Расчеты


kd150kv.org

Сайт о проблемах электроснабжения




Погода на завтра.

Каменка-Днепровская

Реклама



Расчеты

Статья рассчитана на тех, кто имеет познания в электротехнике в объеме средней школы и желает ознакомиться с применением электротехнических расчетов в некоторых случаях повседневной жизни. Отзывы и пожелания по добавлению других расчетов просьба писать в комментариях.

Содержание разделов:

  1. Расчет величины переменного электрического тока при однофазной нагрузке.
  2. Расчет величины постоянного электрического тока.
  3. Расчет величины переменного электрического тока при трехфазной нагрузке.
  4. Расчет тока в нейтральном проводе при неравномерной активной трехфазной нагрузке.
  5. Расчет мощности по счетчику.
  6. Выбор автоматического выключателя.
  7. Выбор проводов и кабелей до 0,4 кВ.

1. Расчет величины переменного электрического тока при однофазной нагрузке.

Предположим, что нас обычный дом или квартира в которой имеется электрическая сеть переменного тока напряжением 220 вольт.

В доме имеются электроприборы:

1. Для освещения дома установлены 5 электролампочек по 100 ватт каждая и 8 электролампочек мощностью 60 ватт каждая. 2. Электродуховка, мощностью 2 киловатта или 2000 ватт. 3. Телевизор, мощностью 0,1 киловатт или 100 ватт. 4. Холодильник, мощностью 0,3 киловатта или 300 ватт. 5. Стиральная машина мощностью 0,6 киловатт или 600 ватт. Нас интересует, какой ток будет протекать на вводе в наш дом или квартиру при одновременной работе всех вышеперечисленных электроприборов и не повредится ли наш электросчетчик, рассчитанный на ток 20 ампер?

Схема однофазной нагрузки

Расчет: 1, Определяем суммарную мощность всех приборов: 500 + 480 + 2000 + 100 + 300 + 600 = 3980 ватт 2. Ток, протекающий в проводе при такой мощности определяется по формуле:

Формула для расчета тока при однофазной нагрузке

где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в ваттах (Вт) U - напряжение в вольтах (В) cos φ - коэффициент мощности (для бытовых электросетей можно принять 0,95) Подставим числа в формулу: І = 3980 /220 * 0,95 = 19,04 А Вывод: Счетчик выдержит, так как ток в цепи меньше 20 А. Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока.

Вам следует ввести в соответствующие поля формы суммарное значения мощности в ваттах всех ваших электроприборов, напряжение в вольтах, обычно 220 и коэффициента мощности, 0,95 для бытовой нагрузки, нажать кнопку "Вычислить" и в поле "Ток" появится величина тока в амперах. Если у вас нагрузка в киловаттах, следует перевести ее в ватты, для чего умножить на 1000. Для очистки введенного значения мощности следует нажать кнопку "Очистить". Очистку введенных по умолчанию значений напряжения и косинуса следует произвести клавишей delete переместив курсор в соответствующую ячейку (при необходимости).

Форма расчета для определения тока при однофазной нагрузке.

Мощность, Вт
Напряжение, В
cos φ
Ток, А

Такой же расчет можно выполнить для торговой точки, гаража или любого объекта, имеющего однофазный ввод. А как быть, когда известен ток, который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?

Преобразуем формулу расчета тока в расчет мощности.

Формула для расчета мощности при однофазной нагрузке

Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить".

Форма расчета для определения мощности при однофазной нагрузке.

Ток, А
Напряжение, В
cos φ
Мощность, Вт

А какое значение cos φ для других токоприемников? (Внимание! Значения косинуса фи у Вашего оборудования могут отличаться от указанных): Лампы накаливания и электронагревательные приборы с нагревом сопротивлением (cosφ ≈ 1,0) Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cosφ ≈ 0,5) Выпрямительные электролизные установки (cosφ ≈ 0,6) Электродуговые печи (cosφ ≈ 0,6) Индукционные печи (cosφ ≈ 0,2-0,6) Водяные насосы (cosφ ≈ 0,8) Компрессоры (cosφ ≈ 0,7) Машины, станки (cosφ ≈ 0,5) Сварочные трансформаторы (cosφ ≈ 0,4) Лампы дневного света, подключенные через электромагнитный дроссель (cosφ ≈ 0,5-0,6)

2. Расчет величины постоянного электрического тока.

Постоянный ток для быта применяется в основном в электронных приборах, а также в бортовой электросети автомобиля. Допустим, вы решили установить дополнительную фару в автомобиле с лампой мощностью 60 ватт и подключить ее от фары ближнего света. И сразу же возникает вопрос - выдержит ли существующий предохранитель на 10 ампер для фары ближнего света при подключении еще одной фары?

Схема присоединения токоприемников постоянного тока

Расчет: Предположим, что мощность лампы фары ближнего света 65 ватт. Подсчитаем ток по формуле: Формула для расчета постоянного тока

где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в ваттах (Вт) U - напряжение в вольтах (В)

Как мы видим, в отличие от формулы для переменного тока - cos φ - здесь нет. Подставим числа в формулу: І = 65 /12 = 5,42 А 65 Вт - мощность лампы 12 В - напряжение в бортовой сети автомобиля 5,42 А - ток в цепи лампы. Мощность двух ламп в основной и дополнительной фарах составит 60+65 = 125 вт І = 125/12 = 10,42 А Вывод: При подключении 2-х фар, предохранитель, рассчитанный на 10 А может не выдержать, поэтому его желательно заменить на ближайший с большим током уставки.

Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока. Вам следует ввести в соответствующие поля формы суммарное значения мощности в ваттах всех ваших электроприборов, напряжение в вольтах, нажать кнопку "Вычислить" и в поле "Ток" появится величина тока в амперах. Для очистки следует нажать кнопку "Очистить". Форма расчета для определения постоянного тока.

Мощность, Вт
Напряжение, В
Ток, А

3. Расчет величины переменного электрического тока при трехфазной нагрузке.

Теперь предположим, что нас обычный дом или квартира в которой имеется электрическая сеть переменного тока напряжением 380/220 вольт. Почему указываются два напряжения - 380 В и 220 В? Дело в том, что при подключении к трехфазной сети в ваш дом заходят 4 провода - 3 фазы и нейтраль (по старому - ноль).

Так вот, напряжение между фазными проводами или иначе - линейное напряжение будет 380 В, а между любой из фаз и нейтралью или иначе фазное напряжение будет 220 В. Каждая из трех фаз имеет свое обозначение латинскими литерами А, В, С. Нейтраль обозначается латинской N.

Таким образом, между фазами А и В, А и С, В и С - будет напряжение 380 В. Между А и N, В и N, С и N будет 220 В и к этим проводам можно подключать электроприборы напряжением 220 В, а значит в доме может быть как трехфазная, так и однофазная нагрузка.

Чаще всего, есть и та и та и ее называют смешанной нагрузкой.

Для начала посчитаем ток при чисто трехфазной нагрузке.

В доме имеются трехфазные электроприборы:

1. Электродвигатель, мощностью 3 киловатта или 3000 ватт.

2. Электроводонагреватель, мощностью 15 киловатт или 15000 ватт.

Вообще-то трехфазные нагрузки принято считать в киловаттах, поэтому, если они записаны в ваттах, их следует разделить на 1000. Нас интересует, какой ток будет протекать на вводе в наш дом или квартиру при одновременной работе всех вышеперечисленных электроприборов и не повредится ли наш электросчетчик, рассчитанный на ток 20 ампер?

Схема трехфазной нагрузки

Расчет: Определяем суммарную мощность всех приборов: 3 кВт + 15 кВт = 18 кВт 2. Ток, протекающий в фазном проводе при такой мощности определяется по формуле:

formula_3f

где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в киловаттах (кВт) U - линейное напряжение, В cos φ - коэффициент мощности (для бытовых электросетей можно принять 0,95) Подставим числа в формулу: = 28,79 А

Вывод: Счетчик не выдержит, поэтому нужно заменить на ток не менее 30 А. Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока.

Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить".

Форма расчета для определения тока при трехфазной нагрузке.

Мощность, кВт
Напряжение, В
cos φ
Ток, А

А как быть, когда известен ток трехфазной нагрузки (одинаковый для каждой из фаз), который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?

Преобразуем формулу расчета тока в расчет мощности.

Формула расчета мощности для трехфазного тока

Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить".

Форма расчета для определения мощности при трехфазной нагрузке.

Ток, А
Напряжение, В
cos φ
Мощность, кВт

Теперь посчитаем ток при смешанной трехфазной и однофазной нагрузках.

Итак в дом заведены 3 фазы и электрик, производящий монтаж электропроводки должен стремиться к тому, чтобы фазы были нагружены равномерно, хотя так получается далеко не всегда.

В нашем доме получилось, к примеру, так: - фаза А и нейтраль с напряжением между ними, как мы уже знаем - 220 В заведены в гараж и скважину а также освещение двора, общая нагрузка - 12 лампочек по 100 ватт, электронасос 0,7 кВт или 700 ватт. - фаза В и нейтраль с напряжением между ними - 220 В заведены в дом, общая нагрузка 1800 ватт. - фаза С и нейтраль с напряжением между ними - 220 В заведены в летнюю кухню, общая нагрузка электропечки и ламп - 2,2 кВт.

Имеем однофазные нагрузки: по фазе А нагрузку 1900 ватт, по фазе В - 1800 ватт, по фазе С - 2200 ватт, суммарно по трем фазам 5,9 кВт. Кроме того, на схеме показаны и трехфазные нагрузки 3 кВт и 15 кВт, а значит общая мощность смешанной нагрузки составит 23,9 кВт.

Схема смешанной нагрузки

Вводим по очереди значения этих мощностей в форму расчета при однофазной нагрузке с напряжением 220 В и вычисляем токи.

Для фазы А будет - 9,09 А, для В - 8,61 А, для С - 10,53 А. Но у нас по проводам всех трех фаз уже проходит ток трехфазной нагрузки, поэтому, чтобы узнать суммарное значение тока в каждой из фаз, надо просто сложить токи трехфазной и однофазной нагрузок. Фаза А 28,79 А + 9,09 А = 37,88 А Фаза В 28,79 А + 8,61 = 37,40 А Фаза С 28,79 А + 10,53 = 39,32 А. Наибольший ток смешанной нагрузки в фазе С.

А как быть, когда известен ток смешанной трехфазной нагрузки (разный для каждой из фаз), который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?

В таком случае необходимо определить потребляемую мощность каждой из трех фаз по форме расчета для определения мощности при однофазной нагрузке и затем просто сложить эти мощности, что и даст нам общую мощность смешанной трехфазной нагрузки. Воспользовавшись примером для смешанной нагрузки, мы видим, что общий ток по фазе А составил 37,88 А, фазе В - 37,40 А, фазе С - 39,32 А.

По форме расчета для определения мощности при однофазной нагрузке определим потребляемые мощности каждой из фаз, не забывая переводить ватты в киловатты путем деления на тысячу. Фаза А - 7,9 кВт, фаза В - 7,8 кВт, фаза С - 8,2 кВт.

Сложим три мощности и получим 23,9 кВт - то же значение мощности, что и в примере.

 

4. Расчет тока в нейтральном проводе при неравномерной активной трехфазной нагрузке.

Схема с неравномерной трехфазной нагрузкой

Довольно часто возникает необходимость узнать величину тока в нейтральном (по-старому нулевом) проводе при неравномерной нагрузке в трехфазной сети. Существующие методы графический или математический очень неудобны.

Графический – из-за необходимости чертежных работ, а математический - по причине необходимости применения комплексных чисел и логарифмов.

Пришлось разработать простой порядок расчета в котором, для наглядности, показан графический метод, но сам расчет выполнен тригонометрическим методом.

Итак, посмотрим схему трехфазной сети на которой, в качестве примера, токи в фазах А, В и С равны 10, 30 и 20 А соответственно.

На векторной диаграмме слева мы видим векторы этих токов и добавленные вертикальную ось Y и горизонтальную ось Х. В правой части диаграммы показано сложение этих векторов путем переноса параллельно самим себе и присоединения начала следующего вектора к окончанию предыдущего.

Вектор тока в нейтральном проводе IN, полученный как результат сложения показан вместе со своими проекциями на ось Х - INX и ось Y - INY.

  Векторная диаграмма

Тригонометрический расчет мы начнем как раз с определения проекций тока в нейтральном проводе путем суммирования проекций токов фаз А, В и С на оси X и Y.

Так, проекцию тока фазы В на ось Х - I можно считать катетом, величина которого является произведением полного значения тока IB (гипотенузы) на косинус угла 300.

I = IB · cos300 , подставив значения – получим I = 30 · 0,866025 = 25,98

Проекцию тока фазы В на ось Y - IBY можно считать вторым катетом, величина которого является произведением полного значения тока IB (гипотенузы) на косинус угла 600, но при этом, глядя на векторную диаграмму, следует учесть, что эта проекция находится в области отрицательных значений оси Y, поэтому для получения отрицательного числа добавляем в формулу (-1).

IBY = IB · cos600 · (-1), подставив значения – получим IBY = 30 · 0,5 · (-1) = - 15.

Для фазы С все проекции находятся в области отрицательных значений и по аналогии с фазой В формулы расчета будут следующими:

ICX = IC · cos300 · (-1), подставив значения – получим ICX = 20 · 0,866025 · (-1) = - 17,32.

ICY = IC · cos600 · (-1), подставив значения – получим ICY = 20 · 0,5 · (-1) = - 10.

C фазой А совсем просто.

IAX = 0, IAY = 10.

Сложив все проекции по оси Х, мы получим Х – проекцию тока в нейтральном проводе, а по оси Y, его Y - проекцию.

INX = IAX + IBX + ICX = 0 + 25,9875 – 17,3205 = 8,66.

INY = IAY + IBY + ICY = 10 - 15 – 10 = -15.

Полное значение тока в нейтральном проводе вычисляем по теореме Пифагора как корень квадратный от суммы квадратов катетов INX и INY.

Формула

Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока в нейтральном проводе.

Чтобы произвести расчет необходимо ввести значения токов в фазах А, В, С и нажать кнопку "Вычислить".

IA - ток в фазе А, А
IB - ток в фазе В, А
IC - ток в фазе С, А
IAX - значение проекции тока фазы А на ось Х
IAY - значение проекции тока фазы А на ось Y
IBX - значение проекции тока фазы B на ось X
IBY - значение проекции тока фазы B на ось Y
ICX - значение проекции тока фазы C на ось X
ICY - значение проекции тока фазы C на ось Y
INX - cумма проекций по оси Х
INY - cумма проекций по оси Y
IN - величина тока в нейтральном проводе, А

В случае, если нам известны только мощности по каждой фазе, значения токов в фазе А,В и С можно узнать введя значения мощностей в форму расчета тока при однофазной нагрузки, которая размещена в начале статьи. При этом не забываем, что косинус фи для активной нагрузки равен единице.

Конечно, можно было бы разработать расчет в котором учитывались бы и реактивные нагрузки, но это привело бы к его значительному усложнению, да и к тому же подавляющая часть нагрузок в обычных сетях является активной, потому значащих отклонений реальных токов от полученных в данном расчете быть не должно.

5. Расчет мощности по счетчику.

Мы уже знаем как определить величину подключенной электрической мощности (нагрузки), если известны мощности каждого электроприбора или величина тока одно- или трехфазной нагрузки, измеренная амперметром или токоизмерительными клещами.

Но чаще всего бывает так, что табличек с указанием мощности на электроприборах нет, амперметров или токоизмерительных клещей тоже нет, а из измерительных приборов есть только электросчетчик.

Его-то нам и вполне достаточно, чтобы определить мощность, причем двумя методами. Но, для начала, вспомним, что такое электроэнергия, которую считает счетчик. Если подключить электроприбор мощностью 1 кВт на 1 час, то счетчик посчитает 1 кВт.час, то есть 1 киловатт умноженный на 1 час. Соответственно при нагрузке 0,5 кВт за 2 часа получится тоже 1 кВт.ч., а при нагрузке 3 кВт за 4 часа получится потребленная электроэнергия - 12 кВт.ч. ну и так далее и тому подобное.

Итак, воспользуемся первым методом. Допустим, показание счетчика в 9 часов утра было 45684 а в 21 час вечера того же дня стало 45708. Разница между последним и первым показанием составила 24 кВт.ч. Таким образом, за 12 часов средняя потребляемая мощность была 24 кВт.ч : 12 часов = 2 кВт. Средней эта мощность является потому, что за это время обычно одни электроприборы включаются а другие выключаются.

Не имеет значения, по какому счетчику, трехфазному или однофазному, мы определили среднюю мощность. Но средние токи для для однофазной и трехфазной нагрузок будут разные, причем ток трехфазной нагрузки будет в 3 раза меньше.

Проверим токи нагрузок: по форме расчета для определения тока при однофазной нагрузке, - 9,57 А, а для трехфазной, при условии равномерного распределения нагрузки по фазам - по форме расчета для определения тока при трехфазной нагрузке - 3,2 А. К сожалению у этого способа тот недостаток, что приходится довольно долго ждать, пока показания счетчика изменятся. Поэтому по нему мы не можем определить кратковременное значение подключенной мощности.

К примеру, если необходимо определить мощность всех подключенных электроприборов, или одного наиболее мощного электроприбора, то не представляется целесообразным держать их включенными несколько часов подряд. Для такого случая лучше воспользоваться другим способом, когда для определения мощности достаточно нескольких десятков секунд или минуты.

Определение мощности по однофазному счетчику.

Однофазный счетчик НIК 2102-02. Постоянная счетчика 6400 имп./кВт.ч

Перед нами фотография однофазного электросчетчика. Обратим внимание на надпись на табличке счетчика: 6400 imp/kWh.Это постоянная счетчика, которая обозначает количество импульсов индикатора на 1 потребленный киловаттчас. На нашей фотографии это 6400 имп/кВтч. Черта под этой надписью показывает на индикатор, который периодически мигает при каждом поступающем на него импульсе.

Возьмем секундомер - такая функция есть во многих мобильных телефонах и посчитаем количество импульсов за двадцать секунд. Допустим, у нас получилось 30. Дальше рассуждаем так: в одном часе 3600 секунд, а значит за час было-бы 3600/20 х 30 = 5400 импульсов. Но если, согласно постоянной, счетчика 6400 импульсов - это 1 кВт.ч, то соответственно 5400/6400 х 1 = 0,844 кВт.ч за 1 час или потребляемая в течение времени замера - 20 секунд мощность составила 0,844 киловатта.

Все наши рассуждения короче можно выразить формулой:

Формула расчета мощности по счетчику

где Р - мощность (кВт), n - количество миганий индикатора на счетчике (шт),

А - постоянная счетчика (имп/кВт.ч)

t - время проведения замера (сек).

Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить". Форма расчета для определения мощности через счетчик.

n - количество миганий (шт)
A - постоянная счетчика (имп/кВт.ч)
t - время проведения замера (сек)
Мощность, кВт

Определение мощности по трехфазному счетчику.

Трехфазный счетчик НІК 2301 АП2. Постоянная счетчика 8000 имп/кВт.ч

Трехфазный счетчик определяет количество потребленной электроэнергии сразу по трем фазам, поэтому у него 3 индикатора на которые выводятся импульсы по каждой из фаз. Для фазы А - индикатор желтого цвета, фазы В - зеленого, фазы С - красного. Понятно, что мощность можно определять для каждой из фаз, подсчитывая импульсы за определенное время для каждого индикатора. Затем по формуле или форме расчета для определения мощности через однофазный счетчик подсчитываем потребляемую мощность в каждой фазе и суммируем все три мощности чтобы узнать общую мощность трехфазной нагрузки.

На фотографии трехфазного счетчика мы видим слева индикаторы импульсов, обозначенные вертикально расположенными буквами А, В, С - по наименованию фаз. Чуть выше написана постоянная счетчика - 8000 imp/kWh и слева от нее индикатор, определяющий количество импульсов сразу для трех фаз. Подсчитав импульсы на этом индикаторе, мы можем по той же формуле или форме расчета для определения мощности через счетчик сразу определить общую мощность трехфазной нагрузки.

Но, если в дальнейшем нас будут интересовать токи в каждой из фаз, а они при смешанной нагрузке разные, о чем мы писали в предыдущем разделе, то необходимо определять мощности каждой фазы, чтобы затем по наибольшему току выбирать оборудование и провода.

А как быть с индукционными счетчиками у которых только вращающийся диск а индикаторов нет?

Постоянная счетчика или ее еще называли передаточным числом - в индукционных счетчиках есть. В этом случае придется считать количество оборотов диска на 1 кВтч (лучше всего по метке на диске) за определенное время, а расчет мощности останется таким же. Правда, в трехфазных индукционных счетчиках диск только один, поэтому определить мощность для каждой из фаз мы не сможем, и придется подсчитывать только общую мощность всех трех фаз.

6. Выбор автоматического выключателя.

В разделах, описывающих расчет величины тока, мы ознакомились как определить величину тока при различных видах нагрузок. Зная величину тока для нашей конкретной нагрузки (мощности) а ваттах или киловаттах и определив по ней величину тока, протекающего в нашей электрической цепи, мы легко можем определить, какое электрооборудование нам устанавливать. С одной стороны, надо знать какая величина тока не вызовет его повреждения, а с другой стороны – надо руководствоваться экономической целесообразностью и не устанавливать дорогое оборудование, рассчитанное на большие токи. А в случае с автоматическими выключателями еще и надо их выбирать так, чтобы была обеспечена защита от перегрузки и короткого замыкания в нашей электрической цепи.

Для начала узнаем, для чего предназначен автоматический выключатель и ознакомимся с его устройством и характеристиками а затем на примерах выберем автоматические выключатели для однофазной и трехфазной нагрузок.

Предназначение.

Автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения. Главным отличием от плавкого предохранителя является возможность многократного использования.

Устройство.

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель конструктивно выполнен в диэлектрическом корпусе. Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, часто имеет крепление для монтажа на DIN-рейку.

Включение-отключение производится рычажком (1 на рисунке), провода подсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке и позволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив отвертку в петлю защелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов.

Выключение путем расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или магнитным через механизм свободного расцепления при перегрузках и коротких замыканиях, а в некоторых типах выключателей и при исчезновении напряжения в первичной цепи.

Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен не только для отключения автоматического выключателя но и для устранения его повторного включения без взвода механизма повторного отключения, который, после остывания биметаллической пластины, производится путем перемещения рычажка в положение 0 - отключено.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину (5), нагреваемую протекающим током. Биметаллическая пластина представляет собой ленту из двух металлических полос с разными коэффициентами теплового расширения. Две полосы не сплавлены между собой и обычно скреплены с одного конца пайкой или сваркой. Другие концы закреплены неподвижно. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока и может изменяться от секунд до часа. Настройка тока срабатывания производится в процессе изготовления регулировочным винтом (6).

В отличие от плавкого предохранителя, автоматический выключатель готов к следующему использованию после остывания пластины. Электромагнитный расцепитель (отсечка) - расцепитель мгновенного действия, представляет собой соленоид (7), подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога тока.

Характеристики.

1) Характеристика MA – отсутствие теплового расцепителя. На самом деле, он действительно не всегда бывает нужен. Например, защиту электродвигателей часто осуществляют при помощи максимально-токовых реле, а автомат в подобном случае нужен лишь для защиты от токов короткого замыкания.

2) Характеристика А. Тепловой расцепитель автомата этой характеристики может сработать уже при токе, составляющем 1,13 от номинального. При этом время до отключения составит более 1 часа. При токе 1,25 от номинального срабатывание должно произойти менее чем за 1 час. При токе, превышающем номинальный в два раза, в действие может вступить электромагнитный расцепитель, срабатывающий примерно за 0,05 секунды. Но если при двукратном превышении тока соленоид еще не сработает, то тепловой расцепитель по-прежнему остается «в игре», отключая нагрузку примерно через 20-30 секунд. При токе, превышающем номинальный в три раза, гарантированно срабатывает электромагнитный расцепитель за сотые доли секунды. Автоматические выключатели характеристики А устанавливаются в тех цепях, где кратковременные перегрузки не могут возникнуть в нормальном рабочем режиме. Примером могут служить цепи, содержащие устройства с полупроводниковыми элементами, способными выйти из строя при небольшом превышении тока.

3) Характеристика В. Характеристика этих автоматов отличается от характеристики А тем, что электромагнитный расцепитель может сработать только при токе, превышающем номинальный не в два, а в три и более раз. Время срабатывания соленоида составляет всего 0,015 секунды. Тепловой расцепитель при трехкратной перегрузке автомата В сработает через 4-5 секунд. Гарантированное срабатывание автомата происходит при пятикратной перегрузке для переменного тока и при нагрузке, превышающей номинальную в 7,5 раз в цепях постоянного тока. Автоматические выключатели характеристики В применяются в осветительных сетях, а также прочих сетях, в которых пусковое повышение тока либо невелико, либо отсутствует вовсе.

4) Характеристика С. Это самая известная характеристика для большинства электриков. Автоматы С отличаются еще большей перегрузочной способностью по сравнению с автоматами В и А. Так, минимальный ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата характеристики С составляет пятикратный номинальный ток. При этом же токе тепловой расцепитель срабатывает через 1,5 секунд, а гарантированное срабатывание электромагнитного расцепителя наступает при десятикратной перегрузке для переменного тока и при 15-тикратной перегрузке для цепей тока постоянного. Автоматические выключатели С рекомендуются к установке в сетях со смешанной нагрузкой, предполагающей умеренные пусковые токи, благодаря чему бытовые электрощиты содержат в своем составе именно автоматы этого типа.

5) Характеристика D – отличается очень большой перегрузочной способностью. Минимальный ток срабатывания электромагнитного соленоида этого автомата составляет десять номинальных токов, а тепловой расцепитель при этом может сработать за 0,4 секунды. Гарантированное срабатывание обеспечено при двадцатикратной перегрузке по току. Автоматические выключатели характеристики D предназначены, прежде всего, для подключения электродвигателей, имеющих большие пусковые токи.

6) Характеристика K отличается большим разбросом между максимальным током срабатывания соленоида в цепях переменного и постоянного тока. Минимальный ток перегрузки, при котором может сработать электромагнитный расцепитель, для этих автоматов составляет восемь номинальных токов, а гарантированный ток срабатывания той же защиты составляет 12 номинальных токов в цепи переменного тока и 18 номинальных токов в цепи постоянного тока. Время срабатывания электромагнитного расцепителя составляет до 0,02 секунды. Тепловой расцепитель автомата К может сработать при токе, превышающем номинальный всего в 1,05 раз. Из-за таких особенностей характеристики K эти автоматы применяют для подключения чисто индуктивной нагрузки.

7) Характеристика Z также имеет различия в токах гарантированного срабатывания электромагнитного расцепителя в цепях переменного и постоянного тока. Минимальный возможный ток срабатывания соленоида для этих автоматов составляет два номинальных, а гарантированный ток срабатывания электромагнитного расцепителя составляет три номинальных тока для цепей переменного тока и 4,5 номинальных тока для цепи постоянного тока. Тепловой расцепитель автоматов Z, как и у автоматов K, может срабатывать при токе в 1,05 от номинального.

Классификация.

1. По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока. Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи выключателя выбирают из ряда: 0,5; 1; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 250; 400; 630; 1 000; 1 600; 2 500; 4 000; 6 300 А.Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи для тепловых расцепителей: 1 500; 3 000; 3 200 А.

2. По конструкции: * АСВ - воздушный автоматический выключатель от 800 А до 6 300 А, * МССВ - выключатель в литом корпусе от 10 А до 2500 А , * МСВ - модульные автоматические выключатели от 0,5 А до 125 А.

3. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырёхполюсные.

4. По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.

5. По видам расцепителей: с максимальным тепловым расцепителем тока; с независимым расцепителем; с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.

6. По характеристике выдержки времени максимальных тепловых расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик.

7. По наличию свободных контактов («блок-контактов» для вторичных цепей): с контактами; без контактов.

8. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние — с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним).

9. По виду привода: с ручным; с двигательным; с пружинным.

10. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

Отключение.

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tс, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошёл установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tс, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tс, о < 0,005 с).

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путём установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

Очень часто абсолютно исправные автоматические выключатели начинают срабатывать в жару. Давайте попробуем разобраться, в чем же «фокус», почему так происходит. Сразу условимся, что автомат и подключенные приборы исправны, проводка тоже в порядке. Срабатывание происходит через какое-то время после повторного включения автомата.

Как известно, тепловая защита автоматического выключателя срабатывает меньше чем за 1 час, когда ток в линии достигает значения 1,25 · Iн, т.е. когда ток на 25 % превысит номинальный ток автомата. Причем время срабатывания будет меньше одного часа.

Для самого распространенного автомата 16А, устанавливаемого на розеточные группы, начальный ток при котором тепловой расцепитель может сработать меньше чем за 1 час будет 16 · 1,25=20 А.

Таким образом, если при подключенных приборах, через эту групповую линию протекает ток близкий к 16А, автоматический выключатель срабатывать не должен. Номинальный ток автоматического выключателя, указанный на его корпусе, приводится для температуры окружающей среды +30°С.

В каталогах производителей обычно указываются поправки к номинальному току, в зависимости от окружающей температуры. Вот таблица № 1 из каталога Hager:

Ін (А)

300С

35 0С

400С

450С

500С

550С

600С

0,5

0,5

0,47

0,45

0,4

0,38

-

-

1

1

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

2

2

1,9

1,7

1,6

1,5

1,4

1,3

3

3

2,8

2,5

2,4

2,3

2,1

1,9

4

4

3,7

3,5

3,3

3

2,8

2,5

6

6

5,6

5,3

5

4,6

4,2

3,8

10

10

9,4

8,8

8

7,5

7

6,4

16

16

15

14

13

12

11

10

20

20

18,5

17,5

16,5

15

14

13

25

25

23,5

22

20,5

19

17,5

16

32

32

30

28

26

24

22

20

40

40

37,5

35

33

30

28

25

50

50

47

44

41

38

35

32

63

63

59

55

51

48

44

40

Кроме того, на величину номинального тока автомата оказывают влияние установленные рядом другие автоматы. И если их много (а в современных электрощитах их обычно на одну DIN-реку устанавливается 12 шт.), да к тому же, если через большинство из них подключена нагрузка, то они могут существенно подогревать друг друга. Таблица 2 из того же каталога Hager:

Количество автоматических выключателей при числе полюсов 1, 2, 3 и 3 + N Коэффициент К
1 1,0
2..3 0,95
4..5 0,9
Больше или равно 6 0,85

Предположим, что температура в электрощите +45°С. В нем установлено 4 автомата с номиналом 16 А. Номинальный ток теплового расцепителя при этой температуре, согласно таблицы № 1 равен 13 А. Ток срабатывания теплового расцепителя для одиночного автомата 1,13 · 13 = 14,69 А. Теперь учтем рядом стоящие 4 автомата и для них применим, согласно таблицы 2 коэффициент 0,9 и посчитаем ток срабатывания 14,69 · 0,9 = 13,221 А.

Таким образом, автоматы будут срабатывать при токах, меньше от номинального 16 А, тогда как при 30°С одиночный автомат будет срабатывать при токе 16 · 1,13 = 18,08 А. Зимой и в межсезонье прохладней, порог срабатывания тепловой защиты выше, с приходом жары этот порог снижается.

Летом иногда встречаются такие ситуации, особенно в офисах, где к одной розеточной группе подключены компьютеры, оргтехника, кондиционеры, линии перегружены, к тому же электрощиты обычно установлены в холлах, где нет кондиционеров и плохо проветривается. Срабатывание автоматов в этих случаях довольно частое явление.

Выбор автоматического выключателя при однофазной нагрузке.

Схема подключения однофазной нагрузки.

Схема однофазной нагрузки с автоматом

Суммарная мощность 500 + 480 + 2000 + 100 + 300 + 1100 = 4480 Вт.

1. Определяем номинальный ток автоматического выключателя. По форме расчета для определения тока при однофазной нагрузке (для перехода на форму нажмите здесь) определяем ток I = 21,44 А. Выбираем ближайший больший ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя Iн = 25 А. Тепловой расцепитель автомата сработает при токе большем чем 25 · 1,13 = 28,25 А. Сравниваем этот ток с длительно допустимым током для нашего электросчетчика и делаем вывод, что счетчик необходимо поменять на более мощный с номинальным током больше 30 А. Также нужно подобрать провода, которые выдерживают больший длительно допустимый ток, но об этом в другом разделе.

2. Выбираем ток отсечки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Так как в нашей схеме есть электродвигатели холодильника и кондиционера то надо учесть, чтобы отсечка не срабатывала при пиковой нагрузке, когда включается наиболее мощный электродвигатель при всех включенных токоприемниках. Суммарная мощность без наиболее мощного электродвигателя кондиционера равна 3380 Вт, ток 16,17 А. Номинальный ток электродвигателя кондиционера мощностью 1100 Вт - 5,26 А. Пусковой ток электродвигателя в несколько раз больше номинального, допустим, для нашего кондиционера в 7 раз. Iп = 7 · 5,26 = 36,82 А. Пиковый ток 16,17 А + 36,82 А = 53,56 А.

Посмотрим на характеристики автоматических выключателей. Нам важно, чтобы кратность тока отсечки была больше пикового тока. Автоматические выключатели с характеристикой «МА» нам не подходят, поскольку нам нужна защита от перегрузки. Характеристика «А», предусматривающая срабатывание электромагнитного расцепителя при двухкратном токе отсечки от номинального тоже не годится, поскольку Iн = 25 А, значит отсечка сработает уже при Iэр = 2 · Iн = 50 А, наш пиковый ток 53,56 А, то есть при каждом включении кондиционера автомат будет отключаться. А вот выключатели с характеристикой «В» у которых гарантированный ток срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 5 · Iн = 125 А и «С» с гарантированным током срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 10 · Iн = 250 А нам вполне подойдут.

3. Выбираем номинальный ток автоматического выключателя по параметрам короткого замыкания. Теперь нам нужно проверить, будет ли срабатывать выбранный автоматический выключатель при коротком замыкании. Дело в том, что в реальной жизни мы часто имеем дело с сопротивлением электрическому току в проводах электрической цепи, контактах, соединениях проводов и т.п. Суммарно эти сопротивления могут достигать такой величины, что, по закону Ома, ток в цепи, даже при коротком замыкании в конце цепи, может быть меньше тока срабатывания электромагнитного расцепителя.

Для определения реального тока короткого замыкания потребуются лабораторные работы по проверке сопротивления цепи (петли) «фаза-нейтраль», (по старому «фаза-ноль») которые необходимо проводить во всех электроустановках в предусмотренные действующими правилами сроки. В протоколе проверки должно быть указано значение сопротивления цепи «фаза-нейтраль» и измеренное (расчетное) значение тока однофазного короткого замыкания.

Допустим, для нашей цепи это сопротивление составило 0,2 Ом, ток короткого замыкания 1100 А. Выбранный нами автомат с характеристикой «В» – пятикратный ток отсечки 25 · 5 = 125 А надежно сработает при токе короткого замыкания и отключит цепь менее чем за 0,1 сек. То же самое будет и для автомата с характеристикой «С» – 25 · 10 = 250 А, так как ток короткого замыкания значительно больше. Если же сопротивление цепи «фаза-нейтраль» будет 2 Ом, при этом ток короткого замыкания составит 110 А, то электромагнитный расцепитель автоматического выключателя с характеристикой «В» сработает при трехкратном номинальном токе 25 А, что составляет 75 А через 4 - 5 сек, а для гарантированного срабатывания необходим ток не менее 5 Iн что составляет 125 А.

Электромагнитный расцепитель автомата с характеристикой «С» вообще не сработает и, в таком случае, автомат может сработать через несколько секунд от теплового расцепителя, но за эти несколько секунд возможен перегрев проводов или контактных соединений и, как следствие, пожар. При таком большом сопротивлении следует поменять существующие провода на провода большего сечения, проверить контактные соединения или же уменьшить нагрузку и, следовательно, номинальный ток автоматического выключателя.

Расчет номинального тока автоматического выключателя Iн по параметрам короткого замыкания производят по формуле:

Формула номинального тока автомата по параметрам КЗ

где U – напряжение сети (220/380 В);

R – полное сопротивление цепи (петли) «фаза-нейтраль»

k – поправочный коэффициент для автоматических выключателей: - характеристики «В», k = 5; - характеристики «C», k = 10; - характеристики «D», k = 50;

Форма расчета для определения тока электромагнитного расцепителя по параметрам короткого замыкания.

U - напряжение сети (В)
R - сопротивление цепи "фаза-нейтраль" (Ом)
k - поправочный коэффициент
Номинальный ток, А

Примеры номинальной мощности и пусковых токов для бытовой техники.

Тип техники Номинальная мощность, Вт Продолжительность пусковых токов, с Коэффициент во время начала работы
Холодильник 250–350 4 3
Стиральная машина 2500 1–3 3-5
Микроволновая печь 1600 2
Кондиционер 2500–3000 1–3 3-5
Пылесос 1500 2 1.2–1.5
Кухонный комбайн 1500–2000 2–4 7
Посудомоечная машина 2200 1–3 3
Погружные и глубинные насосы 500–1000 2 3–7
Циркуляционные насосы 80–100 1–7 2–4
Лампа накаливания 100 0,15 5–7

Выбор автоматического выключателя при трехфазной нагрузке.

Схема подключения трехфазной нагрузки.

Схема трехфазной нагрузки с автоматом

Суммарная мощность 3 + 15 = 18 кВт.

1. Определяем номинальный ток автоматического выключателя. По форме расчета для определения тока при трехфазной нагрузке (для перехода на форму нажмите здесь) определяем ток I = 28,79 А. Выбираем ближайший больший ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя Iн = 32 А. Тепловой расцепитель автомата сработает при токе большем чем 32 · 1,13 = 36,16 А.

2. Выбираем ток отсечки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Мощность электродвигатели в нашей схеме составляет 3 кВт и надо рассчитать ток отсечки таким образом, чтобы она не срабатывала при пиковой нагрузке, когда включается электродвигатель при включенном водонагревателе.

Номинальный ток электродвигателя мощностью 3 кВт рассчитаем по форме расчета для определения тока при трехфазной нагрузке и получим - 5,7 А при cos φ=0,8. Пусковой ток электродвигателя в 7 раз больше номинального. Iп = 7 · 5,7 = 39,9 А.

Номинальный ток электроводонагревателя мощностью 15 кВт определим по этой же форме, подставив значение cos φ=1. Он равен 22,79 А. Пиковый ток будет равен сумме пускового тока электродвигателя и номинального тока электроводонагревателя. 39,9 + 22,79 = 62,69 А.

Посмотрим на характеристики автоматических выключателей. Нам важно, чтобы кратность тока отсечки была больше пикового тока. Выбираем выключатели с характеристикой «В» у которых гарантированный ток срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 5 · Iн = 160 А и «С» с гарантированным током срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 10 · Iн = 320 А нам вполне подойдут и во время пуска электродвигателя срабатывать не будут.

3.Выбираем номинальный ток автоматического выключателя по параметрам короткого замыкания. Подставив в форму расчета для определения тока электромагнитного расцепителя по параметрам короткого замыкания значения фазного напряжения U = 220 B, сопротивления цепи «фаза-нейтраль» R = 0,05 Ом и коэффициента k = 10 для выключателя с характеристикой «С», получим максимально допустимый ток электромагнитного расцепителя равный 440 А, что значительно больше номинального тока 32 А нашего выключателя а, следовательно, он надежно отключит цепь тока при коротком замыкании.

Выбор автоматического выключателя при смешанной нагрузке.

Воспользуемся примером для определения токов в фазах при смешанной нагрузке. Схема осталась такой же, только в нее добавлен автоматический выключатель.

Схема смешанной нагрузки с автоматом

Самый большой ток в фазе С и он равен 39,32 А.

1. Определяем номинальный ток автоматического выключателя. Выбираем ближайший больший ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя Iн = 40 А. Тепловой расцепитель автомата сработает при токе большем чем 40 · 1,13 = 45,2 А.

2. Выбираем ток отсечки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Мощность электродвигатели в нашей схеме составляет 3 кВт и надо рассчитать ток отсечки таким образом, чтобы она не срабатывала при пиковой нагрузке, когда включается электродвигатель при включенном водонагревателе. Номинальный ток электродвигателя мощностью 3 кВт рассчитаем по форме расчета для определения тока при трехфазной нагрузке и получим - 5,7 А при cos φ=0,8. Пусковой ток электродвигателя в 7 раз больше номинального. Iп = 7 · 5,7 = 39,9 А. Пиковый ток в фазе С будет равен сумме номинальных токов всех токоприемников, за исключением электродвигателя, и пускового тока электродвигателя. 39,32 – 5,7 + 39,9 = 73,52 А.

Посмотрим на характеристики автоматических выключателей. Нам важно, чтобы кратность тока отсечки была больше пикового тока. Выбираем выключатели с характеристикой «В» у которых гарантированный ток срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 5 · Iн = 200 А и «С» с гарантированным током срабатывания электромагнитного расцепителя Iэр = 10 · Iн = 400 А нам вполне подойдут и во время пуска электродвигателя срабатывать не будут.

3. Выбираем номинальный ток автоматического выключателя по параметрам короткого замыкания.

Подставив в форму расчета для определения тока электромагнитного расцепителя по параметрам короткого замыкания значения фазного напряжения U = 220 B, сопротивления цепи «фаза-нейтраль» R = 0,05 Ом и коэффициента k = 10 для выключателя с характеристикой «С», получим максимально допустимый ток электромагнитного расцепителя равный 440 А, что значительно больше номинального тока 40 А нашего выключателя а, следовательно, он надежно отключит цепь тока при коротком замыкании.

Тем, кому интересно как подключать автоматический выключатель полезно посмотреть этот сайт.

7. Выбор проводов и кабелей до 0,4 кВ.

Зная потребляемую мощность или ток можно приступить к выбору провода или кабеля.

7.1. Выбор сечения по тепловым нагрузкам.

При выборе следует пользоваться таблицами раздела 1.3 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) в которых указаны длительно допустимые токи принятые для температур: жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С. Поправочные коэффициенты для других температур приведены в таблице 1.3.3. ПУЭ. При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нейтральный рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нейтральные защитные проводники в расчет не принимаются.

При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи для проводов должны приниматься с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7-9 и 0,6 для 10-12 проводников. Коэффициент запаса применяется для тока и является общим для расчета по тепловым нагрузкам и по потерям. 30% - рекомендуемое значение. Сечение выбирается для тока с запасом, все остальные расчеты ведутся по номинальному току.

Сечения жил провода, мм2  1,5  2,5 4,0 6,0 10,0 16,0 25,0 35,0 50,0 70,0 95,0 120,0
Соответствующий диаметр, мм 1,4 1,8 2,3 2,7 3,6 4,5 5,6 6,7 8,0 9,4 11,0 12,4

Давайте выберем сечение питающего провода или кабеля для нашего дома, схема присоединения трехфазных токоприемников при смешанной нагрузке приведена в разделе 3 « Расчет величины переменного электрического тока при трехфазной нагрузке». Ток в наиболее нагруженной фазе составляет 39,32 А. Если мы планируем проложить медный провод в пластмассовой изоляции, нам следует руководствоваться таблицей 1.3.4. ПУЭ. С учетом коэффициента запаса 30%, ток составит 51,12 А, а значит для открыто проложенного провода сечение должно составлять не менее 8 мм2 поскольку ближайшее большее значение тока равно 62 А.

Таблица 1.3.4. Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами (сокращено).

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток, А, для проводов, проложенных

открыто

в одной трубе

двух

одно-

жильных

трех

одно-

жильных

четырех

одно-

жильных

одного

двух-

жильного

одного

трех-

жильного

1,5

23

19

17

16

18

15

2,5

30

27

25

25

25

21

4

41

38

35

30

32

27

6

50

46

42

40

40

34

8

62

54

51

46

48

43

10

80

70

60

50

55

50

16

100

85

80

75

80

70

25

140

115

100

90

100

85

35

170

135

125

115

125

100

50

215

185

170

150

160

135

70

270

225

210

185

195

175

95

330

275

255

225

245

215

120

385

315

290

260

295

250

В случае провода с алюминиевыми жилами, согласно таблицы 1.3.5. должно быть выбрано сечение не менее 10 мм2 .

Таблица 1.3.5. Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами (сокращено).

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток А, для проводов, проложенных

открыто

в одной трубе

двух

одно-

жильных

трех

одно-

жильных

четырех

одно-

жильных

одного

двух-

жильного

одного

трех-

жильного

2,5

24

20

19

19

19

16

4

32

28

28

23

25

21

6

39

36

32

30

31

26

10

60

50

47

39

42

38

16

75

60

60

55

60

55

25

105

85

80

70

75

65

35

130

100

95

85

95

75

50

165

140

130

120

125

105

70

210

175

165

140

150

135

95

255

215

200

175

190

165

120

295

245

220

200

230

190

Если у нас медный провод или кабель в защитной оболочке, то придется смотреть в таблицу 1.3.6. а вот если жилы алюминиевые, то в таблицу 1.3.7.

Таблица 1.3.6. Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток, А, для проводов и кабелей

одножильных

двухжильных

трехжильных

при прокладке

в воздухе

в воздухе

в земле

в воздухе

в земле

1,5

23

19

33

19

27

2,5

30

27

44

25

38

4

41

38

55

35

49

6

50

50

70

42

60

10

80

70

105

55

90

16

100

90

135

75

115

25

140

115

175

95

150

35

170

140

210

120

180

50

215

175

265

145

225

70

270

215

320

180

275

95

325

260

385

220

330

120

385

300

445

260

385

Токи относятся к проводам и кабелям, как с нулевой жилой, так и без нее.

Таблица 1.3.7. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток, А, для проводов и кабелей

одножильных

двухжильных

трехжильных

при прокладке

в воздухе

в воздухе

в земле

в воздухе

в земле

2,5

23

21

34

19

29

4

31

29

42

27

38

6

38

38

55

32

46

10

60

55

80

42

70

16

75

70

105

60

90

25

105

90

135

75

115

35

130

105

160

90

140

50

165

135

205

110

175

70

210

165

245

140

210

95

250

200

295

170

255

120

295

230

340

200

295

Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 1.3.7, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92. В таблицах 1.3.8 – 1.3.11. ПУЭ приведены аналогичные данные для специфических кабелей и производств. Снижающие коэффициенты для проводов и кабелей, прокладываемых в коробах, даны в таблице 1.3.12.

При выборе самонесущих изолированных проводов (СИП) следует пользоваться таблицей допустимых токовых нагрузок этих проводов которая приведена в статье "СИП - характеристики" на странице блога. Расшифровку сокращений марок провода и кабеля можно посмотреть на этом сайте и в википендии. О популярных проводах и кабелях для жилого дома рассказывается на этом сайте.

7.2. Проверка выбранного сечения по потере напряжения.

Для начала по известной присоединенной мощности P = 3980 Вт, фазном напряжении Uф = 220 В и косинусе фи 0,95 нужно определить ток нагрузки. Не буду повторяться, поскольку мы это уже проходили в начале раздела 1. «Расчет величины переменного электрического тока при однофазной нагрузке». Кроме того, для выбора материала и сечения провода к току нагрузки необходимо прибавить коэффициент запаса 30% или, что, то же самое, умножить на 1,3. В нашем случае ток нагрузки равен 19,04 А. Коэффициент запаса 30% к току нагрузки 1,3 · Iн = 1,3 · 19,04 = 24,76 А.

Выбираем алюминиевый провод и по таблице 1.3.5 ПУЭ определяем ближайшее наибольшее сечение, которое будет равно 4 мм2 для открыто проложенных проводов при токе 32 А.

Для того чтобы пользователь мог подставлять свои значения ниже приведена форма расчета, состоящая из двух частей.

Форма расчета для определения потерь напряжения в двухпроводной однофазной или двухфазной сети.

Часть 1. Вычисляем ток нагрузки и ток с коэффициентом запаса 30% для выбора сечения провода.

Р - мощность, Вт
Uф - напряжение, В
cos φ
Ток, А
Iз - ток с 30% запасом, А

Но, при добавлении сопротивлений питающих проводов, ток должен быть немного меньше. Займемся определением значения тока, как с учетом сопротивлений питающих проводов Rл, так и сопротивления нагрузки Rн. Начнем с определения сопротивления нагрузки. Формула мощности для однофазной нагрузки P = Uф ·I· cos φ. Вместо значения тока подставим в формулу, согласно закону Ома, напряжение, деленное на сопротивление Uф / Rн. Получим P = Uф · (Uф / Rн) · cos φ или P = Uф2 · cos φ / Rн.

Для вычисления сопротивления нагрузки преобразуем формулу следующим образом: Rн = Uф2 · cos φ / P. Подставляем в формулу значения и получаем: Rн = (220 · 220 · 0,95) / 3980 = 11,55 ом.

Таблица 1. Удельное активное сопротивление кабелей и проводников при температуре 35o С. (ro, Ом/км)

Сечение жил, мм2 Медь Алюминий
1,5 13,3
2,5 8,0 13,2
4 5,0 8,3
6 3,2 5,5
10 2,0 3,3
16 1,25 2,06
25 0,8 1,32
35 0,57 0,95
50 0,4 0,66
70 0,28 0,47
95 0,21 0,35
120 0,167 0,276
150 0,133 0,22
185 0,108 0,179
240 0,084 0,137
300 0,061 0,1
400 0,046 0,077

Таблица 2. Удельное активное и реактивное сопротивление воздушных линий. (ro, xo, Ом/км)

Сечение провода мм2 Алюминий Сталеалюминий
Провод АС Провод АСУ, АСО
ro xo ro xo ro xo
16 1,96 0,39 2,06 0,411
25 1,27 0,377 1,38 0,398
35 0,91 0,366 0,85 0,385
50 0,63 0,355 0,65 0,374
70 0,45 0,345 0,46 0,364
95 0,33 0,333 0,33 0,353
120 0,27 0,327 0,37 0,347 0,27 0,4
150 0,21 0,319 0,21 0,34 0,21 0,4
185 0,17 0,311 0,17 0,393
240 0,13 0,304 0,13 0,384

Далее определим сопротивления одного и двух проводов. По таблице 2 удельное активное сопротивление выбранного нами алюминиевого провода сечением 4 мм2 составит ro = 8,3 ом/км. Допустим, длина провода L = 30 метров или 0,03 км. Cопротивление провода фазы вычисляем по формуле R = ro · L. Подставим значения и переведя километры в метры получим: Rл = (8,3 · 30)/1000 = 0,25 ом. Полное сопротивление провода нейтрали точно такое же, поскольку сечения и длины проводов одинаковы.

Следовательно, общее полное сопротивление питающих проводов (фаза-нейтраль) в два раза больше: 2·Rл = 2 · 0,25 = 0,5 ом. Общее сопротивление нагрузки и проводов Rн + 2 · Rл = 11,55 + 2 · 0,25 = 12,05 ом. Действительный ток в цепи с учетом сопротивлений проводов Iц = Uф / (Rн + 2·Rл ) , подставляем значения Iц = 220/12,05 = 18,26 А, что немножко меньше чем ток нагрузки 19,04 А который протекал бы в случае очень малого сопротивления питающих проводов. Кстати, во многих расчетах этим пренебрегают, но я считаю, что это не есть правильно.

Потери напряжения ΔU = Iц · 2·Rл подставим значения ΔU = 18,26 · 0,5 = 9,13 В, а значит в наш дом подается напряжение 220 – 9,13 = 210,87 В. В процентах Δ[%] = ΔU · 100 / U подставим значения Δ[%] = 9,13 · 100 / 220 = 4,15 % , что допускается ГОСТ 13109-97.

Продолжение формы расчета для определения потерь напряжения в двухпроводной однофазной или двухфазной сети.

Часть 2. Вводим длину линии и удельное сопротивление а затем вычисляем потери напряжения, но при этом следует учесть, что расчет будет правильным только при заполнении части 1 формы расчета.

L - длина линии, м
r0 - удельное активное сопротивление, ом
Rн - сопротивление нагрузки, ом
Rл - активное сопротивление провода, ом
2Rл - сопротивление 2-x проводов, ом
R - общее сопротивление нагрузки и проводов, ом
Iц - действительный ток в цепи, ом
ΔU - потери напряжения, В
Δ[%] - потери напряжения, %

Выводы:

1. Выбранный нами по тепловой нагрузке алюминиевый провод сечением 4 мм2 имеет довольно большое сопротивление и поэтому при выборе проводов да и кабелей следует руководствоваться еще и величиной падения напряжения в них.

2. Чтобы уменьшить потери напряжения следует изменить материал провода на медный или увеличить его сечение. От себя добавлю, что алюминиевый провод сечением 4 мм2 явно не подходит по условиям механической прочности, особенно при воздушном вводе в здание, которые выполняются алюминиевыми проводами сечением не менее 16 мм2 , или кабелями сечением не менее 10 мм2 . Применение, в качестве питающих, проводов из алюминия обусловлено тем, что воздушные линии в районах с одноэтажной застройкой, да и кабельные линии в городах по экономическим соображениям выполняются, как правило, из алюминия. Если питающие здание провода выполнять из меди, то возможно их интенсивное окисление в месте соединения с алюминиевыми проводами линии, вследствие чего могут возникнуть большие переходные сопротивления и даже разрыв цепи электрического тока. Внутри помещений рекомендуется применять только медные провода, поскольку они меньше подвержены коррозии, обладают лучшей проводимостью и механической прочностью, хотя и несколько дороже. Общепринятые сечения медных проводов для магистральной сети между ответвительными коробками – 4 или 2,5 мм2 , ответвления к розеткам - 2,5 мм2, ответвления к выключателям и светильникам – 1,5 мм2.

Примечание. Расчет потерь напряжения для двухпроводной сети «фаза-фаза» производится точно также, только напряжение будет 380 В.

Практический расчет для трехфазной сети.

В качестве примера приведем рассмотренную ранее схему подключения трехфазных токоприемников при смешанной нагрузке, с добавлением сопротивлений фазных проводов Rл. Для упрощения рядом нарисована схема замещения.

Схема трехфазной нагрузки и схема замещения

Потери напряжения в трехфазной сети определяются по каждой фазе отдельно. Понятно, что в случае равномерной нагрузки фаз потери будут одинаковы. Расчет потерь для каждой фазы будет таким же как и для однофазной нагрузки за одним исключением. Дело в том, что если нагрузки фаз будут незначительно отличаться одна от другой то ток в нейтральном проводе будет близок к нулю, а, следовательно, и потеря напряжения в этом проводе тоже, значит ею можно пренебречь.

На практике расчеты сводятся только к определению потерь напряжения в одном фазном проводе. Посмотрим на нашу схему и приступим к определению потери напряжения в наиболее нагруженной фазе С. Присоединенная мощности фазы С P = 8,2 кВт, фазное напряжении Uф = 220 В, косинус фи = 0,95. Определяем ток нагрузки в фазе С Iн = 39,23 А. Iз = 1,3 · Iн = 51 А. Выбираем в случае 3-х фаз три одножильных алюминиевых провода и по таблице 1.3.5 ПУЭ определяем ближайшее наибольшее сечение, которое будет равно 16 мм2 для при ближайшем большем токе 60 А. Для того чтобы пользователь мог подставлять свои значения ниже приведена форма расчета, состоящая из двух частей.












Форма расчета для определения потерь напряжения в трехфазной сети.

Часть 1. Вычисляем ток нагрузки и ток с коэффициентом запаса 30% для выбора сечения провода.

Р - мощность, кВт
Uф - напряжение, В
cos φ
Ток, А
Iз - ток с 30% запасом, А

Но, при добавлении сопротивления провода фазы, ток должен быть немного меньше. Займемся определением значения тока, как с учетом сопротивления провода фазы Rл, так и сопротивления нагрузки Rнс. Начнем с определения сопротивления нагрузки фазы С. Формула мощности для однофазной нагрузки P = Uф ·I· cos φ. Вместо значения тока подставим в формулу, согласно закону Ома, напряжение, деленное на сопротивление Uф / Rнс. Получим P = Uф · (Uф / Rнс) · cos φ или P = Uф2 · cos φ / Rнс. Для вычисления сопротивления нагрузки преобразуем формулу следующим образом: Rнс = Uф2 · cos φ / P. Подставляем в формулу значения не забывая о том, что здесь не ватты а киловатты и получаем: Rнс = (220 · 220 · 0,95) / (8,2 · 1000) = 5,61 ом.

Далее определим сопротивления одного провода фазы С. По таблице 2 удельное активное сопротивление выбранного нами алюминиевого провода сечением 16 мм2 составит r0 = 2,06 ом/км. Допустим, длина провода L = 25 метров или 0,025 км. Cопротивление провода фазы вычисляем по формуле R = ro · L. Подставим значения и переведя километры в метры получим: Rk = (2,06 · 25)/1000 = 0,05 ом. Общее сопротивление нагрузки и фазного провода Rн + Rл = 5,61 + 0,05 = 5,66 ом. Действительный ток в цепи с учетом сопротивления провода фазы Iц = Uф / (Rн + Rл ) , подставляем значения Iц = 220/5,66 = 38,87 А, что немножко меньше чем ток нагрузки 39,23 А который протекал бы в случае очень малого сопротивления провода фаэы. Кстати, во многих расчетах этим пренебрегают, но я считаю, что правильнее будет учитывать.

Потери напряжения ΔU = Iц · Rл подставим значения ΔU = 38,87 · 0,05 = 1,94 В, а значит в наш дом подается напряжение фазы С 220 – 1,94 = 218,06 В. В процентах Δ[%] = ΔU · 100 / U подставим значения Δ[%] = 1,94 · 100 / 220 = 0,88 % , что допускается ГОСТ 13109-97.

Продолжение формы расчета для определения потерь напряжения в трехфазной сети.

Часть 2. Вводим длину линии и удельное сопротивление а затем вычисляем потери напряжения, но при этом следует учесть, что расчет будет правильным только при заполнении части 1 формы расчета.

L - длина линии, м
r0 - удельное активное сопротивление, ом
Rн - сопротивление нагрузки, ом
Rл - сопротивление провода фазы, ом
R - общее сопротивление нагрузки и провода фазы, ом
Iц - действительный ток в цепи фазы, ом
ΔU - потери напряжения в фазе, В
Δ[%] - потери напряжения, %

Выполним расчеты для фаз А и В. Как видно на схеме, нагрузка фазы А - 7,9 кВт, фазы В - 7,8 кВт, сопротивления проводов всех фаз одинаковы. Введем поочередно в форму расчета определения потерь напряжения для трехфазной сети, часть 1 эти мощности, нажмем кнопку "Вычислить". Затем не очищая часть 1 формы, введем длину линии 25 м и удельное сопротивление нашего провода 2,06 ом, нажмем кнопку "Вычислить" и получим потери напряжения в фазе А - 1,87 В или 0,85% а в фазе В - 1,85 В или 0,84%.

Если статья оказалась для Вас полезной и Вы желаете отблагодарить автора материально, то такая возможность имеется. Достаточно перечислить любую сумму на карточку Приватбанка 5168 7572 3916 4553. Приветствуется также кликанье по рекламе в левой колонке сайта.

Просмотров: 1323

Комментарии к этой статье (25):

Комментарий добавил(а): сергей
Дата: 2016-01-14
Познавательная статья.

Комментарий добавил(а): Юрий Булыгин
Дата: 2016-01-29
Очень удобные таблички расчётов. Голову не ломая, вставил данные - получил результат. Спасибо!

Комментарий добавил(а): Владимир
Дата: 2016-03-20
Спасибо - всё понятно !

Комментарий добавил(а): Алексей
Дата: 2016-04-12
Супер!Хочу это exel файлом)...а то вдруг статью удалят

Комментарий добавил(а): Админ
Дата: 2016-04-17
Алексею! Можно и exel файлом на Вашу e-mail при условии оплаты 100 грн на карточку Приватбанка номер которой указан в конце этой статьи.

Комментарий добавил(а): александр юшко
Дата: 2016-06-28
просто супер сайт!

Комментарий добавил(а): александр
Дата: 2016-09-25
толковый сайт

Комментарий добавил(а): Жэкин
Дата: 2016-10-05
Можно ввести примечание: 1ф нагрузка включенная на фазные и линейные напряжения и распределенная по фазам равномерно (отличия по фазам не выше 15%) по отношению к общей нагрузке 3ф группе электро приемников, учитываются суммарной мощностью, в противном случае мощность принимается утроенной от наиболее загруженной фазы. Может ведь еще встретится подключение линейных нагрузок, тогда, например, считаться будет так: Ра=(Рав+Рас)/2 или если включен один приемник на линейное напряжение Р=корень(3)*Р1ф и тд.

Комментарий добавил(а): Владимир
Дата: 2016-11-08
Спасибо! Прекрасный сайт.

Комментарий добавил(а): Пётр
Дата: 2016-11-10
Спасибо, очень понятно и доходчиво. Информация помогла в деле.

Комментарий добавил(а): Михаил
Дата: 2016-11-17
Отличная статья

Комментарий добавил(а): Павел
Дата: 2016-11-20
Никогда не любил формулы,таблицы и т.п. А теперь не ломая голову вбил данные и все!Супер сайт.Спасибо.

Комментарий добавил(а): леонид
Дата: 2016-11-25
спасибо за сайт. Очень толково, без воды и понятно

Комментарий добавил(а): Максим
Дата: 2016-12-25
Уважаемый Евгений Михайлович! Благодарю за ваш труд! Прошу сообщить полные реквизиты вашего банковского счета. Россия. г. Челябинск.

Комментарий добавил(а): Сергей
Дата: 2017-01-27
Огромное Вам Спасибо за Ваш труд!!! С Уважением к Вам, Сергей!!!

Комментарий добавил(а): Юрий
Дата: 2017-02-04
Очень толково, кратко, грамотно и плноценный охват широко востребованных в данное время вопросов! Спасибо!

Комментарий добавил(а): Анатолий
Дата: 2017-02-28
Не плохо

Комментарий добавил(а): Юрий
Дата: 2017-03-10
Уважаемый автор! А можно ли получить этот материал скажем в pdf или doc форматах?...естественно не бесплатно!

Комментарий добавил(а): Автор
Дата: 2017-03-11
Юрию. В pdf или doc форматах не будут работать калькуляторы. Другое дело файл Excel в формате xls, где все отлично работает. Сумма - 100 грн, номер карточки приватбанка в конце этой статьи. E-mail: vlasenko_evgen@mail.ru . Перечислили, сообщили точное время перечисления в своем почтовом сообщении и получили ответ с приложенным файлом xls.

Комментарий добавил(а): СЕРГЕЙ
Дата: 2017-03-14
Добрый день. Прекрасная статья.Прошу помощи.У меня проблема.Подск.пож.есть ли смысл переподключить водонагреватель с тэна 4.5кВТ 220 вольт на 3-и тэна по 1.5кВТ 380воьт?

Комментарий добавил(а): Автор
Дата: 2017-03-14
Сергею. При переключении на 3 ТЭНа будут равномерно загружены все 3 фазы. Токи для 1 ТЭНа 4,5 кВт на 220 В и 3-х ТЭНов по 1,5 кВт можете подсчитать сами, воспользовавшись соответствующими формами расчета, приведенными в данной статье.

Комментарий добавил(а): Владимир
Дата: 2017-08-04
А где КПД при расчете 3-х фазного тока?

Комментарий добавил(а): Владимир
Дата: 2017-08-11
Отлично!

Комментарий добавил(а): Николай
Дата: 2017-10-29
Спасибо автору.Четко,грамотно,доступно,полезно.

Комментарий добавил(а): Радик
Дата: 2017-11-04
Молодец

Оставить комментарий

Введите сумму чисел: