Электропроект

Расчет и подбор автоматического выключателя и сечения проводника питания для обычной нагрузки

Ничего нового, обычная, если можно так сказать, перепечатка, но своими словами плюс приложенный опыт, которые, возможно, для некоторых станут наиболее понятны и просты, нежели некоторые издания и ресурсы в Интернете.

Сначала обозначения и необходимые формулы.

1. Uн - номинальное напряжение электросети, В. По ГОСТ 29322-2014 для трехфазной сети 400 В.
2. Uл - линейное напряжение, В. В рамках данной статьи Uл=Uн=400 В или 0,4 кВ.
3. Uф - фазное напряжение, В.

\[{U\html'<i><sub>ф</sub></i>'}= {U\html'<i><sub>л</sub></i>'} / {√\html'<i>3</i>'}= {\html'<i>400</i>'} / {√\html'<i>3</i>'}= {\html'<i>231 В</i>'}\]

Принимаем Uф = 230 В или 0,23 кВ.
4. Kт - тепловой коэффициент, зависит от размещения, принимается от 0,85 до 1. Для размещения автоматических выключателей в щитах принимается 0,85.
5. Iн - номинальный ток нагрузки, А. Для трехфазной нагрузки

\[I\html'<i><sub>н</sub></i>'={P\html'<i><sub>н</sub></i>'} / {U\html'<i><sub>л</sub></i>'×cosϕ×η×√\html'<i>3</i>'\]

Для однофазной нагрузки

\[I\html'<i><sub>н</sub></i>'={P\html'<i><sub>н</sub></i>'} / {U\html'<i><sub>л</sub></i>'×cosϕ×η\]

В статье √(3) ≈ 1,73, принимаем 1,73.

6. Рн - номинальная активная мощность нагрузки, кВт. Данная мощность - это та мощность, которая уже выдается устройством для выполнения какой-либо работы. Если нужна электрическая активная мощность, то ее можно вычислить по формуле

\[P={P\html'<i><sub>н</sub></i>'}/{η}\]

где - η - коэффициент полезного действия (КПД) в условных единицах, т.е. нужно проценты поделить на 100. Например, 85 % - это

\[{85/{100}=0,85\]

Активная электрическая мощность никого особо, кроме электриков, не интересует, поэтому в паспорте или на шильдике устройства пишется номинальная активная мощность, которая поможет выполнить ту или иную работу.
7. cosϕ - коэффициент мощности. Показатель отношения активной мощности к полной. Чем выше cosϕ, тем активная мощность ближе к полной. В рамках данной статьи полная мощность не учитывается.
8. Iт - тепловой ток, А.

\[\html'<i>I<sub>т</sub></i>  = ' {\html'<i>I<sub>н</sub></i>'} / {\html'<i>K<sub>т</sub></i>'}\]

9. Iав - номинальный ток автоматического выключателя, А. Подбирается по условию Iав ≥ Iт.
10. Iнр - ток нерасцепления, А.

\[\html'<i>I<sub>нр</sub></i>  = ' {\html'<i>1,13 × I<sub>ав</sub></i>'}\]

11. Iтр - ток теплового расцепителя, А.

\[\html'<i>I<sub>тр</sub></i>  = ' {\html'<i>1,45 × I<sub>ав</sub></i>'}\]

12. Iк - допустимый длительный ток для проводов, шнуров и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией, А.
13. Условия подбора сечения проводника: Iав ≤ Iтр ≤ Iк.

Чтобы было более или менее понятно, рассмотрим реальный пример.

Имеется трехфазная тепловая пушка с характеристиками: Рн=9 кВт, η не указано, примем максимально возможным η=0,95, cosϕ=1, т.к. нагревательные элементы ТЭНы, а электродвигателем с вентилятором можно пренебречь из-за своей малой можности.

Сначала рассчитывается номинальный ток [5]: Iн=9/(0,4*1*0,95*1,73)=13,7 А. Чтобы подобрать номинальный ток автомата, необходимо рассчитать тепловой ток Iт=13,7/0,85=16,11 А [8]. Ближайший автомат Iав=16 А, но не выполняется условие Iав ≥ Iт [10]. И что делать, если по расчетам уже и не 16 A, и очень близко к 16 A? Ведь возможно неточность в расчетах? И Kт [4] имеет большой разброс, а приняли минимальное значение? Проверим по току нерацепления автомат 16 А - Iнр=1,13*16=18,08 А. Т.е. автоматический выключатель гарантировано не отключится до 18 А, значит можно оставить автомат на 16 А.

Самая распространенная характиристика С, у которой ток превышает номинальный в 5...10 раз, а скорость срабатывания 1,5 секунды. Можно подобрать автоматический выключатель с этой характеристикой.

Теперь рассчитаем и подберем проводник для данной тепловой пушки.

Расчитаем ток теплового расцепителя Iтр=1,45*16=23 А [11]. Подбираем гибкий кабель с медными жилами в резиновой изоляции по условию подбора [13] из таблицы 1.3.8 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) с учетом количества жил 3. Почему не 4, ведь для подключения данной тепловой пушки требуется четырехжильный кабель? Под таблицей 1.3.8 имеется примечание: Токи относятся к шнурам, проводам и кабелям с нулевой жилой и без нее. Сечение жил кабеля подбирается для участка кабеля от нагрузки до автомата (рис. ниже).


Выбор пал на четырехжильный гибкий кабель в резиновой изоляции сечением 2,5 мм².

Расчет выше для тепловой пушки, которая работает в трехфазной сети. Эту же пушку можно подключить к однофазной сети, т.к. у вентилятора, который обдувает ТЭНы, однофазный элетродвигатель (ЭД). Кстати, с одной стороны хорошо, что ЭД однофазный, не надо при подключении выбирать направление вращения, сразу крутит в нужную сторону, и может работать в однофазной сети. А с другой стороны лучше использовать трехфазную сеть, токи в трех фазах меньше, чем все 3 тока в одной. Вот если отключится фаза, к которой подключен электродвигатель с вентилятором, то ТЭНы перегреваются и не редко приводят к пожарной ситуации, внутренний термостат спасает, но плохо. Проверим, т.е. эту же пушку включаем в однофазную сеть.

Сначала рассчитывается номинальный ток, но сеть у нас однофазная, таким образом Iн=9/(0,23*1*0,95)=41,19 А. Чтобы подобрать номинальный ток автомата, необходимо рассчитать тепловой ток Iт=41,19/0,85=43,36 А [8]. Ближайший автомат Iав=50 А, т.к. выполняется условие Iав ≥ Iт [10].

Теперь рассчитаем и подберем проводник для данной тепловой пушки.

Рассчитаем ток теплового расцепителя Iтр=1,45*50=72,5 А [11]. Подбираем гибкий кабель с медными жилами в резиновой изоляции по условию подбора [13] из таблицы 1.3.8 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) с учетом количества жил 2. Сечение жил кабеля подбирается для участка кабеля от нагрузки до автомата (рис. выше). Выбор пал на четырехжильный гибкий кабель в резиновой изоляции сечением 1 мм².

Получается так, что выгоднее использовать 4 жилы по 2,5 мм², нежели 2 жилы по 10 мм², даже, если судить просто, что 4*2,5=10, а 2*10=20. Собственно, и однофазный автомат на 50 А будет не меньше трехфазного на 16 A.

Надеюсь, что данный материал стал для Вас полезным. В общем, письма с обоснованной критикой или хвалебными одами прошу присылать на мой собачий адрес.