Номинальный ток: что это, расчеты для трансформатора, автоматических выключателей

Содержание
  1. Что это такое?
  2. Связанные понятия
  3. Номинальный ток автомата
  4. Разновидности модульных устройств защиты
  5. Мини модели
  6. Воздушные (силовые или открытые) автоматы
  7. Существующие номиналы автоматических выключателей по току
  8. Принцип определения
  9. Выбор защитного устройства по номинальному току.
  10. Как правильно рассчитать и выбрать нужный автоматический выключатель
  11. Маркировка автомата
  12. Опасность несоответствия проводников сетевой нагрузке
  13. Какие параметры забыли упомянуть?
  14. Возможности понижения номинального значения для автомата
  15. Правила выбора номинала
  16. Принцип устройства внутриквартирной разводки
  17. Суммарная мощность электроприборов
  18. Выбор сечения жил
  19. Формула расчета
  20. Практические рекомендации
  21. Предупреждение перегрузки от работы потребителей
  22. Защита наиболее слабого звена
  23. Временная характеристика автоматических выключателей
  24. Настройка автоматического выключателя для работы по номинальному току.
  25. Примеры использования автоматов
  26. Количество полюсов
  27. Заключение

Что это такое?

Iн (по ПУЭ — допустимый длительный ток) — это максимальная сила тока, допускающая сколь угодно работу электроустройства, не ограниченную во времени, то есть не приводящая к перегреву его токоведущих частей.

При протекании Iн соблюдаются два условия:

  1. уравновешиваются выделение тепла в проводниках и его отвод в окружающее пространство;
  2. выделяемое тепло не вызывает нарушения механических и химических свойств материалов, необходимых для работы устройства.

При превышении номинальной величины наблюдается дисбаланс в пользу выделения тепла: возрастает температура токопроводящих частей с последующим расплавлением изоляции.

Это чревато возгоранием и коротким замыканием. Металлические элементы теряют прочность и деформируются. Все составляющие системы электроснабжения, от генератора или источника тока до потребителя — при проектировании рассчитываются на определенный Iн. Это относится не только к устройствам, но и к проводам, соединительным элементам и пр.

Величина Iн указана в паспорте оборудования. Также этот параметр наряду с другими наиболее важными, часто проставляют на корпусе или шильдике устройства. Наиболее предпочтительны: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3 А и кратные им.

Помимо приведенных в нормативном документе значений, допускается использовать:

  • для трансформаторов: 15, 30, 60, 75, 120 А и кратные им;
  • для существующих устройств (по договоренности между заказчиком и изготовителем): 1400, 2240 А;
  • для преобразователей и трансформаторов для них (также по договоренности между изготовителем и заказчиком): 37,5, 75 и 150 кА.
Значения Iн стандартизированы и прописаны в ГОСТ 6827-76.

Связанные понятия

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.
Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).
Высоковольтная линия электропередачи постоянного тока (HVDC) использует для передачи электроэнергии постоянный ток, в отличие от более распространенных линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока могут оказаться более экономичными при передаче больших объёмов электроэнергии на большие расстояния. Использование постоянного тока для подводных ЛЭП позволяет избежать потерь реактивной мощности, из-за большой ёмкости кабеля неизбежно возникающих при использовании…
Номинальное напряжение — это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.
Трансформа́тор (от лат. transformare — «превращать, преобразовывать») — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Номинальный ток автомата

У разных электроприборов потребляемая мощность способна отличаться в тысячи раз. Соответственно неодинаков и рабочий ток. К примеру, обычная квартира в жилом доме потребляет до 16-32 А. Поэтому автомат защиты квартирной сети подбирается на аналогичный номинал. Мощные промышленные печи способны потреблять от энергосистемы сотни ампер. Соответственно автомат для них требуется на больший номинал.

Номиналы автоматических выключателей

Разновидности модульных устройств защиты

Помимо обычных автоматов в быту и промышленности часто встречаются и другие, родственные устройства. Они обладают определенными достоинствами перед простыми автоматическими выключателями.

Мини модели

Линейка устройств защиты широкого потребления. Устанавливаются в квартирные электрощиты. Данные приборы рассчитаны на малые номиналы 25-32 А. Обладают минимальным функционалом. Стоят дешево и не имеют возможности ручной подстройки тока срабатывания. При некорректной работе их целесообразней заменить новыми, нежели перенастроить.

Дополнительная информация. В дорогих моделях предусмотрен регулятор для корректировки тока срабатывания. Данная процедура проводится в электротехнических лабораториях. Автомат подключается к специальному стенду. Затем ток плавно повышается. Это необходимо, чтобы выяснить при каком значении тока отключается каждое конкретное устройство защиты. А далее, внести корректировки в электромагнитный расцепитель.

Воздушные (силовые или открытые) автоматы

Главные особенности этих устройств — большие размеры, открытое негерметичное исполнение и повышенная номинальная мощность в сравнении с мини моделями. Силовые автоматы широко используются не только для защиты электрических сетей и агрегатов, но и для их включения и выключения.

Воздушый выключатель-разъединитель

Такие выключатели устанавливаются на промышленных распределительных щитах для питания мощных установок на десятки киловатт. Их номиналы достигают значений в 400 А и выше.

Существующие номиналы автоматических выключателей по току

Наверное, не стоит напоминать о том, что в современных электрических сетях возникают перегрузки, которые негативно влияют на сами сети. Поэтому для защиты устанавливаются автоматические выключатели, или как их называют в обиходе – автоматы. Именно они отключают подачу питания в сеть, если в ней произошел перегруз. Но тут встает другой вопрос, касающийся параметров этих автоматов, где выделяются два основных: номиналы автоматических выключателей по току и времятоковая характеристика. Давайте разбираться в этих показателях.

Принцип определения

Iн для жил проводов и кабелей определяют по таблицам “Правил устройства электроустановок”, справочников и прочей специализированной литературы, в них учитываются:

  1. материал проводника (в основном указываются данные для меди и алюминия). Металлы и сплавы имеют разное сопротивление, а от него зависит баланс между выделением тепла (Q = I2 * R, где I — сила тока, R — электросопротивление проводника) и его отводом;
  2. площадь поперечного сечения жилы: от этого также зависит величина R;
  3. способ прокладки (открыто или в канале), число жил в кабеле и материал изоляции.

Для вычисления площади поперечного сечения жилы, измеряют штангенциркулем ее диаметр D, затем производят расчет по формуле: S = (3.14 * D2) / 4. Определив номинальный ток провода, сопоставляют его с номинальным током нагрузки.

Если последний окажется больше, берут провод с большей площадью сечения жил. Для определения номинального тока нагрузки, если таковая не указана на информационной табличке, необходимо знать формулы.

Выбор защитного устройства по номинальному току.

Поскольку возможность длительной работы электрооборудования без любого рода повреждений определяет номинальный ток, то по нему настраиваются на срабатывание по его превышению все защитные устройства.

Очень часто на практике можно встретить ситуации, когда в схеме питания возникает перегрузка на непродолжительное время по различным причинам.

Температура слоя изоляции и металла проводника при этом не успевает достигнуть того предела, когда произойдет нарушение их электротехнических свойств.

Выделена зона перегруза по этим причинам в отдельную область, которая не только величиной ограничивается, но также продолжительностью действия. Когда будут достигнуты критические температурные значения металла проводника и слоя изоляции, для охлаждения электроустановки с нее должно сниматься напряжение.

Защиты от перегруза, которые работают по термическому принципу выполняют эти функции:

1.Тепловые расцепители;

2. Предохранители.

Эти устройства воспринимают тепловую нагрузку и с определенной выдержкой времени настраиваются на ее отключение. Чуть выше тока перегрузки лежит уставка защит, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки. На самом деле понятие «мгновенная» определяет действие за минимально возможный промежуток времени, за время чуть меньшее чем 0,02 секунды, выполняется отсечка защит для самых быстрых современных токовых защит.

Чаще всего в обычном режиме питания рабочий ток меньше номинального по своей величине.

В приведенном примере случай разобран для схем переменного тока. Для работы защит нет принципиального отличия соотношений между номинальным, рабочим током и выбором уставок в цепях постоянного напряжения.

Как правильно рассчитать и выбрать нужный автоматический выключатель

Самый правильный выключатель, это рубильник . К сожалению, невозможно стоять у щитка всё время, поэтому мы и ставим автоматы. Для того чтобы правильно сформировать защиту, нам нужно, учитывая номиналы автоматических выключателей, рассчитать нагрузки в участках сети нашей квартиры, не забыв про потребляемую мощность и пусковые токи приборов.

Что мы должны принять во внимание:

  • Сечение проводов, которые являются важным параметром для расчёта;
  • Потребляемую мощность и пусковые токи в участке сети;
  • Номинальный ток автоматических выключателей в соотношении с номинальными токами приборов в данном участке сети;
  • Возможность одновременного включения основных потребителей тока;
  • Количество линий потребления от щитка;
  • Наличие в сети УЗО (дифавтомата);
  • Количество фаз в сети квартиры (дома).

Если с этим разобрались, пора приступить к расчёту. Первый шаг, расчёт по токам короткого замыкания. Здесь ток, это напряжение в отношении к сопротивлению сети с учётом времятоковой характеристики.

