Навіщо взагалі рахувати навантаження, а не брати автомат “на око”
Багато хто ставить у щиток автомат на 25А чи 32А просто тому, що “сусід так робив” або порадив електрик з форуму. Результат — або постійні відключення при увімкненні чайника й обігрівача одночасно, або перегрітий кабель, який роками працює на межі можливостей. Розрахунок навантаження — це не формальність для проектувальників, а реальний інструмент, щоб підібрати правильний переріз проводу, номінал автомата і не спалити проводку через рік-два експлуатації.
Якщо коротко: беремо всі споживачі електроенергії в будинку, підсумовуємо їхню потужність, застосовуємо коефіцієнт одночасності (бо не все працює разом), і отримуємо розрахункове навантаження в кіловатах. З нього вже рахуємо струм, а потім підбираємо кабель і автоматичний вимикач.
Збираємо список споживачів
Перший крок — інвентаризація. Пройдіться по будинку і випишіть усе, що споживає струм: освітлення, холодильник, пральна машина, бойлер, електроплита, кондиціонер, теплі підлоги, зарядка для авто якщо планується, зварювальний апарат у гаражі. Для кожного пункту потрібна потужність у ватах — вона вказана на шильдику приладу або в паспорті.
Орієнтовні цифри, якщо шильдика під рукою немає:
- лампа освітлення — 10-15 Вт (LED), кімната з люстрою на 5 ламп — до 75 Вт;
- холодильник — 150-400 Вт (пусковий струм вищий, але для загального розрахунку беремо номінальну);
- пральна машина з підігрівом води — 2000-2500 Вт;
- електричний бойлер на 80-100 л — 1500-2500 Вт;
- електроплита на 4 конфорки — 5000-8000 Вт;
- кондиціонер побутовий — 1000-2500 Вт залежно від потужності охолодження;
- тепла підлога на кімнату 15 м² — 1500-2000 Вт;
- зварювальний апарат інверторний — 3000-4000 Вт;
- зарядна станція для електромобіля — від 3500 Вт (домашня однофазна) до 22 кВт (трифазна швидка).
У приватному будинку на 120-150 м² зазвичай виходить сумарна встановлена потужність десь 15-25 кВт, якщо рахувати вже разом з бойлером, плитою і кондиціонерами в кожній кімнаті. Звучить лячно, але це не те, що реально споживається — далі пояснимо чому.
Коефіцієнт одночасності — ключовий момент
Ось тут і криється головна помилка новачків. Якщо просто скласти всі потужності приладів у будинку, вийде цифра, яка ніколи не досягається на практиці. Ви ж не вмикаєте плиту, бойлер, пральну машину, кондиціонер і зварювальний апарат одночасно на повну потужність — принаймні не всі й не завжди.
Для цього використовують коефіцієнт одночасності (Kо), який показує, яка частка встановленої потужності реально працює в пікові моменти. Для квартири чи невеликого будинку з 3-5 групами споживачів беруть Kо в межах 0,7-0,8. Для великого будинку з великою кількістю окремих груп (кухня, кілька санвузлів, тепла підлога в кожній кімнаті, гараж) коефіцієнт може падати до 0,5-0,6 — просто тому що ймовірність, що все ввімкнеться одночасно, менша.
Формула виглядає так:
Pрозр = Pвстан × Kо
Приклад: встановлена потужність будинку — 22 кВт, коефіцієнт одночасності — 0,65. Розрахункове навантаження: 22 × 0,65 = 14,3 кВт. Це вже реалістична цифра, під яку варто рахувати ввідний автомат і кабель.
Однофазна чи трифазна мережа
До 10-11 кВт зазвичай вистачає однофазної мережі 220В. Якщо розрахункове навантаження перевищує цю межу — а в будинках з електроопаленням, бойлером і потужною плитою це часто так — варто розглядати трифазне підключення 380В. Тут два плюси: можна розподілити навантаження рівномірно по трьох фазах (наприклад, плита на одній фазі, бойлер на другій, освітлення і розетки на третій), і струм на кожній фазі виходить менший при тій же загальній потужності.
Формула струму для однофазної мережі:
I = P / (U × cosφ)
Де P — потужність у ватах, U — напруга (220В), cosφ — коефіцієнт потужності (для побутових приладів зазвичай беруть 0,95-1, для двигунів з реактивним навантаженням — 0,8).
Для нашого прикладу з розрахунковим навантаженням 14,3 кВт при однофазній мережі:
I = 14300 / (220 × 0,95) = 68,5 А
Це вже серйозний струм, який вимагає трифазного вводу або суттєвого перегляду складу споживачів. Якщо перевести на три фази:
I = P / (√3 × U × cosφ) = 14300 / (1,73 × 380 × 0,95) = 21,7 А на фазу
Різниця відчутна — замість одного кабеля на 70А потрібні три жили, кожна з яких розрахована на 22-25А. Це і дешевше по кабелю, і безпечніше.
Як підібрати автомат під розрахунковий струм
Коли струм відомий, автомат підбирається з запасом, а не впритул. Правило просте: номінал автоматичного вимикача має бути трохи вищим за розрахунковий струм, але нижчим за максимально допустимий струм кабеля.
Для прикладу вище зі струмом 21,7А на фазу підійде автомат на 25А — це стандартний номінал, який є практично в будь-якого виробника (ABB, Schneider Electric, IEK, Eaton). Брати автомат на 32А “про запас” тут не варто — це збільшить ризик, що кабель почне грітися раніше, ніж спрацює захист.
Для ввідного автомата в однофазній мережі при струмі, скажімо, 40А — це вже автомат категорії С40 або С50 залежно від характеру навантаження (наявність потужних двигунів, компресорів у кондиціонерах чи насосах вимагає характеристики С через високий пусковий струм).
Переріз кабелю під розрахункове навантаження
Автомат — це лише половина справи. Кабель має витримувати струм без перегріву. Орієнтовні значення для мідного кабелю з ПВХ ізоляцією, прокладеного відкрито:
- 1,5 мм² — до 19А (освітлювальні групи);
- 2,5 мм² — до 27А (розеткові групи);
- 4 мм² — до 38А;
- 6 мм² — до 46А;
- 10 мм² — до 70А (ввід у будинок при однофазному підключенні на потужні навантаження).
Якщо кабель прокладається в трубі чи гофрі закрито, у стіні під штукатуркою — допустимий струм зменшується на 15-20%, це варто враховувати при виборі перерізу з запасом.
Практичний приклад на реальному будинку
Візьмемо будинок 140 м², де є:
- освітлення — 800 Вт;
- розетки загального призначення — 3500 Вт;
- електроплита — 7000 Вт;
- бойлер 100 л — 2000 Вт;
- пральна машина — 2200 Вт;
- посудомийна машина — 1800 Вт;
- кондиціонери (3 шт) — 4500 Вт сумарно;
- тепла підлога у ванних кімнатах — 1500 Вт;
- гараж (зварювальний апарат, компресор) — 3500 Вт.
Встановлена потужність: 800+3500+7000+2000+2200+1800+4500+1500+3500 = 26800 Вт, тобто 26,8 кВт.
При коефіцієнті одночасності 0,6 (доволі диверсифіковане навантаження з великою кількістю груп) отримуємо розрахункове навантаження: 26,8 × 0,6 = 16,08 кВт.
Це вже явно потребує трифазного вводу. Струм на фазу: 16080 / (1,73 × 380 × 0,95) = 24,4А — і це вже комфортна цифра, під яку підбирається ввідний автомат кожної фази на 25-32А та групові автомати під кожен окремий контур відповідно до його власного навантаження.
Типові помилки при розрахунку
Найчастіше зустрічається ситуація, коли беруть встановлену потужність без коефіцієнта одночасності — і замовляють у енергокомпанії підключення на 25 кВт, хоча реально потрібно 12-15. Це збільшує абонплату і вимоги до вводу без реальної користі.
Друга помилка — ігнорування пускових струмів. У холодильників, кондиціонерів, насосів пусковий струм у 3-7 разів вищий за номінальний на частку секунди. Якщо на одну лінію повісити кілька таких приладів, автомат може вибивати навіть при формально достатньому запасі по потужності — тут допомагає розведення потужних споживачів по окремих групах з характеристикою С або D.
Третя — економія на перерізі кабелю “бо автомат все одно захистить”. Автомат захищає від короткого замикання і перевантаження понад свій номінал, але якщо кабель тонший, ніж треба для цього номіналу, він грітиметься задовго до спрацювання захисту.
Розрахунок навантаження — це база, з якої починається будь-яке грамотне проектування електрощита. Без нього неможливо правильно підібрати ввідний автомат, перетин кабелю чи ухвалити рішення про трифазний ввід. Витратити годину на підрахунок значно дешевше, ніж потім перебирати проводку в стінах через постійні спрацювання захисту чи, що гірше, через оплавлену ізоляцію.