Подбор автомата по мощности — таблица, особенности выбора 220В и 380В, принцип работы
Автоматический выключатель (автомат) относится к коммутационным аппаратам, применяемым для электроснабжения потребителей напряжением до 1000 В.
Назначение и принцип работы автомата
Автоматический выключатель используют для:
- Подключения к электропитанию жилых и производственных помещений, отдельных электроустановок и электрооборудования.
- Защита от перегрузки и коротких замыканий линий и потребителей различного назначения: осветительного и производственного оборудования, приборов, электронной аппаратуры, бытовой техники и т.д.
- Обеспечение безопасности линейного персонала при проведении ремонтных или монтажных работ, требующих полного снятия напряжения.
В зависимости от назначения различают выключатели:
- Переменного тока.
- Постоянного тока.
Выключатели переменного тока могут иметь 1, 2, 3 и 4 полюса, а автоматы постоянного тока изготавливаются в двухполюсном исполнении.
В однофазных и трехфазных цепях 2-й и 4-й полюс используется для разрыва нейтрального провода.
Следует иметь в виду, что нулевой провод допускается разрывать только при условии заземления оборудования отдельным защитным проводником PE.
Конструктивное устройство автомата
Основными элементами выключателей являются:
- корпус;
- привод контактной системы;
- дугогасительные камеры;
- устройства защиты;
- вспомогательные контакты.
Корпуса изготавливаются из прочных, негорючих сортов термопластов, обладающих очень высокими изоляционными свойствами.
В зависимости от требований безопасности и условий эксплуатации, автоматы могут иметь по ГОСТ 14255 – 96 степень защиты:
- IP00;
- IP20 (с дополнительными изолирующими крышками);
- IP54 (с дополнительными защитными оболочками).
Привод на токи до 1000 А чаще всего ручной.
Привод состоит из системы рычагов и пружин, механически связанных с рукояткой выключателя.
При повороте рукоятки в положение «включено» происходит замыкание силовых контактов, а в положении «выключено» они размыкаются.
Ручное переключение крупногабаритных автоматов на большие токи требует значительных физических усилий, поэтому в комплекте с ними поставляются специальные удлинители, которые надеваются на рукоятку и служат своеобразными рычагами, облегчающими манипуляции с рукояткой.
Удлинитель хранится у оперативного персонала, поэтому посторонние лица произвести самовольные переключения не в состоянии.
Существуют также выключатели с электромагнитным приводом дистанционного управления.
Такие аппараты используются в устройствах автоматического ввода резерва (АВР) и для построения систем автоматизированного управления производственными процессами.
Дугогасительные камеры предназначены для уменьшения дугообразования при размыкании контактов под нагрузкой и во время отключения перегрузок и коротких замыканий.
Дуга постоянного тока горит более устойчиво, поэтому автоматы постоянного тока имеют меньшую коммутационную способность, чем выключатели переменного тока таких же габаритов.
Вспомогательные контакты предназначены для сигнализации включенного или отключенного состояния автоматов.
Выключатели постоянного тока имеют аналогичные конструкции.
Устройство защиты
Защита от перегрузки по току, или тепловая
Принцип ее действия основан на свойстве линейного расширения металлов при нагревании.
Чувствительным элементом является биметаллическая пластинка, изготовленная из материалов с различными коэффициентами теплового расширения.
При прохождении тока она нагревается и изгибается.
Когда ток превышает определенную величину, пластина нажимает на защелку механического расцепителя контактной группы.
Для выключателей, рассчитанных на большие токи, существует электронный вариант тепловой защиты.
При превышении допустимого значения тока в течение определенного времени электроника подает управляющий импульс на соленоид электромагнитного расцепителя,
Его сердечник ударяет по расцепителю, вызывая размыкание силовых контактов.
Время срабатывания защиты по перегрузке обратно пропорционально величине тока.
Например, для автомата ВА – 21, при двукратной перегрузке время срабатывания защиты 60 секунд, а при восьмикратной – 0,12 секунды.
Максимальная защита мгновенного действия
Это защита от токов короткого замыкания.
Чувствительным элементом ее является соленоид с сердечником, по катушке которого протекает рабочий ток. При достижении величины тока отсечки, сердечник производит удар по защелке расцепителя, в результате чего происходит отключение автомата.
Большинство применяемых автоматов имеют три вида отсечек: В, С и D.
Выключатели класса B срабатывают без выдержки времени, если ток нагрузки превысит (3…5)Iн, для класса C это значение лежит в пределах (5…10)Iн, для D – (10…14)Iн.
Для линий с постоянной нагрузкой обычно устанавливают выключатели с отсечкой типа B.
Если нагрузка имеет небольшую кратность пусковых токов (лампы накаливания, маломощные электродвигатели, блоки питания и т.д), то применяется отсечка типа C.
Автоматы типа D устанавливается в цепях защиты линий, питающих нагрузку с большими пусковыми токами – мощными однофазными трансформаторами, асинхронными электродвигателями с тяжелыми условиями пуска, емкостными фильтрами и т.д.
Нулевая защита
При снижении напряжения в линии до 10 – 35% от номинального, срабатывают минимальные расцепители, отключающие выключатель.
Повторное включение может быть произведено только оператором при условии, что напряжение восстановилось до уровня не менее 85% от номинального.
Такие выключатели устанавливаются для защиты технологических установок, самопроизвольное включение которых представляет опасность для персонала или может привести к производственным авариям.
Например. электропривод конвейеров углеподачи на электростанциях, горнорудные мельницы и т.д.
Выбор автомата по мощности
Выбор производится по трем параметрам:
- по номинальному напряжению;
- по номинальному току;
- по видам защит.
Напряжение выключателя должно соответствовать напряжению защищаемой им линии.
Оно определяется из стандартного ряда – 0,25, 0,4 и 0,66 кВ, что соответствует всем привычным 220, 380 и 630 В, но с некоторым запасом.
Формулы для расчета тока нагрузки зависят от ее характера – однофазная или трехфазная.
Однофазная нагрузка
Расчетный ток определяется по формуле:
Iр = КзPн/Uн.
- Pн – номинальная мощность, Вт;
- Uн – номинальное напряжение, В;
- Кз = 1,3 – коэффициент запаса.
Пример 1. Пусть имеется в качестве нагрузки утюг напряжением 220 В, мощностью 1 кВт и электрический чайник мощностью 1,5 кВт:
Iр = 1,3х(1000 + 1500)/220 = 14,7А.
Результат округляется до ближайшего стандартного значения, в большую сторону.
Для приведенного примера выбирается двухполюсный выключатель ВА47-29, 16А, 400 В, 50 Гц с защитой класса B.
Трехфазная нагрузка
Расчетная формула для активной нагрузки:
Iр = Кз Pн/1,73Uл или Iр = КзPн/3Uф;
- Uл – линейное напряжение сети;
- Uф – фазное напряжение;
- Кз = 1,3 – коэффициент запаса.
Обе формулы равноценны.
Пример 2. Нагрузкой является асинхронный электродвигатель АИР 80В2: 2,2 кВт, Uл = 380 В, cos φ = 0,87, коэффициент полезного действия ηн = 0,8, пусковой ток Iп = 6Iн
С учетом cos φ и к.п.д, номинальный ток двигателя определится из выражения:
Iн.д = КзPн/1,73Uлcos φηн = 1,73х2200/1,73х380х0,87х0,8 = 6,24 А.
Для защиты этого двигателя выбирается трехполюсный выключатель ВА47-29, 10 А, 400 В, 50 Гц с защитой класса B.
Выбор автомата по таблице
Для того, чтобы облегчить выбор выключателя, не производя относительно сложных вычислений, можно воспользоваться специальными таблицами, в которых в зависимости от напряжения и количества фаз нагрузки указывается номинальный ток автомата.
Пример 3. Нужно подобрать автомат для активной трехфазной нагрузки мощностью 4,0 кВт. По таблице такой нагрузке соответствует выключатель с номинальным током 6 А.
Селективность защиты
Это понятие относится к случаю, когда на защищаемой линии существует несколько независимых участков, на каждый из которых установлен индивидуальный автомат.
При возникновении аварийного режима отключаться должен только поврежденный участок.
Этот принцип проще всего проиллюстрировать на примере.
Пример 4. Пусть имеется производственный участок, получающий питание от вводного автомата распределительного устройства с Iн = 100 А.
К автомату подключены три фидера, защищаемые выключателями 16, 20 и 63 А соответственно. Вводной автомат имеет отсечку класса D, остальные классов B и C.
Очевидно, что при возникновении короткого замыкания на любой из отходящих линий, сработает только ее выключатель, а вводной останется включенным.
Допустим, что вводной автомат имеет защиту B с отсечкой 4Iн = 400 А, а автомат с Iн = 63 А защиту D с отсечкой 12Iн = 756 А.
В этом случае при коротком замыкании на этой линии первым сработает вводной автомат, и селективность не будет соблюдена, так как его отключение обесточит все участки.
Правильный выбор автоматов для питания электроустановок позволяет осуществить стопроцентную защиту и целостность электропроводок и электрооборудования.
Для безаварийной работы необходимо производить периодический контроль состояния и работоспособности выключателей в объемах, предусмотренных в руководствах по их эксплуатации и нормам ПУЭ.
