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

Что это такое?

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

При протекании Iн соблюдаются два условия:

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

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

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

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

Помимо приведенных в нормативном документе значений, допускается использовать:

для трансформаторов: 15, 30, 60, 75, 120 А и кратные им;
для существующих устройств (по договоренности между заказчиком и изготовителем): 1400, 2240 А;
для преобразователей и трансформаторов для них (также по договоренности между изготовителем и заказчиком): 37,5, 75 и 150 кА.

Значения Iн стандартизированы и прописаны в ГОСТ 6827-76.

Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Icu или Icn)

Отключающая способность низковольтного автоматического выключателя связана с коэффициентом мощности (cos φ) поврежденного участка цепи. В ряде стандартов приводятся типовые значения такого соотношения.

Отключающая способность автоматического выключателя – максимальный (ожидаемый) ток, который данный автоматический выключатель способен отключить и остаться в работоспособном состоянии. Упоминаемая в стандартах величина тока представляет собой действующее значение периодической составляющей тока замыкания, т.е. при расчете этой стандартной величины предполагается, что апериодическая составляющая тока в переходном процессе (которая всегда присутствует в наихудшем возможном случае короткого замыкания) равна нулю. Эта номинальная величина (Icu) для промышленных автоматических выключателей и (Icn) для бытовых автоматических выключателей обычно указывается в кА.

Icu (номинальная предельная отключающая способность) и Ics (номинальная эксплуатационная отключающая способность) определены в стандарте МЭК 60947-2 вместе с соотношением Ics и Icu для различных категорий использования A (мгновенное отключение) и B (отключение с выдержкой времени), рассмотренных в подразделе Другие характеристики автоматического выключателя.

Проверки для подтверждения номинальных отключающих способностей автоматических выключателей регламентируются стандартами и включают в себя:

коммутационные циклы, состоящие из последовательности операций, т.е. включения и отключения при коротком замыкании;
фазовый сдвиг между током и напряжением. Когда ток в цепи находится в фазе с напряжением питания (cos φ = 1), отключение тока осуществить легче, чем при любом другом коэффициенте мощности. Гораздо труднее осуществлять отключение тока при низких отстающих величинах cos φ,при этом отключение тока в цепи с нулевым коэффициентом мощности является самым трудным случаем.

Принцип определения

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

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

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

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

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей

Введение

Как известно автоматические выключатели могут иметь следующие виды расцепителей обеспечивающих защиту электрической цепи от сверхтоков: электромагнитный — защищающий сеть от коротких замыканий, тепловой — обеспечивающий защиту от токов перегрузки и комбинированный представляющий собой совокупность электромагнитного и теплового расцепителя (подробнее читайте статью «автоматические выключатели«).

Примечание: Современные автоматические выключатели предназначенные для защиты электрических сетей до 1000 Вольт имеют, как правило, комбинированные расцепители.

Расцепители автоматических выключателей — это исполнительные механизмы которые обеспечивают отключение (расцепление) электрической цепи при возникновении в ней тока выше допустимого, причем чем больше это превышение тем быстрее должно произойти расцепление.

Зависимость времени расцепления автоматического выключателя от величины проходящего через него тока и называется время-токовой характеристикой или сокращенно — ВТХ.

Условия и значения ВТХ

ВТХ автоматов определяются следующими значениями:

1) Ток мгновенного расцепления — минимальное значение тока, вызывающее автоматическое срабатывание выключателя без преднамеренной выдержки времени. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.17)

Примечание: срабатывание без преднамеренной выдержки времени обеспечивается электромагнитным расцепителем автомата.

Ток мгновенного расцепления определяется так называемой «характеристикой расцепления» или как ее еще называют — характеристика срабатывания.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 существуют следующие типы характеристик срабатывания автоматических выключателей:

Примечание: существуют так же и другие, нестандартные типы характеристик, о них мы говорили в статье «автоматические выключатели«.

Как видно из таблицы выше ток мгновенного расцепления указывается в виде диапазона значений, например характеристика «B» предполагает, что автомат обеспечит мгновенное расцепление при протекании через него тока в 3 — 5 раз превышающего его номинальный ток, т.е. если автоматический выключатель с данной характеристикой имеет номинальный ток 16 Ампер, то он обеспечит мгновенное расцепление при токе от 48 до 80 Ампер.

Определить характеристику срабатывания автоматического выключателя, как правило, можно по маркировке нанесенной на его корпусе:

2) Условный ток нерасцепления — установленное значение тока, который автоматический выключатель способен проводить, не срабатывая, в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.15) Согласно пункту 8.6.2.2 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток нерасцепления равен 1,13 номинального тока автомата. 3) Условный ток расцепления — установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.16) Согласно пункту 8.6.2.3 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток расцепления равен 1,45 номинального тока автомата.

* Условное время равно 1 ч для выключателей с номинальным током до 63 А включительно и 2 ч с номинальным током свыше 63 А. (ГОСТ Р 50345-2010, п.8.6.2.1)

Время-токовая характеристика автоматического выключателя определяется условиями и значениями приведенными в таблице 7 ГОСТ Р 50345-2010:

Примечание: Таблица действительна для автоматов, смонтированных в соответствии с условиями испытаний приведенными ниже работающих при температуре 30 +5 °С

Графики ВТХ

Для удобства производителями в паспортах на автоматические выключатели время-токовые характеристики указываются в виде графика где по оси X откладывается кратность тока электрической цепи к номинальному току автомата (I/In), а по оси Y время срабатывания расцепителя.

Для подробного рассмотрения в качестве примера возьмем график ВТХ для автоматического выключателя с характеристикой «B»

ПРИМЕЧАНИЕ: Все приведенные ниже графики предоставлены в качестве примера. У различных производителей графики ВТХ могут отличаться (смотрите в паспорте автомата), однако они в любом случае должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50345-2010 и в частности значениям указанным в таблице 7 приведенной выше.

Как видно график ВТХ представлен двумя кривыми: первая кривая (красная) — это характеристика автомата в так называемом «горячем» состоянии, т.е. автомата находящегося в работе, вторая (синяя) — характеристика автомата в «холодном» состоянии, т.е. автомата через который только начал протекать электрический ток.

При этом синяя кривая имеет дополнительно штриховую линию, эта линия показывает характеристику автомата (его теплового расцепителя) с номинальным током до 32 Ампер, это различие в характеристиках автоматов с номиналами до и выше 32 Ампер обусловлено тем, что в автоматах с большим номинальным током биметаллическая пластина теплового расцепителя имеет большее сечение и соответственно ей необходимо больше времени что бы разогреться.

Формула расчета

Далеко не на всех устройствах, особенно бытовых, прописывают значение номинального тока. Но вот мощность, как правило, известна. К примеру, на лампочке накаливания написано: 60W, 230 V.
Номинальный ток потребителей с активным сопротивлением (лампы накаливания, электрочайники, бойлеры и обогреватели) определяется из формулы расчета мощности: W = U * I, отсюда: I = W / U

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

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

К примеру, если на кухне имеются следующие электроприборы:

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

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

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

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

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

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

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

К примеру, на шильдике компрессора холодильника указаны такие характеристики:

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

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

Трёхфазная система электроснабжения

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

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

Классы (характеристики срабатывания) автоматических выключателей

Классы или характеристики срабатывания определяются от разброса величины срабатывания. Самые используемые классы – B, C и D
Используется в бытовых, осветительных и других сетях с небольшим или нулевым пусковым превышением тока. Такие автоматы устанавливаются непосредственно у потребителя. Электромагнитный расцепитель в таких приборах срабатывает при превышении тока в 3 и более раз.

Рекомендуется устанавливать в сетях со смешанной нагрузкой с умеренными пусковыми токами. Также используются в бытовых сетях, но защищают группу потребителей. Самый популярный автомат у электриков. Отличаются большей перегрузочной способностью по сравнению с устройствами класса B. Минимальный ток срабатывания должен превышать номинал в 5 и более раз.

Устройства данного класса защищают электродвигатели, у которых пусковой ток значительно превышает номинальный. Отличаются большой перегрузочной способностью. Минимальный ток срабатывания равен десяти номинальным.

Выбор автоматов защиты

Поскольку возрастание силы тока свыше номинального значения (перегрузка) влечет за собой нарушения в работе устройств, на этот случай требуется предусмотреть обесточивание цепи.

Задачу выполняют такие аппараты защиты:

предохранители: содержат легкоплавкую вставку — при перегреве она расплавляется и цепь размыкается;
выключатели автоматические (ВА).

ВА состоит из двух частей:

тепловой расцепитель. Биметаллическая пластина, размыкающая контакты при нагреве. Время срабатывания может составлять десятки минут;
электромагнитный расцепитель (катушка с соленоидом). Срабатывает практически мгновенно (0,02 с) при достижении силой тока определенного значения.

Порог срабатывания электромагнитного расцепителя для разных потребителей также требуется индивидуальный. Некоторые выходят из строя даже при самой незначительной перегрузке, другие выдерживают 14-кратное превышение Iн. Потому выпускают 4 класса ВА, отличающиеся настройкой электромагнитного приспособления размыкания цепи (уставка тока отсечки): A, B, C и D.

Класс подбирается соответственно виду потребителей:

полупроводниковые элементы. Класс А, наиболее чувствительный: ток отсечки — в 2 раза выше номинального;
розетки, осветительные цепи и прочие, где пусковые токи отсутствуют или невелики. Класс В: ток отсечки — в 3 раза больше номинального;
вводные устройства бытовых электросетей. Класс С: ток отсечки — в 5 раз выше номинального. Такие ВА в одиночку не применяются: они обеспечивают безопасность сети в целом, тогда как каждая группа (розетки, освещение) дополнительно защищается ВА класса В. То есть ВА класса С страхует автоматы класса В, но при этом в случае перегрузки в одной из групп вся сеть не обесточивается (селективность);
вводные устройства сетей зданий и сооружений, цепи с большими пусковыми токами (в качестве потребителей выступают электродвигатели). Класс D: ток отсечки — в 10 раз выше номинального. На вводе в здание такой ВА также играет роль селективного — страхует автоматы защиты на этажах и в отдельных помещениях.

При перегрузке менее уставки тока отсечки по цепи какое-то время протекает ток свыше номинального (до срабатывания теплового расцепителя).

Это учитывают, например, при выборе УЗО, официально именуемого «выключателем дифференциального тока». Это еще один аппарат защиты, обесточивающий цепь при обнаружении утечки тока и предотвращающий тем самым электротравму пользователя.

УЗО подбирают с номинальным током, на ступень превышающим соответствующий параметр защищающего его ВА.

Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Icu или Icn)

коммутационные циклы, состоящие из последовательности операций, т.е. включения и отключения при коротком замыкании;
фазовый сдвиг между током и напряжением. Когда ток в цепи находится в фазе с напряжением питания (cos φ = 1), отключение тока осуществить легче, чем при любом другом коэффициенте мощности. Гораздо труднее осуществлять отключение тока при низких отстающих величинах cos φ,при этом отключение тока в цепи с нулевым коэффициентом мощности является самым трудным случаем.

Номинальные токи разных устройств

Вот какой ток потребляют некоторые приборы:

электроплита: мощность — от 1,2 до 6 кВт, cosϕ = Номинальный ток: от 1200 / 220 = 5,45 А до 6000 / 220 = 27,25 А;
обогреватель: 0,5 – 2 кВт, cosϕ = 1. Ток — от 2,3 А до 9,2 А;
пылесос: 0,5 – 2 кВт, cosϕ = 0,9. Ток: от 500 / (220 * 0,9) = 2,52 А до 2000 / (220 * 0,9) = 10,1 А;
утюг: 1–2 кВт, cosϕ = 1. Ток: 4,6–9,2 А;
фен для волос: 0,6–2 кВт, cosϕ = 1. Ток: 2,76–9,2 А;
телевизор: 0,1–0,4 кВт, cosϕ = 1. Ток: 0,46–1,84 А.

Почему мигает красная лампочка на счетчике?

«Подскажите пожалуйста, красный индикатор счетчика очень часто моргает. … В случае, если индикатор часто мигает, настолько часто, что это просто бросается в глаза, вероятнее всего, что импульсный выход счетчика работает в поверочном режиме. Отправлять счетчик в ремонт, в этом случае, не обязательно.

Интересные материалы:

Что значит слово наивный человек? Что значит слово наивный? Что значит слово наковальня? Что значит слово навязываться? Что значит слово неординарная? Что значит слово няшка? Что значит слово нюхать Бебру? Что значит слово нокдаун? Что значит слово обаятельный человек? Что значит слово обиженный?