Підбір пристроїв захисту від надструмів — MCB, запобіжники gG і ПЗВ крок за кроком

---

Підбір перерізу провідника — це лише половина роботи: провідник ще має бути захищений. Неправильно підібраний вимикач або запобіжник — це коло, яке або вимикається без причини, або — що значно небезпечніше — не спрацює в момент короткого замикання й дозволить кабелю перегрітися аж до пожежі. Захист від надструмів є тією ланкою, що поєднує розрахований переріз жили з реальною безпекою інсталяції.

Якщо Ви хочете відразу підібрати й перевірити вимикач або запобіжник для конкретного кола, скористайтеся калькулятором підбору пристроїв захисту від надструмів. Нижче ми пояснюємо, звідки беруться умови підбору, чим відрізняються характеристики B, C і D та коли необхідний пристрій захисного вимкнення.

Від чого захищає пристрій захисту від надструмів?

Захист від надструмів реагує на два різні види надмірного струму, і кожен з них потребує іншої частини характеристики:

• Перевантаження — струм помірно більший за номінальний (напр. 1,2–3 × $I_n$), спричинений підключенням надто великої кількості приймачів. Наростає повільно й загрожує тривалим перегріванням ізоляції. На нього реагує перевантажувальна частина характеристики — спрацьовує із затримкою тим коротшою, чим більший струм.
• Коротке замикання — струм у багато разів більший за номінальний (від кількох сотень амперів до кількох десятків кілоамперів), що виникає при безпосередньому з'єднанні провідників. Має бути вимкнений дуже швидко. На нього реагує частина короткого замикання характеристики — спрацьовує практично миттєво.

У модульному автоматичному вимикачі MCB за кожен із цих діапазонів відповідає окремий елемент: тепловий (біметал) при перевантаженні та електромагнітний (котушка) при короткому замиканні. Плавкий запобіжник gG реалізує обидві функції однією вставкою, час-струмова характеристика якої поєднує обидва діапазони. Добре підібраний захист повинен правильно обслуговувати обидва сценарії: спрацювати при перевантаженні, перш ніж провідник перегріється, і мати достатньо велику вимикальну здатність, щоб безпечно перервати найбільший можливий струм короткого замикання.

Дві умови перевантаження згідно з PN-HD 60364-4-43

Норма PN-HD 60364-4-43 (захист від надструму) визначає дві умови, які мають виконуватися одночасно, щоб захист оберігав провідник від перевантаження:

де:

• $I_b$ — розрахунковий струм кола (струм, який реально споживає навантаження),
• $I_n$ — номінальний струм захисту (уставка вимикача або значення запобіжника),
• $I_z$ — тривала струмонесна здатність провідника (максимальний струм, який провідник пропускає без перевищення граничної температури, після врахування способу прокладання та коригувальних коефіцієнтів),
• $I_2$ — умовний струм спрацювання захисту, тобто струм, що забезпечує його спрацювання за умовний час (для вимикача зчитується з продуктової норми, для запобіжника — з характеристики вставки).

Перша умова інтуїтивна: захист має бути «більшим» за навантаження, але не більшим за витривалість кабелю. Друга умова часто пропускається, а саме вона є вирішальною в граничних випадках — бо $I_2$ залежить від типу апарата:

Практичний висновок: для вимикача MCB друга умова виконується завжди, коли виконується перша — тому для вимикачів достатньо перевірити $I_b \le I_n \le I_z$. Для запобіжника gG треба додатково переконатися, що $I_n$ не перевищує бл. 91% струмонесної здатності провідника — інакше плавка вставка може не спрацювати достатньо швидко при легкому перевантаженні, попри те, що формально $I_n \le I_z$.

Кратність $1{,}6$ при цьому стосується вставок зі струмом $I_n \ge 16$ А. Для менших значень умовний струм спрацювання є вищим — згідно з таблицею умовних струмів PN-EN 60269-1 він становить $1{,}9 \cdot I_n$ для $4 < I_n < 16$ А та $2{,}1 \cdot I_n$ для $I_n \le 4$ А — тож умова стає ще суворішою (відповідно $I_n \le 0{,}76 \cdot I_z$ та $I_n \le 0{,}69 \cdot I_z$). Це часта пастка при захисті тонких провідників малими запобіжниками.

Види захисту: MCB, запобіжники gG і RCBO

В інсталяціях низької напруги Ви зустрінете три основні рішення захисту від надструмів:

Запобіжник gG має дві суттєві переваги: дуже велику вимикальну здатність (навіть до 100 кА) та сприятливу характеристику в діапазоні короткого замикання, завдяки чому його часто застосовують там, де струми короткого замикання великі (поблизу трансформатора). Недоліком є одноразовість та необхідність тримати запас вставок.

Характеристики MCB: B, C і D

Літера в позначенні вимикача (напр. C16) описує діапазон магнітного розчеплення — кратність номінального струму, при якій спрацює елемент короткого замикання (миттєвий). Вибір характеристики має відповідати пусковому струму приймача: надто «чутлива» характеристика спричинить хибні вимкнення при ввімкненні, надто «жорстка» може не забезпечити захисту від ураження струмом.

Верхня межа магнітного діапазону має друге, ключове значення — це найменший струм, який гарантує миттєве вимкнення. Для характеристики B це $5 \cdot I_n$, для C — $10 \cdot I_n$, для D — $20 \cdot I_n$. Це значення використовують при перевірці захисту від ураження струмом (див. нижче). Тому чим «жорсткіша» характеристика, тим більший струм короткого замикання потрібен для швидкого вимкнення — а це не завжди можливо в кінці довгого кола.

Умова короткого замикання — вимикальна здатність

При короткому замиканні через апарат протікає струм, обмежений лише імпедансом кола від джерела до місця замикання. Захист повинен цей струм безпечно перервати, не зазнаючи руйнування. Звідси умова:

де $I_{cn}$ — це номінальна вимикальна здатність апарата, а $I_{k,max}$ — найбільший очікуваний струм короткого замикання в місці встановлення (трифазне або двофазне замикання відразу за апаратом). Типові значення $I_{cn}$ для вимикачів MCB — це 6 кА (квартирні інсталяції) та 10 кА (інсталяції, наражені на більші замикання). Запобіжники gG пропонують значно вищі значення, тому їх застосовують поблизу джерела.

Самої вимикальної здатності недостатньо — провідник має також витримати термічно енергію, пропущену через захист, перш ніж він спрацює. Згідно з PN-HD 60364-4-43 (п. 434.5.2) інтеграл Джоуля короткого замикання не може перевищити допустимої теплової енергії жили:

де $I^2 t$ — це пропущена питома енергія захисту (з каталожної картки), $S$ — переріз жили, а $k$ — матеріальний коефіцієнт ізоляції (напр. 115 для міді в ПВХ, 143 для XLPE). Ця умова має значення особливо для тонких провідників при великих струмах короткого замикання — це саме енергетичне обмеження, а не сам струм, тоді вирішує про допустимий апарат.

Захист від ураження струмом — чи спрацює захист при замиканні на землю?

Другий, «нижній» кінець проблеми короткого замикання — це найменший струм короткого замикання $I_{k,min}$ — зазвичай однофазне замикання в кінці довгого кола. Згідно з PN-HD 60364-4-41 захист від надструмів водночас виконує роль захисту від ураження струмом через автоматичне вимкнення живлення. Умова ефективності:

де $Z_s$ — це імпеданс петлі короткого замикання, $U_0$ — фазна напруга (230 В), а $I_a$ — струм, що забезпечує вимкнення за необхідний час. У системі TN при 230 В цей час становить 0,4 с для кінцевих кіл (розетки до 63 А та стаціонарні приймачі до 32 А) і 5 с для розподільчих кіл та решти кінцевих кіл. У спрощеному, безпечному з проєктної точки зору припущенні приймається, що струм однофазного короткого замикання має перевищити верхню межу магнітного діапазону вимикача — це значення, яке гарантує миттєве вимкнення (зазвичай нижче 0,1 с):

Якщо в кінці кола струм однофазного короткого замикання менший за $I_a$, захист не вимкнеться миттєво — він ще може спрацювати за необхідний час (напр. 0,4 с) на підставі час-струмової кривої виробника, але ефективність треба тоді явно перевірити, зчитуючи струм вимкнення для цього часу. Найнадійніші рішення — це «м'якша» характеристика (B замість C), більший переріз провідника (менший $Z_s$) або застосування пристрою захисного вимкнення, який для замикання на землю (L–PE) забезпечує вимкнення незалежно від імпедансу петлі — пам'ятаючи, що ПЗВ не захищає від замикання L–N і не замінює захисту від надструмів.

Пристрої захисного вимкнення ПЗВ і RCBO

Пристрій захисного вимкнення (ПЗВ) реагує на різницю струмів у робочих провідниках — тобто на струм, що «втікає» в землю, напр. через тіло людини. Це доповнюючий захист до захисту від надструмів, а не його заміна. Норма вимагає ПЗВ з диференційним струмом $I_{\Delta n} \le 30$ мА як додаткового захисту, зокрема для:

• штепсельних розеток до 32 А, доступних для звичайних користувачів,
• кіл освітлення в житлових приміщеннях (згідно з PN-HD 60364-4-41:2017),
• кіл у приміщеннях з ванною або душем,
• переносних приймачів до 32 А, що використовуються поза будівлею.

Важливим є тип ПЗВ, узгоджений з формою диференційного струму, який може виникнути в колі:

Поєднання захисту від надструмів і диференційного захисту в одному модулі — це RCBO — зручне там, де ми хочемо, щоб спрацювання одного кола не позбавляло живлення решту (на відміну від спільного ПЗВ на групу кіл).

Селективність захисту

У розгалуженій інсталяції захисні пристрої утворюють каскад: долічильниковий апарат або захист живлячої лінії стоїть «над» захистами окремих кіл. Селективність означає, що при короткому замиканні в кінцевому колі вимикається лише апарат, найближчий до місця несправності, а вищестоящий залишається ввімкненим. Самої різниці номінальних струмів недостатньо — селективність, особливо при короткому замиканні, підтверджується на підставі час-струмових характеристик, інтегралів Джоуля $I^2 t$ і таблиць координації виробника (напр. долічильниковий запобіжник gG, селективний відносно вимикачів кіл). Брак селективності проявляється тим, що дрібне замикання в одному приміщенні вимикає струм у всій квартирі.

Приклад підбору крок за кроком

Коло розеток загального призначення 230 В, мідний провідник 3 × 2,5 мм², прокладений у трубці в стіні:

1. Струмонесну здатність провідника $I_z$ зчитуємо з таблиць PN-HD 60364-5-52 для способу B2 та ізоляції ПВХ — залежить від кількості навантажених жил: для однофазного кола (дві навантажені жили) бл. 23–24 А, для трьох навантажених жил бл. 20 А. Приймаємо консервативне значення $I_z = 20$ А (а після врахування коригувальних коефіцієнтів — температура, групування — може бути нижчим).
2. Розрахунковий струм навантаження $I_b = 16$ А.
3. Підбір $I_n$: шукаємо апарат, що виконує $16 \le I_n \le 20$ → стандартно MCB B16 або C16 ($I_n = 16$ А). Умова $I_2 \le 1{,}45 \cdot I_z$ для MCB виконується автоматично.
4. Характеристика: коло розеток з типовими приймачами — достатньо B (менший необхідний струм короткого замикання, кращий захист від ураження струмом). Якщо в колі працюють пристрої з великим пусковим струмом, можна розглянути C — але тоді треба повторно перевірити захист від ураження струмом.
5. Коротке замикання: перевіряємо вимикальну здатність $I_{cn} \ge I_{k,max}$ (для квартири зазвичай 6 кА, якщо це підтверджує розрахований $I_{k,max}$) та термічну витривалість провідника $I^2 t \le k^2 S^2$.
6. Захист від ураження струмом: для B16 необхідний струм однофазного короткого замикання $I_a = 5 \cdot 16 = 80$ А; перевіряємо, чи $I_{k,min}$ у кінці кола більший.
7. ПЗВ: коло розеток → додатковий захист ПЗВ/RCBO типу A, 30 мА.

Це спрощений хід — повний підбір охоплює ще перевірку $Z_s$, падіння напруги та коригувальних коефіцієнтів. Усі умови норми (обидві перевантажувальні, короткого замикання та підбір ПЗВ) перевіряє калькулятор підбору пристроїв захисту від надструмів. Якщо Ви ще не маєте розрахованої струмонесної здатності $I_z$, почніть з калькулятора підбору перерізу провідника, а результат перенесіть до підбору захисту.

Найчастіші помилки

• Пропуск другої умови при запобіжниках gG — $I_n \le I_z$ замало; потрібно $I_n \le 0{,}91 \cdot I_z$.
• Характеристика C там, де достатньо B — ускладнює виконання умови захисту від ураження струмом на довгих колах.
• Надто мала вимикальна здатність у розподільчих щитах поблизу трансформатора.
• Брак ПЗВ 30 мА на колах розеток, ванних кімнат і зовнішнього живлення.
• Неправильний тип ПЗВ — тип AC при колах з частотними перетворювачами або зарядкою EV (потрібен тип A, F або B).

Підсумок

Підбір захисту від надструмів — це не вибір «округлого» значення «з пальця», а виконання кількох умов одночасно. Найважливіші правила:

• Перевіряйте обидві умови перевантаження — $I_b \le I_n \le I_z$ та $I_2 \le 1{,}45 \cdot I_z$ (для запобіжників gG ця друга є вирішальною),
• Узгодьте характеристику (B/C/D) з пусковим струмом приймача,
• Перевірте коротке замикання багатосторонньо — вимикальна здатність відносно $I_{k,max}$, термічна витривалість провідника $I^2 t \le k^2 S^2$ та захист від ураження струмом відносно $I_{k,min}$,
• Застосовуйте ПЗВ 30 мА як додатковий захист і підберіть правильний тип (A/F/B),
• Подбайте про селективність у каскаді захисту.

Скористайтеся калькулятором підбору пристроїв захисту від надструмів, щоб підібрати вимикач MCB або запобіжник gG до провідника й перевірити всі умови норми PN-HD 60364 в одному місці.

Повернутися до списку статей