В проектировании электроснабжения кольцевая схема — это метод электропроводки , при котором розетки и распределительный пункт соединены в кольцо. Она отличается от обычной радиальной схемы , при которой розетки и распределительный пункт соединены в линию с распределительным пунктом на одном конце.
Кольцевые цепи также известны как кольцевые конечные цепи и часто неправильно называются кольцевыми магистралями , термин, который использовался исторически [1] или неформально просто как кольца .
Он используется в основном в Великобритании , где он был разработан, и в меньшей степени в Ирландии и Гонконге .
Такая конструкция позволяет использовать провод меньшего диаметра, чем тот, который использовался бы в радиальной цепи эквивалентной общей токовой мощности. Проводники уменьшенного диаметра в гибких шнурах, соединяющих прибор с вилкой, предназначенной для использования с розетками в кольцевой цепи, индивидуально защищены предохранителем в вилке. Ее преимущества перед радиальными цепями заключаются в уменьшении количества используемой меди и большей гибкости подключаемых приборов и оборудования.
В идеале кольцевая цепь действует как две радиальные цепи, идущие в противоположных направлениях вокруг кольца, точка разделения между ними зависит от распределения нагрузки в кольце. Если нагрузка равномерно распределена по двум направлениям, ток в каждом направлении составляет половину от общего, что позволяет использовать провод с половиной общей токопроводящей способности. На практике нагрузка не всегда распределяется равномерно, поэтому используется более толстый провод.
Кольцо начинается с потребительского блока (также известного как блок предохранителей , распределительный щит или блок выключателей ), поочередно посещает каждую розетку и затем возвращается к потребительскому блоку. Кольцо питается от предохранителя или автоматического выключателя в потребительском блоке.
Кольцевые цепи обычно используются в британской электропроводке с розетками, в которых используются плавкие вилки в соответствии со стандартом BS 1363. Поскольку номинальная мощность выключателя намного выше, чем у любой розетки, система может использоваться только с плавкими вилками или плавкими розетками для приборов. Обычно они подключаются с помощью кабеля сечением 2,5 мм2 и защищены предохранителем на 30 А , старым автоматическим выключателем на 30 А или европейским гармонизированным автоматическим выключателем на 32 А. Иногда используется кабель сечением 4 мм2, если кабель очень длинный (чтобы помочь уменьшить падение напряжения ) или задействованы факторы снижения номинальных характеристик, такие как очень толстая теплоизоляция . Также можно использовать медный кабель с минеральной изоляцией сечением 1,5 мм2 (известный как пиро ) (поскольку кабель с минеральной изоляцией может выдерживать тепло более эффективно, чем обычный ПВХ), хотя следует проявлять большую осторожность в отношении падения напряжения на более длинных участках. Защитные устройства для стационарной проводки должны иметь более высокий класс защиты, чем гибкие шнуры электроприборов, поэтому стандарт BS 1363 требует, чтобы все вилки и соединительные блоки были оснащены предохранителями, соответствующими шнуру электроприбора.
Кольцевая схема и связанная с ней система вилок и розеток BS 1363 были разработаны в Великобритании в 1942–1947 годах. [2] Они широко используются в Великобритании и в меньшей степени в Республике Ирландия . Они также встречаются в Объединенных Арабских Эмиратах , Сингапуре , Гонконге , Пекине , Индонезии и многих местах, где Великобритания имела сильное влияние, включая, например, Кипр и Уганду.
До Второй мировой войны существовала практика использования вилок и розеток различных размеров в соответствии с текущими требованиями электроприбора, и они подключались к соответствующим радиальным цепям с предохранителями; номиналы этих предохранителей были подходящими для защиты как фиксированной проводки, так и гибкого шнура, подключенного к вилке.
Комитет по электроустановкам, созванный в 1942 году в рамках программы исследований послевоенного строительства, определил, среди прочего, что кольцевая конечная цепь предлагает более эффективную и менее затратную систему, которая будет безопасно поддерживать большее количество розеток. [3] [4] Схема была указана для использования розеток на 13 А и вилок с предохранителями; рассматривалось несколько конструкций вилок и розеток. В качестве британского стандарта была выбрана система с плоскими штырями, теперь известная как BS 1363. Другие конструкции вилок и розеток с предохранителями на 13 А, в частности системы Wylex и Dorman & Smith , которые не соответствовали выбранному стандарту, использовались в 1950-х годах, но к 1960-м годам BS 1363 стал единым стандартом для новых установок.
Комитет постановил, что кольцевая схема должна повысить безопасность потребителей и бороться с ожидаемым послевоенным дефицитом меди . Комитет подсчитал, что использование кольцевой схемы и однополюсного плавления сократит потребность в сырье примерно на 25% по сравнению с довоенными нормами. [2] : 7
Кольцевая схема по-прежнему является наиболее распространенной конфигурацией электропроводки в Великобритании, хотя Правила электропроводки также разрешают использовать радиальные схемы на 20 А и 30 А, при этом рекомендации основаны на обслуживаемой площади (20 А для площади до 25 м2 , 30 А для площади до 100 м2 ) .
Правила для кольцевых цепей предусматривают, что номинал кабеля должен быть не менее двух третей номинала защитного устройства. Это означает, что риск постоянной перегрузки кабеля можно считать минимальным. На практике, однако, крайне редко можно встретить кольцо с защитным устройством, отличным от предохранителя на 30 А, выключателя на 30 А или выключателя на 32 А, и размером кабеля, отличным от указанных выше. Поскольку вилка BS 1363 содержит предохранитель, не превышающий 13 А, нагрузка в любой точке кольца ограничена.
Правила электропроводки IET ( BS 7671 ) разрешают установку неограниченного количества розеток 13 А (в любой точке без предохранителя, одинарных или двойных, или любого количества с предохранителем) в кольцевой цепи при условии, что обслуживаемая площадь пола не превышает 100 м2 . На практике большинство небольших и средних домов имеют одну кольцевую цепь на этаж, а в более крупных помещениях — больше.
Проектировщик установки может определить, требуются ли дополнительные цепи для зон с высоким спросом. Например, общепринятой практикой является подключение кухонь к собственной кольцевой цепи или иногда к кольцевой цепи, общей с подсобным помещением , чтобы избежать размещения большой нагрузки в одной точке основной кольцевой цепи внизу. Поскольку любая нагрузка на кольце питается кольцевыми проводниками по обе стороны от него, желательно избегать сосредоточенной нагрузки, размещенной очень близко к потребительскому блоку, поскольку более короткие проводники будут иметь меньшее сопротивление и нести непропорционально большую долю нагрузки.
Незащищенные ответвления от кольца, подключенные к тому же кабелю, что и кольцо, могут работать с одной розеткой (одинарной или двойной) или одним предохранительным соединительным блоком (FCU). До 1970 года разрешалось использовать две одинарные розетки на одном ответвлении, но с тех пор это запрещено из-за их преобразования в двойные розетки. Ответвления могут либо начинаться от розетки, либо присоединяться к кольцевому кабелю с помощью распределительной коробки или другого одобренного метода соединения кабелей. Тройные и более крупные розетки, соответствующие BS 1363, всегда защищены предохранителем на 13 А и, следовательно, также могут быть размещены на ответвлении. С 1970 года разрешено иметь больше ответвлений, чем розеток на кольце, но многие электрики [ кто? ] считают плохой практикой иметь слишком много незащищенных ответвлений в новой установке.
Если нагрузки, отличные от розеток BS 1363, подключены к кольцевой схеме или если желательно разместить на ответвлении более одной розетки для маломощного оборудования, используется предохранительный соединительный блок BS 1363 (FCU). В случае стационарных приборов это будет коммутируемый предохранительный соединительный блок (SFCU), обеспечивающий точку изоляции для прибора, но в других случаях, таких как питание нескольких точек освещения (подключение освещения к кольцу обычно считается плохой практикой при новой установке, но часто применяется при добавлении освещения в существующую собственность) или нескольких розеток, некоммутируемый часто оказывается предпочтительнее.
Стационарные приборы с номинальной мощностью 3 кВт или более (например, водонагреватели и некоторые электроплиты) или с нетривиальным потреблением электроэнергии в течение длительного времени (например, погружные нагреватели) могут быть подключены к кольцевой цепи, но настоятельно рекомендуется вместо этого подключать их к собственной выделенной цепи. Однако существует множество старых установок с такими нагрузками на кольцевой цепи.
Сторонники кольцевой схемы отмечают, что при правильной установке следует учитывать ряд преимуществ.
Для помещений квадратной или круглой формы кольцевая схема может обеспечить большую мощность на единицу площади пола для данного размера кабеля, чем простая радиальная схема, а импеданс источника и, следовательно, падение напряжения до самой дальней точки ниже. В качестве альтернативы, для доставки той же мощности в то же здание с помощью радиальных схем потребуется больше конечных цепей или более тяжелый кабель.
Поскольку все фитинги на кольце заземлены с обеих сторон, для создания замыкания «вне земли» необходимы два независимых замыкания.
Непрерывность каждого проводника по всем точкам кольца можно проверить из любой точки, а если это необходимо сделать в рамках мониторинга работающей установки, это можно сделать путем подачи тока с помощью токовых клещей при включенной системе.
Концепция кольцевой конечной цепи подвергалась критике по ряду причин в сравнении с радиальными, и некоторые из этих опасений могут объяснить отсутствие широкого распространения за пределами Соединенного Королевства.
Кольцевые схемы могут продолжать работать без ведома пользователя о какой-либо проблеме, если есть определенные типы неисправностей или ошибки установки. Это обеспечивает как устойчивость к сбоям, так и потенциальную опасность. [5] [6]
По крайней мере один автор утверждает, что тестирование кольцевых цепей может занять в 5–6 раз больше времени, чем тестирование радиальных цепей. [6] Тесты установки, необходимые для безопасной эксплуатации кольцевой цепи, требуют больше времени, чем для радиальной цепи, и установщики-любители или электрики, прошедшие квалификацию в других странах, могут быть с ними не знакомы.
Положение 433-02-04 BS 7671 требует, чтобы установленная нагрузка была распределена по кольцу таким образом, чтобы никакая часть кабеля не превышала его номинальную мощность. В некоторых случаях это требование трудно гарантировать, и на практике его можно в значительной степени игнорировать, поскольку нагрузки часто располагаются рядом (например, стиральная машина, сушилка для белья, посудомоечная машина — все рядом с кухонной мойкой) в точке, не обязательно близкой к центру кольца. [6] Однако тот факт, что номинальная мощность кабеля составляет 67% от мощности выключателя, а не 50%, означает, что кольцо должно быть значительно разбалансировано, чтобы вызвать проблему.
В кольцевой цепи, если какое-либо плохое соединение вызывает высокое сопротивление на одной из ветвей кольца, ток будет распределяться неравномерно, что может привести к перегрузке оставшегося проводника кольца.