Расчет предохранителей. Расчет и выбор предохранителей для электрических цепей: полное руководство

Как правильно рассчитать номинал предохранителя для защиты электродвигателя. Какие факторы учитывать при выборе плавких вставок. Как определить допустимый ток для проводников и кабелей. Какие существуют типы предохранителей и в чем их особенности.

Основные принципы расчета и выбора предохранителей

Правильный выбор предохранителей играет ключевую роль в обеспечении безопасности и надежности электрических цепей. При расчете и подборе плавких вставок необходимо учитывать множество факторов:

• Номинальный и пусковой ток защищаемого оборудования
• Время-токовые характеристики предохранителей
• Селективность срабатывания защит
• Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
• Требования нормативных документов

Рассмотрим основные принципы и методики расчета предохранителей для различных применений.

Расчет предохранителей для защиты электродвигателей

При выборе предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей необходимо учитывать большой пусковой ток, который может в 5-7 раз превышать номинальный. Как правильно рассчитать номинал предохранителя для двигателя?

Номинальный ток плавкой вставки I_вст определяется по формуле:

I_вст = k * I_ном

где I_ном — номинальный ток двигателя, k — коэффициент запаса.

Коэффициент запаса k выбирается в зависимости от условий пуска:

• 2,5 — для двигателей с легким пуском (до 5 секунд)
• 2,0-1,6 — для двигателей с тяжелым пуском (более 10 секунд)

Важно также проверить, чтобы ток плавления вставки был не менее чем в 1,25 раза больше пускового тока двигателя.

Выбор предохранителей для защиты кабельных линий

При защите кабелей и проводов предохранитель должен обеспечивать отключение как при коротких замыканиях, так и при длительных перегрузках. Как правильно выбрать номинал вставки?

Номинальный ток плавкой вставки I

вст должен удовлетворять условиям:

I_вст ≥ I_расч

I_вст ≤ I_доп / k

где I_расч — расчетный ток нагрузки, I_доп — длительно допустимый ток кабеля, k — коэффициент защиты (обычно 0,8-0,9).

Также проверяется защита от коротких замыканий:

I²t ≤ k * S²

где I²t — интеграл Джоуля предохранителя, k — коэффициент, S — сечение жил кабеля.

Типы и конструкции предохранителей

В электроустановках применяются различные типы предохранителей. Какие существуют виды плавких вставок и в чем их особенности?

Предохранители ПР и ПН

Наиболее распространены предохранители серий ПР (разборные) и ПН (неразборные). Они имеют керамический или фарфоровый корпус, внутри которого расположена плавкая вставка. Особенности:

• Номинальные токи от 6 до 1000 А
• Напряжение до 660 В
• Высокая отключающая способность
• Возможность замены вставки (для ПР)

Быстродействующие предохранители

Для защиты полупроводниковых приборов применяются быстродействующие предохранители. Их отличительные черты:

• Время срабатывания менее 10 мс
• Низкие значения интеграла Джоуля
• Высокая точность срабатывания

Особенности выбора предохранителей для сетей 0,4 кВ

В сетях низкого напряжения 380/220 В предохранители остаются одним из основных аппаратов защиты. Какие факторы нужно учитывать при их выборе?

Основные требования при выборе предохранителей 0,4 кВ:

• Номинальное напряжение предохранителя должно быть не менее напряжения сети
• Номинальный ток должен быть не менее расчетного тока нагрузки
• Отключающая способность должна превышать ток КЗ в месте установки
• Селективность действия с нижестоящими защитами

Важно правильно выбрать тип предохранителя. Для распределительных сетей обычно применяют предохранители ППН, для защиты электродвигателей — ПН.

Расчет допустимого тока для проводников и кабелей

Правильный выбор сечения проводников тесно связан с расчетом предохранителей. Как определить допустимый длительный ток для кабелей?

Длительно допустимый ток I_доп для проводников зависит от:

• Материала жил (медь, алюминий)
• Типа изоляции
• Способа прокладки
• Количества нагруженных жил
• Температуры окружающей среды

Расчет ведется по формуле:

I_доп = k₁ * k₂ * k₃ * I_таб

где I_таб — табличное значение тока, k₁, k₂, k₃ — поправочные коэффициенты.

Важно, чтобы ток нагрузки не превышал 80% от I_доп для обеспечения нормального теплового режима кабеля.

Селективность действия предохранителей

Селективность защиты обеспечивает отключение только поврежденного участка цепи. Как добиться селективного действия предохранителей?

Для обеспечения селективности необходимо выполнение условий:

• Номинальные токи смежных защит должны различаться не менее чем на ступень
• Время-токовые характеристики не должны пересекаться
• Интеграл Джоуля вышестоящего предохранителя должен быть в 1,5-2 раза больше нижестоящего

Важно правильно подобрать типы предохранителей. Например, для защиты отходящих линий рекомендуется использовать предохранители с меньшей скоростью плавления, чем на вводе.

Заключение

Правильный расчет и выбор предохранителей — важная задача при проектировании электроустановок. Необходимо учитывать множество факторов, от характеристик защищаемого оборудования до требований селективности. Грамотно подобранная защита обеспечит надежную и безопасную работу электрических сетей.

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Поскольку пусковой ток электродвигателя в несколько раз превышает номинальный, во избежание поломки на механизм устанавливается предохранитель. Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей осуществляется с учетом отстройки от пускового тока. При этом максимальный номинальный ток плавкой вставки должен быть больше номинального тока самого предохранителя, а расчетный ток цепи превышать оба эти показателя. Плавкие вставки отстраиваются по времени таким образом, чтобы они не расплавились до момента полного завершения процесса пуска двигателя. Обычно расчет выполняется с условием, чтобы пусковой ток был меньше или равен половине тока, способного расплавить вставку.

Выбор предохранителей по типу пуска двигателей

По частоте и времени пуска асинхронные электродвигатели делятся на два типа:

• Агрегаты с легким запуском (в насосах, металлорежущих станках, вентиляторах). Они запускаются достаточно редко (не более 15 раз за 1 час), процесс пуска занимает от 3 до 5 секунд.
• Агрегаты с тяжелым пуском (в шаровых мельницах, центрифугах, подъемных кранах). Их запуск происходит чаще (от 15 раз за 1 час) и пуск продолжается 10 и более секунд. Для этого вида движков перегорание вставки при запуске недопустимо.

Для расчета номинального тока вставки значение пускового тока двигателя делится на коэффициент условий пуска. Первое значение определяется с помощью измерений, по каталогу или паспорту. Второе значение равно 2,5 для механизмов с легким пуском и от 1,6 до 2 – для механизмов с тяжелым пуском.

Важно предварительно точно определить время пуска и сделать замеры напряжения на вводах механизма в момент пуска, поскольку возможно ложное перегорание вставки при номинальной работе агрегата вследствие ее окисления и нагрева (как результат – уменьшение сечения и ухудшение состояния контактов).

Сгорание вставки при пуске приводит к тому, что двигатель начинает работать на двух фазах и быстро ломается. Поэтому, если уровень чувствительности механизма к КЗ позволяет, нужно выбирать более грубые чем по результатам расчетов вставки. Для каждого двигателя необходим отдельный аппарат защиты. Установка общего аппарата для нескольких двигателей допускается при соблюдении следующих условий:

• механизмы маломощные;
• в цепи каждого двигателя установлены аппараты защиты от перегрузки и пусковые аппараты с достаточной термической устойчивостью.

Предохранители для защиты магистралей

В магистрали, питающей несколько двигателей, защита должна обеспечивать как их самозапуск, так и пуск механизма с наибольшим показателем пускового тока. При расчете защиты необходимо определить:

• двигатели, отлучающиеся при исчезновении или понижении напряжения;
• двигатели, остающиеся включенными;
• двигатели, повторно включающиеся при появлении напряжения.

Выбор предохранителей асинхронных электродвигателей в магистрали без самозапускающихся механизмов осуществляется с учетом соотношения максимального кратковременного тока линии и пускового тока двигателя/двигателей, включаемых одновременно.

Защиту агрегатов от перегрузки обеспечивают тепловые реле, которые встроены в автоматические выключатели или магнитные пускатели. Так как при возникновении КЗ контакты часто разрушаются, необходимо обеспечить условия, при которых предохранитель отключит двигатели до того, как контакты пускателя разомкнутся. Поэтому ток вставки предохранителя должен быть в 10-15 раз меньше, чем ток короткого замыкания – это позволяет отключать ток КЗ на время от 0,15 до 0, 2 секунд.

Нагрев проводников и защита предохранителями в электросетях до 1000В

Рейтинг:  5 / 510Нагрев проводников и защита предохранителями в электросетях до 1000В

Любое электротехническое изделие нуждается в защите от разных негативных влияний. Это может быть защита от внешних воздействий, например, от повышенной температуры, вибраций, или влаги. Или же в оборудовании может быть предусмотрена защита от перегрева (перегрузки) или сверхтоков. Такая защита нацелена на предотвращение поломок в самом исполнительном оборудовании, и его в случае каких-то неразрешимых проблем можно заменить.

Труднее дело обстоит с сетями, питающими данные электроприемники. Если электропроводка проложена скрыто и ничем не защищена, длительная перегрузка или короткое замыкание могут привести к ускоренному износу изоляции и повреждению, на исправление которого понадобится много сил и средств. Чтобы этого не произошло, в шкафах или щитках, питающих данную группу потребителей электроэнергии, предусмотрена защита в виде автоматических выключателей (АВ) или предохранителей, иногда называемых плавкими вставками или пробками. При возникновении ненормального режима потребления электроэнергии эти аппараты разрывают электрическую цепь, предотвращая аварийные ситуации. Автоматические выключатели при этом отключаются, плавкие вставки предохранителей перегорают. Рассмотрим, как именно нагрев влияет на износ электропроводки.

С детства всем известно, как небезопасно прикасаться к оголенным проводам, то есть к проводникам без изоляции. Изоляцию выполняют из материалов, обладающих ничтожно малой проводимостью тока, что исключает возможность появления замкнутой цепи между токоведущей частью оборудования и человеческим телом.

На заводах-изготовителях проводов и кабелей изоляцию рассчитывают с учетом максимальной рабочей температуры проводников, причем существует шесть основных классов нагревостойкости изоляции. Существует и так называемое правило восьми градусов, выражающее скорость старения изоляции в зависимости от температуры:

• превышение температуры изоляции на каждые 8 °С ускоряет ее износ вдвое.

Это связано с ее высыханием, ухудшением эластичности, возникновением трещин и пор. Поэтому при проектировании электроснабжения проводят расчет нагрева проводов. Такой расчет в общем случае проводится в следующем порядке: допустимый ток в проводнике I_доп должен быть больше или равен расчетному току I_р, разделенному на поправочный коэффициент K_п:

Поправочный коэффициент принимается в зависимости от температуры и количества проложенных вместе кабелей. Далее выбирают номинальный (рабочий) ток предохранителя, который должен находиться в пределах между расчетным и допустимым током проводника:

Следующим пунктом выбирается ток срабатывания предохранителя:

  Полную методику расчета электросетей для разных случаев можно найти в ТКП 121-2008.

У предохранителей в сравнении с автоматами есть одно преимущество – цена. Предохранители намного дешевле автоматических выключателей из-за простоты конструкции. Рассмотрим конструкцию типичного предохранителя. Предохранители в стеклянном корпусе применяются обычно в электронной или бытовой технике. В сетях до 1 кВ применяют предохранители в керамическом или фарфоровом корпусе.

Внутри корпуса находится плавкая вставка из специального электротехнического сплава. Между стенками корпуса и вставкой находится наполнитель – кварцевый песок или газ, предназначенный для улучшения гашения дуги. Сама плавкая вставка сделана тоньше в середине для того, чтобы расплав ее происходил в самом тонком месте. Иногда для улучшения время-токовой характеристики перегорания вставки из меди или ее сплавов на центр вставки наносят каплю олова или свинца. Получившаяся система имеет свойства, отличные от свойств исходных металлов, и такое явления называют металлургическим эффектом.

Предохранители выпускают на напряжение и выше 1 кВ. Существуют предохранители многоразового действия – самовосстанавливающиеся. Предохранители в шкафах запрещается извлекать и заменять непосредственно руками, для этого есть специальный ключ, однако есть и специальные держатели для предохранителей в корпусе на DIN-рейку, что упрощает замену предохранителей.

В качестве итога хочется отметить, что несмотря на активное внедрение автоматических выключателей, предохранители до сих пор применяют на предприятиях Беларуси ввиду простоты и понятности конструкции, а также низкой цены и легкости эксплуатации.

 

Социальные кнопки для Joomla

Пример расчета уравнений предохранителей IEEE 1584

Рассмотрим распределительное устройство на 600 В и предполагаемый трехфазный ток короткого замыкания 50 кА на его клеммах. Редуктор защищен предохранителем класса RK1 400A, расположенным выше по потоку. Энергия падения на рабочем расстоянии 500 мм, граница защиты от вспышки и категория средств индивидуальной защиты (СИЗ) будут рассчитываться на основе формул IEEE 1584 «Руководство по расчету опасности вспышки дуги» для расчета энергии вспышки дуги (уравнения плавких предохранителей).

Начнем с указания Рабочее расстояние , Доступный трехфазный болтовой ток и Предохранитель с ограничением тока из раскрывающегося списка ниже. Программа автоматически заменит Тип заземления (Заземлено), Напряжение системы (600 В) и Зазор между проводниками (32 мм или 1-1/4 дюйма) в режиме IEEE 1584 Fuse Equations . В случаях, когда напряжение отличается от 600 В или доступный ток короткого замыкания и разрыв находятся за пределами диапазона модели, IEEE 1584 Эмпирически полученная модель может быть применена и включена в калькулятор Arc Flash Analytic v4.1 .

Рис. 1. Передний экран уравнений предохранителей

Сводка по системе и Результаты расчета Экран будет отображаться при нажатии кнопки [Далее].

Рис. 2. Результаты уравнений плавких предохранителей

При нажатии кнопки [Сохранить результаты] результаты будут сохранены в текстовый файл для дальнейшего использования или печати. Вы можете сохранять результаты для разных заданий под разными именами. Выбрав Открыть из меню File (см. Рисунок 1 выше) вы можете открыть существующий файл результатов, проверить его текущее содержимое, выполнить простые операции редактирования, включая Вырезать , Копировать и Вставить в буфер обмена и из него. , Сохранить и Напечатать . Если вам нужно более сложное редактирование, импортируйте файл в свой любимый текстовый процессор (например, MS Word) и делайте то, что вам нужно.

Предупреждающую метку можно создать, нажав кнопку [Создать метку]. Этикетку можно сохранить на локальном диске и распечатать на системном принтере. Программа позволяет сохранять сгенерированные предупредительные этикетки в электронных форматах JPG, BMP и PDF для упрощения их масштабирования и печати нескольких этикеток на стандартном этикеточном материале напрямую или из Word, Page Maker или другого текстового процессора. Вы сможете назначить уникальное имя оборудования для каждой метки, прежде чем сохранять их на жестком диске.

Рис. 3. Предварительный просмотр этикетки

Вы можете щелкнуть Этикетка в меню Опции (см. Рис. 1 выше), чтобы выбрать оборудование, опасности вспышки дуги и информацию о дате создания, отображаемую на предупреждающей этикетке. Вы также можете выбрать тип этикетки (цветная или черно-белая), язык этикетки (английский, французский или испанский) и добавить на этикетку еще несколько строк текстовой информации.

Рис. 4. Варианты маркировки

 

Software & Mobile Apps

4.00

Short Circuit Fault Current Calculations

4.00

Arc Flash Hazard Analysis & Labeling

Our Partners

Search

Social

Информационный бюллетень

15. 10.2015

Изменения в расчете тока короткого замыкания, дугового разряда и маркировке

25.09.2015

Необычный дизайн продукта и печать этикеток на заказ

18.08.2015

Рабочее место, пожарная безопасность, знаки и плакаты для объектов

06.04.2015

Характеристики воспламенения и плавления защитной одежды

23. 11.2014

Индивидуальная печать этикеток с дуговым разрядом и объявление CSA Z462-15

16.10.2014

Расчет тока короткого замыкания и маркировка

23.09.2014

НФПА 70E

▷ Установка блока предохранителей и расчет нагрузки

В прошлый раз мы рассказывали вам об Андрее. Он снова прислал нам статью для участия в блоге. Помните, что вы можете сделать то же самое, отправив нам письмо.

Введение

Некоторым может показаться, что установка блока предохранителей в жилом помещении довольно простая задача. Автоматический выключатель на 16 А и проводник 2,5 мм² для настенных розеток, автоматический выключатель на 10 А и проводник 1,5 мм² для цепи освещения, не очень сложный. Я должен сказать, что приведенные выше значения относятся к европейским однофазным цепям 230 В.

Но что, если бы нам пришлось подавать электричество в мастерскую или место, которое имеет отличные от обычных нагрузки, такие как двигатели или электроинструменты? Давайте посмотрим, как мы можем настроить эту схему и блок предохранителей для нее.

Расчет нагрузки

Как и в случае с любой другой цепью, нам необходимо определить общий ток, необходимый для ее питания. В нашем примере с мастерской большинство однофазных электроинструментов и оборудования будут иметь мощность менее 2000 Вт, и это самая безопасная максимальная нагрузка для непрерывно работающей линии 230 В. При превышении этой мощности, скорее всего, оборудованию потребуется 3-фазная цепь.

Мы знаем формулу для расчета тока для маломощного оборудования, такого как лампы: I _N = при U=230 В, а cosϕ зависит от типа нагрузки. Для резистивных нагрузок, таких как нагреватели, лампы накаливания, cosϕ=1, для люминесцентных ламп с внутренней компенсацией cosϕ=0,8-0,95. Вы должны иметь в виду, что для люминесцентных ламп Pi=Plamp + Pbalast.

Для двигателей большой мощности с однофазной нагрузкой формула немного отличается: I _N = где η – КПД. Если вы не знаете эффективность, вы можете использовать значение 0,8. В таблице ниже представлена ​​оценка cosϕ для асинхронных двигателей:

Размеры цепей и автоматических выключателей

Рекомендуется поддерживать нагрузку менее 2 кВт на каждую цепь с независимыми предохранителями, но при работе с двигателями и сильноточными машинами нужно быть осторожным при выборе типа автоматического выключателя, потому что многие двигатели при запуске будет потреблять намного больше тока, чем номинальное значение, и это может привести к срабатыванию выключателя.

Существует 3 основных типа автоматических выключателей или автоматических выключателей, обозначенных буквами B, C и D. Они различаются значением мгновенного тока срабатывания: B имеет значение от 3 до 5 кратного номинального тока, C от 5 до 10-кратный номинальный ток и D от 10 до 20 раз. В зависимости от двигателя вам может понадобиться автоматический выключатель C или D.

Согласно IEC 60364-4-41 каждая цепь настенной розетки должна быть защищена УЗО с высокой чувствительностью

После того, как мы рассчитали ток, необходимый для всех цепей на объекте, сумма этих значений тока будет определять сечение проводов между главным и удаленным блоком предохранителей. Пожалуйста, обратитесь к следующей таблице для дополнительной оценки значений cosϕ для общего электрооборудования.

Для расчета сечения провода есть очень хороший онлайн-инструмент, который поможет вам рассчитать сечение по стандартам NEC или IEC: http://www.cablesizer.com/

Поскольку все нагрузки равномерно распределены по новым цепям и все цепи защищены соответствующим образом автоматическими выключателями для освещения и АВДТ для настенных розеток, важно отметить, что роль автоматических выключателей заключается в защите цепи.