Расчет автоматического выключателя для электродвигателя
Расчет автомата по мощности 380
Расчеты электропроводки выполняются еще на стадии проектирования. Прежде всего рассчитывается сила тока в цепях, исходя из этого подбираются автоматические защитные устройства, сечение проводов и кабелей. Особое значение имеет расчет автомата по мощности 380, защищающий от перегрузок и коротких замыканий.
Слишком большой номинал может привести к выходу из строя оборудования, поскольку устройство не успеет сработать. Низкий номинальный ток автомата приведет к тому, что защита будет срабатывать даже при незначительных перегрузках в часы пик. Правильно выполненные расчеты помогут выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.
Как рассчитать мощность электротока
В соответствии с законом Ома, сила тока (I) находится в прямой пропорции с напряжением (U) и в обратной пропорции с сопротивлением (R). Расчет мощности (Р) осуществляется путем умножения силы тока на напряжение. Таким образом, для участка цепи образуется следующая формула, по которой рассчитывается ток: I = P/U.
С учетом реальных условий, к данной формуле прибавляется еще один компонент и при расчетах однофазной сети получается следующий вид: I = P/(U х cos φ).
Трехфазная сеть рассчитывается немного по-другому. Для этого используется следующая формула: I = P/(1,73 х U х cos φ), в которой напряжение U условно составляет 380 вольт, cos φ является коэффициентом мощности, посредством которого активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки соотносятся между собой.
Современные блоки питания обладают незначительной реактивной компонентой, поэтому значение cos φ принимается за 0,95. Это не касается трансформаторов и электродвигателей с высокой мощностью, обладающих большим индуктивным сопротивлением.Расчет сетей, где могут подключаться такие устройства, выполняется с коэффициентом cos φ, эквивалентным 0,8.
В других случаях используется стандартная методика расчетов с последующим применением повышающего коэффициента 1,19, получающегося из соотношения 0,95/0,8.
При использовании в формулах известных параметров напряжения 220 и 380 В, а также коэффициента мощности 0,95, в результате получается сила тока для однофазной сети – I = P/209, а для трехфазной – I = P/624.
Таким образом, при наличии одной и той же нагрузки, сила тока в трехфазной сети будет в три раза ниже. Это связано с наличием трех проводов отдельных фаз, на каждую из которых равномерно распределяется общая нагрузка.
Напряжение между каждой фазой и рабочим нулем составляет 220 вольт, поэтому известная формула может выглядеть следующим образом: I = P/(3 х 220 х cos φ).
Выбор автомата по номинальному току
Рассмотренные формулы широко применяются в расчетах вводного автоматического выключателя. Применяя одну из них – I = P/209 при нагрузке Р в 1 кВт, получается сила тока для однофазной сети 1000 Вт/209 = 4,78 А. Результат можно округлить в большую сторону до 5 А, поскольку реальное напряжение в сети не всегда соответствует 220 В.
Таким образом, получилась сила тока в 5 А на 1 кВт нагрузки. То есть, устройство мощностью более 1 кВт нельзя подключать, например, в удлинитель с маркировкой 5 А, поскольку он не рассчитан на более высокие токи.
Автоматические выключатели обладают собственным номиналом по току. Исходя из этого, легко определить нагрузку, которую они способны выдержать. Для упрощения вычислений существует таблица.
Автомат номиналом 6 А соответствует мощности 1,2 кВт, 8 А – 1,6 кВт, 10 А – 2 кВт, 16 А – 3,2 кВт, 20 А – 4 кВт, 25 А – 5 кВт, 32 А – 6,4 кВт, 40 А – 8 кВт, 50 А – 10 кВт, 63 А – 12,6 кВт, 80 А – 16 кВт, 100 А – 20 кВт.Исходя из этих же номиналов проводятся расчеты автомата по мощности на 380в.
Метод 5 А на 1 кВт может использоваться и для определения силы тока, возникающей в сети, когда в нее подключаются какие-либо бытовые приборы и оборудование.
В расчетах нужно пользоваться максимальной потребляемой мощностью во время пиковых нагрузок. Для этого применяются технические характеристики оборудования, взятые из паспортных данных.
При их отсутствии можно взять ориентировочные параметры стандартных электроприборов.
Отдельно рассчитывается группа освещения. Как правило, мощность приборов освещения оценивается в пределах 1,5-2 кВт, поэтому для них будет достаточно отдельного автомата номиналом 10 А.
Если сложить все имеющиеся мощности, получается довольно высокий суммарный показатель.
Однако на практике полная мощность никогда не используется, поскольку существуют ограничения на выделяемую электрическую мощность для каждой квартиры.
В современном жилом доме, при наличии электроплит, она составляет от 10 до 12 кВт. Поэтому на вводе устанавливается автомат с номинальным током 50 А. Точно так же выполняется расчет мощности трехфазных автоматов.
Полученные 12 кВт распределяются по всей квартире с учетом размещения мощных и обычных потребителей.
Особое внимание следует обратить на кухню и ванную комнату, где устанавливаются электроплиты, водонагреватели, стиральные машины и другое энергоемкое оборудование.
Как правило, они подводятся к отдельным автоматическим выключателям соответствующего номинала, а сечение кабелей для подключения также рассчитывается в индивидуальном порядке.Мощные бытовые агрегаты подключаются не только к автоматам, но и к устройствам защитного отключения. Часть общей мощности следует оставить для освещения и розеток, установленных в помещениях. Правильно выполненные расчеты позволят качественно смонтировать проводку и выбрать нужный выключатель. В этом случае эксплуатация оборудования будет безопасной и долговечной.
Расчет мощности онлайн-калькулятором
В первую очередь необходимо ввести исходные данные в соответствующие графы. На калькуляторе эти показатели включают количество фаз, напряжение сети и мощность нагрузки. Первые два пункта известны заранее, а вычисления мощности приборов и оборудования осуществляются вручную.
Напряжение для однофазной сети выставляется 220 вольт, для трехфазной – 380 В и выше. После ввода параметров остается лишь нажать на кнопку «Рассчитать» и получить требуемый результат. В соответствующем окне появятся данные о номинальном токе автоматического выключателя, наиболее подходящего для данной сети.
Выбор автоматического выключателя 0,4кВ: расчет защиты, уставок для сетей и двигателей
Автоматический выключатель выбирается исходя из следующих условий:
1. Соответствие номинального напряжения выключателя Uн к номинальному напряжению сети Uс: Uн, Uс. (6.1)
2. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц номинальному току нагрузки Iдн: Iн.расц , Iдн. (6.2)
3. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц максимальному рабочему току Iраб.макс группы электроприемников (для вводных выключателей питания сборок и щитов) в длительном режиме: Iн.расц , Iраб.макс. (6.3).
4. Условие предельной коммутационной стойкости (ПКС): каталожное значение ПКС должно быть не менее максимального значения тока короткого замыкания (Iкз.макс), протекающего в цепи в момент расхождения контактов выключателя: ПКС > Iкз.макс. Это необходимо, чтобы автоматический выключатель смог выдержать токовые перегрузки при коротком замыкании в цепи.
Защита от перегрузки
Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из условий возврата защиты после окончания пуска или самозапуска электродвигателя:
где kн – коэффициент надежности, учитывающий некоторый запас по току, неточности настройки и разброс срабатывания защиты (1,0 – для современных АВ фирмы Schneider Electric, 1,15 – для АЕ20, А3700; 1,25 – для А3100, АП-50; 1,2 , 1,35 – для ВА51);
kв – коэффициент возврата защиты.
Защита считается эффективной, если:
Для выключателей с тепловым и электромагнитным (комбинированным) расцепителем условие (6.5) обеспечивается автоматически при выборе номинального тока расцепителя по условию (6.2).
Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий Iн.расц = Iдн.
В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле kв = 1, ток срабатывания защиты от перегрузки составит:
Токовая отсечка (для АВ с двухступенчатой ВТХ)
Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времени пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Несрабатывание отсечки при пуске двигателя обеспечивается выбором токовой отсечки по выражению:
где kн.пуск = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового тока электродвигателя;
1,05 – коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электродвигателя;
kз – коэффициент запаса;
kа – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя;kр – коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.
Мгновенная токовая отсечка (для АВ с трехступенчатой ВТХ)
Для выключателей с трехступенчатой защитной характеристикой мгновенную отсечку выключателя отстраивают от пикового значения пускового тока электродвигателя:
Кроме того, токовая отсечка должна надежно защищать электродвигатель от минимального тока КЗ при повреждении в конце кабельной линии: где (1)
к.R I – минимальный ток однофазного КЗ в конце кабеля, вычисленный с учетом токоограничивающего действия дуги в месте повреждения.
Выбор уставок автоматических выключателей питания сборок и щитов
Выбор тока срабатывания отсечки выполняется по приводимым ниже условиям, из которых принимается наибольшее полученное значение. Соответствие данным условиям позволяет обеспечить селективную работу автоматических выключателей в разных частях электрический цепи.
1) Несрабатывание при максимальном рабочем токе Iраб.макс с учетом его увеличения в kсзп раз при самозапуске электродвигателей:
где kн = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска.
Ток самозапуска Iсзп = kсзп· Iраб.макс определяется из расчетов самозапуска. При этом без ущерба для точности расчетов допускается считать, что электродвигатели запускаются из состояния покоя.
При отсутствии данных расчетов самозапуска, для отдельных сборок Iсзп принимается приближенно равным сумме пусковых токов электродвигателей и другой нагрузки сборки, участвующих в самозапуске:
где kil – кратность пускового тока l-ого двигателя с номинальным током Iднl.
С другой стороны, в соответствии с источником [11]:
где Iдн – суммарный номинальный ток электродвигателей;
ki – усредненное значение кратности пусковых токов электродвигателей.
Также существует третий способ расчета Iсзп:
где kii – кратность пускового тока i-ого двигателя номинальной мощностью Рднi.
Ввиду того, что среди прочих проверок отстройка от тока самозапуска имеет, как правило, определяющее значение, предпочтение следует отдать расчетам самозапуска с помощью ЭВМ.
2) Несрабатывание при полной нагрузке щита (сборки) и пуске наиболее мощного электродвигателя:
где kн – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска;
раб макс i I – сумма максимальных рабочих токов электроприемников, питающихся от щита или сборки, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.
Выбор автоматических выключателей для защиты одиночных асинхронных электродвигателей
Применение изложенной методики продемонстрируем на примере защиты асинхронных электродвигателей 0,4 кВ энергоблока 63 МВт газомазутной ТЭЦ автоматическими выключателями Compact NS с электронными расцепителями. Электродвигатели и их параметры перечислены в табл.6.1.
На основании условий (6.1), (6.2) и (6.4) подберем автоматические выключатели и расцепители, результаты представим в табл.6.1.
Так как рассматриваются автоматические выключатели зарубежного производства, для описания их параметров перейдем к обозначениям МЭК:
• номинальный ток автоматического выключателя – Iн = In;
• номинальное напряжение автоматического выключателя Uн = Un;
• номинальный ток расцепителя – Iн.расц = Ir;
• предельная коммутационная способность ПКС = Icu;
• пусковой ток электродвигателя Iпуск = Ia;
• пиковое значение пускового тока электродвигателя Iпуск.max = Iр.
Переход к другим обозначениям обусловлен спецификой наименования параметров АВ и расцепителей, ориентированной на зарубежную нормативно-техническую документацию.Более подробно о характеристиках автоматических выключателей можно почитать в нашей статье.
Как рассчитать автомат для двигателя?
Особенностью защиты электродвигателя от перегрузок и короткого замыкания является повышенный пусковой ток, который может в семь раз превышать номинальное значение.
Самые сильные перегрузки на старте свойственны асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, которые наиболее используемые в быту и на производстве, поэтому правильная их защита, а также предохранение электропроводки цепей питания электродвигателей являются особенно актуальными.
В бытовой электротехнике проблема с большими стартовыми токами электродвигателей решена при помощи автоматических выключателей, у которых отключение (отсечка) происходит не сразу после превышения номинального тока, а спустя некоторое время.
Данного отрезка времени, который зависит от время-токовой характеристики защитного автомата, должно хватить, чтобы вал двигателя раскрутился до рабочих оборотов, и потребление тока снизилось до номинального уровня. Но автоматические выключатели не обладают гибкостью точной настройки, поэтому для защиты электрических двигателей применяются специальные защитные устройства.
Обычный трехфазный автоматический выключатель часто используется для защиты электродвигателей
Функции защитных устройств электродвигателей
Современные защитные устройства, или другими словами, автоматы защиты электродвигателя, (мотор автоматы), часто совмещаются в одном корпусе с коммутационными аппаратами запуска (пускателями) и выполняют такие функции:
- Защита от тока короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
- Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
- Предохранение от асимметрии (дисбаланса) фаз, или обрыва фазного провода;Современные мотор автоматы с ручным управлением
- Тепловая защита от перегрева двигателя, осуществляемая при помощи дополнительных термодатчиков, установленных на кожухе или внутри электродвигателя;
- Предохранение от некачественного напряжения;
- Обеспечение выдержки времени для охлаждения двигателя после его аварийной остановки после перегрева;
- Индикация режимов работы и аварийных состояний;
- Опционально – отключение при исчезновении нагрузки на валу (например, для водяных насосов);
- Совместимость с автоматическими системами контроля и управления.
Мотор автомат с ручной настройкой и автоматическим управлением
Ранее и до недавнего времени наиболее используемой схемой защиты электродвигателей было подключение в корпусе пускателя теплового реле, последовательно с контактором.
Биметаллическая пластина теплового реле при длительной перегрузке нагревается и прерывает цепь самоподхвата контактора. Кратковременное превышение номинальной нагрузки при запуске мотора является недостаточным для нагрева и срабатывания биметаллической пластины.
Более подробно о тепловом реле и его подключении можно прочитать в соответствующем разделе данного ресурса.
Контактор электромотора с тепловым реле
Подбор автоматического выключателя
Поскольку первые две функции могут осуществляться обычными автоматическими выключателями, многие пользователи применяют их для защиты своих электродвигателей.
Основным недостатком такого способа является отсутствие защиты от дисбаланса, обрыва фаз и скачков напряжения.
Выбор защитного автомата осуществляется по его время токовой характеристике и по максимальному пусковому току электродвигателя.
Трехфазный автоматический выключатель
Чтобы правильно подобрать автоматический выключатель по категории и номинальному току, нужно изучить его время токовую характеристику, о которой подробно рассказывается на одной из страниц данного сайта.
Категории автоматов (А, B, C, D) определяются соотношением тока отсечки электромагнитного расцепителя к номинальному значению.
Нужно иметь в виду, что время токовая характеристика категории не зависит от номинала автоматического выключателя.
Времятоковая характеристика автоматических выключателей категории «C»
Для предотвращения ложного срабатывания автоматического выключателя при запуске электромотора необходимо, чтобы кратковременный пусковой ток (Iпуск) не превышал значение отсечки (мгновенного срабатывания, Iмгн.ср) автомата. Отношение пускового (Iпуск) и номинального тока (In) можно узнать из бирки или паспорта электродвигателя, максимальное значение Iпуск/ In=7.
Если известна только мощность электродвигателя, то рассчитать номинальный ток можно по формуле In= Рn/(Un*√3*η*cosφ), где Рn – мощность, Un – напряжение, η – КПД, cosφ – коэффициент реактивной мощности двигателя.Бирка двигателя с указанием мощности
Практические расчеты
На практике применяют поправочный коэффициент надежности Kн, который для автоматов с In100A принимают Kн=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск.
Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя IAB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (In).
Необходимое условие: IAB > In/Кт, где Кт = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе Кт=1.
Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; Iпуск/ In = 7. Вначале нужно рассчитать In = Рn/(Un*√3*η*cosφ) = 5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А).
Допустим, автомат устанавливается в шкаф, Кт = 0,85, значит In/Кт = 12,28/0,85 = 14,44 (А).
Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).
При расчетах понадобится калькулятор
Теперь нужно проверить условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при Iмгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток Iпуск= In*7 = 12,28*7 = 85,96 (А).
Умножаем на Kн (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно.
Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.
Современная электрозащита двигателей
На рынке электротехнического оборудования все большую популярность набирает защита электродвигателя при помощи универсальных защитных устройств, так называемых мотор автоматов, которые выполняют все приведенные выше защитные функции. Данные устройства имеют модульную конструкцию и устанавливаются на DIN рейку и управляют работой силовых контакторов. Кроме приведенных функций, некоторые мотор автоматы позволяют точно регулировать различные параметры защитного отключения.
Мотор автомат с датчиками — катушками тока
Существует много разновидностей современных мотор автоматов, которые различаются коммутируемой мощностью, набором функций, способом управления, схемой подключения и внешним видом. Чтобы выбрать подходящий аппарат защиты для конкретного двигателя, необходимо знать его параметры номинального и пускового тока, а также нужно определиться с требуемым набором защитных функций и опций.
Стоимость мотор автоматов прямо пропорциональна мощности электродвигателя и функциональным защитным возможностям. Мировыми лидерами по производству защитных мотор автоматов являются такие известные бренды: Schneider Electric, ABB, IEK, Novatek electro, и другие.
Автомат защиты электродвигателя – как правильно подобрать?
При подборе автоматических выключателей, способных защитить электрические моторы от повреждения в результате КЗ или чрезмерно высоких нагрузок, необходимо учитывать большую величину пускового тока, нередко превышающую номинал в 5-7 раз.
Наиболее мощным стартовым перегрузкам подвержены асинхронные силовые агрегаты, обладающие короткозамкнутым ротором. Поскольку это оборудование широко применяется для работы в производственных и бытовых условиях, то вопрос защиты как самого устройства, так и питающего кабеля очень актуален.
В этой статье речь пойдет о том, как правильно рассчитать и выбрать автомат защиты электродвигателя.
Задачи устройств для защиты электродвигателей
Бытовую электротехнику от пусковых токов большой величины в сетях обычно защищают с помощью трехфазных автоматических выключателей, срабатывающих через некоторое время после того, как величина тока превысит номинальную.
Таким образом, вал мотора успевает раскрутиться до нужной скорости вращения, после чего сила потока электронов снижается. Но защитные устройства, используемые в быту, не имеют точной настройки.
Поэтому выбор автоматического выключателя, позволяющего защитить асинхронный двигатель от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания, более сложен.Современные автоматы для защиты двигателя нередко устанавливаются в общем корпусе с пускателями (так называются коммутационные устройства запуска мотора). Они предназначены для выполнения следующих задач:
- Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
- Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
- Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.
Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:
- Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
- Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
- Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
- Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.
Необходимо также учитывать, что автомат для защиты электродвигателя должен быть совместим с контрольными и управляющими механизмами.
Расчет автомата для электродвигателя
Еще недавно для защиты электрических моторов использовалась следующая схема: внутри пускателя устанавливался тепловой регулятор, подключенный последовательно с контактором. Этот механизм работал таким образом.
Когда через реле в течение длительного времени проходил ток большой величины, происходил нагрев установленной в нем биметаллической пластины, которая, изгибаясь, прерывала контакторную цепь.
Если превышение установленной нагрузки было кратковременным (как бывает при запуске двигателя), пластинка не успевала нагреться и вызвать срабатывание автомата.
Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:
Главным минусом такой схемы было то, что она не спасала агрегат от скачков напряжения, а также дисбаланса фаз. Сейчас защита электрических силовых установок обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. А теперь перейдем к вопросу о том, как производится расчет автомата, который нужно установить в цепь электромотора.
Чтобы подобрать защитный автоматический выключатель для электроустановки, необходимо знать его времятоковую характеристику, а также категорию. Времятоковая характеристика от номинального тока, на который рассчитан АВ, не зависит.
Чтобы автоматический выключатель не срабатывал каждый раз при запуске мотора, величина пускового тока не должна быть больше той, которая вызывает моментальное срабатывание аппарата (отсечка). Соотношение тока запуска и номинала прописывается в паспорте оборудования, максимально допустимое – 7/1.
Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом Kн. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина Kн составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле Iотс ≥ Kн х Iпуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.
Еще одна величина, которую необходимо учитывать при подборе, когда автомат монтируется в электрощитке или специальном шкафу – температурный коэффициент (Кт). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (In/Кт).
Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов
Большой популярностью пользуются модульные мотор-автоматы, представляющие собой универсальные устройства, которые успешно справляются со всеми функциями, описанными выше.
Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.
Современные мотор-автоматы представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга по внешнему виду, характеристикам и способу управления.
Как и при подборе обычного аппарата, нужно знать величину пускового, а также номинального тока. Кроме этого, надо определиться, какие функции должно выполнять защитное устройство. Произведя нужные расчеты, можно покупать мотор-автомат.Цена этих устройств напрямую зависит от их возможностей и мощности электрического мотора.
Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях
Нередко при включении устройств, мощность которых превышает 100 кВт, напряжение в общей сети падает ниже минимального.
При этом отключения рабочих силовых агрегатов не происходит, но количество их оборотов снижается. Когда напряжение восстанавливается до нормального уровня, мотор начинает заново набирать обороты.
При этом его работа происходит в режиме перегрузки. Это называется самозапуском.
Самозапуск иногда становится причиной ложного срабатывания АВ.
Это может произойти, когда до временного падения напряжения установка в течение длительного времени работала в обычном режиме, и биметаллическая пластина успела прогреться.
В этом случае тепловой расцепитель иногда срабатывает раньше, чем напряжение нормализуется. Пример падения напряжения в электросети автомобиля на следующем видео:
Чтобы предотвратить отключение мощных заводских электромоторов при самозапуске, используется релейная защита, при которой в общую сеть включаются токовые трансформаторы. К их вторичным обмоткам подключаются защитные реле. Эти системы подбираются методом сложных расчетов. Приводить здесь мы их не будем, поскольку на производстве эту задачу выполняют штатные энергетики.
Заключение
В этом материале мы подробно осветили тему защитных устройств для электрических двигателей, и разобрались с тем, как подобрать автомат для электромотора и какие параметры при этом должны быть учтены.
Наши читатели могли убедиться, что расчеты, которые производятся при этом, совсем несложны, а значит, подобрать аппарат для сети, в которую включен не слишком мощный силовой агрегат, вполне можно самостоятельно.
Как правильно выбрать автоматический выключатель? Основные параметры и характеристики автомата – Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет
На замену плавким предохранителям еще два столетия назад пришли автоматические выключатели. С 1924 года патент на это изобретение принадлежит швейцарской компании Brown, Boveri & Cie.
Преимущества АВ над плавкими вставками:
– плавкий предохранитель выходит из строя после первого своего срабатывания, то есть многократное его использование невозможно, необходима замена сгоревшей плавкой части;
– при использовании в трехфазной цепи, короткое замыкание в одной фазе вызовет перегорание одного предохранителя, в то время как две другие фазы будут продолжать работать. Аварийный режим работы (обрыв фазы) исключается АВ, так как к.з. в одной фазе трехполюсного выключателя приводит к разрыву всей цепи.
Автоматический выключатель (АВ) – это электромеханический коммутационный аппарат, который позволяет включать и отключать питание потребителя при нормальном режиме работы.
А так же обеспечивает защиту электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузки (перегревания).
Частое отключения в ручном режиме нежелательно, так как АВ имеют заявленное число коммутаций (для этого лучше использовать более дешевые рубильники).
Для того чтобы правильно выбрать автоматический выключатель, необходимо понимать его основные параметры и характеристики:Номинальный ток автомата (Iн) – величина тока, на которую АВ рассчитан для длительной нормальной работы. Иногда показатель Iн имеет определенный диапазон и регулятор для точной настройки.
Например, Iн=3÷5А, это означает, что данный автоматический выключатель можно подстроить на рабочие токи от 3 до 5 А. При превышении указанного значения происходит срабатывание защиты и электрическая цепь разрывается.
По нормам, срабатывание должно произойти при силе тока в 1,45 Iн.
Тип автоматического выключателя определяет кратковременное значение силы тока, при котором произойдет разрыв цепи. Тип или класс, в основном, определяется для момента включения. При запуске электрооборудования имеют место пусковые токи, которые могут быть огромными. Например, при прямом пуске электродвигателя, начальный ток равен 10-ти номинальным. Основные типы:
| – B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального); |
| – C (5-10 раз); |
| – D (10-50 раз). |
Время срабатывания (от момента, когда контролируемый параметр стал больше предельного значения, до момента размыкания контактов). АВ по времени срабатывания делятся на:
| – нормальные (t=0,02-0,1с); |
| – быстродействующие (0,005с); |
| – селективные (предел регулирования времени срабатывания до 1с) |
Последние имеют контакты с задержкой на размыкание. Применяются в сложных цепях, селективный АВ устанавливают на входе потребителя большой мощности. После него на разветвлениях цепи стоят автоматы меньшей мощности. Таким образом, при создании аварийной ситуации на участке цепи – выключится лишь отдельное оборудование, а селективность позволит остальной системе остаться работоспособной.
Отключающая способность – это максимальный ток, который может присутствовать кратковременно в цепи, чтобы автоматический выключатель не потерял свою работоспособность (возможно сваривание контактов при превышающих норму токах). Это значение обычно в сотню раз больше рабочего тока. А возникает такой огромный ток при коротком замыкании.
Механизмы расцепления
Тепловая отсечка (длительное влияние тока, превышающего норму) выполняется благодаря пластине, которая состоит из двух разных металлов. У используемых металлов разная тепловая проводимость.
Пластина подсоединена последовательно, то есть через нее протекает ток цепи. Когда значение тока номинальное или меньше – автомат остается в замкнутом состоянии.
Если же ток превысит нормированное значение, пусть даже на 10% в течении длительного времени, пластина нагреется и изогнется, тем самым, разорвет контакт питающей цепи.
Электромагнитное расцепление обеспечивает защиту от больших, резких скачков тока. Эта отсечка выполняется встроенным соленоидом.
К примеру, автоматический выключатель рассчитан на ток в 2 А, его тип В, следовательно сработать он должен при токе 10 А. Для этого и служит соленоид.
При токах до 10А, он будет неподвижным, а при достижении 10А, соленоид втянется и разомкнет контакт – произойдет выключение автомата.
Строение
На рисунке ниже показаны основные элементы, из которых состоит автоматический выключатель.
| 1 – соленоид выполняет функцию расцепления при коротком замыкании; |
| 2 – зажимной винтовой контакт для подсоединения провода; |
| 3 – дугогасительная камера рассеивает дугу, которая возникает в следствии коммутации (соединение/разъединение) контактов; |
| 4 – подвижный контакт; |
| 5 – биметаллическая пластина для защиты от перегрузки (длительного повышенного тока). |
Функции независимого расцепления (НР), расцепление по нулевому напряжению (НРН) и по минимальному напряжению (МРН) выступают дополнительными, и не включаются в стандартные комплекты поставки (необходимо заказывать сборочные единицы).
Выше показано одно из многочисленных исполнений АВ. Существует широкое их разнообразие. Например, по роду тока, количеству подключаемых фаз, расположению клемм. Но это все конструктив, а мы описываем как это работает.
Обозначение автоматического выключателя на электрической схеме:
* Выбор сечения проводника производится согласно таблице, приведенной в данной статье
Выбор по току. Если Вы хотите в квартире, гараже, на даче поставить АВ. Следовательно, проводка уже проложена и ее сечение Вам известно, тогда нужно обратиться к таблице, где указаны сечения проводов и соответствующие для них максимальные токи. Прочесть подробнее о выборе сечения проводника будет полезным для установки автомата.
Например, у меня дома в стенах проложен алюминиевый провод сечением 2,5 мм2.
Для открыто проложенного алюминиевого кабеля сечением 2,5мм2 максимальный ток – 24А. Но, так как он проложен скрытно, его охлаждение будет хуже, чем на открытом воздухе. Для этого выбранное значение умножаем на поправочный коэффициент для скрытой прокладки 0,8.Максимальный ток, который выдержит проводка:
Автомат предназначен, чтоб обеспечить защиту не только электроприборов, но и для сохранения целостности проводника.
Ведь, согласитесь, искать внутри стен, где перегорела проводка – не самое веселое занятие. Потому нужно выбрать автоматический выключатель с номинальным током, ниже, чем у провода.
Из стандартного ряда, автомат на 16А будет подходящим и сохранит целостность проводов и приборов.
Выбор по мощности. Если нам необходимо подключить несколько потребителей электроэнергии, и мы знаем лишь их мощность. Две лампочки накаливания на 100Вт и один асинхронный электродвигатель на 2кВт. Напряжение сети – переменное 220В.
Для лампочек накаливания подсчет будет прост, из формулы активной мощности Р=UI, выразим и найдем значение тока:
А вот с электродвигателем существует нюанс. Так как он является не только активной, но и реактивной нагрузкой, косинус фи вносит изменение в наш расчет. Коэффициент мощности указывается на шилдике (табличке) двигателя, но если такой отсутствует, смело принимайте значение 0,7. Итак, ток через двигатель будет равен:
Выбор автоматического выключателя будет по сумме этих токов (14А), но с небольшим запасом. Выбираем, снова таки, 16 амперный автомат.
Для трехфазной сети, выбор автоматического выключателя по мощности осуществляется по формуле:
Недостаточно прав для комментирования
Примеры расчета автоматических выключателей в электрической цепи
Любая электрическая цепь в квартире и доме, должна защищаться автоматом защиты от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания. Эту нехитрую истину можно наглядно продемонстрировать в любом электрическом щите квартиры, этажном щите, вводно-распределительном щите дома и т.п. электрическим шкафам и боксам.
Вопрос не в том, ставить автомат защиты или нет, вопрос, как рассчитать автомат защиты, чтобы он правильно выполнял свои задачи, срабатывал, когда нужно и не мешал стабильной работе электроприборов.
Примеры расчета автоматических выключателей
Теорию расчетов автоматических выключателей вы можете почитать в статье: Расчет автоматов защиты. Здесь несколько практических примеров расчета автоматических выключателей в электрической цепи дома и квартиры.
Электроработы в квартире
Пример 1. Расчет вводного автомата дома
Примеры расчета автоматических выключателей начнем с частного дома, а именно рассчитаем вводной автомат. Исходные данные:
- Напряжение сети Uн = 0,4 кВ;
- Расчетная мощность Рр = 80 кВт;
- Коэффициент мощности COSφ = 0,84;
1-й расчет:
Чтобы выбрать номинал автоматического выключателя считаем номинал тока нагрузки данной электросети:
Iр = Рр / (√3 × Uн × COSφ) Iр = 80 / (√3 × 0,4 × 0,84) = 137 А
2-й расчет
Чтобы избежать, ложное срабатывание автомата защиты, номинальный ток автомата защиты (ток срабатывания теплового расцепителя) следует выбрать на 10% больше планируемого тока нагрузки:
- Iток.расцепителя = Iр × 1,1
- Iт.р = 137 × 1,1 = 150 А
Итог расчета: По сделанному расчету выбираем автомат защиты (по ПУЭ-85 п. 3.1.10) с током расцепителя ближайшим к расчетному значению:
- I ном.ав = 150 Ампер (150 А).
Такой выбор автомата защиты позволит стабильно работать электрической цепи дома в рабочем режиме и срабатывать, только в аварийных ситуациях.
Пример 2. Расчет автоматического выключателя групповой цепи кухни
примеры расчета автоматических выключателей
Во втором примере посчитаем, какой автоматический выключатель нужно выбрать для кухонной электропроводки, которую правильно называть розеточная групповая цепь электропроводки кухни. Это может быть кухня квартиры или дома, разницы нет.
Аналогично первому примеру расчет состоит из двух расчетов: расчет тока нагрузки электрической цепи кухни и расчет тока теплового расцепителя.
Группы розеток стандартной квартиры
Расчет тока нагрузки
Исходные данные:
- Напряжение сети Uн = 220 В;
- Расчетная мощность Рр = 6 кВт;
- Коэффициент мощности COSφ = 1;
1. Расчетную мощность считаем, как сумму мощностей всех бытовых приборов кухни, умноженной на коэффициент использования, он же коэффициент использования бытовой техники. 1. Коэффициент использования бытовой техники это поправочный коэффициент, уменьшающий расчетную (полную) потребляемую мощность электроцепи и учитывающий количество одновременно работающих электроприборов.
То есть, если на кухне установлено 10 розеток для 10 бытовых приборов (стационарных и переносных), нужно учесть, что все 10 приборов одновременно работать не будут.
Коэффициент использования
Рассчитать коэффициент использования для простой группы можно самостоятельно.
- Выпишите на листок планируемые бытовые приборы.
- Рядом с прибором поставьте его мощность по паспорту.
- Просуммируйте все мощности приборов по паспорту. Это Pрасчет.
- Подумайте, какие приборы могут работать одновременно: чайник+ тостер, микровоновка+блендер, чайник+микроволновка+тостер, и т.д.
- Посчитайте суммарные мощности этих групп. Рассчитайте среднюю суммарную мощность групп одновременно включаемых приборов. Это будет Pноминал (номинальная мощность).
- Разделите Pрасчет на Pноминал, получите коэффициент использования кухни.
На самом деле, в теории расчетов коэффициент использования внутри дома (без инженерных сетей) и квартиры принимается равным, единице, если количество розеток не больше 10. Это так, но на практике, именно коэффициент использования позволяет работать современным бытовым приборам кухни на старой электропроводке.
Примечание:
В теории расчетов 1 бытовая розетка планируется на 6 кв. метров квартиры (дома). При этом:
- коэффициент использования=0,7 –для розеток от 50 шт.;
- коэффициент использования=0,8 –розеток 20-49 шт.;
- коэффициент использования=0,9 –розеток от 9 до 19шт.;
- коэффициент использования=1,0 –розеток ≤10шт.
Вернемся к автоматическому выключателю кухни. Считаем номинал тока нагрузки кухни:
- Iр = Рр / 220В;
- Iр = 6000 / 220= 27,3 А.
Ток расцепителя:
- Iрасчет.= Iр×1,1=27,3×1,1=30А
По сделанному расчету выбираем номинал автомата защиты для кухни в 32 Ампер.
Вывод
Приведенный пример расчета кухни получился несколько завышенным, обычно для электропроводки кухни хватает 16 ампер если учесть, что плиту, стиральную машину, посудомоечную машину выводят в отдельные группы.
Эти примеры расчета автоматических выключателей для групповых цепей, лишь показывают общий принцип расчетов, причем не включают расчет инженерных цепей включающий работу насосов, станков и других двигателей частного дома.
Похожие посты:
- Виды электроизоляционных материалов их применение, Рубрика Материал
- Шкафы распределительные электрические ШР и ШРС, Рубрика Электрощиток
- Техническое обслуживание высоковольтного оборудования, Рубрика Ремонт электрики
- Что влияет на стоимость электромонтажных работ, Рубрика Ремонт электрики
- Какие бывают бензиновые генераторы, Рубрика Строительство
- Внутренние электросети: устройство и правила монтажа, Рубрика Монтаж электрики
- Техническое обслуживание силовых трансформаторов, Рубрика Справочник электрика
Выбор автоматических выключателей для электродвигателей
Выбирая автоматические выключатели для защиты двигателей, мы должны учитывать, что при пуске электродвигателя, возникает пусковой ток, превышающий в 5 — 7 раз номинального значения.
Автоматические выключатели выбираются по условиям:
Uном. ≥ Uном.сети
где:
- Uном. – номинальное напряжение, В;
- Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.
Iном.расц. ≥ Iном.дв.
где:
- Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А;
- Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.
Ток уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя выбирается по формуле [Л1,с. 106]:
Для приближенного расчета тока уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя, можно принять по таблице 6.1 [Л1,с. 107].
Таблица 6.1 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания отсечки автоматических выключателей, устанавливаемых в цепях электродвигателей
| А3700; А3790 | Полупроводниковый | РП | 1,1 | 1,0 | 1,3 | 1,5 |
| ВА | БПР | |||||
| “Электрон” | РМТ | 1,35 | 1,6 | |||
| МТЗ-1 | 1,4 | 2,2 | ||||
| АВМ | Электромагнитный | 1,4 | 1,1 | 1,8 | ||
| А3110; АП-50; А3700; ВА; АЕ20 | 1,3 | 2,1 | ||||
| А3120; А3130; А3140 | 1,15 | 1,9 |
Надежность срабатывания автомата при двухфазном и однофазном коротком замыкании при КЗ на выводах электродвигателя определяется коэффициентом чувствительности и рассчитывается по формуле [Л1,с. 107]:
При отсутствии значений по коэффициенту разбросу kp, рекомендуется принимать коэффициент чувствительности в пределах 1,4-1,5.
В случае если чувствительности защиты от междуфазных КЗ недостаточно, следует принять следующие меры:
- уточнить значение Iс.о с учетом влияния сопротивления внешней сети на пусковой ток электродвигателя;
- выбрать другой тип АВ;
- увеличить сечение кабеля на одну, две ступени, но не больше;
- применить выносную релейную защиту.
При недостаточной чувствительности защиты от однофазных КЗ, следует принять следующие меры:
- применить кабель другой конструкции с нулевой жилой, алюминиевой оболочкой;
- проложить дополнительные зануляющие металлические связи;
- применить АВ со встроенной защитой от однофазных КЗ;
- применить выносную релейную защиту от однофазных КЗ, ток срабатывания данной защиты принимается 0,5-1*Iном.дв. Коэффициент чувствительности kч > 1,5, согласно ПУЭ 7-издание;
Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя
Для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки, то есть от повреждений, вызываемых длительным протеканием тока превышающего номинальный, нужно использовать тепловые и электромагнитные (комбинированные) расцепители. Номинальный ток теплового расцепителя определяется по формуле [Л1. с 109]:
Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].
Таблица 6.2 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания защиты от перегрузки автоматических выключателей
| А3700; АЕ20 | Тепловой | — | — | 1,15 | 1 | |
| А3110; АП50 | 1,25 | 1 | ||||
| ВА51; ВА52 | 1,2-1,35 | 1 | ||||
| АВМ | Электромагнитный | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 0,5-0,7 | |
| А3700 | Полупроводни- ковый | РП | 1,1 | 1,15-1,2 | 1,27-1,32 | 0,97-0,98 |
| “Электрон” | МТЗ-1, РМТ | 1,1 | 1,15-1,35 | 1,27-1,49 | 0,75 | |
| ВА | БПР | 1,1 | 1,08-1,2 | 1,19-1,32 | 0,97-0,98 |
Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:
Время срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия, что защита не будет срабатывать при пуске и самозапуске двигателя [Л1. с 112]:
Продолжительность пуска для двигателей с тяжёлыми условиями пуска, составляет более 5 – 10 сек, например для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых мельниц и т.д и для двигателей с лёгкими условиями пуска равным 0,5 – 2 с, например для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.
Проверка чувствительности при однофазных КЗ
Данную проверку нужно выполнять, если для отключения однофазных КЗ используется защита от перегрузки. В настоящее время ПУЭ 7-издание п. 1.7.79 предъявляет требования, чтобы время отключение выключателя тока однофазного КЗ не превышало 0,4 с.
Литература:
1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
Благодарность:
Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding».Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.
Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.