  • U –напряжение сети (220/380 В);
  • R – полное сопротивление сети, рассчитанное как длина электропроводки, сечение провода и поправочный коэффициент потерь.
  • k – поправочный коэффициент для автоматических выключателей.

Поправочный коэффициент k может принимать следующие значения:

Это значение даст нам оценку сверху, то есть значение, при котором автомат точно не включится, даже если пытаться его включить вручную. Полученная цифра важна для того, чтобы не установить в щиток автомат с током 45А, если 32 будет пределом. Автомат просто не отключится, даже когда вся проводка уже оплавится.

Теперь рассчитаем номинальный ток автоматических выключателей, как соотношение силы тока к суммарной мощности потребителей с учётом поправочного коэффициента пропорционального потребления этой мощности:

Для квартиры, в которой Р равно 3,4 Квт (стандартное потребление) на линию, автомат будет иметь 4,55*3,4 = 15,47 (16) А .

Этот расчёт отлично иллюстрирует ГОСТ Р 50345-2010 . который также регламентирует температурные условия эксплуатации, для учета изменения других номиналов автоматических выключателей и изменения (пиковых бросков) входного напряжения.

Останется в расчёте принять во внимание категорию автомата по времени, та самая номинальная временная отключающая способность автоматического выключателя, возможно, взять с запасом, выбрав более дорогой, но более быстрый, и мы получим примерный набор параметров:

  • Сила тока не более 16А (не менее 25, 35 и т.д.);
  • Напряжение не более 250, не менее 205 и т.д.;
  • Сечение проводов не более 2,5 (или другое значение), при длине электропроводки в 110 метров (значение приведено как пример).

Останется учесть наличие в контуре защиты УЗО, для исключения поражения током человека и недопущения утечек, добавить к УЗО автомат защиты . который будет вне линии, а защищать именно УЗО, предусмотреть возможность ручного обесточивания всей сети и можно приступать к проектированию силового щитка.

Маркировка автомата

Согласно ПУЭ каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значение номинального тока. Чтобы узнать номинал автомата, достаточно посмотреть на его корпус. На данных устройствах защиты используется стандартная маркировка, состоящая из одной буквы (B, C или D) и числа.

Буква указывает на временную характеристику. Ее еще называют временем срабатывания.Число обозначает номинальный ток прибора. Например:

  • C25 — временная характеристика C, номинальный ток 25 А;
  • B32 — характеристика B, 32 А.

В быту обычно применяют выключатели с временными характеристиками B и C. В промышленности встречаются защитные устройства из ряда L, Z и K.

Дополнительная информация. В маркировке скрыта и другая информация об устройстве. Например, номер серии, номинальное рабочее напряжение, отключающая способность и количество полюсов.

Опасность несоответствия проводников сетевой нагрузке

Грамотный выбор автомата по мощности является важной задачей при создании, ремонте и расширении сети электрических коммуникаций. Ошибки при выборе устройства защиты делают схему уязвимой для резких скачков напряжения.

Однако наряду с выбором оптимально подходящего автоматического выключателя, не менее важен верный расчёт сечения проводника. Если электропроводка имеет недостаточную пропускную способность, при повышении нагрузки и выхода её за номинальные показатели, коммуникации начинают ощутимо нагреваться. Критическое повышение температуры провоцирует плавление изоляционного слоя и возникновение пожара.

Для наглядности, приведём пример показывающий опасность, которая возникает, когда сечение проводника не соответствует мощности потребления приборов, подключённых в сеть. Предположим, что была приобретена квартира в доме старой постройки и к электрическим коммуникациям были подключены бытовые приборы современного образца, с высоким потреблением энергии.

Посчитав суммарную мощность, хозяева получили 5 киловатт общей нагрузки. Этот показатель примерно равен 23 амперам. Логичной кажется монтаж автоматического выключателя на 25 ампер. Вроде бы, подбор автомата по мощности выполнен верно и коммуникации готовы к безопасному использованию.

Однако в момент подключения всех устройств, через непродолжительное время в квартире наблюдается запах горелого изоляционного слоя и задымление. Если срочно не обесточить сеть, неизбежно возгорание проводки. При этом защитный автомат бездействует, поскольку номинальная мощность, на которую он рассчитан, не превышена.

При возгорании изоляционного слоя возникает короткое замыкание, на которое автомат среагирует и отключит питание. Но будет уже поздно, поскольку пламя уже возникло и начало распространяться по квартире.

Если разобраться в причинах, то выясниться, что старая проводка имела поперечное сечение в полтора квадратных миллиметров. Такой кабель рассчитан на максимальный ток в 19 ампер, соответственно он не способен выдерживать нагрузку современных бытовых приборов.

Какие параметры забыли упомянуть?

К остальным номиналам автоматических выключателей, которые сложно рассчитать отнесём защитное исполнение, способы монтажа и возможность наружного применения.

