Что обозначает номинальный ток выключателя

Выключатели переменного тока на номинальные напряжения от 11О до 75О кВ. Технические требования к отключению ненагруженных воздушных линий и методы испытаний

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА
НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ от 110 до 750 кВ

Технические требования к отключению ненагруженных
воздушных линий и методы испытаний

А. С. circuit-breakers for rated voltages from 110 to 750 kV.
Technical requirements to no-load line
switching and test methods

Срок действия с 01.07.1983
до 01.07.1988*
________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 2 1993 г.).
Примечание.

РАЗРАБОТАН Министерством электротехнической промышленности

Н.М.Чернышев (руководитель темы), В.П.Белотелов, С.П.Илюхина, Т.Е.Пархоменко

ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности

Член Коллегии А. С. Джаноян

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 22 марта 1982 г. N 1122

ВЗАМЕН ГОСТ 12450-73

Стандарт соответствует Публикациям МЭК 56-2 и 56-4.

Пояснение терминов, встречающихся в стандарте, приведено в справочном приложении 1.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Выключатель с каждым из предназначенных для него приводов должен отключать в трехфазной схеме при напряжения сети до наибольшего рабочего напряжения выключателя токи ненагруженной линии вплоть до значений, указанных в табл.1.

Номинальное напряжение выключателя, действующее

Наибольшее рабочее напряжение выключателя, действующее

Нормированный ток отключения
ненагруженной линии, действующее

Наибольшее допустимое напряжение, кВ

со стороны линии

со стороны источника питания

* Допускается по согласованию с потребителем.

1.2. Выключатель должен также отключать ненагруженные фазы трехфазной линии при наличии короткого замыкания на землю в одной или двух других фазах (двустороннее отключение несимметричного короткого замыкания при неодновременной работе выключателей на концах линии).

Расчетным условием при отключениях несимметричных коротких замыканий является такое, при котором значение собственного восстанавливающегося напряжения (не искаженного влиянием выключателя) на контактах выключателя, отключающего ненагруженную фазу, достигает максимума через полупериод промышленной частоты и составляет:

— для выключателей 330-750 кВ;

— для выключателей 110-220 кВ,

где — наибольшее рабочее напряжение.

** По требованию потребителя значение собственного восстанавливающего напряжения может быть повышено до с соответствующим увеличением тока ненагруженной отключаемой фазы, а ток ненагруженной отключаемой фазы увеличен по сравнению с указанным в табл.1 в 1,5 раза для выключателей 330-750 кВ и в 1,2 раза для выключателей 110-220 кВ.

1.3. Выключатели на напряжение 330-750 кВ должны отключать трехфазную ненагруженную линию при междуфазовом напряжении на ней, измеренном перед отключением непосредственно у выключателя, равном 1,4 при максимуме собственного восстанавливающегося напряжения на полюсе выключателя не менее .

Нормируемый отключаемый ток ненагруженной линии должен быть увеличен по сравнению с указанным в табл.1 в 1,4 раза.

1.4. Выключатели не должны давать повторных пробоев при отключениях ненагруженных линий. Для масляных выключателей это требование является рекомендуемым.

1.5. Перенапряжения, возникающие на зажимах выключателя (как со стороны линии, так и со стороны источников питания), по отношению к земле при повторных пробоях при испытаниях по п.2.10 не должны превышать значений, приведенных в табл.1.

1.6. После проведения испытаний выключатель должен быть в состоянии включать и отключать любые токи, вплоть до номинальных значений тока отключения, длительно пропускать номинальный ток и выдерживать наибольшее рабочее напряжение.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Настоящий стандарт устанавливает требования к проведению испытаний выключателей на отключение ненагруженных воздушных линий в сетях (сетевые испытания) и лабораторных установках (лабораторные испытания). В лабораторных установках могут проводиться испытания только таких выключателей, у которых при отключениях ненагруженных линий не происходит повторных пробоев.

2.2. Испытания должны проводиться как в условиях отключения линии от маломощного источника питания (N 1), так и при отключениях линии от мощного источника питания (N 2).

2.3. Источники питания, используемые при испытаниях, характеризуются следующим.

2.3.1. Источник питания N 1 должен удовлетворять условиям:

2.3.1.1. Ток короткого замыкания источника не превышает 10% номинального тока отключения выключателя.

2.3.1.2. Напряжение на источнике питания после отключения ненагруженной линии по отношению к земле не должно снижаться более чем на 10% этого напряжения до отключения ненагруженной линии.

Если условие подпункта 2.3.1.2 не выполняется, то допускается увеличивать ток короткого замыкания источника по сравнению с указанным в подпункте 2.3.1.1.

2.3.2. Источник питания N 2 должен иметь ток короткого замыкания не менее 20-кратного нормируемого отключаемого тока ненагруженной линии и по возможности приближающийся к номинальному току отключения выключателя, но не превышающий его, а емкость, шунтирующая источник питания, должна быть большей или равной емкости отключаемой линии. Полное сопротивление соединительных проводов между емкостью источника питания и отключаемой линией должно быть как можно меньшим.

Если процесс восстановления напряжения источника питания N 2 определяется линиями, подключенными к шинам, то число таких линий должно быть не менее пяти при испытании выключателей 110-220 кВ, не менее двух при испытании выключателей 330-500 кВ и не менее одной при испытании выключателей 750 кВ, а их суммарная длина — не менее длины отключаемой линии.

При испытаниях выключателей, не дающих повторных пробоев, допускается снижение емкости или уменьшение числа и длин линий, шунтирующих источник питания, до значений, не приводящих к увеличению времени дуги при отключении.

2.4. Линии, используемые для испытания, должны иметь большое сопротивление утечек; к ним не должно быть подключено оборудование, вызывающее быстрое отекание зарядов. Постоянная времени разряда линии с подключенным к ней оборудованием должна быть не менее 0,3 с.

Постоянная времени разряда определяется с помощью осциллограммы напряжения на линии после ее отключения. Измерительная схема при снятии этой осциллограммы должна быть такой же, как и во время испытаний.

Постоянная времени разряда линии нормируется без учета влияния испытуемого выключателя.

2.5. В сетевых испытаниях использование в качестве отключаемой линии нескольких линий, соединяемых параллельно с целью увеличения зарядного тока, не допускается, за исключением испытаний по п.2.20.

Допускается кроме линии на напряжение, соответствующее номинальному напряжению испытуемого выключателя в качестве отключаемой ненагруженной линии, использовать линии на напряжение 220, 150 кВ при испытании выключателей 110 кВ и линии на напряжение 220 кВ при испытаниях выключателей 150 кВ.

2.6. Делители напряжения, при помощи которых проводится осциллографирование напряжения на линии, должны выполняться резисторно-конденсаторными. Значение активного сопротивления должно быть таким, чтобы было выполнено требование п.2.4 в отношении постоянной времени разряда линии. Допускается применение емкостного делителя, при этом постоянная времени нижнего плеча (с учетом сопротивления осциллографа) должна быть не менее 1 с.

.2.7. Испытания трехполюсных выключателей на соответствие пп.1.1; 1.2 и 1.3 должны проводиться в трехфазной схеме. Эти испытания могут, быть заменены однофазными сетевыми или лабораторными испытаниями, если выключатель отключает ненагруженную линию без повторных пробоев. Отсутствие повторных пробоев проверяется в процессе этих испытаний.

2.8. Для испытания выключатель (полюс, элемент) с приводом должен быть укреплен на достаточно жестком основании; способ крепления, взаимное расположение и кинематическая связь выключателя с приводом должны соответствовать установочному чертежу выключателя.

Если конфигурация токоведущего контура может оказать влияние на работу выключателя (например, на распределение напряжения по разрывам), то при монтаже выключателя для испытания она должна соответствовать наиболее неблагоприятному случаю из всех возможных в эксплуатации форм токоподводов.

Рама и другие части выключателя, подлежащие заземлению, должны быть заземлены.

Перед испытаниями должна быть проверена исправность действия механизмов выключателя и привода, а также соответствие механических характеристик (скоростей движения контактов, одновременность размыкания и замыкания их в различных разрывах, собственные времена включения и отключения и т.п.) требованиям, установленным в нормативно-технической документации на выключатели.

При подготовке выключателя к испытаниям рекомендуется его регулировку (в пределах допусков, указанных в информационных материалах) проводить так, чтобы создавались наиболее неблагоприятные условия в отношении отключения ненагруженных линий (рекомендации по регулировке указываются в программе испытаний).

2.9. Испытания выключателей должны проводиться при нижнем пределе оперативного напряжения, нижнем пределе давления сжатого воздуха или нижнем пределе натяга (момента) пружин в зависимости от типа двигательного привода.

Воздушные выключатели в операции О должны испытываться при давлении, равном остающемуся в резервуаре выключателя после одного цикла О- -В, выполненного при нормированном нижнем пределе начального давления сжатого воздуха, а в операции ВО — при давлении, равном остающемуся в резервуаре после первой операции О того же цикла.

Дополнительно должны быть проведены испытания операции О при верхнем пределе начального давления воздуха в резервуаре.

Примечание. Требования, относящиеся к нижним пределам оперативного напряжения, давления сжатого воздуха пневматического привода и натяга (момента) пружин, являются обязательными только в операции ВО.

2.10. Испытания выключателей на отключение ненагруженных линий проводятся в трех испытательных режимах, приведенных в табл.2.

Как учитываются токи у автоматических выключателей

Ток, проходящий через автоматический выключатель, определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата.

На практике напряжение сети, например, 220 вольт поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы ГОСТ считается неисправностью, аварией.

Автоматический выключатель врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Когда от розетки запитывают вначале электробритву, а затем моющий пылесос, то в обоих случаях через автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем.

Но, в первом случае он будет сравнительно небольшим, а во втором — значительным: эти приборы отличаются сопротивлением. Они создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защиты автомата, осуществляя ее отключения при отклонениях от нормы.

Как проходит ток через автоматический выключатель

Конструктивно автомат создан так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы. К ним относятся:

клеммы подключения проводов с зажимными винтами;

силовые контакты с подвижной и стационарной частью;

биметаллическая пластина теплового расцепителя;

электромагнит отсечки токов коротких замыканий;

Путь тока через автоматический выключатель показан на картинке условными стрелками красного цвета.

Силовые подвижные контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь только после поворота рычага управления вручную оператором. Обязательным условием включения является отсутствие аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают работать защиты на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.

А вот разорвать эти контакты, обесточив подачу потенциала фазы к потребителям, можно двумя способами:

вручную, возвратив в исходное положение рычаг управления;

автоматически от срабатывания защит.

Как создаются и работают конструктивные элементы автоматического выключателя

Силовые контакты

Они, как и вся конструкция автоматического выключателя, рассчитаны на передачу строго ограниченной мощности. Превышать ее нельзя, ибо в противной случае автомат выйдет из строя — сгорит.

Технической характеристикой, ограничивающей максимальную мощность, проходящую через силовые контакты, является показатель, называемый «Предельная отключающая способность». Его обозначают индексом «Icu».

Значение предельной отключающей способности автоматического выключателя задается при его проектировании из стандартного ряда токов, измеряемого обычно в килоамперах. Например, Icu может быть равно 4 или 6 либо даже 100 или более кА.

Эта величина указывается прямо на лицевой стороне корпуса автомата, как и другие характеристики настроек значений токов.

Итак, через силовые контакты показанного на картинке автомата может безопасно проходить электрический ток от нуля до 4000 ампер. Сам АВ его нормально выдержит и отключит при возникновении аварийной ситуации внутри подключенной электропроводки с потребителями.

С этой целью введено разграничение протекающих через силовые контакты токов на:

1. номинальные и рабочие;

2. аварийные, включающие перегрузку и короткие замыкания.

Что такое номинальный ток автоматического выключателя

Любой автомат создается для работы при определенных технических условиях. Он должен надежно обеспечивать прохождение рабочего тока нагрузки, протекающего как по электрической проводке, так и по подключенным потребителям.

При выборе автомата для бытовой сети пользователи часто учитывают токопроводящие свойства проводки или только мощность электрических приборов, совершая ошибку: необходимо комплексно анализировать оба этих вопроса. Ибо, выключатель — это автоматическое устройство, которое уже налажено под срабатывание при достижении определённых значений тока.

Когда эти условия еще не наступили, а рабочий ток через автомат меньше. чем нижняя граница отключения, то силовые контакты надежно замкнуты. Верхний предел этого рабочего диапазона принято называть номинальным током, обозначая In.

Показанная на картинке цифра «16» обозначает, что проходящие через силовые контакты токи включительно до 16 ампер будут надежно передаваться автоматическим выключателем к подключённым потребителям через электрические провода.

Это функция самого автомата. А у владельца электроустановки и обслуживающего электрика задача совсем другая — подобрать правильно автоматический выключатель под нагрузку и проводку в комплексе. Ведь при превышении этих 16 ампер будут происходить отключения от защит, которые настраиваются на срабатывание от различных токов, “привязанных” электрическими алгоритмами к номинальному значению. Подробнее об этом читайте здесь — Выбор автоматических выключателей для квартиры, дома, гаража

Как работают защиты

Все токи, большие чем номинальное значение, приводят к срабатыванию защит. Их называют токами срабатывания, обозначают Iср.

Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:

1. нагрева и изгиба биметалла с выводом механической защелки из зацепления;

2. выбиванием защелки механическим ударом сердечником электромагнита.

Тепловой расцепитель

Он работает за счет изгиба биметаллической составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока, а охлаждается за счет отвода тепла в окружающую среду.

К этому расцепителю прикладывается тепловая энергия, создаваемая электрическим током по проходящему биметаллу. Ее величина, как нам известно из закона Джоуля-Ленца, зависит от:

1. электрического сопротивления цепи;

2. силы протекающего тока;

3. и времени его воздействия.

Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:

1. величина электрического тока;

2. время его протекания.

Их учитывают специальными характеристиками, которые называют по этим составляющим — времятоковыми.

По силе протекающего тока через автомат и времени его действия определяют не только зону работы теплового расцепителя, но и электромагнитной отсечки.

За основу расчетов принимают величину номинального тока, выбранного для конструкции выключателя. Срабатывание защит привязывают к его кратности — отношению проходящего действующего тока к номинальному.

Поскольку токовые защиты автоматического выключателя работают на превышение номинального тока, то всегда кратность токов I/In>1.

Электромагнитная отсечка

Работа защиты основана на постоянном учете токов, проходящих по виткам обмоток электромагнита. При величине нагрузок, не превышающих расчетное номинальное значение, токи, протекающие в каждом витке, создают суммарное магнитное поле, не способное преодолеть силу удержания механического штока внутри корпуса соленоида.

Головка подвижного толкателя втянута внутрь, а подвижный силовой контакт автоматического выключателя надежно прижат к стационарной части.

Когда сила проходящего тока превысит номинальный ток уставки, то суммарное магнитное поле, образованное внутри катушки, резко преодолеет силу удержания штока. Он выстреливает и резким ударом бьет по защелке, выдергивает ее из зацепления.

В результате нанесенного удара подвижный силовой контакт автоматического выключателя резко отбрасывается механической энергией от стационарного — электрическая цепь разрывается, а питающее напряжение снимается с подключенной схемы.

Как настраиваются защиты автоматического выключателя

Чтобы автомат четко выдерживал номинальный ток, не создавая ложных срабатываний, его защиты отстраивают на расчетные величины.

Тепловой расцепитель

При выборе нормативной уставки тока учитывают характер подключенной нагрузки и рассчитывают по формуле Iуст=kр∙kн∙In, где kр=1,1, а kн учитывает условия эксплуатации. Его устанавливают в пределах:

1,1÷1,3 для цепей с кратковременными перегрузками от запуска электродвигателей или подобных устройств;

1,1 — у резистивных схем без перегрузки или для работы схем постоянного тока.

В качестве примера рассмотрим защитную характеристику теплового расцепителя старого автоматического выключателя А3120.

На участке тока от 1,3 до 10 крат In характеристика представлена кривой «а», срабатывание производится с выдержкой времени, создающей резерв работы подключенных электроприборов. С увеличением нагрузки время их отключения сокращается от нескольких минут до одной секунды.

При десятикратный нагрузке тепловой расцепитель А3120 выводит из работы силовые контакты со временем порядка 0,01 секунды с небольшим разбросом параметров, показанным на графике зоной светло-красного цвета. Бо́льшие десяти крат возрастания рабочих токов не могут ускорить срабатывание защиты из-за механических свойств конструкции выключателя.

Электромагнитная отсечка

Параметры времятоковой характеристики для электромагнитного органа отсечки тоже настраиваются по номинальному току. У бытовых автоматов ток мгновенного расцепления разделяют на три класса:

1. В, лежащий в пределах 3÷5 In;

Для производственных технических устройств создаются автоматические выключатели с классами:

А, срабатывающими при меньших токах, чем 3In;

E и F — при больших кратностях, чем 20In в различных пределах.

Описанный класс работы отечественных автоматов узаконен требованиями ГОСТа Р 50345—2010. У иностранных производителей тоже применяется подобное деление мгновенных отсечек, но, стандарты токов и времена отключения могут отличаться, оговариваться нормативами своих стран или МЭК 60947—2.

Учет класса токоограничения

Скорость работы мгновенных токовых защит автоматического выключателя привязывают к частоте синусоидальной гармоники промышленной сети и обозначают одной из цифр: 1, 2 или 3. Эта цифра показывает часть полуволны стандартной гармоники, во время которой должно произойти отключение.

Автомат с токоограничением 3 самый быстрый — он отработает за 1/3 полупериода. Характеристика 2 свидетельствует о его половине, а 1 — полной длине полуволны.

Условия ограничения токов, проходящих через автоматический выключатель

Важным моментом при эксплуатации защит автоматов, работающих по токам нагрузок, является учет подключенной к ним схемы, обладающей уже каким-то определённым сопротивлением. Его величина будет ограничивать работу отсечки в аварийном режиме, а в какой-то момент не позволит своевременно снять напряжение питания с повреждаемого оборудования.

Примером такого участка является активное сопротивление обмотки источника питающего трансформатора со всеми подключенными жилами кабелей и проводами электрической сети, собранными на клеммниках и зажимах распределительных коробок и щитков вплоть до контактов квартирной розетки. Ее специалисты называют петлей фаза-ноль.

Для учета его величины при правильной настройке и работе автоматического выключателя используют специальные приборы — измерители сопротивления этой петли.

Их замер позволяет учесть поправку, вносимую дополнительным сопротивлением проводов, а значит — точно учитывать токи, проходящие в аварийном режиме через силовые контакты и защиты автоматического выключателя.

Как автоматический выключатель проверяется на проходящие через него токи

После изготовления на производстве до момента установки в электрическую схему продукция любого производителя может транспортироваться на большие расстояния или длительно храниться на складах. За это время возможно снижение ее качества, связанное с нарушением технических характеристик.

Поэтому автоматические выключатели при монтаже в схему до ввода ее в работу должны подвергаться проверке на исправность, которую принято называть прогрузкой.

Для этого в электролаборатории собирается специальная схема прогрузки автомата или используется одна из многочисленных конструкций стационарных или переносных стендов.

Автоматический выключатель проверяется по номинальному току, указанному на корпусе. Он должен длительно выдерживать его величину.

Затем автомат подвергают перегрузкам и токам коротких замыканий, которые он должен выдерживать при эксплуатации. При этом четко замеряются и фиксируются:

1. токи срабатывания защит теплового расцепителя и токовой отсечки;

2. времена отключения автомата от момента имитации аварийной ситуации.

Некоторые конструкции автоматов позволяют регулировать выходные параметры при прогрузке. Например, отдельные виды тепловых расцепителей имеют винтовое крепление, позволяющее корректировать уставку срабатывания биметаллической пластины в определенных пределах.

Все замеренные характеристики фиксируются с высокой точностью измерительными приборами и заносятся в протокол проверки, сравниваются с требованиями ГОСТ. После их анализа выдается свидетельство с заключением о пригодности.

Прогрузка автомата под нагрузкой позволяет выявить брак, предотвращает случаи возможных пожаров и электрических травм.

Таким образом, токи, проходящие через автоматические выключатели, учитываются при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации. Для этого введены термины, учитываемые требованиями ГОСТ:

Номинальный ток.

Максимально возможный тепловой нагрев электрических проводников (включая их изоляцию), которые под нагрузкой должны надежно работать на протяжении неограниченно долгого времени, взят за основу выбора величины номинального тока.

Поддерживается тепловой баланс при номинальном токе:

— от температурного воздействия электрических зарядов нагревом проводников;

— охлаждением за счет отвода в окружающую среду части тепла.

При этом влияние на прочностные и механические характеристики металла, не должно оказывать тепло Q1, а на измерение диэлектрических и химических свойств слоя изоляции — Q2.

Через какой-то промежуток времени, даже если номинальный ток немного превысит норму, для охлаждения изоляции и токовода потребуется снимать напряжение с электрооборудования. В противном же случае произойдет нарушение электротехнических свойств и возникнет деформация металла или пробой диэлектрического слоя.

Под работу при определенном значении номинального тока проектируется, рассчитывается и изготавливается любой вид электрического оборудования.

Не только в заводской технической документации указывается его величина, но также на корпусе либо шильдиках электрооборудования.

Величины номинального тока 2,5 и 10 ампер четко видны на показанной картинке, которые при изготовлении электрической вилки выполнены методом штамповки.

Целый ряд значений номинальных токов введен в действие ГОСТом 6827-76 с целью стандартизации оборудования, при этих значениях осуществлять работу должны практически все электроустановки.

Выбор защитного устройства по номинальному току.

Поскольку возможность длительной работы электрооборудования без любого рода повреждений определяет номинальный ток, то по нему настраиваются на срабатывание по его превышению все защитные устройства.

Очень часто на практике можно встретить ситуации, когда в схеме питания возникает перегрузка на непродолжительное время по различным причинам.

Температура слоя изоляции и металла проводника при этом не успевает достигнуть того предела, когда произойдет нарушение их электротехнических свойств.

Выделена зона перегруза по этим причинам в отдельную область, которая не только величиной ограничивается, но также продолжительностью действия. Когда будут достигнуты критические температурные значения металла проводника и слоя изоляции, для охлаждения электроустановки с нее должно сниматься напряжение.

Защиты от перегруза, которые работают по термическому принципу выполняют эти функции:

Эти устройства воспринимают тепловую нагрузку и с определенной выдержкой времени настраиваются на ее отключение. Чуть выше тока перегрузки лежит уставка защит, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки. На самом деле понятие «мгновенная» определяет действие за минимально возможный промежуток времени, за время чуть меньшее чем 0,02 секунды, выполняется отсечка защит для самых быстрых современных токовых защит.

Чаще всего в обычном режиме питания рабочий ток меньше номинального по своей величине.

В приведенном примере случай разобран для схем переменного тока. Для работы защит нет принципиального отличия соотношений между номинальным, рабочим током и выбором уставок в цепях постоянного напряжения.

Настройка автоматического выключателя для работы по номинальному току.

Наибольшее распространение в защитах бытовых электросетей и промышленных устройств получили автоматические выключатели, совмещающие в своей конструкции:

— работающие с выдержкой времени тепловые расцепители;

— отключающую очень быстро аварийный режим токовую отсечку.

Изготавливаются при этом автоматические выключатели на номинальный ток и напряжение, для работы в конкретных условиях определенной схемы по их величине выбираются защитные устройства.

Чтобы это выполнить определяются стандартами для разных конструкций автоматов 4 типа времятоковых характеристик. Обозначаются они латинскими буквами А, В, С, D и для гарантированного отключения аварий созданы с кратностью тока номинального режима от 1,3 до 14.

По времятоковой характеристике автоматический выключатель подбирается под определенный тип нагрузки, с учетом температуры окружающей его среды, например:

— цепи, имеющие большую перегрузочную способность;

— схемы с умеренными пусковыми токами и смешанными нагрузками.

Из трех зон может состоять время токовая характеристика, показывается на рисунке, или же из двух зон (без средней).

На корпусе автомата можно увидеть обозначение номинального тока. На рисунке показывается выключатель, обозначена на котором величина 100 ампер. Означает это, что произойдет его срабатывание (отключение) не от номинального тока (100 А), а от его превышения.

Если предположить, что отсечка автомата настроена на кратность 3,5, то номинальный ток величиной 100х3,5=350 ампер и больше будет без выдержки времени ею остановлен.

Когда же на кратность 1,25 настроен тепловой расцепитель, то отключение произойдет через какое-то время (например, один час) при достижении значения 100х1,25=125 ампер, а схема будет этот период работать с перегрузом.

Необходимо учитывать, что другие факторы, связанные с поддержанием температурного режима защиты, также влияют на время отключения автомата (условия окружающей среды; от посторонних источников возможности нагрева или охлаждения; степень заполнения аппаратурой распределительного щитка).

Что такое номинальный ток в электротехнике

Толковый словарь русского языка академика Ожегова объясняет значение слова «номинальный», как обозначенный, называющийся, но не исполняющий своих обязанностей, назначения, то есть фиктивный.

Это определение довольно точно поясняет электротехнические термины номинального напряжения, тока и мощности. Они вроде бы есть, назначены и определены, но на самом деле служат только как ориентиры для электриков. Действительные численные выражения этих параметров в реальности отличаются от назначенных величин.

К примеру, всем нам хорошо знакома переменная однофазная сеть с напряжением 220 вольт, которое считается номинальным. На самом деле его величина по ГОСТ может достигать только до верхнего предела 252 вольта. Так действует государственный стандарт.

Такая же картина просматривается и с номинальным током.

Принцип определения номинального тока

За основу выбора его величины взят максимально возможный тепловой нагрев электрических проводников, включая их изоляцию, которые должны неограниченно долгое время надежно работать под нагрузкой.

При номинальном токе поддерживается тепловой баланс между:

нагревом проводников от температурного воздействия электрических зарядов, описанным действием закона Джоуля—Ленца;

охлаждением за счет отвода части тепла в окружающую среду.

При этом тепло Q1 не должно оказывать влияние на механические и прочностные характеристики металла, а Q2 — на изменение химических и диэлектрических свойств слоя изоляции.

Даже при небольшом превышении номинального значения тока через какой-то промежуток времени потребуется снимать напряжение с электрооборудования для охлаждения металла токовода и изоляции. В противном случае их электротехнические свойства нарушатся и возникнет пробой диэлектрического слоя или деформация металла.

Любое электрическое оборудование (включая источники тока, его потребители, соединительные провода и системы, защитные устройства) рассчитывается, проектируется и изготавливается под работу при определенном номинальном токе.

Его величина указывается не только в технической заводской документации, но и на корпусе или шильдиках электрооборудования.

На приведенной фотографии четко видны величины номинального тока 2,5 и 10 ампер, которые выполнены методом штамповки при изготовлении электрической вилки.

С целью стандартизации оборудования ГОСТом 6827-76 введен в действие целый ряд значений номинальных токов, при которых должны работать практически все электроустановки.

Как подбирается защитное устройство по номинальному току

Поскольку номинальный ток определяет возможность длительной работы электрооборудования без каких-либо повреждений, то все защитные устройства по току настраиваются на срабатывание по его превышению.

На практике довольно часто встречаются ситуации, когда на непродолжительный период в схеме питания возникает перегрузка по различным причинам. При этом температура металла проводника и слоя изоляции не успевают достичь того предела, когда возникает нарушение их электротехнических свойств.

По этим причинам зона перегруза выделена в отдельную область, которая ограничивается не только величиной, но и продолжительностью действия. При достижении критических температурных значений слоя изоляции и металла проводника напряжения с электроустановки должно сниматься для ее охлаждения.

Эти функции выполняют защиты от перегруза, работающие по термическому принципу:

Они воспринимают тепловую нагрузку и настраиваются на ее отключение с определенной выдержкой времени. Уставка защит, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки, лежит чуть выше тока перегрузки. Термин «мгновенная» на самом деле определяет действие за минимально возможный промежуток времени. Для современных самых быстрых токовых защит отсечка выполняется за время, чуть меньшее 0,02 секунды.

Рабочий ток в обычном режиме питания чаще всего по своей величине меньше номинального.

В приведенном примере разобран случай для схем переменного тока. В цепях постоянного напряжения принципиального отличия соотношений между рабочим, номинальным током и выбором уставок для работы защит нет.

Как настроен автоматический выключатель для работы по номинальному току

В защитах промышленных устройств и бытовых электросетей наибольшее распространение получили автоматические выключатели, которые совмещают в своей конструкции:

тепловые расцепители, работающие с выдержкой времени;

токовую отсечку, очень быстро отключающую аварийный режим.

При этом автоматические выключатели изготавливаются на номинальное напряжение и ток. По их величине выбирают защитные устройства для работы в конкретных условиях определенной схемы.

Для этого стандартами определены 4 типа времятоковых характеристик для разных конструкций автоматов. Они обозначаются латинскими буквами А, В, С, D и созданы для гарантированного отключения аварий с кратностью тока номинального режима от 1,3 до 14.

Автоматический выключатель по времятоковой характеристике с учетом температуры окружающей его среды подбирается под определенный вид нагрузки, например:

схемы со смешанными нагрузками и умеренными пусковыми токами;

цепи с большой перегрузочной способностью.

Времятоковая характеристика может состоять из трех зон действия, как показано на картинке, или двух (без средней).

Обозначение номинального тока можно найти на корпусе автомата. На картинке показан выключатель на котором обозначена величина 100 ампер.

Это означает, что он сработает (отключится) не от номинального тока (100 А), а от его превышения. Допустим, если отсечка автомата настроена на кратность 3,5, то ток величиной 100х3,5=350 ампер и более будет ею остановлен без выдержки времени.

Когда же тепловой расцепитель настроен на кратность 1,25, то при достижении значения 100х1,25=125 ампер отключение произойдет через какое-то время, например, один час. При этом схема этот период будет работать с перегрузом.

Следует учитывать, что на время отключения автомата влияют и другие факторы, связанные с поддержанием температурного режима защиты:

условия окружающей среды;

степень заполнения распределительного щитка аппаратурой;

возможности нагрева или охлаждения от посторонних источников.

Как подбирается электропроводка и автоматический выключатель по номинальному току

Для определения основных электротехнических параметров защит и проводов в обязательном порядке учитывается приложенная к ним нагрузка. Для этого проводят ее расчет по номинальной мощности подключенных в работу приборов с учетом коэффициента их занятости.

Например, к розеточной группе, расположенной на кухне, подключены в работу посудомоечная машина, мультиварка, электродуховка и микроволновая печь которые потребляют суммарную мощность в обычном режиме 5660 ватт (с учетом периодичности включений).

Номинальное напряжение бытовой сети 220 вольт. Определим ток нагрузки, который будет проходить через провода и защитные устройства делением мощности на напряжение. I=5660/220=25,7 А.

Далее смотрим таблицу ряда номинальных токов для электрооборудования. В ней автоматического выключателя на такой ток нет. Но, производители выпускают автоматы на 25 ампер. Его величина ближе всего соответствует нашим задачам. Поэтому его и выбираем за основу защитного устройства для электропроводки потребителей розеточной группы.

После этого нам необходимо определиться с материалом проводов и поперечным сечением. Возьмем за основу медь, поскольку алюминиевая проводка даже в бытовых целях уже не пользуется популярностью из-за своих эксплуатационных характеристик.

В справочниках электриков приводятся таблицы подбора проводов из разных материалов по токовой нагрузке. Возьмем наш случай с учетом того, что проводка выполняется отдельным кабелем с полиэтиленовой изоляцией, спрятанным в штробу стен. Температурные пределы примем соответствующими комнатным условиям.

Таблица нам представит сведения, что минимально допустимое поперечное сечение стандартного медного провода для нашего случая — 4 мм квадратных. Меньше брать нельзя, но лучше его увеличить.

Иногда возникает задача подбора номинала защит под уже работающую проводку. В этом случае вполне оправданно определить электроизмерительным инструментом ток нагрузки сети потребителей и сравнить его с тем, который рассчитан вышеприведенным теоретическим методом.

Таким способом термин «номинальный ток» помогает электрикам ориентироваться в технических характеристиках электрооборудования.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: