращения нежелательных отключений АВ при непродолжительных повышениях нагрузок.Повышения происходят при включении электродвигателей, холодных нагревателей и ламп накаливания и т.п.

Автоматы для бытовых и аналогичных электроустановок подразделяются на типы В, С, D. Отличаются они кратностью токов мгновенного расцепления относительно номинальной величины. У выключателей типа В кратность 3…5; С – 5…10 и D – 10…20 (см. табл. 2 ГОСТ |7|).

Автоматы типа С самые распространённые, применяются для большинства электроприёмников с умеренными пусковыми токами. Они и рассматриваются ниже.

Зависимость времени отключения от величины тока, т.н. время-токовые характеристики, изложены в ГОСТах. Параметры АВ типа С в соответствии с табл. 7 ГОСТ |6| указаны в таблице 2.

Таблица 2

Обозначение тока1)	Испытательный ток	Пределы времени расцепления или нерасцепления	Результат
I20	1,13In	t > 1 ч (при In < 63 А)	Без расцепления
		t > 2 ч (при In > 63 А)
I21	1,45In	t < 1 ч (при In < 63 А)	Расцепление
		t < 2 ч (при In > 63 А)
I22	2,55In	1 с < t < 60 с (при In < 32 А)
		1 с < t < 120 с (при In > 32 А)
—	5,00In	0,1 с < t < 15 с (при In < 32 А)
		0,1 с < t < 30 с (при In > 32 А)
I23	10,00In	t < 0,1 с

Примечание к табл. 2:
¹⁾ Обозначения, принятые в настоящей зарисовке.

Как следует из приведенных таблиц, до тока I₂₀ = 1,13In АВ не срабатывает при t > 1 ч. При токе от I₂₁= 1,45In расцепление тепловой защиты происходит за время до 1…2 часов и при I₂₂ = 2,55In – за время до 1…2 минут (в зависимости от величин номиналов выключателей). Эти времена на порядки превосходят допустимые для счётчиков. Даже при токе I₂₃ = 10In время расцепления может в 10 раз быть больше 10 мс, допускаемых для сверхтоков прямоточных приборов учёта.

Предпочтительные величины номинальных токов АВ (п. 5.3.2 ГОСТ |7|) приведены в таблице 3.

Таблица 3

In, А	6	8	10	13	161)	201)	251)	321)	401)	501)	631)	801)	1001)	1251)

Примечание к табл. 3:
¹⁾ Возможны десятикратные величины.

 

5. Токи и сечения проводов и кабелей

Автоматические выключатели должны не допускать чрезмерного перегрева проводов и кабелей. Длительно допустимые токи проводов и кабелей приведены в табл. 19…22 ГОСТ |8|, в табл. 29.15…29.20 справочника |9|, в табл. 1.3.4…1.3.8 ПУЭ |1|. В двух последних книгах токи одинаковые и меньше, чем в ГОСТ. Для повышения надёжности длительной службы проводов примем из рекомендованных меньшие допустимые токи. В таблице 4 приведены извлечённые из табл. 1.3.4 |1| допустимые длительные токи проложенных в одной трубе проводов с медными жилами. Их величины ниже приведенных а табл. 1.3.6 |1| для двух-и-трёхжильных кабелей в воздухе.

Таблица 4

Сечение провода, кв.мм		1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50	70	95	120
Ток, А	Двухжильные	18	25	32	40	55	80	100	125	160	195	245	295
	Трёхжильные	15	21	27	34	50	70	85	100	135	175	215	250

 

6. Расчётные соотношения для прямоточных счётчиков

По п. 433.1 ГОСТ |10| защита кабеля от сверхтока выполняется при соблюдении двух условий:

• Iр ≤ In ≤ Iк;
• I₂ ≤ 1,45Iк,

здесь

• Iр – расчетный ток цепи;
• In – номинальный ток автоматического выключателя;
• Iк – длительно допустимый ток кабеля;
• I₂ – ток надежного отключения АВ в течение заданного стандартного времени.

Если выбрать ток надёжного отключения, соответствующий наибольшему стандартному времени, то сечение кабелей будет минимальным.
Тогда следует:

• номинальный ток выключателя In ≥ Iр;
• ток надёжного отключения АВ I₂₁ ≥ 1,45In;
• стандартное время отключения при I₂₁ ≥ 1,45In составляет менее 1 часа или 2 часов для АВ с номинальным током не больше 63 А и больше 63 А, соответственно;
• допустимый длительный ток кабеля Iк ≥ I₂₁ / 1,45 ≥ In.

Расчётный ток цепи определяется по максимальной разрешённой мощности:

• для трёхфазного присоединения Iр = Р/(3U*cosφ);
• для однофазного присоединения Iр = Р/(U*cosφ),

здесь

• Р – максимальная разрешённая мощность, кВт;
• U = 0,23 кВ – фазное напряжение;
• cosφ – коэффициент мощности.

Для бытовых нагрузок примем cosφ = 1. О расчётах с коэффициентами мощности бытовых нагрузок см. зарисовку Расчёт электропотребления домов и квартир.

Автоматические выключатели не срабатывают при прохождении неотключающего тока I₂₀ = 1,13In. Поэтому максимально разрешённая мощность отличается от максимальной реальной мощности нагрузки:

• для трёхфазного присоединения Рн = 3*1,13U*In;
• для однофазного присоединения Рн = 1,13U*In.

Параметр отличия – отношение максимальных мощностей, реальной к разрешённой: Рн/Р.

 

6.1. Критерии для выбора максимального тока счётчика

Допустимое время прохождения сверхтока через прямоточный счётчик меньше времени «мгновенного» отключения АВ. Поэтому следует обеспечить хотя бы равенство или превышение допустимых величин прибора учёта:

• тока над «мгновенно» отключающим током АВ: Iд = 30Iм ≥ I₂₃ = 10In;
• количества выделяемой сверхтоком энергии в счётчике над энергией, пропускаемой автоматом до момента размыкания электромагнитного расцепителя:
  ИДс ≥ ИДа = (30Iм)²*tс ≥ (10In)²*tа,

здесь

• Iд и Iм – допустимый и максимальный ток прибора учёта, соответственно;
• I₂₃ и In – «мгновенно» отключающий и номинальный ток автомата, соответственно;
• ИДс и ИДа – интегралы Джоуля (энергии) в счётчике и в АВ, соответственно;
• tс = 0,01 с – допустимое время сверхтока через счётчик;
• tа = 0,1 с – время (принято предельное значение) расцепления автомата при I₂₃ = 10In.

Упростим имеющиеся выражения.
Для токов:
30Iм ≥ 10In → 3Iм ≥ In → Iм ≥ In/3.
Для ИД:
(30Iм)²*tс ≥ (10In)²*tа → 900Iм²*0,01 ≥ 100In²*0,1 → 9Iм² ≥ 10In² → 0,9Iм² ≥ In² или Iм ≥ 1,054In.

Значит, максимальный ток счётчика должен в 1,054 раза превышать номинальный ток автомата.

Производители в технической документации указывают, что в последовательной цепи счётчика ток не должен превышать максимальной величины Iм (например, п. 3.1.2 руководства по эксплуатации счётчиков Меркурий 200 |11|, или п. 2.1.1 руководства по эксплуатации счётчиков Нева МТ 3 |12|). Однако в цепи возможен длительный ток, превышающий на 13% номинальный ток АВ. Тогда максимальный ток прибора учёта должен быть не меньше, чем 1,13In. При таком выборе счётчик будет удовлетворять и условиям защиты по интегралу Джоуля (1,13 > 1,054).

 

7. Расчёты для прямоточных приборов учёта по нормативным требованиям к АВ

По п. 87 Основ ценообразования…|13| разрешается присоединять максимальную мощность 15 кВт при уплате 550 руб. Стоимость каждого 1 кВт сверх указанной мощности может быть в десятки раз выше. Примеры вариантов расчётов выполним для этой мощности.

 

7.1. Пример расчёта для трёхфазного присоединения

1) Расчётный ток цепи: Iр = Р/(3U*cosφ) = 15/(3*0,23*1) = 21,7 (А).
2)  Токи автоматического выключателя:
2.1) Номинальный по условию In ≥ Iр выбираем из табл. 3: In = 25 А.
2.2) Неотключающий: I₂₀ = 1,13In = 1,13*25 = 28,3 (А).
2.3) Отключающий за время до 1 часа: I₂₁= 1,45In = 1,45*25 = 36,3 (А).
2.4) Отключающий за время до 0,1 с: I₂₃ = 10In = 10*25 = 250 (А).
3)  Отношение максимальных мощностей – реальной к разрешённой:
Рн/Р = 3*I₂₀*U/Р = 3*28,3*0,23/15 = 1,30 – реальная больше на 30%.
4) Токи счётчика:
4.1) Максимальный по условию Iм ≥ I₂₀ выбираем из табл. 1: Iм = 50 А;
4.2) Допустимый: Iд = 30Iм = 30*50 = 1500 (А) – больше тока отключения АВ I₂₃.
5)  Отношение ИД счётчика к ИД автомата: ИДс/ИДа= Iд²*tс/(I₂₃²*tа) = (1500²*0,01)/(250²*0,1) = 3,60. Допустимая энергия в счётчике в 3,6 раза больше энергии «мгновенного» отключения автомата.
6) Длительно допустимый ток провода по условию Iк ≥ In из табл. 4 для трёхжильных проводов: Iк = 27 А – ему соответствует сечение 4 кв.мм.

 

7.2. Пример расчёта для однофазного присоединения

1) Расчётный ток цепи: Iр = Р/(U*cosφ) = 15/(0,23*1) = 65,2 (А).
2) Токи автоматического выключателя:
2.1) Номинальный по условию In ≥ Iр выбираем из табл. 3: In = 80 А;
2.2) Неотключающий: I₂₀ = 1,13In = 1,13*80 = 90,4 (А);
2.3) Отключающий за время до 2 часов: I₂₁= 1,45In = 1,45*80 = 116,0 (А);
2.4) Отключающий за время до 0,1 с: I₂₃ = 10In = 10*80 = 800 (А).
3) Отношение максимальных мощностей – реальной к разрешённой:
Рн/Р = I₂₀*U/Р = 90,4*0,23/15 = 1,39 – реальная больше на 39%.
4) Токи счётчика:
4.1) Максимальный по условию Iм ≥ I₂₀ выбираем из табл. 1: Iм = 100 А;
4.2) Допустимый: Iд = 30Iм = 30*100 = 3000 (А) – больше тока отключения АВ I₂₃.
5) Отношение ИД счётчика к ИД автомата: ИДс/ИДа = Iд²*tс/(I₂₃²*t) = (3000²*0,01)/(800²*0,1) = 1,41 – допустимая энергия в счётчике больше энергии «мгновенного» отключения автомата.
6) Длительно допустимый ток провода по условию Iк ≥ In из табл. 4 для двухжильных проводов: Iк = 80 А – ему соответствует сечение 16 кв.мм.

Результаты аналогичных расчётов для характерных величин (использующих, по возможности, все номинальные токи АВ) максимальных разрешённых мощностей приведены в таблице 5.

 

7.3. Результаты расчётов с токами АВ по нормативам

Таблица 5

Максимальная разрешённая мощность, Р, кВт	Расчётный ток цепи, Iр, А	Токи автоматического выключателя, А:				Отношение мощностей реальной к разрешённой, Рн/Р	Токи счётчика, А:		Отношение ИДс/ИДа	Допустимый ток кабеля, Iк, А	Сечение кабеля, кв.мм
		номинальный, In	неотключающий, I20	отключающий за 1-2 часа I21	отключающий за время до 0,1 с, I23		максимальный, Iм	допустимый, Iд
Трёхфазные счётчики:
4	5,8	6	6,8	8,7	60	1,17	50	1500	62,5	21	2,5
5	7,2	8	9,0	11,6	80	1,25	50	1500	35,2	21	2,5
6	8,7	10	11,3	14,5	100	1,30	50	1500	22,5	21	2,5
7	10,1	13	14,7	18,9	130	1,45	50	1500	13,3	21	2,5
9	13,0	13	14,7	18,9	130	1,13	50	1500	13,3	21	2,5
10	14,5	16	18,1	23,2	160	1,25	50	1500	8,79	21	2,5
11	15,9	16	18,1	23,2	160	1,13	50	1500	8,79	21	2,5
12	17,4	20	22,6	29,0	200	1,30	50	1500	5,63	21	2,5
13	18,8	20	22,6	29,0	200	1,20	50	1500	5,63	21	2,5
14	20,3	25	28,3	36,3	250	1,39	50	1500	3,60	27	4
15	21,7	25	28,3	36,3	250	1,30	50	1500	3,60	27	4
18	26,1	32	36,2	46,4	320	1,39	50	1500	2,20	34	6
22	31,9	32	36,2	46,4	320	1,13	50	1500	2,20	34	6
23	33,3	40	45,2	58,0	400	1,36	50	1500	1,41	50	10
27	39,1	40	45,2	58,0	400	1,16	50	1500	1,41	50	10
28	40,6	50	56,5	72,5	500	1,39	60	1800	1,30	50	10
34	49,3	50	56,5	72,5	500	1,15	60	1800	1,30	50	10
35	50,7	63	71,2	91,4	630	1,40	75	2250	1,28	70	16
43	62,3	63	71,2	91,4	630	1,14	75	2250	1,28	70	16
44	63,8	80	90,4	116,0	800	1,42	100	3000	1,41	85	25
55	79,7	80	90,4	116,0	800	1,13	100	3000	1,41	85	25
56	81,2	100	113,0	145,0	1000	1,39	120	3600	1,30	100	35
69	100,0	100	113,0	145,0	1000	1,13	120	3600	1,30	100	35
70	101,4	125	141,3	181,3	1250	1,39	150	4500	1,30	135	50
86	124,6	125	141,3	181,3	1250	1,13	150	4500	1,30	135	50
87	126,1	160	180,8	232,0	1600	1,43	нет1)	нет1)	нет1)	нет1)	нет1)
Однофазные счётчики:
4	17,4	20	22,6	29,0	200	1,30	40	1200	3,60	25	2,5
5	21,7	25	28,3	36,3	250	1,30	40	1200	2,30	25	2,5
6	26,1	32	36,2	46,4	320	1,39	40	1200	1,41	32	4
7	30,4	32	36,2	46,4	320	1,19	40	1200	1,41	32	4
8	34,8	40	45,2	58,0	400	1,30	50	1500	1,41	40	6
9	39,1	40	45,2	58,0	400	1,16	50	1500	1,41	40	6
10	43,5	50	56,5	72,5	500	1,30	60	1800	1,30	55	10
11	47,8	50	56,5	72,5	500	1,18	60	1800	1,30	55	10
12	52,2	63	71,2	91,4	630	1,36	75	2250	1,28	80	16
14	60,9	63	71,2	91,4	630	1,17	75	2250	1,28	80	16
15	65,2	80	90,4	116,0	800	1,39	100	3000	1,41	80	16
18	78,3	80	90,4	116,0	800	1,16	100	3000	1,41	80	16
19	82,6	100	113,0	145,0	1000	1,37	120	3600	1,30	100	25
23	100,0	100	113,0	145,0	1000	1,13	120	3600	1,30	100	25
24	104,3	125	141,3	181,3	1250	1,35	нет1)	нет1)	нет1)	нет1)	нет1)

Примечания к табл. 5:
¹⁾ В ячейках, обозначенных «нет» данные отсутствуют из-за невозможности выбора прямоточных счётчиков с требуемыми максимальными токами.

 

8. Альтернативный выбор АВ

Как видно из табл. 5 реальная мощность нагрузки может быть больше максимальной разрешённой почти в 1,5 раза. Рассмотрим альтернативу – выбор номинального тока АВ, ближайшим меньшим или равным расчётному. Тем самым, кроме повышения степени защиты, можно добиться минимизации: и превышения мощностей реальной над разрешённой, и сечения проводов.

При этом будет выполняться п. 3.1.4 ПУЭ |1|: «Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников…». Реальная максимальная мощность относительно применения рекомендации ГОСТ |10| для некоторых случаев будет снижена, однако нельзя допускать, чтобы эта мощность была меньше разрешённой.

Результаты расчётов при альтернативном выборе приведены в таблице 6.

 

8.1. Результаты расчётов с альтернативными токами АВ

Таблица 6

Максимальная разрешённая мощность, Р, кВт	Расчётный ток цепи, Iр, А	Токи автоматического выключателя, А:				Отношение мощностей реальной к разрешённой, Рн/Р	Токи счётчика, А:		Отношение ИДс/ИДа	Допустимый ток кабеля, Iк, А	Сечение кабеля, кв.мм
		номинальный, In	неотключающий, I20	отключающий за 1-2 часа I21	отключающий за время до 0,1 с, I23		максимальный, Iм	допустимый, Iд
Трёхфазные счётчики:
4	5,8	61)	6,8	8,7	60	1,17	50	1500	62,5	21	2,5
5	7,2	81)	9,0	11,6	80	1,25	50	1500	35,2	21	2,5
6	8,7	8	9,0	11,6	80	1,04	50	1500	35,2	21	2,5
7	10,1	10	11,3	14,5	100	1,11	50	1500	22,5	21	2,5
8	11,6	131)	14,7	18,9	130	1,27	50	1500	13,3	21	2,5
11	15,92)	132)	14,7	18,9	130	0,922)	50	1500	13,3	21	2,5
11	15,9	161)	18,1	23,2	160	1,13	50	1500	8,79	21	2,5
12	17,4	16	18,1	23,2	160	1,04	50	1500	8,79	21	2,5
13	18,8	201)	22,6	29,0	200	1,20	50	1500	5,63	21	2,5
15	21,7	20	22,6	29,0	200	1,04	50	1500	5,63	21	2,5
16	23,2	251)	28,3	36,3	250	1,22	50	1500	3,60	27	4
19	27,5	25	28,3	36,3	250	1,03	50	1500	3,60	27	4
20	29,0	321)	36,2	46,4	320	1,25	50	1500	2,20	34	6
25	36,2	32	36,2	46,4	320	1,00	50	1500	2,20	34	6
26	37,7	401)	45,2	58,0	400	1,20	50	1500	1,41	50	10
31	44,9	40	45,2	58,0	400	1,01	50	1500	1,41	50	10
32	46,4	501)	56,5	72,5	500	1,22	60	1800	1,30	50	10
39	56,5	50	56,5	72,5	500	1,00	60	1800	1,30	50	10
40	58,0	631)	71,2	91,4	630	1,23	75	2250	1,28	70	16
49	71,0	63	71,2	91,4	630	1,00	75	2250	1,28	70	16
50	72,5	801)	90,4	116,0	800	1,25	100	3000	1,41	85	25
62	89,9	80	90,4	116,0	800	1,01	100	3000	1,41	85	25
63	91,3	1001)	113,0	145,0	1000	1,24	120	3600	1,30	100	35
78	113,0	100	113,0	145,0	1000	1,00	120	3600	1,30	100	35
79	114,5	1251)	141,3	181,3	1250	1,23	150	4500	1,30	135	50
97	140,6	125	141,3	181,3	1250	1,00	150	4500	1,30	135	50
98	142,0	1601)	180,8	232,0	1600	1,27	нет3)	нет3)	нет3)	нет3)	нет3)
Однофазные счётчики:
4	17,4	16	18,1	23,2	160	1,04	40	1200	5,63	25	2,5
5	21,7	20	22,6	29,0	200	1,04	40	1200	3,60	25	2,5
6	26,1	25	28,3	36,3	250	1,08	40	1200	2,30	25	2,5
7	30,42)	252)	28,3	36,3	250	0,932)	40	1200	2,30	25	2,5
7	30,4	321)	36,2	46,4	320	1,19	40	1200	1,41	32	4
8	34,8	32	36,2	46,4	320	1,04	40	1200	1,41	32	4
9	39,1	401)	45,2	58,0	400	1,16	50	1500	1,41	40	6
10	43,5	40	45,2	58,0	400	1,04	50	1500	1,41	40	6
11	47,8	501)	56,5	72,5	500	1,18	60	1800	1,30	55	10
13	56,5	50	56,5	72,5	500	1,00	60	1800	1,30	55	10
15	65,2	63	71,2	91,4	630	1,09	75	2250	1,28	80	16
16	69,6	63	71,2	91,4	630	1,02	75	2250	1,28	80	16
17	73,9	801)	90,4	116,0	800	1,22	100	3000	1,41	80	16
20	87,0	80	90,4	116,0	800	1,04	100	3000	1,41	80	16
21	91,3	1001)	113,0	145,0	1000	1,24	120	3600	1,30	100	25
26	113,0	100	113,0	145,0	1000	1,00	120	3600	1,30	100	25
27	117,4	1251)	141,3	181,3	1250	1,20	нет3)	нет3)	нет3)	нет3)	нет3)

Примечания к табл. 6:
¹⁾Выбраны автоматы с номинальным током большим расчётного, чтобы не допустить снижения реальной мощности относительно максимальной разрешённой.
²⁾Для таких случаев выбор АВ с номинальным током, меньшим расчётного (In < Iр), негоден, поскольку приводит к уменьшению реальной мощности нагрузки относительно максимальной разрешённой.
³⁾ В ячейках, обозначенных «нет» данные отсутствуют из-за невозможности выбора прямоточных счётчиков с требуемыми максимальными токами.

 

9. Выводы по прямоточным счётчикам

Указанные мощности в фигурных скобках взяты из табл. 5, в квадратных скобках – из табл. 6.
1)  При выборе максимальных токов счётчиков по неотключающим токам автоматических выключателей (Iм ≥ I₂₀= 1,13In):
1.1) Допустимые токи счётчиков превосходят отключающие токи автоматических выключателей по величине (Iд = 30Iм > I₂₃= 10In);
1.2) Нормированное время расцепления при 10-кратных токах АВ на порядок выше допустимого времени сверхтоков в счётчиках. Однако по интегралу Джоуля допустимая энергия, выделяемая в приборах учёта, больше, чем в автоматических выключателях до их расцепления.
2)  Для номинальных токов АВ до 13 А включительно сечение кабеля 1,5 кв.мм по плотности тока является допустимым (табл. 4). Но по табл. 7.1.1 ПУЭ |1|, сечение проводов до расчётного счётчика должно быть не менее 2,5 кв.мм для меди. Поэтому взяты сечения 2,5 кв.мм.
3) Прямоточные трёхфазные счётчики применимы до максимальной мощности {86} [97] кВт, включительно.
4) Для мощностей от {87} [98] кВт, подобрать согласованные по токам выключатель, кабель и трёхфазный прямоточный счётчик невозможно – необходимы трансформаторные приборы учёта.
5) Прямоточные однофазные счётчики применимы до максимальной мощности {23} [26] кВт, включительно.
6) Для мощностей от {24} [27] кВт подобрать выключатель, кабель и однофазный счётчик невозможно – для этих мощностей необходимо применять трёхфазные приборы учёта.
7) Реальные мощности нагрузок при выборе номинальных токов АВ согласно рекомендаций ГОСТ |10| превосходят максимально разрешённые на 13…45%; при альтернативном выборе – на 1…27% или равны между собой.
8) Оптимальным является выбор такого тока АВ, при котором реальная мощность нагрузки была бы равной максимально разрешённой или немного её превосходила.
9) Применить альтернативный выбор номинальных токов выключателей для всех разрешённых мощностей невозможно, поскольку это может привести к уменьшению реальной мощности относительно максимально разрешённой.

 

10. ВАЖНО!

 

 

 

 

 

 

 

11. Требования к трансформаторам тока

Измерительные трансформаторы тока, ТТ, применяются не только при повышенных мощностях нагрузки, но и для маломощных приёмников, электропитание которых не должно прекращаться при выходе счётчиков из строя.

Для измерительных комплексов согласно п. 139 Основных положений функционирования розничных рынков электрической энергии |15| должны применяться ТТ класса точности не хуже 0,5. Для ТТ такого класса из табл. 8 ГОСТ |16| допустимые погрешности ТТ нормируются от 5% номинального тока первичной обмотки. Значит, нагрузка должна обеспечить минимальный первичный ток не меньше 5% от номинала.

В табл. 5 |16| приведены номинальные токи ТТ. Для вторичных обмоток они равны 1; 2 и 5 А. Далее будем рассматривать наиболее широко применяемые трансформаторы с током 5 А. Такой же номинальный ток имеет большинство трансформаторных счётчиков.

Номинальные и наибольшие рабочие токи первичных обмоток ТТ даны в табл. 5 и 11 |16|, соответственно. Извлечения из них приведены в таблице 7.

Таблица 7

I1ТТ, А	11)	51)	101)	12,51)	151)	201)	251)	301)	401)	501)	601)	751)	80	600	1200	1600
I1макс, А	1	5	10	12,5	16	20	25	32	40	50	60	80	80	630	1200	1600

Примечание к табл. 7:
¹⁾ Возможны величины, кратные 10.

Из табл. 7 видно, что максимальные и номинальные токи большинства трансформаторов равны. Допускается увеличение на 5…7% от номинала только для части ТТ – выделены наклонным шрифтом.

П. 1.5.17 ПУЭ |1| допускает завышение коэффициентов трансформации ТТ для выполнения требований защиты шин, электродинамической и термической стойкости, если при максимуме нагрузки вторичный ток будет не менее 40%, а при минимуме – не менее 5% от номинального тока счётчика.

 

12. Расчётные соотношения для трансформаторных счётчиков

Будем выбирать ТТ, исходя из одинаковых номинальных токов 5 А:

• вторичных обмоток трансформаторов;
• счётчиков.

1) Для повышения надёжности работы ТТ выбираем ток первичной обмотки не меньшим тока отключения АВ в течение 1-2 часов: I_1ТТ ≥ I₂₁ = 1,45In.
2) Коэффициент трансформации ТТ К_ТТ = I_1ТТ/I_2ТТ = I_1ТТ/5,
здесь номинальный ток вторичной обмотки I_2ТТ = 5 (А).
3) Т.к. трансформатор выбирается по увеличенному первичному току, то:
3.1) при максимальной разрешённой мощности ток вторичной обмотки должен быть бОльшим или равным 40% номинального тока счётчика: I_2ТТм = Iр/Ктт ≥ 0,4*5 = 2 (А), здесь Iр – расчётный ток цепи;
3.2) при максимальной реальной мощности нагрузки вторичный ток не должен превышать номинального значения 5 А: I_2ТТре = I₂₀/Ктт ≤ 5 А, здесь I₂₀ – неотключающий ток АВ.
4) Через вторичные обмотки ТТ и прибор учёта протекают одни и те же токи. Для счётчика с максимальным током Iм = 5 А допустимый ток Iд = 20Iм = 20*5 = 100 (А). Тогда соответствующий ему допустимый проверочный первичный ток ТТ должен быть большим или равным «мгновенно» отключающему току автомата I₂₃: I_1ТТд = Iд*Ктт = 100Ктт ≥ I₂₃ = 10In.
5) При минимуме нагрузки вторичный ток должен быть не меньше 5% номинального тока счётчика:I_2ТТмин= 0,05*5 = 0,25 (А). Тогда допустимая минимальная мощность нагрузки Рмин ≥ 3U*I_2ТТмин*Ктт = 3*0,23*0,25Ктт = 0,1725Ктт (кВт).
6) Остальные соотношения, как и для прямоточных приборов учёта.

 

13. Пример расчёта с трансформаторным счётчиком

1) Расчётный ток цепи: Iр = Р/(3U*cosφ) =15/(3*0,23*1) = 21,7 (А).
2) Номинальный ток АВ по альтернативному условию In ≤ Iр выбираем из табл. 3: In = 20 А.
3) Неотключающий ток АВ: I₂₀ = 1,13In = 1,13*20 = 22,6 (А).
4) Отношение максимальной реальной мощности нагрузки к максимальной разрешённой: Рн/Р = 3U*I₂₀/Р =3*0,23*22,6/15 =1,04 – номинальный ток АВ выбран верно, т.к. реальная мощность больше максимальной разрешённой на 4% (выбор In = 25 А по рекомендациям п. 433.1 ГОСТ |10| привёл бы к избыточному превышению – на 30%).
5) Токи отключения АВ:
5.1) За 1 час: I₂₁=1,45In = 1,45*20 = 29,0 (А);
5.2) За время до 0,1 с: I₂₁ = 10In = 10*20 = 200 (А).
6) Номинальный ток первичной обмотки ТТ (из табл. 7): I_1ТТ = 30 А ≥ I₂₁ = 29,0 А. Тогда коэффициент трансформации ТТ К_ТТ = I_1ТТ/5 = 30/5 = 6.
7) Проверка (для максимальной разрешённой мощности по расчётному току) максимального тока вторичной обмотки ТТ: I_2ТТм = Iр/Ктт = 21,7/6 = 3,6 (А) > 2A.
8)  Проверка (для максимальной реальной мощности нагрузки по неотключающему току:I_2ТТре = I₂₀/Ктт=22,6/6=3,8 (А) < 5 А.
9) Проверка допустимого проверочного тока счётчика по отключающему току АВ за время до 0,1 с: I_1ТТд = 100К_ТТ = 100*6 = 600 (А) > I₂₃ = 200 A. Допустимый ток прибора учёта соответствует требованию при максимальном токе счётчика 5 А; тем более соответствие будет выполняться для приборов с Iм 7,5 А и 10 А.
10) Для трансформаторных счётчиков, в отличие от прямоточных, нормируемое допустимое время прохождения сверхтока 0,5 с превышает время отключения АВ до 0,1 с. Поэтому проверка по интегралу Джоуля не нужна.
11) Допустимый минимум нагрузки: Рмин ≥ 0,1725Ктт = 0,1725*6 = 1,04 (кВт). Значит минимальная нагрузка должна быть не меньше 6,9% от максимальной разрешённой: Рмин/Р = 1,04/15 ≈ 0,069. Для других мощностей 6,6…10,4% – см. табл. 8.
12) При величине минимальной мощности 6,6…10,4% от максимальной разрешённой одновременно выполняются условия по превышению 5% номинальных токов и для вторичных обмоток ТТ, и для счётчиков.
13) Допустимый ток провода по условию Iк ≥ In = 20 А выбираем из табл. 4 для трёхжильных кабелей: Iк = 21 А. Этому току соответствует сечение 2,5 кв.мм.

Результаты расчётов для других мощностей приведены в табл. 8.

 

13.1. Результаты расчётов с трансформаторными счётчиками

Таблица 8

Максимальная разрешённая мощность, Р, кВт	Расчётный ток цепи Iр, А	Токи автоматического выключателя, А				Отношение мощностей реальной к разрешённой Рн/Р	Токи первичной обмотки ТТ, А:		Коэффициент трансформации ТТ	Токи вторичной обмотки ТТ, А:		Минимальная мощность нагрузки, Рмин, кВт	Отношение мощностей минимальной к разрешённой Рн/Р	Допустимый ток кабеля Iк, А	Сечение кабеля, кв.мм
		номинальный, In	неотключающий, I20	отключающий за 1-2 часа I21	отключающий за время до 0,1 с I23		номинальный, I1ТТ	допустимый проверочный, I1ТТд		при максимальной разрешённой мощности , I2ТТм	при максимальной реальной мощности нагрузки, I2ТТре
4	5,8	61)	6,8	8,7	60	1,17	10	200	2	2,9	3,4	0,35	8,8	21	2,5
5	7,2	81)	9,0	11,6	80	1,25	12.5	250	3	2,4	3,0	0,52	10,4	21	2,5
6	8,7	8	9,0	11,6	80	1,04	12,5	250	3	2,9	3,0	0,52	8,7	21	2,5
7	10,1	10	11,3	14,5	100	1,11	15	300	3	3,4	3,8	0,52	7,4	21	2,5
8	11,6	131)	14,7	18,9	130	1,27	20	400	4	2,9	3,7	0,69	8,6	21	2,5
10	14,5	13	14,7	18,9	130	1,01	20	400	4	3,6	3,7	0,69	6,9	21	2,5
11	15,9	161)	18,1	23,2	160	1,13	25	500	5	3,2	3,6	0,86	7,8	21	2,5
12	17,4	16	18,1	23,2	160	1,04	25	500	5	3,5	3,6	0,86	7,2	21	2,5
13	18,8	201)	22,6	29,0	200	1,20	30	600	6	3,1	3,8	1,04	8,0	21	2,5
15	21,7	20	22,6	29,0	200	1,04	30	600	6	3,6	3,8	1,04	6,9	21	2,5
16	23,2	251)	28,3	36,3	250	1,22	40	800	8	2,9	3,5	1,38	8,6	27	4
19	27,5	25	28,3	36,3	250	1,03	40	800	8	3,4	3,5	1,38	7,3	27	4
20	29,0	321)	36,2	46,4	320	1,25	50	1000	10	2,9	3,6	1,73	8,7	34	6
25	36,2	32	36,2	46,4	320	1,00	50	1000	10	3,6	3,6	1,73	6,9	34	6
26	37,7	401)	45,2	58,0	400	1,20	60	1200	12	3,1	3,8	2,07	8,0	50	10
31	44,9	40	45,2	58,0	400	1,01	60	1200	12	3,7	3,8	2,07	6,7	50	10
32	46,4	501)	56,5	72,5	500	1,22	75	1500	15	3,1	3,8	2,59	8,1	50	10
39	56,5	50	56,5	72,5	500	1,00	75	1500	15	3,8	3,8	2,59	6,6	50	10
40	58,0	631)	71,2	91,4	630	1,23	100	2000	20	2,9	3,6	3,45	8,6	70	16
49	71,0	63	71,2	91,4	630	1,00	100	2000	20	3,6	3,6	3,45	7,0	70	16
50	72,5	801)	90,4	116,0	800	1,25	125	2500	25	2,9	3,6	4,31	8,6	85	25
62	89,9	80	90,4	116,0	800	1,01	125	2500	25	3,6	3,6	4,31	7,0	85	25
63	91,3	1001)	113,0	145,0	1000	1,24	150	3000	30	3,0	3,8	5,18	8,2	100	35
78	113,0	100	113,0	145,0	1000	1,00	150	3000	30	3,8	3,8	5,18	6,6	100	35
79	114,5	1251)	141,3	181,3	1250	1,23	200	4000	40	2,9	3,5	6,90	8,7	135	50
97	140,6	125	141,3	181,3	1250	1,00	200	4000	40	3,5	3,5	6,90	7,1	135	50
98	142,0	1601)	180,8	232,0	1600	1,27	250	5000	50	2,8	3,6	8,63	8,8	175	70
125	180,8	160	180,8	232,0	1600	1,00	250	5000	50	3,6	3,6	8,63	6,9	175	70

Примечание к табл. 8:
¹⁾ Выбраны АВ с номинальным током, большим расчётного (In > Iр) – если выбрать меньшим, то это приведёт к снижению реальной мощности нагрузки относительно максимальной разрешённой.

 

13.2. Выводы по трансформаторным счётчикам

1) Токи первичных обмоток трансформаторов выбирают равными или большими отключающих (в течение 1…2 часов) токов АВ, что повышает надёжность работы ТТ.
2) Допустимые токи счётчиков (в таблице 8 допустимые проверочные токи первичных обмоток ТТ) определённые по одному из наименьших величин максимальных токов приборов учёта, равному 5 А, превосходят отключающие «мгновенно», в течение до 0,1 с, токи АВ по величине.
3) В отличие от прямоточных, трансформаторные счётчики допускают для протекания сверхтоков большее время, равное 0,5 с, чем время «мгновенного» расцепления автоматических выключателей. Это ещё одно доказательство бОльшей надёжности электроснабжения, обеспечиваемой схемами трансформаторных счётчиков относительно прямоточных.
4) Сечения проводов кабелей не ограничены сечениями контактных зажимов счётчиков.
5) Автоматические выключатели, как и для прямоточных приборов учёта, целесообразно выбирать по условию минимального превышения максимальной реальной мощности нагрузки над максимальной разрешённой или равенства указанных мощностей.
6) При проектировании нужно предусматривать обязательное наличие минимальной мощности нагрузки, величина которой должна быть не менее 6,6…10,4% от максимальной разрешённой мощности.

 

14. Заключение

1) Официальные рекомендации (|1|, |2|) допускают установку перед счётчиком как коммутационных аппаратов, при этом защита счётчика не обеспечивается, так и предохранителей. Вместо предохранителей обычно применяют автоматические выключатели. Они защиту обеспечивают, но только при оптимальном согласованном по токам выборе автомата, счётчика и кабеля.
2) Выбор номинального тока АВ не меньшим расчётного (по ГОСТ |10|) не всегда оправдан.
3) Критерий выбора по равенству, или по минимальному превышению реальной мощности над разрешённой представляется предпочтительнее, чем рекомендуемый |10|, т.к.:
3.1) устраняется неоправданно большое превышение одной мощности над другой;
3.2) уменьшаются диаметр, сечение и стоимость проводов;
3.3) частично устраняются ограничения из-за недостаточного диаметра контактных отверстий счётчиков;
3.4) снижаются токи отключения АВ, что повышает надёжность защиты проводов и счётчика.
4) Прямоточные приборы учёта применимы только до разрешённых мощностей, включительно: однофазные – до 26 кВт, трёхфазные – до 97 кВт. Реальные мощности нагрузок могут быть равными разрешённым или превышать последние на 1…45%.
5) Для максимальных мощностей 27 кВт однофазной и 98 кВт трёхфазной цепи выбрать согласованные по токам автоматический выключатель, кабель и прямоточный счётчик не представляется возможным.
6) Допустимые токи прямоточных приборов учёта больше по величине, но меньше по длительности времени протекания токов «мгновенного» отключения АВ.
7) Определённая по интегралу Джоуля допустимая энергия, выделяемая в прямоточных приборах учёта, превосходит энергию «мгновенного» отключения автоматов.
8) Допустимые токи перегрузки трансформаторных счётчиков превосходят токи «мгновенного» отключения автоматов и по величине, и по допустимой длительности.

 

15. Литература

1. Правила устройства электроустановок. Изд. 7.
2. СП 256.1325800.2016. Свод правил. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа. Актуализированная редакция СП 31-110-2003.
3. ГОСТ 31818.11-2012. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Общие требования. Испытания и условия испытаний. Часть 11. Счётчики электрической энергии.
4. Паспорт ДЯИМ.411152.011 ПС. Счётчик электрической энергии трёхфазный многофункциональный Альфа А2.
5. Руководство по эксплуатации ДЯИМ.411152.018 РЭ. V13_2015. Счётчик электрической энергии трёхфазный многофункциональный Альфа А1800.
6. ГОСТ IEC 60898-2-2011. Выключатели автоматические для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения. Часть 2. Выключатели автоматические для переменного и постоянного тока.
7. ГОСТ Р 50345-2010. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Выключатели автоматические для переменного тока.
8. ГОСТ 31996-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия.
9. Электрические кабели, провода, шнуры. Под ред. Н.И. Белоруссова. Изд. 5. 1988.
10. ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Электроустановки низковольтные. Часть 4-43. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока.
11. Руководство по эксплуатации АВЛГ.411152.020 РЭ РЭ. Счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока статический «Меркурий 200».
12. Руководство по эксплуатации ТАСВ.411152.005 РЭ. Рев. 4. Счётчики электрической энергии трёхфазные многотарифные Нева МТ 3.
13. Основы ценообразования в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике, утверждённые Постановлением Правительства РФ от 29.12.2011 № 1178 (ред. от 30.01.2019).
14. МГСН (Московские городские строительные нормы) 3.01-01. Жилые здания.
15. Основные положения функционирования розничных рынков электрической энергии, утвержденные постановлением Правительства РФ от 04.05.2012 №442 (ред. от 19.03.2019).
16. ГОСТ 7746-2015. Трансформаторы тока. Общие технические условия.

Если есть вопросы, замечания, пожелания – пишите, пожалуйста.

Спасибо за внимание!

Пусть всегда у Вас будет и защита, и свет! ☺