Расчет тока теплового расцепителя автоматического выключателя

Правильный расчёт номинала для автомата по мощности тока

Для того, чтобы установить в сеть выключатели автоматического типа, способные обеспечить надёжную защиту, необходимо правильно рассчитать номиналы автоматов. Такие вычисления проводятся не только на этапе проектирования новых сетей. Они могут понадобиться и при создании дополнительных линий или коммутации мощных приборов. Разберёмся более подробно, как все правильно сделать.

Работа и сферы использования автоматов

Достаточно часто, пользователи игнорируют выбор автомата по мощности нагрузки и приобретают устройства защиты руководствуясь одним из следующих критериев:

дешевизна устройства;
изрядная мощность.

Этот подход обуславливается нежеланием произвести расчёт автомата по мощности устройств, входящих в состав коммуникаций, в конечном итоге, приводит к авариям. Приходят в негодность дорогостоящие бытовые приборы, в сети происходят замыкания или возникает пожароопасная обстановка.

Современные выключатели для отключения питания в автоматическом режиме, защищают электрическую сеть с двух направлений:

теплового воздействия;
электромагнитного скача.

Такое техническое решение предохраняет силовые линии и подключённые приборы от длительного воздействия тока, выходящего за рамки номинальных значений. Также, автоматы защищают электрические коммуникации и устройства от замыканий.

Для защиты от тока критической мощности и высокой температуры, в автоматы устанавливаются специальные пластины биметаллического типа, изготавливаемые из двух различных металлов. Если на элемент оказывается воздействие током мощностью выше расчётного номинала, то пластина становится гибкой. За счёт этого осуществляется давление на контур отключения, и происходит срабатывание автомата.

Электромагнитная защита в таких выключателях реализована на основе соленоида, имеющего сердечник, сдвигающегося в сторону отключения при пропускании через него сверх токов, возникающих при замыканиях. Это обеспечивает быстрое срабатывание автоматики при критических скачках напряжения в коммуникациях и гарантировать сохранность подключённой периферии.

Такие выключатели широко распространены и применяются в бытовых сетях, а также на производстве. Везде где есть электрические коммуникации, установка этих устройств необходима, поскольку их основное назначение – обеспечение безопасной эксплуатации электротехнического оборудования.

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.

Для облегчения вычислений мы приводим таблицу типовых значений для проводников из меди и алюминия. В таблице также учитываются и способы прокладки проводки, от них во многом зависит окончательное сечение проводников.

Источник

Расчет характеристик автоматического выключателя

Во-первых, определим токи уставки теплового и электромагнитного расцепителей. Напомню, что тепловой расцепитель автомата защищает элект роустановку от длительной перегрузки по току. Ток уставки теплового расцепителя принимается на 15. 20% больше рабочего тока:

I Т.Р .=(1,15. 1,2 ) • I Р , где I Р — рабочий ток электроустановки, А.

Электромагнитный расцепитель автомата защищает электроустановку от коротких замыканий. Ток уставки электромагнитного расцепителя определяется из следующих соображений: автомат не должен срабатывать от пусковых токов двигателя электроустановки I пуск.дв , срабатывания электромагнитного расцепителя 1 Э мр выбирается кратным току срабаты вания теплового расцепителя:

где К — 4,5. 10 — коэффициент кратности тока срабатывания электромаг нитного расцепителя.

Во-вторых, выбранный автоматический выключатель проверяется по отключающей способности.

Автоматы с номинальным током до 100 А должны срабатывать при условии:

I эмр = К • I о.к.з.

где 1 о.к.з . — ток однофазного короткого замыкания.

Автоматы с номинальным током более 100 А должны срабатывать при:

I эмр = 1,26 • I о.к.з .

В-третьих, выбранный автоматический выключатель проверяется по чувствительности.

Чувствительность автомата, имеющего только тепловой расцепитель, определяется соотношением:

I t . p . = 3 • I о.к.з

Отключающая способность автомата с электромагнитным расцепителем определяется величиной тока трехфазного короткого замыкания:

I эмр откл = 1,26 • I т.к.з

Смотрите описание проверка автоматических выключателей у нас на сайте

Источник

Выбор автоматических выключателей для дома. Как выбрать автоматический выключатель

Где и как применяются автоматические выключатели

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и токов короткого замыкания. За счет надежности и простоты подключения они получили широкое распространение в бытовых электросетях.

Автоматы для защиты электросети

Автоматы присутствуют практически в каждом квартирном электрощите. Не реже они встречаются в щитах защиты промышленного оборудования, электрических двигателей и различных передвижных установках.

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. Об этом параметре речь пойдет ниже. 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.

Автоматические выключатели для бытовых сетей

Электроснабжающие организации осуществляют подключение домов и квартир, выполняя работы по подведению кабеля к распредщиту. Все мероприятия по монтажу разводки в помещении выполняют его владельцы, либо нанятые специалисты.

Чтобы подобрать автомат для защиты каждой отдельной цепи необходимо знать его номинал, класс и некоторые другие характеристики.

Основные параметры и классификация

Бытовые автоматы устанавливают на входе в низковольтную электрическую цепь и предназначены они для решения следующих задач:

ручное или электронное включение или обесточивание электрической цепи;
защита цепи: отключение тока при незначительной длительной перегрузке;
защита цепи: мгновенное отключение тока при коротком замыкании.

Каждый выключатель имеет характеристику, выраженную в амперах, которую называют номинальная сила тока (In) или “номинал”.

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала:

K = I / In,

где I – реальная сила тока.

K 1.45: отключение произойдет в течение 1 часа.

Эти параметры зафиксированы в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы узнать за какое время произойдет отключение при K>1.45 нужно воспользоваться графиком, отражающим времятоковую характеристику конкретной модели автомата.

При длительном превышении током значения номинала выключателя в 2 раза, размыкание произойдет за период от 8 секунд до 4-х минут. Скорость срабатывания зависит от настройки модели и температуры среды

Также у каждого типа автоматического выключателя определен диапазон тока (Ia), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепления:

класс “B”: Ia = (3 * In .. 5 * In];
класс “C”: Ia = (5 * In .. 10 * In];
класс “D”: Ia = (10 * In .. 20 * In].

Устройства типа “B” применяют в основном для линий, которые имеют значительную длину. В жилых и офисных помещениях используют автоматы класса “С”, а приборы с маркировкой “D” защищают цепи, где есть оборудование с большим пусковым коэффициентом тока.

Стандартная линейка бытовых автоматов включает в себя устройства с номиналами в 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Конструктивное устройство расцепителей

В современном автоматическом выключателе присутствуют два вида расцепителей: тепловой и электромагнитный.

Биметаллический расцепитель имеет форму пластины, созданной из двух токопроводящих металлов с различным тепловым расширением. Такая конструкция при длительном превышении номинала приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма размыкания цепи.

У некоторых автоматов с помощью регулировочного винта можно изменить параметры тока, при котором происходит отключение. Раньше этот прием часто применяли для “точной” настройки устройства, однако эта процедура требует углубленных специализированных знаний и проведения нескольких тестов.

Вращением регулировочного винта (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки можно добиться большего времени срабатывания теплового расцепителя

Сейчас на рынке можно найти множество моделей стандартных номиналов от разных производителей, у которых времятоковые характеристики немного отличаются (но при этом соответствуют нормативным требованиям). Поэтому есть возможность подобрать автомат с нужными “заводскими” настройками, что исключает риск неправильной калибровки.

Электромагнитный расцепитель предотвращает перегрев линии в результате короткого замыкания. Он реагирует практически мгновенно, но при этом значение силы тока должно в разы превышать номинал. Конструктивно эта деталь представляет собой соленоид. Сверхток генерирует магнитное поле, которое сдвигает сердечник, размыкающий цепь.

Соблюдение принципов селективности

При наличии разветвленной электрической цепи можно организовать защиту таким образом, чтобы при коротком замыкании произошло отключение только той ветви, на которой возникла аварийная ситуация. Для этого применяют принцип селективности выключателей.

Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматических выключателей с реализованной функцией селективности (выборочности) срабатывания при возникновении короткого замыкания

Для обеспечения выборочного отключения на нижних ступенях устанавливают автоматы с мгновенной отсечкой, размыкающие цепь за 0.02 – 0.2 секунды. Выключатель, размещенный на вышестоящей ступени, или имеет выдержку по срабатыванию в 0.25 – 0.6 с или выполнен по специальной “селективной” схеме в соответствии со стандартом DIN VDE 0641-21.

Для гарантированного обеспечения селективной работы автоматов лучше использовать автоматы от одного производителя. Для выключателей единого модельного ряда существуют таблицы селективности, которые указывают возможные комбинации.

Простейшие правила установки

Участок цепи, который необходимо защитить выключателем может быть одно- или трехфазным, иметь нейтраль, а также провод PE (“земля”). Поэтому автоматы имеют от 1 до 4 полюсов, к которым подводят токопроводящую жилу. При создании условий для расцепления происходит одновременное отключение всех контактов.

Автоматы в щитке крепят на специально отведенную для этого DIN-рейку. Она обеспечивает компактность и безопасность подключения, а также удобный доступ к выключателю

Автоматы устанавливают следующим образом:

однополюсные на фазу;
двухполюсные на фазу и нейтраль;
трехполюсные на 3 фазы;
четырехполюсные на 3 фазы и нейтраль.

При этом запрещено делать следующее:

устанавливать однополюсные автоматы на нейтраль;
заводить в автомат провод PE;
устанавливать вместо одного трехполюсного автомата три однополюсных, если в цепь подключен хотя бы один трехфазный потребитель.

Все эти требования прописаны в ПУЭ и их необходимо соблюдать.

В каждом доме или помещении, к которому подведено электричество, устанавливают вводной автомат. Его номинал определяет поставщик и это значение прописано в договоре на подключение электроэнергии. Предназначение такого выключателя – защита участка от трансформатора до потребителя.

После вводного автомата к линии подключают счетчик (одно- или трехфазный) и устройство защитного отключения, функции которого отличаются от работы автоматического и дифференциального выключателя.

Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным автоматом, мощность которого указана в маркировке. Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.

Счетчик электроэнергии и автоматические выключатели устанавливают в распределительном щите, который отвечает всем требованиям безопасности и легко может быть вписан в интерьер помещения

При выборе места для размещения распределительного щита необходимо помнить, что на свойства теплового расцепителя влияет температура воздуха. Поэтому желательно располагать рейку с автоматами внутри самого помещения.

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)

Ip – сила номинального тока, которую применяют в расчетах нагрузки;
I – сила потребляемого прибором тока;
cos (f) 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

Расчет номинала выключателя для защиты кабеля

Устанавливаемый в щитке автомат должен обеспечить отключение линии при выходе мощности тока за пределы диапазона, разрешенного для электрического кабеля. Поэтому для выключателя необходимо провести расчет максимально допустимого номинала.

По ПУЭ допустимую длительную нагрузку проложенных в коробах или по воздуху (например, над натяжным потолком) медных кабелей, берут из приведенной выше таблицы. Эти значения предназначены для аварийных случаев, когда идет перегрузка по мощности.

Некоторые проблемы начинаются при соотнесении номинальной мощности выключателя длительному допустимому току, если это делать в соответствии с действующим ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

Приведен фрагмент п. 433.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012. В формуле “2” допущена неточность, а для правильного понимания определения переменной In нужно учесть Приложение “1”

Во-первых, в заблуждение вводит расшифровка переменной In, как номинальной мощности, если не обратить внимания на Приложение “1” к этому пункту ГОСТа. Во-вторых, в формуле “2” существует опечатка: коэффициент 1,45 добавлен неправильно и этот факт констатируют многие специалисты.

Согласно п. 8.6.2.1. ГОСТ Р 50345-2010 для бытовых выключателей с номиналом до 63 A условное время равно 1 часу. Установленный ток расцепления равен значению номинала, умноженного на коэффициент 1,45.

Таким образом, согласно и первой и измененной второй формулам номинальная сила тока выключателя должна рассчитываться по следующей формуле:

In Какая стандартная линейка автоматических выключателей по току

По ПУЭ в каждом аппарате есть надпись, которая указывает на номинальное значение электрической энергии. Чтобы получить такую информацию, нужно просто рассмотреть корпус устройства. На нем есть буква и число. Всего для маркировки используются обычно три буквы — В, С и D. Числа обозначают количество заряда. Буква показывает временную характеристику или период, за который срабатывает прибор.

Маркировка оборудования

Для дома используются аппараты с первыми двумя буквами. В промышленности нужны защитные устройства D. Также применяются более мощные агрегаты, обозначенные буквами L, Z и K. У них номинальные значения выше, чем в бытовых, квартирных устройствах.

Стандартная линейка включает в себя мини-автоматы, воздушные автоматы, закрытые выключатели, устройства защитного отключения и дифференциальные автоматы.

Обратите внимание! В маркировке указываются также серия, рабочее напряжение, полюса и отключающая способность.

Источник