Стандартом монтажа сегодня является крепление на дин-рейку, либо при помощи защелки, либо с помощью блокирующей задвижки. Часть автоматов поставляется с комбинированной схемой крепления, что позволяет использовать их в щитке, где дин-рейка заполнена.

Довольно редкий вид, приборы, в которых допускается ручная регулировка номинальной отключающей способности . Такие автоматические выключатели используют в сетях с нестабильным питанием, временных лагерях или полевых условиях. Для бытовых условий, особенно в небольших населённых пунктах, эти устройства могут быть не экзотикой, а необходимостью.

Последним штрихом станет стандартизация Вашего щитка. Если рассчитали параметры и нужно 10 автоматов – выберите одного производителя. Другой выключатель выбирайте, только если в этом есть необходимость. Силовой щиток не то место, где хорошо уживутся 10-ть автоматов десяти производителей.

Возможности понижения номинального значения для автомата

Достаточно часто, потребители электроэнергии монтируют в коммуникациях автоматы имеющие заниженный номинал, по сравнению с пропускными возможностями кабеля в сети. Таким образом делается попытка сделать определённый запас на срабатывание автоматики. Однако понижение номинала оправдано только если суммарная мощность подключённых к сети приборов значительно ниже возможностей кабеля выдерживать нагрузки.

Если после монтажа электрических коммуникаций, часть планировавшихся приборов была удалена из схемы подключения, с целью повышения безопасности можно понизить номинал автоматов. Этим достигается повышенная чувствительность автоматики и более быстрое реагирование на пиковые нагрузки.

Например, в стиральной машине заклинило двигатель. В такой ситуации короткого замыкания не происходит, и автоматика не отключает питание в сети. Более чувствительный выключатель успеет среагировать и предотвратить оплавление обмотки в электродвигателе.

Более низкие номиналы автоматов часто используют на нескольких линиях и установке жёсткого лимита на каждую ветку схемы. Например, необходимо смонтировать автомат, имеющий номинал 20 ампер на ветку, предназначенную для кухни. Предположим, что к ней подключены следующие бытовые приборы:

  • варочная панель – 3,5 киловатта;
  • морозильная камера – 200 ватт;
  • холодильник –400 ватт и ток запуска 1,2 киловатта.

Дополнительно разрешено подключать ещё один прибор, который потребляет на более 2 киловатт. Путь, это будет электрочайник.

Чрез автомат имеющим номинал 20 ампер можно, не более часа, пропускать ток мощностью:

20×220×1,13=5 киловатт

Чтобы добиться гарантированного отключения мощность должна составлять:

20×220×1,45=6,3 киловатт

Если одновременно включить панель для варки и чайник, то общая потребляемая мощность будет 1,25 от номинального значения автомата. Поскольку чайник включается на непродолжительное время, то автомат не сработает. Если запустится холодильник и подключится морозильная камера, то нагрузка составит уже 1,43 от номинала.

Этот показатель вплотную приближается к гарантированному отключению, но такая ситуация возникает крайне редко. При этом период пиковых нагрузок будет достаточно коротким. Делается вывод, что подобной схеме допустимо использовать автомат с номиналом в 20 ампер. Подобные подключения позволяют устанавливать более слабые выключатели автоматического типа на отдельные лини без риска для остальных коммуникаций.

Правила выбора номинала

Геометрия внутриквартирных и домовых электрических сетей индивидуальна, поэтому типовых решений по установке выключателей определенного номинала не существует. Общие правила расчета допустимых параметров автоматов достаточно сложны и зависят от многих факторов. Необходимо учесть их все, иначе возможно создание аварийной ситуации.

Принцип устройства внутриквартирной разводки

Внутренние электрические сети имеют разветвленную структуру в виде “дерева” – графа без циклов. Соблюдение такого принципа построения называется селективностью автоматов, согласно которой оснащаются защитными устройствами все виды электрических цепей.

Это улучшает устойчивость системы при возникновении аварийной ситуации и упрощает работы по ее устранению. Также гораздо легче происходит распределение нагрузки, подключение энергоемких приборов и изменение конфигурации проводки.

У основания графа находится вводной автомат, а сразу после разветвления для каждой отдельной электрической цепи размещают групповые выключатели. Это проверенная годами стандартная схема

В функции вводного автомата входит контроль общей перегрузки – недопущение превышения силой тока разрешенного значения для объекта. Если это произойдет, то существует риск повреждения наружной проводки. Кроме того, вероятно срабатывание защитных устройств за пределами квартиры, которые уже относится к общедомовой собственности или принадлежит местным энергосетям.

В функции групповых автоматов входит контроль силы тока по отдельным линиям. Они защищают от перегрузки кабель на выделенном участке и подключенную к нему группу потребителей электроэнергии. Если при коротком замыкании такое устройство не срабатывает, то его страхует вводной автомат.

Даже для квартир с небольшим количеством электропотребителей желательно выполнить отдельную линию на освещение. При отключении автомата другой цепи, свет не погаснет, что позволит в более комфортных условиях устранить возникшую проблему. Практически в каждом щитке значение номинала вводного автомата меньше чем сумма на групповых.

Суммарная мощность электроприборов

Максимальная нагрузка на цепь возникает при одновременном включении всех электроприборов. Поэтому обычно, суммарную мощность вычисляют простым сложением. Однако в ряде случаев этот показатель будет меньше.

Для некоторых линий, одновременная работа всех подключенных к ней электроприборов маловероятна, а порой и невозможна. В домах иногда специально устанавливают ограничения на работу мощных устройств. Для этого нужно помнить о недопущении их одновременного включения или использовать ограниченное число розеток.

Вероятность одновременной работы всей офисной оргтехники, освещения и вспомогательного оборудования (чайники, холодильники, вентиляторы, обогреватели и т.д.) очень низка, поэтому при расчете максимальной мощности используют поправочный коэффициент

При электрификации офисных зданий для расчетов часто используют эмпирический коэффициент одновременности, значение которого берут в диапазоне от 0,6 до 0,8. Максимальная нагрузка вычисляется умножением суммы мощностей всех электроприборов на коэффициент.

В расчетах существует одна тонкость – необходимо учитывать разницу между номинальной (полной) мощностью и потребляемой (активной), которые связаны коэффициентом (cos (f)).

Это означает, что для работы устройства необходим ток мощности равной потребляемой деленной на этот коэффициент:

Ip = I / cos (f)

Где:

  • Ip – сила номинального тока, которую применяют в расчетах нагрузки;
  • I – сила потребляемого прибором тока;
  • cos (f) <= 1.

Обычно номинальный ток сразу или через указание величины cos (f) указывают в техническом паспорте электрического прибора.

Так, например, значение коэффициента для люминесцентных источников света равно 0,9; для LED-ламп – около 0,6; для обыкновенных ламп накаливания – 1. Если документация утеряна, но известна потребляемая мощность бытовых устройств, то для гарантии берут cos (f) = 0,75.

Указанные в таблице рекомендуемые значения коэффициента мощности можно использовать при расчете электрических нагрузок, когда отсутствуют данные о номинальном токе

Выбор сечения жил

Прежде чем прокладывать силовой кабель от распределительного щитка к группе потребителей, необходимо вычислить мощность электроприборов при их одновременной работе. Сечение любой ветви выбирают по таблицам расчета в зависимости от типа металла проводки: меди или алюминия.

Производители проводов сопровождают выпускаемую продукцию подобными справочными материалами. Если они отсутствуют, то ориентируются на данные из справочника “Правила устройства электрооборудования” или производят расчет сечения кабеля.

Однако часто потребители перестраховываются и выбирают не минимально допустимое сечение, а на шаг большее. Так, например, при покупке медного кабеля для линии 5 кВт, выбирают сечение жил 6 мм2, когда по таблице достаточно значения 4 мм2.

Справочная таблица, представленная в ПУЭ, позволяет выбрать необходимое сечение из стандартного ряда для различных условий эксплуатации медного кабеля

Это бывает оправдано по следующим причинам:

  • Более длительная эксплуатация толстого кабеля, который редко подвергается предельно допустимой для его сечения нагрузке. Заново выполнять прокладку электропроводки – непростая и дорогостоящая работа, особенно если в помещении сделан ремонт.
  • Запас пропускной способности позволяет беспроблемно подключать к ветви сети новые электроприборы. Так, в кухню можно добавить дополнительную морозильную камеру или переместить туда стиральную машину из ванной комнаты.
  • Начало работы устройств, содержащих электродвигатели, дает сильные стартовые токи. В этом случае наблюдается просадка напряжения, которая выражается не только в мигании ламп освещения, но и может привести к поломке электронной части компьютера, кондиционера или стиральной машины. Чем толще кабель, тем меньше будет скачок напряжения.

К сожалению, на рынке много кабелей, выполненных не по ГОСТу, а согласно требованиям различных ТУ.

Часто сечение их жил не соответствует требованиям или они выполнены из токопроводящего материала с большим сопротивлением, чем положено. Поэтому реальная предельная мощность, при которой происходит допустимый нагрев кабеля, бывает меньше чем в нормативных таблицах.

Эта фотография показывает отличия между кабелями, выполненными по ГОСТ (слева) и согласно ТУ (справа). Очевидна разница в сечении жил и плотности прилегания изоляционного материала

Формула расчета

Далеко не на всех устройствах, особенно бытовых, прописывают значение номинального тока. Но вот мощность, как правило, известна. К примеру, на лампочке накаливания написано: 60W, 230 V.

Номинальный ток потребителей с активным сопротивлением (лампы накаливания, электрочайники, бойлеры и обогреватели) определяется из формулы расчета мощности: W = U * I, отсюда: I = W / U

Для однофазной сети U = 220 В, следовательно, номинальный ток 60-ваттной лампы составляет: I = 60 / 220 = 0,27 А Аналогично рассчитывают номинальный ток предохранителя — на его корпусе также указывается мощность.

Номинальный ток группы потребителей рассчитывают с учетом коэффициента неодновременности “к”. Такой подход обусловлен тем, что приборы никогда не работают одновременно в течение продолжительного периода.

К примеру, если на кухне имеются следующие электроприборы:

  • плита: 2000 Вт;
  • чайник: 1500 Вт;
  • микроволновка: 800 Вт;
  • кофеварка: 1000 Вт.

И коэффициент неодновременности принят равным к = 0,7 (устанавливается для разных ситуаций нормативными документами), то номинальный ток группы потребителей составит: I = (2000 + 1500 + 800 + 1000) * 0,7 / 220 = 3710 / 220 = 16,86 А.

Несколько сложнее определяется номинальный ток потребителей с индуктивным сопротивлением, основную часть которых составляют трансформаторы (блоки питания, стабилизаторы) и электродвигатели (холодильник, пылесос и пр.).

Полная потребляемая электрическая мощность Wпол в техдокументации на оборудование не указывается — только механическая на валу двигателя (ГОСТ Р 52776-2007, п. 5.5.3.).

Чтобы определить Wпол, следует обратить внимание на два параметра, приводимые на шильдике:

  • коэффициент полезного действия (КПД). Параметр, характеризующий величину потерь на трение в подшипниках, перемагничивание магнитопровода и прочее. Представляет собой отношение выходной мощности Wвых (именно ее указывают в паспорте) к активной мощности Wа: n = Wвых / Wа;
  • cosϕ определяет долю активной мощности Wа в полной потребляемой мощности Wпол. В потребителях со всевозможными катушками (обмотки двигателей, трансформаторов и т.д.) часть мощности (реактивная) тратится на преодоление индуктивного сопротивления. Суть этого явления состоит в возникновении ЭДС самоиндукции, направленной против тока. Поскольку cosϕ = Wа / Wпол, то Wпол = Wа / cosϕ.

Таким образом, полная потребляемая мощность Wпол при известной выходной мощности Wвых определяется по формуле: Wпол = Wвых / (КПД * cosϕ). Выходную мощность Wвых принято измерять в привычных ваттах (Вт), а полную Wпол, чтобы не было путаницы, — в вольт-амперах (ВА).

К примеру, на шильдике компрессора холодильника указаны такие характеристики:

  • мощность: 2 кВт;
  • КПД: 0,85;
  • cosϕ: 0,8.

Значит, полная потребляемая мощность составит: Wпол = 2 000 / (0,85 * 0,8) = 2941 ВА. Тогда потребляемый холодильником номинальный ток составит: I = Wпол / 220 = 2941 / 220 = 13,4 А. В случае с 3-фазным двигателем Iн определяют так: I = Wпол / (1,73 * U).

Трёхфазная система электроснабжения

Wпол рассчитывается так же, как для однофазного, напряжение U принимается равным:

  • при подключении к 3-фазной сети: U = 380 В;
  • к 1-фазной – U = 220 В.

Практические рекомендации

Инженерное решение напрямую влияет на точность срабатывания по току автоматического выключателя. В этом плане предпочтительнее электромагнитные АВ.

Подбирать номинал изделия следует индивидуально для каждой схемы. Мнение малоопытных «мастеров», что чем больше, тем лучше – ошибочно. Это может привести к тому, что и провода. и подключенная установка (прибор) начнут дымить, а автоматический выключатель так и не сработает. Причина – неправильный выбор токовой характеристики.

Предупреждение перегрузки от работы потребителей

Иногда на линию устанавливают автомат с номинальной мощностью значительно более низкой, чем необходимо для гарантированного сохранения работоспособности электрического кабеля.

Снижать номинал выключателя целесообразно, если суммарная мощность всех устройств в цепи значительно меньше, чем способен выдержать кабель. Это происходит, если исходя из соображений безопасности, когда уже после монтажа проводки часть приборов была удалена с линии.

Тогда уменьшение номинальной мощности автомата оправдано с позиции его более быстрого реагирования на возникающие перегрузки.

Например, при заклинивании подшипника электродвигателя, ток в обмотке резко увеличивается, но не до значений короткого замыкания. Если автомат среагирует быстро, то обмотка не успеет оплавиться, что спасет двигатель от дорогостоящей процедуры перемотки.

Также используют номинал меньше расчетного по причинам жестких ограничений на каждую цепь. Например, для однофазной сети на входе в квартиру с электроплитой установлен выключатель 32 A, что дает 32 * 1,13 * 220 = 8,0 кВт допустимой мощности. Пусть при выполнении разводки по квартире были организованы 3 линии с установкой групповых автоматов номинала 25 A.

Если количество установленных в распределительный щит групповых автоматов велико, то их необходимо подписать и пронумеровать. Иначе можно запутаться

Допустим, что на одной из линий происходит медленное возрастание нагрузки. Когда потребляемая мощность достигнет значения равного гарантированному расцеплению группового выключателя, на остальные два участка останется только (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 кВт.

Это очень мало относительно общего потребления. При такой схеме распределительного щитка входной автомат будет чаще отключаться, чем устройства на линиях.

Поэтому чтобы сохранить принцип селективности, нужно поставить на участки выключатели номиналом в 20 или 16 ампер. Тогда при таком же перекосе потребляемой мощности на другие два звена будет приходиться суммарно 3,8 или 5,1 кВт, что приемлемо.

Рассмотрим возможность установки выключателя с номиналом 20A на примере выделенной для кухни отдельной линии.

К ней подсоединены и могут быть одновременно включены следующие электроприборы:

  • Холодильник, номинальной мощностью 400 Вт и стартовым током в 1,2 кВт;
  • Две морозильные камеры, мощностью 200 Вт;
  • Духовка, мощностью 3,5 кВт;
  • При работе электрической духовки разрешено дополнительно включить только один прибор, самые мощный из которых – электрочайник, потребляющий 2,0 кВт.

Двадцатиамперный автомат позволяет более часа пропускать ток с мощностью 20 * 220 * 1,13 = 5,0 кВт. Гарантированное отключение меньше чем за один час произойдет при пропуске тока в 20 * 220 * 1,45 = 6,4 кВт.

На кухне постоянное подключение к электричеству должно быть у холодильного оборудования и плиты. Если существует риск превышения силы тока, то одновременную работу остальных устройств можно исключить, выделив для них всего две розетки

При одновременном включении духовки и электрочайника суммарная мощность составит 5,5 кВт или 1,25 части от номинала автомата. Так как чайник работает недолго, то отключения не произойдет. Если в этот момент включатся в работу холодильник и обе морозильные камеры, то мощность составит уже 6,3 кВт или 1,43 части номинала.

Это значение уже близко к параметру гарантированного расцепления. Однако вероятность возникновения такой ситуации крайне мала и длительность периода будет незначительна, так как время работы моторов и чайника невелико.

Возникающего при запуске холодильника стартового тока, даже в сумме со всеми работающими устройствами, будет недостаточно для срабатывания электромагнитного расцепителя. Таким образом, в заданных условиях можно использовать автомат на 20 A.

Единственный нюанс заключается в возможности увеличения напряжения до 230 В, что разрешено нормативными документами. В частности ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) определяет стандартное напряжение равным 230 В с возможностью использования 220 В.

Сейчас в большинство сетей электричество подают напряжение 220 В. Если же параметр тока приведен к международному стандарту 230 В, то можно пересчитать номиналы в соответствии с этим значением.

Защита наиболее слабого звена

Зачастую, особенно в домах старой постройки, электрические коммуникации даже в пределах одной квартиры, могут состоять из проводников различных сечений. В таком случае определяется самый тонкий провод, и расчёт защитного контура выполняют исходя из минимальных показателей.

В ПУЭ чётко регламентируют этот момент, указывая на необходимость защиты самого уязвимого участка в сети. Номинал устанавливаемого автомата должен быть в пределах суммарной мощности подключаемого к сети оборудованию. Исходя из этого, проводка должна выдерживать такую нагрузку. В ином случае защитный выключатель устанавливается, опираясь на минимальное значение сечения проводников в схеме.

Если проигнорировать эти требования, то в случае аварии претензии к производителям бытовых приборов будут безосновательными. Вследствие неправильного выбора номинала защитного устройства опасность эксплуатации сети повышается в разы.

Временная характеристика автоматических выключателей

В автоматических выключателях используется 2 вида расцепителей:

  1. Электромагнитный. Обладает мгновенным срабатыванием. При превышении тока электромагнитного расцепителя устройство защиты отключается без каких-либо временных задержек. Этот узел приводит к срабатыванию автомата при КЗ.
  2. Тепловой расцепитель. Срабатывает через некоторое время. Применяется для защиты от перегрузок. Причем, чем сильнее превышена допустимая мощность потребителя, тем быстрее сработает защита.

В некоторых автоматах применяется 1 расцепитель, в других оба. Различные комбинации этих узлов наделяют выключатель одной из вышеописанных характеристик B, C или D.

Ниже приведена таблица с временными характеристиками автоматов, их током отключения и сферой применения. In — номинальный ток, который указан на корпусе после буквы (16, 25, 32).

Временная характеристика При каком токе произойдет отключение Где применяются автоматы с данными характеристиками
B 3-5 In Сети освещения и линии с большой длиной
C 5-10 In Розетки и потребители с малыми пусковыми токами
D 10-20 In Потребители с большими пусковыми токами (двигатели, трансформаторы)
L, Z, K свыше 8-12 In Промышленность, редко

Настройка автоматического выключателя для работы по номинальному току.

Наибольшее распространение в защитах бытовых электросетей и промышленных устройств получили автоматические выключатели, совмещающие в своей конструкции:

– работающие с выдержкой времени тепловые расцепители;

– отключающую очень быстро аварийный режим токовую отсечку.

Изготавливаются при этом автоматические выключатели на номинальный ток и напряжение, для работы в конкретных условиях определенной схемы по их величине выбираются защитные устройства.

Чтобы это выполнить определяются стандартами для разных конструкций автоматов 4 типа времятоковых характеристик. Обозначаются они латинскими буквами А, В, С, D и для гарантированного отключения аварий созданы с кратностью тока номинального режима от 1,3 до 14.

По времятоковой характеристике автоматический выключатель подбирается под определенный тип нагрузки, с учетом температуры окружающей его среды, например:

– системы освещения;

– полупроводниковые приборы;

– цепи, имеющие большую перегрузочную способность;

– схемы с умеренными пусковыми токами и смешанными нагрузками.

На корпусе автомата можно увидеть обозначение номинального тока. На рисунке показывается выключатель, обозначена на котором величина 100 ампер. Означает это, что произойдет его срабатывание (отключение) не от номинального тока (100 А), а от его превышения.

Если предположить, что отсечка автомата настроена на кратность 3,5, то номинальный ток величиной 100х3,5=350 ампер и больше будет без выдержки времени ею остановлен.

Когда же на кратность 1,25 настроен тепловой расцепитель, то отключение произойдет через какое-то время (например, один час) при достижении значения 100х1,25=125 ампер, а схема будет этот период работать с перегрузом.

Необходимо учитывать, что другие факторы, связанные с поддержанием температурного режима защиты, также влияют на время отключения автомата (условия окружающей среды; от посторонних источников возможности нагрева или охлаждения; степень заполнения аппаратурой распределительного щитка).

Примеры использования автоматов

Если заглянуть в квартирный электрощит, там наиболее вероятно будут установлены автоматы C16 или C25. В старых домах предусмотрена отдельная линия питания мощной электроплиты на кухне. Для нее предусмотрен автомат на 25 А.

Количество полюсов

Бытовым электроприборам для работы необходимо однофазное питание. Достаточно фазного и нулевого провода. Мощные промышленные потребители (станки, печи) работают от трехфазной электросети. Им необходимы 4 провода: 3 фазы и 1 нулевой.

По этой причине и автоматические выключатели производятся в различном форм-факторе. Модели на 1 полюс устанавливают для защиты отдельных однофазных линий. На 2 применяются в качестве вводного устройства защиты квартирных электрощитов. Трехполюсные используются как силовые выключатели в трехфазных сетях. А четырехполюсные — это те же автоматы на 3 полюса, но они имеют дополнительный (4-й) модуль для нулевого провода.

Дополнительная информация. Если под рукой нет двухполюсного автомата, допустимо собрать его из 2 однополюсных. Устройства должны обладать одинаковыми временными и нагрузочными характеристиками. Аналогичным способом собираются выключатели на 3 и 4 полюса

Заключение

Ещё раз напоминаем о необходимости установки защитных выключателей с автоматическим срабатыванием, в любые электрические коммуникации. Только так можно избежать ситуаций связанных с аварией, как в быту, так и на производстве и обеспечить безопасность эксплуатации силовых контуров.

Источники

  • https://proprovoda.ru/provodka/nominalnyj-tok.html
  • https://kartaslov.ru/%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B0-%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9/%D0%9D%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%82%D0%BE%D0%BA
  • https://220.guru/elektrooborudovanie/avtomaty-uzo/nominaly-avtomatov.html
  • https://electricremont.ru/nominaly-avtomaticheskih-vyklyuchatelej-tablitsa.html
  • https://www.calc.ru/Nominalniy-Tok.html
  • https://m-strana.ru/articles/nominaly-avtomatov/
  • https://sovet-ingenera.com/elektrika/uzo-schet/nominaly-avtomaticheskix-vyklyuchatelej-po-toku.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: