Номінальний струм: що це, розрахунки для трансформатора, автоматичних вимикачів

Найважливіша характеристика будь-якого електричного пристрою – номінальний струм (Iн).

З урахуванням його величини підбирають перетин струмопровідних жив і автомати захисту. Нижче мова піде про способи визначення Iн і про те, як ця величина в подальшому використовується.

Що це таке?

Iн (по ПУЕ – допустимий тривалий струм) – це максимальна сила струму, яка припускає як завгодно роботу електропристрої, не обмежену в часі, тобто не призводить до перегріву його струмоведучих частин.

При протіканні Iн дотримуються дві умови:

  1. врівноважуються виділення тепла в провідниках і її відведення в навколишній простір;
  2. виділяється тепло не викликає порушення механічних і хімічних властивостей матеріалів, необхідних для роботи пристрою.

При перевищенні номінальної величини спостерігається дисбаланс на користь виділення тепла: зростає температура струмопровідних частин з подальшим розплавленням ізоляції.

Це загрожує спалахом і коротким замиканням. Металеві елементи втрачають міцність і деформуються. Всі складові системи електропостачання, від генератора або джерела струму до споживача – при проектуванні розраховуються на певний Iн. Це відноситься не тільки до пристроїв, але і до проводів, елементів сполучення тощо.

Величина Iн вказана в паспорті обладнання. Також цей параметр разом з іншими найважливішими, часто проставляють на корпусі або шильдике пристрою. Найбільш кращі: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3 А і кратні їм.

Окрім наведених в нормативному документі значень, допускається використовувати:

  • для трансформаторів: 15, 30, 60, 75, 120 А і кратні їм;
  • для існуючих пристроїв (за домовленістю між замовником і виготовлювачем): 1400, 2240 А;
  • для перетворювачів і трансформаторів для них (також за домовленістю між виробником і замовником): 37,5, 75 і 150 кА.

Значення Iн стандартизовані і прописані в ГОСТ 6827-76.

принцип визначення

Iн для жил проводів і кабелів визначають за таблицями "Правил улаштування електроустановок", довідників та іншої спеціалізованої літератури, в них враховуються:

  1. матеріал провідника (в основному вказуються дані для міді та алюмінію). Метали і сплави мають різний опір, а від нього залежить баланс між виділенням тепла (Q = I2 * R, де I – сила струму, R – електроопір провідника) і його відведенням;
  2. площа поперечного перерізу жили: від цього також залежить величина R;
  3. спосіб прокладки (відкрито або в каналі), число жив в кабелі і матеріал ізоляції.

Для обчислення площі поперечного перерізу жили, вимірюють штангенциркулем її діаметр D, потім роблять розрахунок за формулою: S = (3.14 * D2) / 4. Визначивши номінальний струм дроти, зіставляють його з номінальним струмом навантаження.

Якщо останній виявиться більше, беруть провід з більшою площею перетину жил. Для визначення номінального струму навантаження, якщо така не вказана на інформаційній табличці, необхідно знати формули.

Формула розрахунку

Далеко не на всіх пристроях, особливо побутових, прописують значення номінального струму. Але ось потужність, як правило, відома. Наприклад, на лампочці розжарювання написано: 60W, 230 V.

Номінальний струм споживачів з активним опором (лампи розжарювання, електрочайники, бойлери та обігрівачі) визначається з формули розрахунку потужності: W = U * I, звідси: I = W / U

Для однофазної мережі U = 220 В, отже, номінальний струм 60-ватної лампи складає: I = 60/220 = 0,27 А Аналогічно розраховують номінальний струм запобіжника – на його корпусі також вказується потужність.

Номінальний струм групи споживачів розраховують з урахуванням коефіцієнта неодночасності "до". Такий підхід обумовлений тим, що прилади ніколи не працюють одночасно протягом тривалого періоду.

Наприклад, якщо на кухні є такі електроприлади:

  • плита 2000 Вт;
  • чайник: 1500 Вт;
  • мікрохвильовка: 800 Вт;
  • кавоварка 1000 Вт.

І коефіцієнт неодночасність прийнятий рівним к = 0,7 (встановлюється для різних ситуацій нормативними документами), то номінальний струм групи споживачів складе: I = (2000 + 1500 + 800 + 1000) * 0,7 / 220 = 3710/220 = 16, 86 А.

Дещо складніше визначається номінальний струм споживачів з індуктивним опором, основну частину яких складають трансформатори (блоки живлення, стабілізатори) і електродвигуни (холодильник, пилосос тощо.).

Повна споживана електрична потужність Wпол в техдокументації на устаткування не вказується – тільки механічна на валу двигуна (ГОСТ Р 52776-2007, п. 5.5.3.).

Щоб визначити Wпол, слід звернути увагу на два параметри, що наводяться на табличці:

  • коефіцієнт корисної дії (ККД). Параметр, що характеризує величину втрат на тертя в підшипниках, перемагничивание муздрамтеатру та інше. Являє собою відношення вихідної потужності Wвих (саме її вказують в паспорті) до активної потужності Wа: n = Wвих / Wа;
  • cos? визначає частку активної потужності Wа в повній споживаної потужності Wпол. У споживачах зі всілякими котушками (обмотки двигунів, трансформаторів і т.д.) частина потужності (реактивна) витрачається на подолання індуктивного опору. Суть цього явища полягає у виникненні ЕРС самоіндукції, спрямованої проти струму. Оскільки cos? = Wа / Wпол, то Wпол = Wа / cos ?.

Таким чином, повна споживана потужність Wпол при відомій вихідної потужності Wвих визначається за формулою: Wпол = Wвих / (ККД * cos?). Вихідну потужність Wвих прийнято вимірювати в звичних ватах (Вт), а повну Wпол, щоб не було плутанини, – в вольт-амперах (ВА).

Наприклад, на етикетці компресора холодильника вказані такі характеристики:

  • потужність: 2 кВт;
  • ККД: 0,85;
  • cos ?: 0,8.

Значить, повна споживана потужність складе: Wпол = 2 000 / (0,85 * 0,8) = 2941 ВА. Тоді споживаний холодильником номінальний струм складе: I = Wпол / 220 = 2941/220 = 13,4 А. У випадку з 3-фазним двигуном Iн визначають так: I = Wпол / (1,73 * U).

Wпол розраховується так само, як для однофазного, напруга U приймається рівним:

  • при підключенні до 3-фазної мережі: U = 380 В;
  • до 1-фазної – U = 220 В.

Вибір автоматів захисту

Оскільки зростання сили струму понад номінального значення (перевантаження) тягне за собою порушення в роботі пристроїв, на цей випадок потрібно передбачити знеструмлення ланцюга.

Завдання виконують такі апарати захисту:

  • запобіжники: містять легкоплавкую вставку – при перегріванні вона розплавляється і ланцюг розмикається;
  • вимикачі автоматичні (ВА).

ВА складається з двох частин:

  1. теплової расцепитель. Біметалічна пластина, розмикати контакти при нагріванні. Час спрацювання може становити десятки хвилин;
  2. електромагнітний расцепитель (котушка з соленоїдом). Спрацьовує практично миттєво (0,02 с) при досягненні силою струму певного значення.

Поріг спрацьовування електромагнітного розчеплювача для різних споживачів також потрібен індивідуальний. Деякі виходять з ладу навіть при самій незначній перевантаження, інші витримують 14-кратне перевищення Iн. Тому випускають 4 класу ВА, що відрізняються налаштуванням електромагнітного пристосування розмикання ланцюга (уставка струму відсічення): A, B, C і D.

Клас підбирається відповідно до виду споживачів:

  1. напівпровідникові елементи. Клас А, найбільш чутливий: ток відсічення – в 2 рази вище номінального;
  2. розетки, освітлювальні ланцюга та інші, де пускові струми відсутні або невеликі. Клас В: ток відсічення – в 3 рази більше номінального;
  3. ввідні пристрої побутових електромереж. Клас С: ток відсічення – в 5 разів вище номінального. Такі ВА поодинці не застосовуються: вони забезпечують безпеку мережі в цілому, тоді як кожна група (розетки, освітлення) додатково захищається ВА класу В. Тобто ВА класу С страхує автомати класу В, але при цьому в разі перевантаження в одній з груп вся мережа не знеструмлюється (селективність);
  4. ввідні пристрої мереж будівель і споруд, ланцюги з великими пусковими струмами (як споживачів виступають електродвигуни). Клас D: ток відсічення – в 10 разів вище номінального. На вводі в будинок такий ВА також грає роль селективного – страхує автомати захисту на поверхах і в окремих приміщеннях.

При перевантаженні менш уставки струму відсічення по ланцюгу якийсь час протікає струм понад номінального (до спрацьовування теплового розчеплювача).

Це враховують, наприклад, при виборі УЗО, офіційно іменованого «вимикачем диференціального струму». Це ще один апарат захисту, знеструмлюємо ланцюг при виявленні витоку струму і запобігає тим самим електротравму користувача.

УЗО підбирають з номінальним струмом, на щабель перевищує відповідний параметр захищає його ВА.

Номінальні струми різних пристроїв

Ось який струм споживають деякі прилади:

  1. електроплита: потужність – від 1,2 до 6 кВт, cos? = Номінальний струм: від 1200/220 = 5,45 А до 6000/220 = 27,25 А;
  2. обігрівач: 0,5 – 2 кВт, cos? = 1. Струм – від 2,3 А до 9,2 А;
  3. пилосос: 0,5 – 2 кВт, cos? = 0,9. Струм: від 500 / (220 * 0,9) = 2,52 А до 2000 / (220 * 0,9) = 10,1 А;
  4. праска: 1-2 кВт, cos? = 1. Струм: 4,6-9,2 А;
  5. фен для волосся: 0,6-2 кВт, cos? = 1. Струм: 2,76-9,2 А;
  6. телевізор: 0,1-0,4 кВт, cos? = 1. Струм: 0,46-1,84 А.

Відео по темі

Про розрахунок номінального струму автоматичних вимикачів в відео:

Без розуміння значення номінального струму неможливо правильно не тільки проектувати, а й експлуатувати електромережу.

Важливо пам’ятати, що перевищення сили струму в проводах понад номінальну при відсутності або помилковий вибір автоматів захисту, може спричинити за собою пожежа або вихід з ладу обладнання. Приклад – імпортні котли і газові колонки, в яких при скачках напруги перегорають плати.

Ссылка на основную публикацию