Разное

Соотношение сечения провода и мощности автомата: Страница не найдена

Соотношение сечения провода и мощности автомата: Страница не найдена

Содержание

Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: как рассчитать автоматический выключатель

Для организации безотказно действующего внутридомового электроснабжения необходимо выделить отдельные ветки.  Каждую линию нужно оснастить собственным прибором защиты, оберегающим изоляцию кабеля от оплавления. Однако не все знают, какое устройство приобрести. Согласны?

Все про выбор автоматов по мощности нагрузки вы узнаете из представленной нами статьи. Мы расскажем, как определить номинал для поиска выключателя необходимого класса. Учет наших рекомендаций гарантирует покупку требующихся устройств, способных исключить угрожающие ситуации при эксплуатации проводки.

Содержание статьи:

Автоматические выключатели для бытовых сетей

Электроснабжающие организации осуществляют подключение домов и квартир, выполняя работы по подведению кабеля к распредщиту. Все мероприятия по монтажу разводки в помещении выполняют его владельцы, либо нанятые специалисты.

Чтобы подобрать автомат для защиты каждой отдельной цепи необходимо знать его номинал, класс и некоторые другие характеристики.

Основные параметры и классификация

Бытовые автоматы устанавливают на входе в низковольтную электрическую цепь и предназначены они для решения следующих задач:

  • ручное или электронное включение или обесточивание электрической цепи;
  • защита цепи: отключение тока при незначительной длительной перегрузке;
  • защита цепи: мгновенное отключение тока при коротком замыкании.

Каждый выключатель имеет характеристику, выраженную в амперах, которую называют (In) или “номинал”.

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала:

K = I / In,

где I – реальная сила тока.

  • K < 1.13: отключение (расцепление) не произойдет в течение 1 часа;
  • K > 1.45: отключение произойдет в течение 1 часа.

Эти параметры зафиксированы в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы узнать за какое время произойдет отключение при K>1.45 нужно воспользоваться графиком, отражающим времятоковую характеристику конкретной модели автомата.

При длительном превышении током значения номинала выключателя в 2 раза, размыкание произойдет за период от 8 секунд до 4-х минут. Скорость срабатывания зависит от настройки модели и температуры среды

Также у каждого типа автоматического выключателя определен диапазон тока (Ia), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепления:

  • класс “B”: Ia = (3 * In .. 5 * In];
  • класс “C”: Ia = (5 * In .. 10 * In];
  • класс “D”: Ia = (10 * In .. 20 * In].

Устройства типа “B” применяют в основном для линий, которые имеют значительную длину. В жилых и офисных помещениях используют автоматы класса “С”, а приборы с маркировкой “D” защищают цепи, где есть оборудование с большим пусковым коэффициентом тока.

Стандартная линейка бытовых автоматов включает в себя устройства с номиналами в 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Конструктивное устройство расцепителей

В современном присутствуют два вида расцепителей: тепловой и электромагнитный.

Биметаллический расцепитель имеет форму пластины, созданной из двух токопроводящих металлов с различным тепловым расширением. Такая конструкция при длительном превышении номинала приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма размыкания цепи.

У некоторых автоматов с помощью регулировочного винта можно изменить параметры тока, при котором происходит отключение. Раньше этот прием часто применяли для “точной” настройки устройства, однако эта процедура требует углубленных специализированных знаний и проведения нескольких тестов.

Вращением регулировочного винта (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки можно добиться большего времени срабатывания теплового расцепителя

Сейчас на рынке можно найти множество моделей стандартных номиналов от разных производителей, у которых времятоковые характеристики немного отличаются (но при этом соответствуют нормативным требованиям). Поэтому есть возможность подобрать автомат с нужными “заводскими” настройками, что исключает риск неправильной калибровки.

Электромагнитный расцепитель предотвращает перегрев линии в результате короткого замыкания. Он реагирует практически мгновенно, но при этом значение силы тока должно в разы превышать номинал. Конструктивно эта деталь представляет собой соленоид. Сверхток генерирует магнитное поле, которое сдвигает сердечник, размыкающий цепь.

Соблюдение принципов селективности

При наличии разветвленной электрической цепи можно организовать защиту таким образом, чтобы при коротком замыкании произошло отключение только той ветви, на которой возникла аварийная ситуация. Для этого применяют принцип селективности выключателей.

Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматических выключателей с реализованной функцией селективности (выборочности) срабатывания при возникновении короткого замыкания

Для обеспечения выборочного отключения на нижних ступенях устанавливают автоматы с мгновенной отсечкой, размыкающие цепь за 0.02 – 0.2 секунды. Выключатель, размещенный на вышестоящей ступени, или имеет выдержку по срабатыванию в 0.25 – 0.6 с или выполнен по специальной “селективной” схеме в соответствии со стандартом DIN VDE 0641-21.

Для гарантированного обеспечения лучше использовать автоматы от одного производителя. Для выключателей единого модельного ряда существуют таблицы селективности, которые указывают возможные комбинации.

Простейшие правила установки

Участок цепи, который необходимо защитить выключателем может быть одно- или трехфазным, иметь нейтраль, а также провод PE (“земля”). Поэтому автоматы имеют от 1 до 4 полюсов, к которым подводят токопроводящую жилу. При создании условий для расцепления происходит одновременное отключение всех контактов.

Автоматы в щитке крепят на специально отведенную для этого DIN-рейку. Она обеспечивает компактность и безопасность подключения, а также удобный доступ к выключателю

Автоматы устанавливают следующим образом:

  • однополюсные на фазу;
  • двухполюсные на фазу и нейтраль;
  • трехполюсные на 3 фазы;
  • четырехполюсные на 3 фазы и нейтраль.

При этом запрещено делать следующее:

  • устанавливать однополюсные автоматы на нейтраль;
  • заводить в автомат провод PE;
  • устанавливать вместо одного трехполюсного автомата три однополюсных, если в цепь подключен хотя бы один трехфазный потребитель.

Все эти требования прописаны в ПУЭ и их необходимо соблюдать.

В каждом доме или помещении, к которому подведено электричество, устанавливают вводной автомат. Его номинал определяет поставщик и это значение прописано в договоре на подключение электроэнергии. Предназначение такого выключателя – защита участка от трансформатора до потребителя.

После вводного автомата к линии подключают счетчик (одно- или трехфазный) и , функции которого отличаются от работы автоматического и дифференциального выключателя.

Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным автоматом, мощность которого . Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.

Счетчик электроэнергии и автоматические выключатели устанавливают в распределительном щите, который отвечает всем требованиям безопасности и легко может быть вписан в интерьер помещения

При выборе места для размещения необходимо помнить, что на свойства теплового расцепителя влияет температура воздуха. Поэтому желательно располагать рейку с автоматами внутри самого помещения.

Расчет необходимого номинала

Основная защитная функция автоматического выключателя распространяется на проводку, поэтому подбор номинала осуществляют по сечению кабеля. При этом вся цепь должна обеспечить штатную работу подключенных к ней приборов. Расчет параметров системы несложен, но надо учесть много нюансов, чтобы избежать ошибок и возникновения проблем.

Определение суммарной мощности потребителей

Один из главных параметров электрического контура – максимально возможная мощность подключенных к ней потребителей электроэнергии. При расчете этого показателя нельзя просто суммировать паспортные данные устройств.

Активная и номинальная компонента

Для любого прибора, работающего от электричества, производитель обязан указать активную мощность (P). Эта величина определяет количество энергии, которая будет безвозвратно преобразована в результате работы аппарата и за которую пользователь будет платить по счетчику.

Но для приборов с наличием конденсаторов или катушки индуктивности есть еще одна мощность с ненулевым значением, которую называют реактивной (Q). Она доходит до устройства и практически мгновенно возвращается обратно.

Реактивная компонента не участвует при подсчете использованной электроэнергии, но совместно с активной формирует так называемую “полную” или “номинальную” мощность (S), которая дает нагрузку на цепь.

cos(f) – параметр, с помощью которого можно определить полную (номинальную мощность) по активной (потребляемой). Если он не равен единице, то его указывают в технической документации к электроприбору

Считать вклад отдельного устройства в общую нагрузку на токопроводящие жилы и автомат необходимо по его полной мощности: S = P / cos(f).

Повышенные стартовые токи

Следующей особенностью некоторых типов бытовой техники является наличие трансформаторов, электродвигателей или компрессоров. Такие устройства при начале работы потребляют пусковой (стартовый) ток.

Его значение может в несколько раз превышать стандартные показатели, но время работы на повышенной мощности невелико и обычно составляет от 0.1 до 3 секунд. Такой кратковременный всплеск не приведет к срабатыванию теплового расцепителя, но вот электромагнитный компонент выключателя, отвечающий за сверхток КЗ, может среагировать.

Особенно эта ситуация актуальна для выделенных линий, к которым подключают оборудование типа деревообрабатывающих станков. В этом случае нужно посчитать ампераж и, возможно, имеет смысл использовать автомат класса “D”.

Учет коэффициента спроса

Для цепей, к которым подключено большое количество оборудования и отсутствует устройство, которое потребляет наибольшую часть тока, используют коэффициент спроса (ks). Смысл его применения заключается в том, что все приборы не будут работать одновременно, поэтому суммирование номинальных мощностей приведет к завышенному показателю.

Коэффициент спроса на группы электропотребителей установлен в п. 7 СП 256.1325800.2016. На эти показатели можно опираться и при самостоятельном расчете максимальной мощности

Этот коэффициент может принимать значение равное или меньшее единице. Вычисления расчетной мощности (Pr) каждого прибора происходит по формуле:

Pr = ks * S

Суммарную расчетную мощность всех приборов применяют для вычисления параметров цепи. Использование коэффициента спроса целесообразно для офисных и небольших торговых помещений с большим числом компьютеров, оргтехники и другой аппаратуры, запитанной от одного контура.

Для линий с незначительным количеством потребителей этот коэффициент не применяют в чистом виде. Из подсчета мощности убирают те устройства, чье включение одновременно с более энергозатратными приборами маловероятно.

Так, например, мало шансов на единовременную работу в жилой комнате с утюгом и пылесосом. А для мастерских с небольшим числом персонала в расчет берут только 2-4 наиболее мощных электроинструмента.

Вычисление силы тока

Выбор автомата производят по максимальному значению силы тока, допустимому на участке цепи. Необходимо получить этот показатель, зная суммарную мощность электропотребителей и напряжение в сети.

Согласно ГОСТ 29322-2014 с октября 2015 года значение напряжения должно быть равным 230 В для обыкновенной сети и 400 В – для трехфазной. Однако в большинстве случаев, до сих пор действуют старые параметры: 220 и 380 В соответственно. Поэтому для точности расчетов необходимо провести замеры с применением вольтметра.

Измерить напряжение в домашней сети можно с помощью вольтметра или мультиметра. Для этого достаточно воткнуть его контакты в розетку

Еще одной проблемой, особенно актуальной для , является предоставление электроснабжения с недостаточным напряжением. Замеры на таких проблемных объектах могут показывать значения, выходящие за определенный ГОСТом диапазон.

Более того, в зависимости от уровня потребления соседями электричества, значение напряжения может сильно меняться в течение короткого времени.

Это создает проблему не только для функционирования приборов, но и для . При падении напряжения некоторые устройства просто теряют в мощности, а некоторые, у которых присутствует входной стабилизатор, увеличивают потребление электричества.

Качественно провести расчеты необходимых параметров цепи в таких условиях сложно. Поэтому либо придется прокладывать кабели с заведомо большим сечением (что дорого), либо решать проблему через установку входного стабилизатора или подключение дома к другой линии.

Стабилизатор устанавливают рядом с распределительным щитом. Часто бывает, что это единственный способ получить нормативные значения напряжения в доме

После того как была найдена общая мощность электроприборов (S) и выяснено значение напряжения (U), расчет силы тока (I) проводят по формулам, являющихся следствием закона Ома:

If = S / Uдля однофазной сети

Il = S / (1.73 * Ul) для трехфазной сети

Здесь индекс “f” означает фазные параметры, а “l” – линейные.

Большинство трехфазных устройств используют тип подключения “звезда”, а также именно по этой схеме функционирует трансформатор, выдающий ток для потребителя. При симметричной нагрузке линейная и фазная сила будут идентичны (Il = If), а напряжение рассчитывают по формуле:

Ul = 1.73 * Uf

Нюансы подбора сечения кабеля

Качество и параметры проводов и кабелей регулирует ГОСТ 31996-2012. По этому документу для выпускаемой продукции разрабатывают ТУ, где допускается некоторый диапазон значений базовых характеристик. Изготовитель обязан предоставить таблицу соответствия сечения жил и максимальной безопасной силы тока.

Максимально допустимая сила тока зависит от сечения жил проводов и способа монтажа. Они могут быть проложены скрытым (в стене) или открытым (в трубе или коробе) способом

Выбирать кабель необходимо так, чтобы обеспечить безопасное протекание тока, соответствующего расчетной суммарной мощности электроприборов. Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок) минимальное , используемых в жилых помещениях, должно быть не менее 1,5 мм2.

Стандартные размеры имеют следующие значения: 1,5; 2,5; 4; 6 и 10 мм2.

Иногда есть резон использовать провода с сечением на шаг больше, чем минимально допустимое. В этом случае существует возможность подключения дополнительных приборов или замена уже существующих на более мощные без дорогостоящих и длительных работ по прокладке новых кабелей.

Расчет параметров автомата

Для любой цепи должно быть выполнено следующее неравенство:

In <= Ip / 1.45

Здесь In – номинальный ток автомата, а Ip – допустимый ток для проводки. Это правило обеспечивает гарантированное расцепление при длительном превышении допустимой нагрузки.

Неравенство “In <= Ip / 1.45” является основным условием при комплектовании пары “автомат – кабель”. Пренебрежение этим правилом может привести к возгоранию проводки

Рассчитать номинал автомата можно как по суммарной нагрузке, так и по сечению жил уже проложенной проводки. Допустим, что существует схема подключения электроприборов, но проводка еще не проложена.

В этом случае последовательность действий следующая:

  1. Вычисление суммарной силы тока подключенных к сети электроприборов.
  2. Выбор автомата с номиналом не меньше, чем вычисленная величина.
  3. Подбор сечения кабеля по номиналу автомата.

Пример:

  1. S = 4 кВт; I = 4000 / 220 = 18 A;
  2. In = 20 A;
  3. Ip >= In * 1.45 = 29 A; D = 4 мм2.

Если проводка уже проложена, то последовательность действий другая:

  1. Определение допустимого тока при известном сечении и способе прокладки проводки по предоставленной производителем таблице.
  2. Подбор автоматического выключателя.
  3. Вычисление мощности подключаемых устройств. Комплектование группы приборов таким образом, чтобы суммарная нагрузка на цепь была меньше номинала.

Пример. Пусть проложены два одножильных кабеля открытым способом, D = 6 мм2, тогда:

  1. Ip = 46 A;
  2. In <= Ip / 1.45 = 32 A;
  3. S = In * 220 = 7.0 кВт.

В пункте 2 последнего примера есть незначительное допустимое приближение. Точное значение In = Ip / 1.45 = 31.7 A округлено до значения 32 A.

Выбор между несколькими номиналами

Иногда возникает ситуация, когда можно выбрать несколько автоматов с разными номиналами для защиты контура. Например, при суммарной мощности электроприборов 4 кВт (18 A) была с запасом выбрана проводка с сечением медных жил 4 мм2. Для такой комбинации можно поставить выключатели на 20 и 25 A.

Если схема разводки электрики предполагает наличие многоярусной защиты, то нужно выбирать автоматы так, чтобы значение номинала вышестоящего (на рисунке он справа – 25 A) было больше, чем у выключателей более низких уровней

Плюсом выбора выключателя с наивысшим номиналом является возможность подключения дополнительных приборов без изменения элементов контура. Чаще всего так и поступают.

В пользу выбора автомата с меньшим номиналом говорит тот факт, что его тепловой расцепитель быстрее среагирует на повышенный показатель силы тока. Дело в том, что у некоторых приборов может возникнуть неисправность, которая приведет к росту потребления энергии, но не до значения короткого замыкания.

Например, поломка подшипника двигателя стиральной машины приведет к резкому увеличению тока в обмотке. Если автомат быстро среагирует на превышение разрешенных показателей и произведет отключение, то мотор не сгорит.

Выводы и полезное видео по теме

Конструкция автоматического выключателя и его классификация. Понятие времятоковой характеристики и подбор номинала по сечению кабеля:

Расчет мощности приборов и выбор автомата с использованием положений ПУЭ:

К выбору автоматического выключателя нужно отнестись ответственно, так как от этого зависит безопасность работы электросистемы дома. При всем множестве входных параметров и нюансов расчета необходимо помнить, что основная защитная функция автомата распространяется на проводку.

Пишите, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в расположенном ниже блоке. Делитесь полезной информацией, которая может пригодиться посетителям сайта. Расскажите о собственном опыте в выборе автоматических выключателей для защиты дачной или домашней электропроводки.

Автомат под сечение кабеля — Морской флот

В этой статье я хочу коснуться такой важной темы как правильный расчет сечения кабеля электропроводки. К выбору сечения кабеля стоит отнестись со всей возможной серьезностью, ведь от этого напрямую зависит качество и безопасность всей электропроводки. При заниженном сечении кабеля ток в линии будет превышать максимально разрешенный рабочий ток. При этом рабочий ток электропроводки ограничен максимально допустимой температурой нагрева провода при протекании по нему тока. При превышении этой температуры изоляция начинает перегреваться и плавиться, что приводит к разрушению кабеля. Для скрытой электропроводки теплопроводность провода меньше, чем для открытой проводки, провод хуже охлаждается и соответственно, меньше допустимый рабочий ток.

Не стоит экономить на кабеле, так как при неправильном выборе его придется заменять, а это трудоемкий процесс, зачастую означающий начало нового ремонта.

Расчет и выбор сечения кабеля

Номинальный ток автоматического выключателя выбирается больше или равным расчетному току линии, и не должен превышать максимально допустимую нагрузку в электрической цепи или кабеле:

Iрасч Таблица 1.3.5. Допустимый длительный ток для проводов с резиновой изоляцией с алюминиевыми жилами

Выбирая сечение провода, необходимо учитывать требования к его механической прочности. Согласно ТКП 339-2011, п.8.4.4 в зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами. Наименьшие допустимые сечения токопроводящих жил проводов и кабелей в электропроводках по ТКП 121 приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 Наименьшие допустимые сечения кабелей и проводов электрических сетей ткп 339

Согласно этой таблице минимальное сечение проводника для силовых и осветительных цепей составляет 1,5 мм 2 . Следовательно, если в результате расчетов получается, что необходимое сечение составляет 1 мм 2 , то необходимо выбрать проводник минимум 1,5 мм 2 .

Параметры срабатывания автоматических выключателей

Из таблицы видно, что при токах до 1,13*Iн автомат не сработает. При возникновении перегрузки цепи на 13% больше номинального тока (1,13*Iн), автоматический выключатель отключиться не ранее, чем через час, а при перегрузке до 45% (1,45Iн), тепловой расцепитель автомата должен сработать в течение одного часа (т.е. может сработать и через час). Таким образом, в диапазоне токов 1,13-1,45 от номинального тока Iн тепловой расцепитель автомата сработает за время от нескольких минут, до нескольких часов. Из всего этого следует, что при выборе автоматического выключателя стоит учитывать не только его номинальный ток, но и значение уставки теплового расцепителя, которая не должна превышать длительно допустимый ток для защищаемой линии.

Что будет если не учесть уставку теплового расцепителя при выборе автомата? Для удобства рассмотрим пример:

Возьмем самый распространенный номинал автомата – 16 А, ток перегрузки, при котором сработает автомат в течении часа будет равен 16*1,45=23,2 А (выше была представлена таблица, из которой видно, что значение уставки теплового расцепителя равна 1,45 номинального тока). Соответственно именно под этот ток и стоит подбирать сечение кабеля. Из таблицы 1.3.4. подбираем подходящее сечение: для скрытой электропроводки из меди — это минимум 2,5 мм 2 (максимальный ток перегрузки 27 А).

Аналогичным образом можно провести расчёты и для автомата 10 А. Ток, при котором автомат выключится в течении часа будет равен 10·1,45= 14,5А. По таблице этому ток соответствует кабель сечением 1,5 мм 2 .

Очень часто монтажники пренебрегают этим правилом и для защиты линии сечением 2,5 мм 2 ставят автоматический выключатель номиналом 25А (ведь линии длительно может выдерживать ток 25 А). Но при этом забывают, что неотключаемый ток такого автомата составляет 25*1,13=28,25 А, а это уже больше длительно допустимого тока перегрузки. Ток, при котором автомат отключится в течении часа составит 25*1,45=36,25 А. При таком токе и за такое время кабель перегреется и сгорит.

Также не стоит забывать, что на рынке кабельной продукции большую часть составляют кабеля, произведенные не по ГОСТу, а по ТУ. Из этого следует, что их фактическое сечение будет занижено. Покупая кабель, произведенный по ТУ, вместо кабеля с сечением жил 2,5 мм 2 Вы можете получить кабель с фактическим сечением жил менее 2,0 мм 2 !
Вот пример того, что может случиться в случае пренебрежения правила выбора сечения кабеля и автомата:

Выбор автоматического выключателя

Учитывая все вышеперечисленные факторы, для увеличения безопасности, надежности и долговечности электропроводки стоит применять следующие соотношения сечения кабеля и автомата, защищающего эту линию:

  • 1,5 мм ²10 А2200 Вт → преимущественно используется для линий освещения.
  • 2,5 мм ²16 А3520 Вт → используются в отдельных линиях для розеток мощной бытовой техники (стиральная машина, посудомоечная машина, и т.д.) или групп розеток бытового назначения.
  • 4 мм ²25 А5500 Вт → для силовых цепей (мощные электроприборы, электрическая система отопления, и т.д.).
  • 6 мм ²32 А7040 Вт → для силовых цепей (электрическая плита, электрическая система отопления, и т.д.).
  • 10 мм ²40 А8800 Вт → для линий ввода или силовых цепей;

Для удобства восприятия все рекомендуемые параметры выбора сечения и номинала автоматов сведены в таблицу:

Рекомендуемые сечения кабеля и автоматов для медной электропроводки

После того, как выбрали сечения провода, проводят проверку на допустимую потерю напряжения. При большой протяженности проводов напряжение к потребителям может доходить существенно ниже номинального. Допустимая потеря напряжения в проводах не должна превышать 5% номинального напряжения. Если она окажется больше допустимой, то необходимо выбрать провод большего сечения. В рамках этой статьи мы проверку по потере напряжения рассматривать не будем.

Предназначение автоматического выключателя (далее АВ) – это защита электропроводки, электрооборудования от короткого замыкания (далее КЗ) и перегруза. Если не использовать такие выключатели в сети, то со временем может произойти авария, то есть замыкание электропроводки, электроприборов или электроинструментов. Если не замыкание, то перегрузка в работе электрооборудования.

В первом и втором случаи, произойдет нагрев провода или кабеля, а значит изоляция расплавится. Провода замкнутся, произойдет КЗ, а значит огонь, искры и в итоге пожар.

Чтобы этого не произошло и применяют АВ, как защиту от возможных не приятных последствий.

Как же АВ защищает электропроводку и электрические приборы, инструменты? Если, попросту говоря, внутри этого выключателя есть специальное устройство, которое обеспечивает моментальное отключение подачи напряжения если есть проблема КЗ или перегруза.

Классификация автоматических выключателей

  • однополюсные, к нему подключается только одна фаза, применяется там, где потребитель электроэнергии на 220 В;
  • двухполюсные, к нему подключаются две разноименные фазы или фаза и нуль. Как только на одной из фаз возникает какая-нибудь проблема (превышение значения по току), отключаются сразу два автомата. В быту такие автоматы не используются;
  • трехполюсные, применяются там, где есть трехфазная система электропередачи. Например, при вводе в коттедж, многоквартирных домах;
  • четырехполюсные, применяются в распределительных устройствах (РУ), для разрыва 3-х фаз и нуля, в быту не применяются.

Выбор автоматического выключателя по току

По номинальному току АВ

Промышленность изготавливает большое разнообразие автоматических выключателей по номинальному току: 0,5А; 1А; 1,6А; 2А; 3,15А; 4А; 5А; 6А; 10А; 16А; 20А; 25А; 32А; 40А; 50А; 63А. В быту используется в основном от 6А до 40А.

При покупке АВ нужно выбирать такой номинал, чтобы он срабатывал до того момента, когда ток не превышал бы возможности электропроводки.

Поэтому нужно знать, какого сечения нужно прокладывать провод (кабель) до потребителя или группы потребителей и их мощности. От этого будет зависеть номинал АВ.

Номинальный ток автоматического выключателя, АНагрузка электрической цепи, 220 В
10Освещение, сигнализация
16Розетки общего назначения
25Кондиционеры, водонагреватели
32Электрические плиты, духовые шкафы
40; 50Общий ввод

Выбор АВ по току короткого замыкания

Вы можете приобрести АВ с номиналом короткого замыкания: 3 000, 4 500, 6 000, 10 000 Ампер. Выбор АВ с нужным номиналом зависит от длины кабельной или воздушной линии от ТП (Трансформаторной подстанции) до вашего дома, квартиры или коттеджа.

Если ТП располагается рядом, то токи КЗ очень велики, поэтому нужно приобретать автомат с отсечкой 10 000 А. В частном секторе домовладений большая протяженность воздушных линий электропередач, поэтому нужно использовать автоматический выключатель с током КЗ – 4 500 А. В других случаях усредненную величину – 6 000 А.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный расцепитель – это такая деталь внутри АВ, которая при коротком замыкании (КЗ) размыкает электрическую цепь. Расцепители делятся на категории. Мы рассмотрим те категории, которые используются чаще всего:

В – происходит размыкание цепи, когда номинальный ток превышается в 3 – 5 раз;

С – превышается в 5 – 10 раз;

D – превышается в 10 – 20 раз.

Выбор автоматического выключателя по мощности: таблица

Чтобы выбрать АВ по мощности (Р) нужно рассчитать по формуле ток нагрузки, затем по полученным данным выбрать автомат большего значения.

Пример выбора автоматического включателя

Для начала нужно подсчитать сумму всех мощностей для которой нужно подобрать АВ. К автоматическому выключателю в квартирном щитке подключен провод, который идет на кухню, где через розетки подключаются чайник мощностью 2,2 кВт, микроволновая печь – 700 Вт, хлебопечь – 720 Вт. Суммарная мощность потребителей электроэнергии 3 620 Вт = 3,62 кВт. Расчет тока будем производить по формуле:

I – потребляемый ток;

P – общая мощность потребителей;

U – напряжение в сети.

I = 3 620/220 = 16,4А

Как видите потребляемый ток нагрузки равен 16,4 А. И сходя из этого можно подобрать АВ. Автомат на 16 А можно взять, но он будет работать на самом пределе. Любой автомат устроен так, что указанный номинальный ток загрублен на 13 % и при перегрузке он какое-то время будет работать. Зачем брать АВ, который будет работать на пределе. Нужно брать с запасом. Следующий номинал АВ – 20 А.

Чтобы определить более точную нагрузку, нужно заглянуть в паспорт или взять данные с шильдика, который есть на всех электроприборах.

Посмотрите таблицу мощностей для выбора АВ по номиналу.

Тип подключенияОднофазное 220 В,Трехфазное (треугольник), 380 ВТрехфазное (звезда), 220 В
Номинал автомата, А
1200 Вт1 100 Вт700 Вт
2400 Вт2 300 Вт1 300 Вт
3700 Вт3 400 Вт2 000 Вт
61 300 Вт6 800 Вт4 000Вт
102 200 Вт11 400 Вт6 600 Вт
163 500 Вт18 200 Вт10 600 Вт
204 400 Вт22 800 Вт13 200 Вт
255 500 Вт28 500 Вт16 500 Вт
327 000 Вт36 500 Вт21 100 Вт
408 800 Вт45 600 Вт26 400 Вт
5011 000 Вт57 000 Вт33 000 Вт
6313 900 Вт71 800 Вт41 600 Вт

Выбор автомата по сечению кабеля — таблица

Промышленность изготавливает определенные сечения провода или кабеля. Каждое сечение проводника имеет определенную нагрузку по току. С помощью определенного сечения так же можно подобрать автоматический выключатель (АВ) по номиналу. Если вы не уверены в сечении определенного провода или кабеля, то это дело можно вычислить с помощью формулы .

Легче всего использовать таблицу, где вы сразу определите, какой АВ вам нужен. В таблице данные без учета длины провода (кабеля).

Ток автомата, АСечение провода, мм²Мощность, кВт
МедьАлюминий220 В380 В (cos φ = 0,8)
512,51,12,6
612,51,33,2
101,52,52,25,3
161,52,53,58,4
202,544,410,5
25465,513,2
32610716,8
4010168,821,1
5010161126,3
63162513,933,2

Главное в подборе АВ и сечение провода (кабеля), чтобы ток автоматического включателя был меньше, чем допустимый ток проводника.

Не забудьте, что прежде чем выбирать провод (кабель), нужно знать суммарную мощность потребителя электроэнергии и только в последнюю очередь АВ.

Заключение

Как правильно выбирать АВ вы узнали из этой статьи. Перед покупкой автоматических включателей вы уже должны знать, какие производители изготавливают качественный товар. Выбирайте только проверенные фирмы.

На первый взгляд может показаться, что тема очень простая, но есть некоторые нюансы, про которые стоит помнить, когда от выбора кабеля зависит безопасность вашего дома. Какого сечения должен быть кабель, если автоматический выключатель установлен на 16А?

В этой статье я буду рассматривать трехжильные кабели, т.к. в наших домах (квартирах) в основном используются однофазные сети.

Обратимся к ГОСТ16442-80 (Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия.) В этом ГОСТе можно найти таблицу длительно допустимых токов для медных кабелей с пластмассовой изоляцией:

Длительно допустимые токи для медных кабелей с пластмассовой изоляцией

Эта таблица не из ГОСТ16442-80, но поверьте, там такие же значения

В жилых и общественных зданиях на небольшие токи применяют модульные автоматические выключатели серии ВА47 либо их зарубежные аналоги.

А сейчас хочу обратиться к характеристикам автомата серии ВА47 и силового автомата ВА88-32. Посмотрит при каких токах отключается тепловой расцепитель.

Время-токовые рабочие характеристики автомата серии ВА47 при контрольной температуре калибровки 30 о С:

Время-токовые рабочие характеристики автомата серии ВА47

Характеристики срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя ВА88-32:

Характеристики срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя ВА88-32

Согласно нормативных документов все электрические сети должны быть защищены от перегрузки, т.е. автоматический выключатель должен защищать кабельную линию. Если мы выбираем автомат на 16А, то кабель должен быть выбран с учетом того, что он будет защищен этим автоматом.

Согласно ГОСТ16442-80 трехжильный кабель сечением 1,5мм 2 способен длительно выдерживать ток 21А. Казалось бы, для 16-ти амперного автомата это предостаточно, но не тут то было.

Если взглянуть на время-токовые характеристики, то модульный автомат может около часа пропускать через себя ток равный 1,45In, а за это время кабель может выйти из строя и загореться.

Ниже представлены таблицы, которые наглядно демонстрируют как должны быть выбраны кабели для автоматов ВА47 и ВА88-32 при различных номинальных токах.

Выбор кабелей для различных автоматов

Красным цветом выбраны кабели с учетом возможного тока в 1,45In для ВА47 и 1,3In+10% для ВА88-32.

Черным цветом показан выбор кабелей с учетом требований ГОСТ16442-80. Здесь не учитывается то, что автомат некоторое время способен работать с перегрузкой.

В статье я рассмотрел самые неблагоприятные условия. В принципе, нужно было выбирать длительно допустимый ток для трехжильных кабелей по колонке «двихжильных», а там уже для 1,5мм 2 — 24А, что вполне достаточно для автоматического выключателя с тепловым расцепителем 16А.

Аргументы типа «кабели китайские и т.п.» в расчет не беру, есть ГОСТ16442-80, в котором прописаны все требования к кабельной продукции и согласно которому должны быть изготовлены кабели.

Советую почитать:

комментариев 15 “Выбор сечения кабеля для автоматического выключателя 16А”

Вроде бы кабель тоже способен выдерживать ток выше номинального некоторое время. Они все испытываются с перегрузками. Не будет ли все это лишней тратой?

Я уже проектирую более 4 лет. Всегда выбираю кабели по ПУЭ или ГОСТ16442-80. Никогда вопросов не было. В России все на 16А берут 2,5мм2.

Позволю себе не согласиться. Возьмем, напр., сферу жилищного строительства. Откроем любой электропроект многоэтажного жилого дома (не элитный) и что мы увидим, глядя на схему этажного квартирного щита. Освещение — автомат на 16А и кабель сеч. 1,5 кв.мм. Специалисты проектных институтов, которые работают в этой сфере уже не один десяток лет, — они, конечно, ничего не понимают в проектировании и должны обязательно прислушаться к рекомендациям Игоря К.

Игорь, при всем уважении, не важно сколько лет проектируете и как все всегда делают. Важно как будет правильно. Я не отрицаю того, что написано в статье, но хочу полностью разобраться. Кабель может выдерживать эти самые 1.45 In?

Вышел новый ГОСТ.

При выборе длительно допустимого того необходимо руководствоваться ГОСТ Р 53769-2010.

Из ГОСТ Р 53769-2010:

10.9 Допустимые токовые нагрузки кабелей в режиме перегрузки могут быть рассчитаны путем умножения значений, приведенных в таблицах 19,21 на коэффициент 1,13 – для земли и на коэффициент 1,16 – для воздуха; указанных в таблицах 20,22, на коэффициент 1,17 – для земли и на коэффициент 1,20 – для воздуха.

Т.е. длительно допустимый ток кабеля ВВГнг(А) -LS 3×1,5 по таблице 19 – 21А — в нормальном режиме. В режиме перегрузки: 21×1,16=24,36А.

Из ПУЭ:

1.3.6. На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10 % а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15 % номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной.

Статья вообще ни о чём. Как говорится, «в электрике, как и в политике — разбираются все» (можно ещё добавить все — кому не лень).

>>Согласно нормативных документов все электрические сети должны быть защищены от перегрузки, т.е. автоматический выключатель должен защищать кабельную линию. Если мы выбираем автомат на 16А, то кабель должен быть выбран с учетом того, что он будет защищен этим автоматом. k-igor :

И на кокой же ГОСТ нужно было сослаться?

Игорь,Вы написали прекрасную статью и правильную.Инженер-электрик с 6-летним стажем.Просвещать-дело изначально неблагодарное.Но на сайте Вы всё систематизируете, и Вам самому лучше потом поднимать информацию.

Обсалютно согласен с Игорем! Что-бы спать спокойно, нужно учитывать время-токовые характеристики автоматов при выборе кабелей.

Проектировать надо правильно и не допускать вероятность, до же нечтожную, выхода из строя кабелей!

Вот рекомендую ещё и здесь почитать http://blog.avralsoft.ru/kakoe-sechenie-kabelya-vyibrat-dlya-kvartirnoy-elektroprovodki.html

По новому ГОСТ Р 50571.5.52-2011 в общем получается для одиночного кабеля в штробе как-то так:

СечениеАвтомат10162025325063

Кроме того замечу, что кабели на сечение 2,5кв.мм используют для розеточных сетей, а номинальный ток розеток бытового назначения составляет 16А.

ПРЕКРАЩЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ГОСТ 6323-79, ГОСТ 16442-80 НА ТЕРРИТОРИИ РБ.

Взамен ГОСТ 16442-80 с 01.01.2016 года введён ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ.

Не доверяю я этой перегрузочной способности кабеля. Для себя выбираю столбец надежно, ведь зачатую медная жила оказывается меньше нормируемой.

Доброго дня! Правильная статья! Начал увлекаться электрикой и электроникой чуть ли не с раннего детства, потом переросло в профессиональную деятельность, в общем лет 30 в теме. Занимаюсь как и проектированием, так и монтажом и эксплуатацией. Подчёркиваю — В ИДЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ (качественный кабель, автоматы, клеммы отсутствие внешнего теплового воздействия (например Солнца), влаги, при идеальной прокладке в кабельном канале) и при незначительной длине кабеля, не более порядка десятка метров и не постоянной полной загрузке — можно руководствоваться ГОСТАМИ.

НО В ПРАКТИКЕ ТАКОГО НЕ БЫВАЕТ! Кабель как правило может достигать длины сотен метров — в этом случае, если выбрать по ГОСТ меньшего сечения — в нём будут большие потери (падение напряжение от нескольких до десятков вольт)! Сам лично проверял в испытательной лаборатории несколько кабелей известных марок — при токе нагрузки как в ГОСТЕ они нагреваются близко к 70 градусам на открытом воздухе. Далее — часто кабель оказывается почему то чуть меньшим сечением и не из качественного материала (часто попадается какой то странный медный сплав, много подделок), кладётся кабель в канал, где плохой теплоотвод и имеется нагрев от других кабелей либо от какого либо источника тепла. И т.д. Автоматы, которые сейчас продаются в ширпотребе — почти на 100% некачественные и срабатывают как попало. Качественные — это известные марки которые стоят в десятки раз дороже и их для частного хозяйства не покупают. И ТАК МОЖНО ПРОДОЛЖАТЬ ДОЛГО! Самым оптимальным, считаю для основного кабеля закладывать запас, а на ответвления (коротыши) можно по ГОСТ.

Расчет сечения кабеля

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В предыдущей статье я подробно показывал, как рассчитать основную характеристику автоматического выключателя — его номинальный ток, в этой статье мы подробно рассмотрим, как выполнить расчет сечения кабеля.

Итак, нам необходимо знать расчетный ток в линии.

Рабочий ток электропроводки ограничен максимально допустимой температурой нагрева провода при протекании по нему тока. При превышении этой температуры изоляция начинает перегреваться и плавиться, что приводит к разрушению кабеля. Для скрытой электропроводки теплопроводность провода  меньше, чем для открытой проводки, провод хуже охлаждается и соответственно, меньше допустимый рабочий ток.

При продолжительной работе кабеля  с температурой, превышающей допустимую, изоляция быстро теряет свои изоляционные и механические свойства. Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией составляет 70°С. А при токах короткого замыкания максимально допустимая температура  160°С, причем продолжительность такого воздействия не должна превышать 4с. Сечение провода необходимо выбирать таким, чтобы он не нагревался выше допустимой для его нормальной работы температуры.

Номинальный ток автоматического выключателя выбирается больше или равным расчетному току линии, и не должен превышать максимально допустимую нагрузку в электрической цепи или кабеле:

Iрасч<=Iн<=Iдоп

Для обеспечения защиты от перегрузки по току, номинальный ток срабатывания автоматического выключателя  должен быть на 45% меньше, чем максимально допустимая нагрузка для электрической цепи или кабеля:

Максимальный ток, который выдерживает электропроводка, можно определить по таблице расчета сечения кабеля табл.1.3.4 Правил устройства электроустановок. Скрытая электропроводка, когда провод проложен в штробе под штукатуркой, приравнивается к прокладке в трубе.

Согласно норм, электропроводка в квартирах должна выполняться трехпроводной, и заземляющий проводник в расчет не принимается. Поэтому для домашней электропроводки пользуемся столбцом «один двухжильный провод, проложенный в трубе»:

Внутренняя электропроводка, согласно требованием ПУЭ п.7.1.34, должна выполняться только кабелями с медными жилами.

Если у вас старый дом, в котором электропроводка выполнена алюминиевым проводом, тогда для определения сечения кабеля необходимо пользоваться таблицей 1.3.5., в которой указан допустимый длительный ток для проводов с алюминиевыми жилами:

Выбирая сечение провода, необходимо учитывать требования к его механической прочности. Согласно ПУЭ табл.7.1.1, для внутренней электропроводки жилых зданий минимальное сечение проводников групповых линий должно быть 1,5 мм2. То есть, если в результате расчета получается, что необходим провод сечением 1 мм2, необходимо применять провод минимум 1,5 мм2.

Знакомясь с время-токовыми характеристиками автоматических выключателей, мы рассматривали, пороги срабатывания тепловых и электромагнитных расцепителей настраиваются на заводе по стандарту. Эти данные обычно приводятся в каталогах производителей.

Параметры срабатывания автоматических выключателей

Из таблицы (и из графика время-токовой характеристики) видно, что при токах до 1,13Iн автомат не сработает. При возникновении перегрузки цепи на 13% больше номинального тока (1,13Iн), автоматический выключатель отключиться не ранее, чем через час, а при перегрузке до 45% (1,45Iн), тепловой расцепитель автомата должен сработать в течение одного часа (т.е. может сработать и через час). Таким образом, в диапазоне токов 1,13-1,45 от номинального тока Iн тепловой расцепитель автомата сработает за время от нескольких минут, до нескольких часов.

Из всего этого видно, что номинальный ток выбранного автоматического выключателя, с учётом уставки теплового рацепителя, как минимум, не должен превышать допустимых токовых нагрузок электропроводки, находящейся в зоне действия автомата.

Для чего при выборе автоматического выключателя учитывать уставку теплового расцепителя? Для наглядности рассмотрим пример.

Возьмем автомат номиналом 16А, ток перегрузки при котором этот автомат сработает в течение часа будет равным не 16А, а 16·1,45= 23,2А (уставка теплового расцепителя — 1,45Iн). Соответственно, под этот ток необходимо подобрать сечение кабеля. Смотрим таблицу для меди: при скрытой электропроводке это минимум 2,5мм2 (длительно выдерживает ток в 25А).

Соответственно, для автомата номиналом 10А, ток при котором этот автоматический выключатель сработает в течение часа будет равным не 10А, а 10·1,45= 14,5А (уставка теплового расцепителя). По таблице: при скрытой проводке это минимум 1,5мм2

.

Довольно часто встречается, что для защиты группы, выполненной проводом 2,5 мм2 устанавливают автомат защиты 25А (ведь по таблице мы видим, что он выдерживает длительный допустимый ток 25А). В этом случае получится, что ток при котором автомат отключится в течении часа составит не 25А, а 25·1,45=36,25А. За это время провод перегорит и возможен пожар.

В настоящее время с большой вероятностью можно приобрести кабель с уменьшенным фактическим сечением  (например, вместо сечения 2,5 мм2 окажется только 2,0 мм2).

В связи с этим, чтобы увеличить безопасность, надежность и долговечность электропроводки, для использование в быту оптимальны такие соотношения сечения применяемого провода и номинала, устанавливаемого в эту цепь автоматического выключателя:

1,5 мм2 — 10 А — нагрузка до 2,2  кВт

2,5 мм2 — 16  А — нагрузка до 3,5  кВт

4,0 мм2 — 25  А — нагрузка до 5,5  кВт

6,0 мм2 — 32  А — нагрузка до 7  кВт

10 мм2 — 50 А — нагрузка до 11 кВт

На срабатывание автоматических выключателей, помимо величины тока, протекающего в защищаемой цепи, влияет также нагрев от установленных рядом автоматов и температура окружающей среды.

Летом, когда жарко, а внутри электрического щита температура еще выше, вдобавок установлено несколько автоматов в ряд, номинальный ток автоматического выключателя снизится. Если в линии включено много потребителей (т.е. нагрузка близка к максимальной), возможны срабатывания теплового расцепителя. Это необходимо учитывать при выборе автомата. Подробно влияние температуры на работу автоматического выключателя я уже рассматривал в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель.

После того, как выбрали сечения провода, проводят проверку на допустимую потерю напряжения. При большой протяженности проводов напряжение к потребителям может доходить существенно ниже номинального.

Допустимая потеря напряжения в проводах не должна превышать 5% номинального напряжения. Если она окажется больше допустимой, то необходимо выбрать провод большего сечения. В рамках этой статьи мы проверку по потере напряжения рассматривать не будем.

Подробное видео Как рассчитать сечение кабеля:

Рекомендую материалы по теме:

Расчет сечения кабеля. Ошибки.

Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.

Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы.

Номинал токовые характеристики автоматических выключателей.

Автоматические выключатели технические характеристики.

Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?

Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Конструкция (устройство) УЗО.

Устройство УЗО и принцип действия.

Работа УЗО при обрыве нуля.

Как проверить тип УЗО?

Почему УЗО выбирают на ступень выше?

Выбор автомата по мощности, нагрузки, таблица

Действие коротких замыканий пагубно влияет на электрическую проводку, приводит к ее разрушениям и служит частой причиной возгораний. С целью предупреждения подобных ситуаций устанавливаются различные средства защиты. В настоящее время широко используются автоматические выключатели, заменившие фарфоровые пробки с плавкими вставками. Эти приборы являются более надежными и совершенными. В связи с этим нередко возникает вопрос, как правильно выбрать автомат по мощности и нагрузки.

Принцип работы защитного автомата

Основной функцией автоматических выключателей является защита изоляции проводов и силовых кабелей от разрушений под действием токов коротких замыканий. Эти приборы не способны защитить людей от поражения электротоком, они оберегают только сеть и оборудование. Действие автоматических выключателей обеспечивает нормальный режим функционирования проводки, полностью устраняя угрозу возгорания.

При выборе автомата нужно обязательно учитывать, что завышенные характеристики прибора будут способствовать пропуску токов, критических для проводки. В этом случае не произойдет отключения защищаемого участка, что приведет к оплавлению или возгоранию изоляции. В случае заниженных характеристик автомата линия будет постоянно разрываться при запуске мощной техники. Автоматы очень быстро выходят из строя вследствие залипания контактов под воздействием слишком высоких токов.

Основными рабочими элементами автоматов являются расцепители, непосредственно разрывающие цепь в критических ситуациях. Они разделяются на следующие виды:

  • Электромагнитные расцепители. Они практически мгновенно реагируют на токи короткого замыкания и отсекают нужный участок в течение 0,01 или 001 секунды. Конструкция включает в себя катушку с пружиной и сердечник, втягивающийся под воздействием высоких токов. Во время втягивания сердечник приводит в действие пружину, связанную с расцепляющим устройством.
  • Тепловые биметаллические расцепители. Обеспечивают защиту сетей от перегрузок. Они обеспечивают разрыв цепи при прохождении тока, не соответствующего предельным рабочим параметрам кабеля. Под действием высокого тока биметаллическая пластина изгибается и вызывает срабатывание расцепителя.

В большинстве автоматов, используемых в быту, используется электромагнитный и тепловой расцепитель. Слаженная комбинация этих двух элементов обеспечивает надежную работу защитной аппаратуры.

Номиналы автоматов по току таблица

Необходимость выбора автоматических выключателей возникает во время проектирования электрических сетей в новых домах, а также при подключении приборов и оборудования с более высокой мощностью. Таким образом, в процессе дальнейшей эксплуатации обеспечивается надежная электрическая безопасность объектов.

Халатное отношение к выбору устройства с необходимыми параметрами приводит к серьезным негативным последствиям. Поэтому перед выбором автоматического защитного устройства нужно обязательно убедиться, что установленная проводка выдержит запланированную нагрузку. В соответствии с ПУЭ автоматический выключатель должен обеспечивать защиту от перегрузки наиболее слабого участка цепи. Его номинальный ток должен соответствовать току подключаемого устройства. Соответственно и проводники выбираются с требуемым сечением.

Чтобы рассчитать мощность автомата по току, необходимо воспользоваться формулой: I=P/U, где Р является суммарной мощностью всех электрических приборов, имеющихся в квартире. Вычислив необходимый ток, можно выбрать наиболее подходящий автомат. Существенно упрощает проведение расчетов таблица, с помощью которой можно выбрать автоматический выключатель в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Расчет автомата по мощности тока осуществляется в основном для электроустановок – электродвигателей, трансформаторов и других устройств, имеющих реактивную нагрузку.

Таблица зависимости мощности автомата от сечения провода

В каждой электрической проводке происходит разделение на определенные группы. Соответственно каждая группа использует электрический провод или кабель с определенным сечением, а защита обеспечивается автоматом с наиболее подходящим номиналом.

Таблица поможет выбрать автоматический выключатель и сечение кабеля в зависимости от предполагаемой нагрузки электрической сети, рассчитанной заранее. Таблица помогает сделать правильный выбор автомата по мощности нагрузки. При расчете токовых нагрузок следует помнить, что расчеты нагрузки одного потребителя и группы бытовых приборов различаются между собой. При расчетах необходимо учитывать и разницу между однофазным и трехфазным питанием.

Таблица сечений кабеля по мощности и току

Как правильно выбрать кабель для подключения потребителя? Этот вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд. При выборе необходимо учитывать множество нюансов, знать длину линии и суммарную мощность подключенных к нему устройств, и только после этого, используя формулу для расчета сечения кабеля, выбирать наиболее подходящий вариант. В этой статье мы детально рассмотрим все нюансы, связанные с подбором и типом кабелей.

Введение

Кабелем называют провод, покрытый изоляцией, который служит для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Сегодняшний рынок готов предложить покупателям множество видов подобных проводов: алюминиевых, медных, одножильных, многожильных, с одинарной и двойной изоляцией, с сечением от 0,35 мм2 до 25 мм2 и более. Но чаще всего для подключения бытовых потребителей применяют кабеля толщиной от 0,5 до 6 “квадрат” – этого вполне достаточно для питания любой техники.

Классический кабель для проводки в квартире

Почему необходимо подбирать изолированные проводники, а не покупать первый попавшийся? Все дело в том, что от толщины проводника зависит сила тока, которую он может выдержать. К примеру, допустимый ток для медных проводов толщиной 1 мм составляет до 8 Ампер, алюминиевого – до 6 ампер.

Почему бы просто не купить провод максимальной толщины? Потому что чем толще, тем дороже. К тому же толстый кабель нужно где-то прятать, вырезать под него штробу в потолке и стенах, делать отверстия в перегородках. Одним словом, нет никакого смысла переплачивать, ведь вы не будете ездить за хлебом на КАМАЗе.

Если вы выберете провод меньшего диаметра, то он просто не выдерживает силу тока, проходящую через него, и начнет греться. Это приводит к плавлению изоляции, короткому замыканию и возгоранию. Поэтому никогда не следует торопиться, выбирая качественный кабель для подключения любых приборов – сначала подумайте, что именно будет работать на новой линии, а затем уже выбирайте толщину и тип кабеля.

Как посчитать мощность приборов

Для начала разберем вариант выбора сечения кабеля по мощности приборов, подключенных к нему. Как правильно считать?

Подумайте, какие именно приборы будут питаться от конкретного кабеля. Если вы затягиваете его в зал, то от розетки в комнате может одновременно работать телевизор, компьютер, пылесос, аудиосистема, приставка, фен, торшер, подсветка аквариума или другие бытовые приборы. Сложите мощности всех этих устройств и умножьте полученное значение на 0,8, чтобы получить реальный показатель. Действительно, вряд ли вы будете использовать их все одновременно, поэтому 0,8 – понижающий коэффициент, который позволит адекватно оценить суммарную нагрузку.

Если вы считаете для кухни, то складывайте мощность электрочайника, электродуховки и варочной поверхности, микроволновки, посудомойки, тостера, хлебопечки и других имеющихся/планируемых приборов. Кухня обычно потребляет больше всего энергии, поэтому на нее следует заводить или два кабеля с отдельными автоматами, или один мощный.

Итак, для подсчета суммарной мощности всех приборов вам нужно использовать формулу Pобщ =(P1+P2+…+Pn)*0.8, где P – мощность конкретного потребителя, подключенного в розетку.

Медные провода лучше подходят для проводки и выдерживают большую нагрузку

Выбираем толщину

После того как вы определили мощность, можно подбирать толщину кабеля. Ниже мы приведем таблицу сечений проводов по мощности и току для классического медного провода, поскольку алюминиевые для создания проводки сегодня уже не используют.

Сечение кабеля, мм Для 220 V Для 380 V
ток, А мощность, кВт ток, А мощность кВт
1,5 до 17 4 16 10
2,5 26 5,5 25 16
4 37 8,2 30 20
6 45 10 40 25
10 68 15 50 32
16 85 18 75 48

Внимание: при выборе учитывайте, что большинство российских производителей экономит на материале, и кабель в 4 мм2 на самом деле может оказаться фактически в 2,5 мм2. Практика показывает, что подобная “экономия” может достигать 40%, поэтому обязательно либо сами перемеряйте диаметр кабеля, либо приобретайте его с запасом.

Теперь давайте рассмотрим пример расчета сечения провода по потребляемой мощности. Итак, у нас есть абстрактная кухня, мощность приборов на которой составляет 6 кВт. Умножаем эту цифру 6*0,8=4,8 кВт. В квартире используется одна фаза, 220 вольт. Ближайшее значение (брать можно только в плюс) – 5.5 кВт, то есть кабель толщиной 2,5 квадрата. На всякий случай мы имеет запас в 0,7 кВт, который “сглаживает” экономию производителей.

Также следует учитывать, что если провод работает на пределе своих возможностей, то он быстро нагревается. Из-за нагрева до 60-80 градусов максимальный ток снижается на 10-20 процентов, что ведет к перегрузке и короткому замыканию. Поэтому для ответственных участков цепи следует применять повышенный коэффициент, умножая значение не на 0,8, а на 1,2-1,3.

Правильный расчет толщины кабеля – залог его долгой работы

Чаще всего для прокладки систем освещения применяют медные конструкции толщиной в 1,5 квадрата, для розеток – 2,5 квадрата, для мощных потребителей – 4 или 6 квадрат (автоматы ставятся соответственно на 16, 25, 35 и 45А). Но такое использование подходит только для стандартных квартир или домов, в которых нет мощных потребителей. Если у вас работает электрокотел, бойлер, духовой шкаф или другие приборы, потребляющие больше 4 кВт, то необходимо рассчитывать кабеля под каждый конкретный случай, а не использовать общие рекомендации.

Приведенная выше таблица сечений кабеля по мощности и току использует граничные значения, поэтому если у вас получаются накладки расчетных цифр на энциклопедические, то старайтесь брать кабель с запасом. К примеру, если бы в нашей кухне была мощность в 7 кВт, то 7*0,8=5,6 кВт, что больше значения 5,5 для кабеля в 2,5 квадрата. Берите с запасом кабель на 4 квадрата или разделите кухню на две зоны, подведя два кабеля 2,5 мм2.

Как быть с длиной

Если вы считаете кабель по квартире или небольшому дому, то поправки на длину кабеля можно вообще не делать – вряд ли у вас будут ветки длиной от 100 и более метров. Но если вы прокладываете проводку в крупном многоэтажном коттедже или торговом центре, то нужно обязательно закладывать возможные потери на длину. Обычно они составляют 5 процентов, но правильнее рассчитывать их по таблице и формулам.

Так, момент нагрузки считается в виде произведения длины вашего провода на суммарную мощность потребления. То есть длина вашего кабеля вычисляется как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.

В приведенной ниже таблице мы видим, как зависят потери от сечения проводника. К примеру, кабель толщиной 2,5 мм2 с нагрузкой до 3 кВт и длиной в 30 метров имеет потери 30х3=90, то есть 3%. Если уровень потерь переваливает за 5%, то рекомендуется выбирать более толстый кабель – не нужно экономить на своей безопасности.

U, % Момент нагрузки, кВт*м
1,5 2,5 4 6 10 16
1 18 30 48 72 120 192
2 36 60 96 144 240 384
3 54 90 144 216 360 575
4 72 120 192 288 480 768
5 90 150 240 360 600 960

Данная таблица нагрузок по сечению кабеля справедлива для однофазной сети. Для трехфазной характерно увеличение величины нагрузки в среднем в шесть раз. В три раза поднимается значение за счет распределения по трем фазам, в два – за счет нулевого проводника. Если нагрузка на фазы неодинакова (имеются сильные перекосы), то потери и нагрузки сильно увеличиваются.

Правильное подключение автоматов медным кабелем

Также следует учитывать, какие именно потребители будут подключены к вашему проводу. Если вы планируете подключать галогеновые низковольтные лампы, то старайтесь размещать их как можно ближе к трансформаторам. Почему? Потому что при падении напряжения на 3 вольта при 220 вольт мы просто не заметим, а при падении на те же 3 вольта при 12 вольт лампы просто не загорятся.

Если вы проводите выбор сечения провода по току для алюминиевого кабеля, то учитывайте, что сопротивление материала в 1,7 раз выше, чем у меди. Соответственно, потери в них будут больше в эти же 1,7 раза.

Виды кабелей

Теперь давайте рассмотрим, какие же именно кабеля можно выбирать для создания электропроводки на объекте. Помните, что провода согласно стандартам можно прокладывать только закрытым способом в коробах или трубах. Кабеля при этом прокладываются свободно – их можно пускать даже по поверхности, что часто практикуется в деревянных и рубленых домах.

Вы уже знаете, как рассчитать сечения кабеля по мощности, поэтому рассмотрим принцип выбора кабелей. Для прокладки в жилом помещении лучше всего подходит классический ВВГ (лучше выбирать с пометкой НГ- негорючий). Для подключения к щитку или к мощному потребителю хорошо подойдет NYM. Разберем виды кабелей более подробно.

ВВГ представляет собой кабель с медными проводниками, защищенными поливинилхлоридной “рубашкой”. Сверку провода покрыты дополнительной пластиковой оболочкой, предотвращающей возможные пробои и порывы. Этот кабель можно применять даже во влажных помещениях, он неплохо гнется и защищает поверхность от возгорания. Для прокладки проводки лучше всего подходит плоский провод, в котором провода расположены в одной плоскости – он занимает минимум места.

NYM представляет собой изделие, содержащее несколько медных жил, покрытых цветной металлнаполненной негорючей резиной. Сверху жилы запакованы в поливинилхлоридную изоляцию (иногда применяется несколько слоев). В большинстве случаев она обладает негорючими свойствами и не выделяет вредных газов при критических температурах. Обладает отличной гибкостью – его очень легко прокладывать в углах, выводить на различные поверхности и пр. Главное – правильно выполнить подбор сечения провода по току, взяв его с небольшим запасом.

ПУНП – это классический установочный провод плоской формы, который используется для подключения различных потребителей. Очень часто применяется для создания недорогой проводки в квартирах и домах. Имеет две/три жилы, покрытые поливинилхлоридом. Имеет плоскую форму.

Существует еще много других кабелей – бронированные, усиленные, для прокладки во влажных комнатах и помещениях с высокой вероятностью взрыва. Но перечисленные выше используются чаще всего.

Теперь вы знаете, как рассчитать сечение провода по нагрузке и какие кабеля выбирать для создания полноценной электропроводки. Напоминаем – всегда делайте запас по мощности в 20-30 процентов, чтобы избежать неприятностей.  

Автомат 25 ампер сколько киловат?

Ни одно электрическое устройство, ни один электроприбор, не должны использоваться без защитной автоматики. Автоматический выключатель (АВ) устанавливается для конкретного устройства, или для группы потребителей подключаемых к одной линии. Для того чтобы правильно ответить на вопрос, какая мощность соответствует, например, автомату с номиналом 25А, стоит сначала познакомиться с устройством автоматического выключателя и типами защитных устройств.

Конструктивно АВ объединяет механический, тепловой и электромагнитный расцепители, работающие независимо друг от друга.

Механический расцепитель

Предназначен для включения/выключения автомата вручную. Позволяет использовать его как коммутационное устройство. Применяется при ремонтных работах для обесточивания сети.

Тепловой расцепитель (ТР)

Эта часть автоматического выключателя защищает цепь от перегрузки. Ток проходит по биметаллической пластине, нагревая ее. Тепловая защита инерционна, и может кратковременно пропускать токи, превышающие порог срабатывания (In). Если ток длительное время превышает номинальный, пластина нагревается настолько, что деформируется и отключает АВ. После остывания биметаллической пластины (и устранения причины перегрузки), автомат включается вручную. В автомате на 25А, цифра 25 обозначает порог срабатывания ТР.

Электромагнитный расцепитель (ЭР)

Разрывает электрическую цепь при коротком замыкании. Образующиеся при КЗ сверхтоки требуют мгновенной реакции защитного аппарата, поэтому, в отличие от теплового, электромагнитный расцепитель срабатывает моментально, за доли секунды. Отключение происходит за счет прохождения тока через обмотку соленоида с подвижным стальным сердечником. Соленоид, срабатывая, преодолевает сопротивление пружины и отключает подвижный контакт автоматического выключателя. Для отключения по КЗ, требуются токи превышающие In от трех до пятидесяти раз, в зависимости от типа АВ.

Типы АВ по токо-временной характеристике

Обойдем вниманием аппараты защиты промышленной электроники и двигателей со встроенными тепловыми реле, и рассмотрим наиболее распространенные типы автоматов:

  • Характеристика В – при трехкратном превышении In, ТР срабатывает через 4-5с. Срабатывание ЭР при превышении In от трех до пяти раз. Применяются в осветительных сетях или при подключении большого количества маломощных потребителей.
  • Характеристика С – наиболее распространенный тип АВ. ТР срабатывает за 1,5с при пятикратном превышении In, срабатывание ЭР при 5-10-кратном превышении. Применяются для смешанных сетей, включающих приборы разного типа, в том числе с небольшими пусковыми токами. Основной тип автоматических выключателей для жилых и административных зданий.
  • Характеристика D – автоматы с наибольшей перегрузочной способностью. Используются для защиты электродвигателей, энергопотребителей с большими пусковыми токами.

Соотношение номиналов АВ и мощностей потребителей

Чтобы определить, сколько киловатт можно подключить через автоматический выключатель определенной мощности, воспользуйтесь таблицей:

автомат 220v, Амощность, кВт
однофазный трехфазный
2 0,4 1,3
6 1,3 3,9
10 2,2 6,6
16 3,5 10,5
20 4,4 13,2
25 5,5 16,4
32 7,0 21,1
40 8,8 26,3
50 11,0 32,9
63 13,9 41,4

Для расчета мощности вводного автомата дома, используйте коэффициент 0,7 от общей мощности потребителей.

При определении нагрузочной способности автоматического выключателя, важно учитывать не только его номинал, но и перегрузочную характеристику. Это поможет избежать ложных срабатываний во время пуска мощных электроприборов.

Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: принципы и формулы для расчетов

Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: как рассчитать автоматический выключатель

Для организации внутридомового электроснабжения необходимо выделить отдельные цепи, для каждой сделать выбор автомата по мощности нагрузки подключенных потребителей и рассчитать сечение жил проводки.

Правильное определение номинала и класса выключателей обезопасит всю систему от большинства опасных последствий использования электрических приборов.

Автоматические выключатели для бытовых сетей

Электроснабжающие организации осуществляют подключение домов и квартир, выполняя работы по подведению кабеля к распредщиту. Все мероприятия по монтажу разводки в помещении выполняют его владельцы, либо нанятые специалисты. Чтобы подобрать автомат для защиты каждой отдельной цепи необходимо знать его номинал, класс и некоторые другие характеристики.

Основные параметры и классификация

Бытовые автоматы устанавливают на входе в низковольтную электрическую цепь и предназначены они для решения следующих задач:

  • ручное или электронное включение или обесточивание электрической цепи;
  • защита цепи: отключение тока при незначительной длительной перегрузке;
  • защита цепи: мгновенное отключение тока при коротком замыкании.

Каждый выключатель имеет характеристику, выраженную в амперах, которую называют номинальная сила тока (In) или «номинал».

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала K = I / In, где I – реальная сила тока:

  • K
  • K > 1.45: отключение произойдет в течение 1 часа.

Эти параметры зафиксированы в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы узнать за какое время произойдет отключение при K>1.45 нужно воспользоваться графиком, отражающим времятоковую характеристику конкретной модели автомата.

При длительном превышении током значения номинала выключателя в 2 раза, размыкание произойдет за период от 8 секунд до 4-х минут. Скорость срабатывания зависит от настройки модели и температуры среды

Также у каждого типа автоматического выключателя определен диапазон тока (Ia), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепления:

  • класс «B»: Ia = (3 * In .. 5 * In];
  • класс «C»: Ia = (5 * In .. 10 * In];
  • класс «D»: Ia = (10 * In .. 20 * In].

Устройства типа «B» применяют в основном для линий, которые имеют значительную длину. В жилых и офисных помещениях используют автоматы класса «С», а приборы с маркировкой «D» защищают цепи, где есть оборудование с большим пусковым коэффициентом тока.

Стандартная линейка бытовых автоматов включает в себя устройства с номиналами в 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Конструктивное устройство расцепителей

В современном автоматическом выключателе присутствуют два вида расцепителей: тепловой и электромагнитный.

Биметаллический расцепитель имеет форму пластины, созданной из двух токопроводящих металлов с различным тепловым расширением. Такая конструкция при длительном превышении номинала приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма размыкания цепи.

У некоторых автоматов с помощью регулировочного винта можно изменить параметры тока, при котором происходит отключение. Раньше этот прием часто применяли для «точной» настройки устройства, однако эта процедура требует углубленных специализированных знаний и проведения нескольких тестов.

Обратите внимание

Вращением регулировочного винта (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки можно добиться большего времени срабатывания теплового расцепителя

Сейчас на рынке можно найти множество моделей стандартных номиналов от разных производителей, у которых времятоковые характеристики немного отличаются (но при этом соответствуют нормативным требованиям). Поэтому есть возможность подобрать автомат с нужными «заводскими» настройками, что исключает риск неправильной калибровки.

Электромагнитный расцепитель предотвращает перегрев линии в результате короткого замыкания. Он реагирует практически мгновенно, но при этом значение силы тока должно в разы превышать номинал. Конструктивно эта деталь представляет собой соленоид. Сверхток генерирует магнитное поле, которое сдвигает сердечник, размыкающий цепь.

Соблюдение принципов селективности

При наличии разветвленной электрической цепи можно организовать защиту таким образом, чтобы при коротком замыкании произошло отключение только той ветви, на которой возникла аварийная ситуация. Для этого применяют принцип селективности выключателей.

Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматических выключателей с реализованной функцией селективности (выборочности) срабатывания при возникновении короткого замыкания

Для обеспечения выборочного отключения на нижних ступенях устанавливают автоматы с мгновенной отсечкой, размыкающие цепь за 0.02 – 0.2 секунды. Выключатель, размещенный на вышестоящей ступени, или имеет выдержку по срабатыванию в 0.25 – 0.6 с или выполнен по специальной «селективной» схеме в соответствии со стандартом DIN VDE 0641-21.

Для гарантированного обеспечения выборочного отключения лучше использовать автоматы от одного производителя. Для выключателей единого модельного ряда существуют таблицы селективности, которые указывают возможные комбинации.

Простейшие правила установки

Участок цепи, который необходимо защитить выключателем может быть одно- или трехфазным, иметь нейтраль, а также провод PE («земля»). Поэтому автоматы имеют от 1 до 4 полюсов, к которым подводят токопроводящую жилу. При создании условий для расцепления происходит одновременное отключение всех контактов.

Автоматы в щитке крепят на специально отведенную для этого DIN-рейку. Она обеспечивает компактность и безопасность подключения, а также удобный доступ к выключателю

Автоматы устанавливают следующим образом:

  • однополюсные на фазу;
  • двухполюсные на фазу и нейтраль;
  • трехполюсные на 3 фазы;
  • четырехполюсные на 3 фазы и нейтраль.

При этом запрещено делать следующее:

  • устанавливать однополюсные автоматы на нейтраль;
  • заводить в автомат провод PE;
  • устанавливать вместо одного трехполюсного автомата три однополюсных, если в цепь подключен хотя бы один трехфазный потребитель.

Все эти требования прописаны в ПУЭ и их необходимо соблюдать.

В каждом доме или помещении, к которому подведено электричество, устанавливают вводной автомат. Его номинал определяет поставщик и это значение прописано в договоре на подключение электроэнергии. Предназначение такого выключателя – защита участка от трансформатора до потребителя.

После вводного автомата к линии подключают счетчик (одно- или трехфазный). Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным выключателем. Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.

Счетчик электроэнергии и автоматические выключатели устанавливают в распределительном щите, который отвечает всем требованиям безопасности и легко может быть вписан в интерьер помещения

При выборе места для размещения распределительного щита необходимо помнить, что на свойства теплового расцепителя влияет температура воздуха. Поэтому желательно располагать рейку с автоматами внутри самого помещения.

Расчет необходимого номинала

Основная защитная функция автоматического выключателя распространяется на проводку, поэтому подбор номинала осуществляют по сечению кабеля. При этом вся цепь должна обеспечить штатную работу подключенных к ней приборов. Расчет параметров системы не сложен, но надо учесть много нюансов, чтобы избежать ошибок и возникновения в связи с этим проблем.

Определение суммарной мощности потребителей

Один из главных параметров электрического контура – максимально возможная мощность подключенных к ней потребителей электроэнергии. При расчете этого показателя нельзя просто суммировать паспортные данные устройств.

Активная и номинальная компонента

Для любого прибора, работающего от электричества, производитель обязан указать активную мощность (P). Эта величина определяет количество энергии, которая будет безвозвратно преобразована в результате работы аппарата и за которую пользователь будет платить по счетчику.

Но для приборов с наличием конденсаторов или катушки индуктивности есть еще одна мощность с ненулевым значением, которую называют реактивной (Q). Она доходит до устройства и практически мгновенно возвращается обратно.

Реактивная компонента не участвует при подсчете использованной электроэнергии, но совместно с активной формирует так называемую «полную» или «номинальную» мощность (S), которая дает нагрузку на цепь.

cos(f) – параметр, с помощью которого можно определить полную (номинальную мощность) по активной (потребляемой). Если он не равен единице, то его указывают в технической документации к электроприбору

Считать вклад отдельного устройства в общую нагрузку на токопроводящие жилы и автомат необходимо по его полной мощности S = P / cos(f).

Повышенные стартовые токи

Следующей особенностью некоторых типов бытовой техники является наличие трансформаторов, электродвигателей или компрессоров. Такие устройства при начале работы потребляют пусковой (стартовый) ток. Его значение может в несколько раз превышать стандартные показатели, но время работы на повышенной мощности невелико и обычно составляет от 0.1 до 3 секунд.

Такой кратковременный всплеск не приведет к срабатыванию теплового расцепителя, но вот электромагнитный компонент выключателя, отвечающий за сверхток короткого замыкания, может среагировать.

Важно

Особенно эта ситуация актуальна для выделенных линий, к которым подключают оборудование типа деревообрабатывающих станков.

В этом случае нужно посчитать ампераж и, возможно, имеет смысл использовать автомат класса «D».

Учет коэффициента спроса

Для цепей, к которым подключено большое количество оборудования и отсутствует устройство, которое потребляет наибольшую часть тока, используют коэффициент спроса (ks). Смысл его применения заключается в том, что все приборы не будут работать одновременно, поэтому суммирование номинальных мощностей приведет к завышенному показателю.

Коэффициент спроса на группы электропотребителей установлен в п. 7 СП 256.1325800.2016. На эти показатели можно опираться и при самостоятельном расчете максимальной мощности

Этот коэффициент может принимать значение равное или меньшее единице. Вычисления расчетной мощности (Pr) каждого прибора происходит по формуле:

Pr = ks * S

Суммарную расчетную мощность всех приборов применяют для вычисления параметров цепи. Использование коэффициента спроса целесообразно для офисных и небольших торговых помещений с большим числом компьютеров, оргтехники и другой аппаратуры, запитанной от одного контура.

Для линий с незначительным количеством потребителей этот коэффициент не применяют в чистом виде.

Из подсчета мощности убирают те устройства, чье включение одновременно с более энергозатратными приборами маловероятно. Так, например, мало шансов на единовременную работу в жилой комнате с утюгом и пылесосом.

А для мастерских с небольшим числом персонала в расчет берут только 2-4 наиболее мощных электроинструмента.

Вычисление силы тока

Выбор автомата производят по максимальному значению силы тока, допустимому на участке цепи. Необходимо получить этот показатель, зная суммарную мощность электропотребителей и напряжение в сети.

Согласно ГОСТ 29322-2014 с октября 2015 года значение напряжения должно быть равным 230 В для обыкновенной сети и 400 В – для трехфазной. Однако, в большинстве случаев, до сих пор действуют старые параметры: 220 и 380 В соответственно. Поэтому для точности расчетов необходимо провести замеры с применением вольтметра.

Измерить напряжение в домашней сети можно с помощью вольтметра или мультиметра.

Для этого достаточно воткнуть его контакты в розетку

Еще одной проблемой, особенно актуальной в частном секторе, является предоставление электроснабжения с недостаточным напряжением.

Замеры на таких проблемных объектах могут показывать значения, выходящие за определенный ГОСТом диапазон. Более того, в зависимости от уровня потребления соседями электричества, значение напряжения может сильно меняться в течение короткого времени.

Это создает проблему не только для функционирования приборов, но и для расчета силы тока. При падении напряжения некоторые устройства просто теряют в мощности, а некоторые, у которых присутствует входной стабилизатор, увеличивают потребление электричества.

Качественно провести расчеты необходимых параметров цепи в таких условиях сложно. Поэтому либо придется прокладывать кабеля с заведомо большим сечением (что дорого), либо решать проблему через установку входного стабилизатора или подключение дома к другой линии.

Стабилизатор устанавливают рядом с распределительным щитом. Часто бывает, что это единственный способ получить нормативные значения напряжения в доме

После того как была найдена общая мощность электроприборов (S) и выяснено значение напряжения (U), расчет силы тока (I) проводят по формулам, являющихся следствием закона Ома:

If = S / Uf  для однофазной сети

Il = S / (1.73 * Ul) для трехфазной сети

Здесь индекс «f» означает фазные параметры, а «l» – линейные.

Большинство трехфазных устройств используют тип подключения «звезда», а также именно по этой схеме функционирует трансформатор, выдающий ток для потребителя. При симметричной нагрузке линейная и фазная сила будут идентичны (Il = If), а напряжение рассчитывают по формуле:

Ul = 1.73 * Uf

Нюансы подбора сечения кабеля

Качество и параметры проводов и кабелей регулирует ГОСТ 31996-2012. По этому документу для выпускаемой продукции разрабатывают ТУ, где допускается некоторый диапазон значений базовых характеристик. Изготовитель обязан предоставить таблицу соответствия сечения жил и максимальной безопасной силы тока.

Максимально допустимая сила тока зависит от сечения жил проводов и способа монтажа.

Они могут быть проложены скрытым (в стене) или открытым (в трубе или коробе) способом

Выбирать кабель необходимо так, чтобы обеспечить безопасное протекание тока, соответствующего расчетной суммарной мощности электроприборов.

Совет

Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок) минимальное сечение проводов, используемых в жилых помещениях, должно быть не менее 1,5 мм2. Стандартные размеры имеют следующие значения: 1,5; 2,5; 4; 6 и 10 мм2.

Иногда есть резон использовать провода с сечением на шаг больше, чем минимально допустимое. В этом случае существует возможность подключения дополнительных приборов или замена уже существующих на более мощные без дорогостоящих и длительных работ по прокладке новых кабелей.

Расчет параметров автомата

Для любой цепи должно быть выполнено следующее неравенство:

In

Источник: http://sovet-ingenera.com/elektrika/uzo-schet/vybor-avtomata-po-moshhnosti-nagruzki.html

Расчёт автомата по мощности: предназначение устройства, принцип работы, подбор номинала по таблице

При проведении электромонтажных работ основным критерием всегда должна выступать безопасность. Ведь от этого зависит очень многое, вплоть до жизни и здоровья человека.

И совершенно не имеет значения причина подобного мероприятия. В любом случае необходимо правильно подобрать защитные устройства.

Именно в связи с этим придётся провести расчёт автомата по мощности, учитывая некоторые важные нюансы.

Каждому, кто сталкивался с электропроводкой, приходилось слышать об автоматических выключателях или автоматах. В первую очередь грамотный электрик всегда посоветует отнестись к выбору столь важной части электросети с особой щепетильностью. Так как впоследствии именно этот нехитрый прибор может избавить от многих неприятностей.

Совершенно неважно, какого рода проводятся электромонтажные работы — ложится ли новая проводка в только что построенном доме, заменяется старая, модернизируется щиток или прокладывается отдельная ветка для слишком энергоёмких приборов — в любом случае особое внимание необходимо уделить подбору автомата по мощности и прочим параметрам.

Предназначение устройства

Любой современный автомат имеет две степени защиты. Это означает, что помочь он сможет в двух, наиболее распространённых ситуациях.

  1. Первая, подразумевает перегрев проводки в результате прохождения по ней токов, больше номинальных. К чему это может привести, догадаться несложно: перегорание кабеля, а в итоге короткое замыкание или вообще возгорание.
  2. Вторая ситуация, предотвратить которую способен автоматический выключатель, это короткое замыкание, вследствие которого сила тока в цепи может увеличиваться на огромные значения, а это чревато в лучшем случае выходом из строя всего электрооборудования. В худшем — возгоранием электротехники, а от неё и всего помещения. Говорить же о целостности проводки и вовсе не приходится.

Таким образом, автомат способен защитить не только личное имущество, но в некоторых случаях и жизнь. Хотя для этого необходимо провести грамотный расчёт автоматического выключателя по мощности и ряду других параметров. А также не стоит брать автомат «с запасом», так как при критических значениях токов в сети он банально может не сработать, что равнозначно его отсутствию.

Принцип работы

Основной задачей защитного выключателя является отсечение подачи электрического тока от подающего кабеля в сеть потребителя. Происходит это благодаря расцепителям, находящимся в теле автомата. Причём существуют два вида таких частей:

  1. Электромагнитные, представляющие собой катушку, пружину и сердечник, который при превышении номинальных токов втягивается и через пружину разъединяет контакты. Происходит это практически мгновенно — от 0,01 до 0,001 секунды, что способно обеспечить надёжную защиту.
  2. Биметаллические тепловые — срабатывают при прохождении токов, превышающих предельные значения. При этом биметаллическая пластина, являющаяся основой такого расцепителя, изгибается и происходит разрыв контактов.

Виды АВ и их особенности

Учитывая разнообразие электросетей и определённых ситуаций, автоматы могут быть разных видов. Принцип их работы ничем существенным не отличается — срабатывают всё те же расцепители, но в зависимости от ситуации и ряда других нюансов используют разные их вариации.

Так, для стандартной однофазной сети напряжением 220 вольт выпускаются однополюсные и двухполюсные АВ. Первые способны разрывать лишь один провод — фазу. Вторые могут работать и с фазой, и с нулём. Безусловно, предпочтительнее использовать второй вариант.

Особенно, если дело касается помещений с повышенной влажностью. Конечно, и однополюсный автомат вполне справится со своей задачей, но могут возникнуть ситуации, когда перегоревшие провода замкнут между собой.

Обратите внимание

В таком случае, естественно, фаза будет отсечена, но вот нулевой провод окажется под напряжением, что может быть крайне опасно.

Для трёхфазных сетей напряжением 380 вольт используются трёх- или четерёхполюсные автоматы. Устанавливать их необходимо и на входе, и непосредственно перед потребителем. Как понятно, такие автоматы отсекают все три фазы, подключённые к ним. В редких случаях возможно использование одно- или двухполюсных защитных устройства для отсекания, соответственно, одной или двух фаз.

Выбор защитного устройства

Конечно, любой автомат превосходно справится с возложенными на него задачами — это не вызывает сомнения, если он исправен. Но дело в том, что подбирать АВ необходимо с учётом нескольких параметров.

Если выбранный автомат слишком «слабый», то будут происходить постоянные ложные срабатывания. И наоборот, слишком «сильная» модель, будет иметь довольно сомнительную полезность.

Мощность нагрузки

Одной из возможностей подобрать защитное устройство является выбор автомата по мощности нагрузки. Для этого необходимо узнать значение тока нагрузки. И уже из этих данных выбирать соответствующий номинал. Проще всего (да и точнее) это сделать с помощью закона Ома по формуле:

I=P/U,

где P — мощность потребителя (холодильник, микроволновая печь, стиральная машина и т. п. ), а U — напряжение сети.

Для примера потребитель будет взят 1,5 кВт, а напряжение сети обычное 220 В. Имея эти данные, подставив их в формулу, получится:

I = 1500/220 = 6,8 А.

В случае с трёхфазной сетью 380 вольт, напряжение будет 380 В.

Существует и ещё одна формула для выбора автоматического выключателя по току, но она немного сложнее, но и конечный результат будет куда более точен. На практике это не принципиально, но в ознакомительных целях всё же стоит её привести:

I=P/U*cos φ.

Значения I, P, U будут теми же, что и в законе Ома, а вот cos φ — это коэффициент мощности, который учитывает в нагрузке реактивную составляющую. Это значение помогает определить таблица 6.12 нормативного документа СП 31−110−2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Для примера данные будут использованы те же, т. е. потребитель 1,5 кВт, а напряжение всё те же 220 В. Согласно таблице, cos φ будет равен 0,65, как для вычислительных машин. Следовательно:

I = 1500 Вт/220 В * 0,65 = 4,43 А.

Сечение кабеля

Выбирать автомат лишь по мощности нагрузки будет непростительной ошибкой, которая может дорого стоить. Ведь если не учесть при этом сечение кабеля, то теряется всякий смысл в подборе автомата. Однако полученные значения нагрузки и номинал АВ смогут помочь в подборе необходимого кабеля.

Для этого не понадобится делать никаких расчётов, так как достаточно воспользоваться таблицей № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ, где понятие длительно допустимый ток означает проходящее длительное время по проводнику напряжение, не вызывающее чрезмерного его нагрева. Проще говоря, за это значение можно принять рассчитанную мощность нагрузки. И получить требуемое сечение медного или алюминиевого провода.

По току короткого замыкания

Чтобы выбрать автоматический выключатель по мощности хотя и понадобились некоторые расчёты, но они были крайне просты. Этого совсем нельзя сказать о расчётах при выборе автомата по токам короткого замыкания.

Но при подборе номинала АВ для дома, коттеджа, квартиры или офиса, подобные расчёты будут излишни, так как основной показатель, особенно влияющий на данные, это длинна проводника. Но в подобных ситуациях она крайне мала, чтобы существенно повлиять на результат. Поэтому такие расчёты проводят лишь при проектировании подстанций и других подобных сооружений, где длина кабелей значительная.

Подбор номинала

Выбор номинала автоматического выключателя должен соответствовать определённым требованиям. А конкретнее, автомат обязан сработать прежде, чем токи смогут превысить допустимые значения проводки. Из этого следует, что номинал автомата должен быть чуть меньше, нежели сила тока, которую способна выдержать проводка.

Выбрать нужный АВ довольно просто. Тем более что существует таблица номиналов автоматов по току, а это значительно упрощает задачу.

Исходя из всего этого, можно составить алгоритм, по которому проще всего подобрать автомат нужного номинала:

  • Для отдельно взятого участка вычисляется сечение и материал провода.
  • Из таблицы берётся значение максимального тока, который способен выдержать кабель.
  • Остаётся с помощью таблицы лишь выбрать автомат со значением чуть меньшим длительно допустимого тока.

Таблица содержит пять номиналов АВ 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А, из которых и будет выбираться защитное устройство. Автоматы же меньших значений практически не используются, так как нагрузки современных потребителей просто не позволят этого сделать. Таким образом, имея необходимы значения, очень легко выбрать автомат, соответствующий конкретно взятому случаю.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/avtomaty/raschet-avtomata-po-moschnosti-i-drugim-parametram.html

Расчет автомата по мощности 380

Источник: https://electric-220.ru/news/raschet_avtomata_po_moshhnosti_380/2018-09-26-1575

Расчет сечения кабеля, автоматов защиты

Расчет электрических сетей

Вступление

В электрике любого помещения важное значение имеет правильный расчет сечения кабеля, автоматов защиты.

Зависит расчет от электропотребителей, которые будут работать в электросети и как следствие от планируемой нагрузки в сети.

Как правильно рассчитать нагрузку и номинальные значения тока нагрузки в электрической сети и по результатам выбрать сечение кабеля и автоматы защиты пойдет речь в этой статье.

Нагрузка электросети

Любая электропроводка разделена на так называемые группы. Электропроводка каждой группы выполняется электрическим кабелем определенного сечения и защищается автоматом защиты с заранее рассчитанным номиналом. Для того чтобы выбрать сечение кабеля и номинал автомата защиты необходимо рассчитать предполагаемую нагрузку этой электросети.

При расчете нагрузки электросети нужно помнить, что расчет токовой нагрузки (величина силы тока в сети, при работе электроприбора) отдельного бытового прибора (потребителя) и группы из нескольких потребителей отличаются друг от друга.

Кроме этого расчет нагрузки при однофазном электропитании (220 вольт) отличается от расчета трехфазного электропитания (380 вольт). Начнем разбирать расчет нагрузки электросети в однофазной сети с рабочим напряжением 220 Вольт.

Расчет токовой нагрузки и выбор автомата защиты в однофазной электросети,220 вольт для одиночного потребителя

Расчет электросети для одного бытового прибора достаточно прост. Для этого нужно вспомнить основной закон электротехники (закон Ома), посмотреть в паспорте на прибор его потребляемую мощность и рассчитать токовую нагрузку.

Приведу пример:

  • Бытовая электроплита на 220 вольт. Потребляемая мощность 5000 ватт (5 КВатт).
  • Ток нагрузки можно рассчитать по закону Ома.
  • Iнагрузки=5000Вт÷220 вольт=22,7 Ампера.

Вывод: На линию для электропитания этой электроплиты нужно установить автомат защиты не менее 23 Ампер. Таких автоматов в продаже нет, поэтому выбираем автомат с большим ближайшим номиналом в 25 Ампер.

Расчет токовой нагрузки и выбор автомата защиты в однофазной электросети,220 вольт для группы электропроводки

Под группой электропроводки понимается несколько потребителей подключенных параллельно к одному питающему кабелю от электрощитка. Для группы электропроводки устанавливается общий автомат защиты. Автомат защиты устанавливается в квартирном электрощитке или этажном щитке. Расчет сети группы потребителей отличается от расчета сети одиночного потребителя.

Для расчета токовой нагрузки группы потребителей вводится так называемый коэффициент спроса. Коэффициент спроса (Кс) определяет вероятность одновременного включения всех потребителей в группе в течение длительного промежутка времени. Кс=1 соответствует одновременной работе всех электроприборов группы.

Понятно, что включение и работа всех электроприборов в квартире практически не бывает. Есть целые системы расчета коэффициента спроса для домов, подьездов. Для каждой квартиры коэффициент спроса различается для отдельных комнат, отдельных потребителей и даже для различного стиля жизни жильцов.

Например, коэффициент спроса для телевизора обычно равен 1,а коэффициент спроса пылесоса равен 0,1.

Поэтому для расчета токовой нагрузки и выбора автомата защиты в группе электропроводки коэффициент спроса влияет на результат. Расчетная мощность группы электропроводки рассчитывается по формуле:

  • P(расчетная)=К(спроса)×P(мощность установочная).
  • I (ток нагрузки)=Р (мощность расчетная)÷220 вольт.

Пример: В таблице ниже рассмотрим электроприборы, входящие в одну группу. Рассчитаем токовую нагрузку для этой группы и выберем автомат защиты с учетом коэффициента спроса.Коэффицмент спроса в примере выбирается индивидуально:

Содержание:

Расчеты электропроводки выполняются еще на стадии проектирования. Прежде всего рассчитывается сила тока в цепях, исходя из этого подбираются автоматические защитные устройства, сечение проводов и кабелей. Особое значение имеет расчет автомата по мощности 380, защищающий от перегрузок и коротких замыканий.

Слишком большой номинал может привести к выходу из строя оборудования, поскольку устройство не успеет сработать. Низкий номинальный ток автомата приведет к тому, что защита будет срабатывать даже при незначительных перегрузках в часы пик. Правильно выполненные расчеты помогут выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.

Как рассчитать мощность электротока

В соответствии с законом Ома, сила тока (I) находится в прямой пропорции с напряжением (U) и в обратной пропорции с сопротивлением (R). Расчет мощности (Р) осуществляется путем умножения силы тока на напряжение. Таким образом, для участка цепи образуется следующая формула, по которой рассчитывается ток: I = P/U.

С учетом реальных условий, к данной формуле прибавляется еще один компонент и при расчетах однофазной сети получается следующий вид: I = P/(U х cos φ).

Трехфазная сеть рассчитывается немного по-другому. Для этого используется следующая формула: I = P/(1,73 х U х cos φ), в которой напряжение U условно составляет 380 вольт, cos φ является коэффициентом мощности, посредством которого активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки соотносятся между собой.

Важно

Современные блоки питания обладают незначительной реактивной компонентой, поэтому значение cos φ принимается за 0,95. Это не касается трансформаторов и электродвигателей с высокой мощностью, обладающих большим индуктивным сопротивлением.

Расчет сетей, где могут подключаться такие устройства, выполняется с коэффициентом cos φ, эквивалентным 0,8.

В других случаях используется стандартная методика расчетов с последующим применением повышающего коэффициента 1,19, получающегося из соотношения 0,95/0,8.

При использовании в формулах известных параметров напряжения 220 и 380 В, а также коэффициента мощности 0,95, в результате получается сила тока для однофазной сети – I = P/209, а для трехфазной – I = P/624.

Таким образом, при наличии одной и той же нагрузки, сила тока в трехфазной сети будет в три раза ниже. Это связано с наличием трех проводов отдельных фаз, на каждую из которых равномерно распределяется общая нагрузка.

Напряжение между каждой фазой и рабочим нулем составляет 220 вольт, поэтому известная формула может выглядеть следующим образом: I = P/(3 х 220 х cos φ).

Выбор автомата по номинальному току

Рассмотренные формулы широко применяются в расчетах вводного автоматического выключателя. Применяя одну из них – I = P/209 при нагрузке Р в 1 кВт, получается сила тока для однофазной сети 1000 Вт/209 = 4,78 А. Результат можно округлить в большую сторону до 5 А, поскольку реальное напряжение в сети не всегда соответствует 220 В.

Таким образом, получилась сила тока в 5 А на 1 кВт нагрузки. То есть, устройство мощностью более 1 кВт нельзя подключать, например, в удлинитель с маркировкой 5 А, поскольку он не рассчитан на более высокие токи.

Автоматические выключатели обладают собственным номиналом по току. Исходя из этого, легко определить нагрузку, которую они способны выдержать. Для упрощения вычислений существует таблица.

Автомат номиналом 6 А соответствует мощности 1,2 кВт, 8 А – 1,6 кВт, 10 А – 2 кВт, 16 А – 3,2 кВт, 20 А – 4 кВт, 25 А – 5 кВт, 32 А – 6,4 кВт, 40 А – 8 кВт, 50 А – 10 кВт, 63 А – 12,6 кВт, 80 А – 16 кВт, 100 А – 20 кВт.

Исходя из этих же номиналов проводятся расчеты автомата по мощности на 380в.

Совет

Метод 5 А на 1 кВт может использоваться и для определения силы тока, возникающей в сети, когда в нее подключаются какие-либо бытовые приборы и оборудование.

В расчетах нужно пользоваться максимальной потребляемой мощностью во время пиковых нагрузок. Для этого применяются технические характеристики оборудования, взятые из паспортных данных.

При их отсутствии можно взять ориентировочные параметры стандартных электроприборов.

Отдельно рассчитывается группа освещения. Как правило, мощность приборов освещения оценивается в пределах 1,5-2 кВт, поэтому для них будет достаточно отдельного автомата номиналом 10 А.

Если сложить все имеющиеся мощности, получается довольно высокий суммарный показатель.

Однако на практике полная мощность никогда не используется, поскольку существуют ограничения на выделяемую электрическую мощность для каждой квартиры.

В современном жилом доме, при наличии электроплит, она составляет от 10 до 12 кВт. Поэтому на вводе устанавливается автомат с номинальным током 50 А. Точно так же выполняется расчет мощности трехфазных автоматов.

Полученные 12 кВт распределяются по всей квартире с учетом размещения мощных и обычных потребителей.

Обратите внимание

Особое внимание следует обратить на кухню и ванную комнату, где устанавливаются электроплиты, водонагреватели, стиральные машины и другое энергоемкое оборудование.

Как правило, они подводятся к отдельным автоматическим выключателям соответствующего номинала, а сечение кабелей для подключения также рассчитывается в индивидуальном порядке.

Мощные бытовые агрегаты подключаются не только к автоматам, но и к устройствам защитного отключения. Часть общей мощности следует оставить для освещения и розеток, установленных в помещениях. Правильно выполненные расчеты позволят качественно смонтировать проводку и выбрать нужный выключатель. В этом случае эксплуатация оборудования будет безопасной и долговечной.

Расчет мощности онлайн-калькулятором

В первую очередь необходимо ввести исходные данные в соответствующие графы. На калькуляторе эти показатели включают количество фаз, напряжение сети и мощность нагрузки. Первые два пункта известны заранее, а вычисления мощности приборов и оборудования осуществляются вручную.

Напряжение для однофазной сети выставляется 220 вольт, для трехфазной – 380 В и выше. После ввода параметров остается лишь нажать на кнопку «Рассчитать» и получить требуемый результат. В соответствующем окне появятся данные о номинальном токе автоматического выключателя, наиболее подходящего для данной сети.

Электроприборы МощностьР, Вт Коэффициент спросаКс
Освещение 480 0,7
Радиоприемник 75
Телевизор 160 1
Холодильник 150 1
Стиральная машина 380
Утюг 1000
Пылесос 400
Другие 700 0,3
Итого: 3345, Вт
  • Расчетная Мощность в сети расчитавается следующим образом:
  • 480×0,7+75+160+150+380+1000+400+700×0,3=2711,ВТ
  • К(спроса) квартиры=2711÷3345=0,8
  • Ток нагрузки:
  • 3345÷220×0,8=12Ампер.
  • Соответственно выбираем автомат защиты на шаг больше:16Ампер.

В общих, а не индивидуальных расчетах, для жилых помещений, коэффициент спроса принимается в зависимости от количества потребителей, таблица ниже: 

Количество приемников в помещении 2 3 5-200
К(коэффициент спроса)помещения 0,8 0,75 0,7

Теперь опредилемся,как выбрать сечения кабеля для электропроводки

По приведенным выше формулам можно рассчитать мощность электросети и значение рабочего тока в сети. Остаяется по полученным значениям выбрать сечение электрического кабеля, который можно использовать для рассчитываемой проводки в квартире.

Это совсем просто. В настольной книги электрика, ПУЭ-правила устройства электрустановок, все сделано за нас.

По таблице ниже ищете значение расчитаного тока нагрузки или расчетную мощность сети и выбираете сечение электрического кабеля.

Важно

Таблица приводится для медных жил кабелей или проще, медного кабеля ,потому что использование аллюминевых кабелей в электропроводке жилых помещений запрещено.(читайте ПУЭ изд.7) 

Проложенные открыто
Сечение жил кабеля Медные жилы
мм2 Ток нагрузки Мощн.кВт
А 220 В 380 В
0,5 11 2,4
0,75 15 3,3
1 17 3,7 6,4
1,5 23 5 8,7
2 26 5,7 9,8
2,5 30 6,6 11
4 41 9 15
5 50 11 19
10 80 17 30
16 100 22 38
25 140 30 53
35 170 37 64
Проложенные в трубе
Сечение жил кабеля Медные жилы
мм2 Ток накрузки Мощн.кВт
А 220 В 380 В
0,5
0,75
1 14 3 5,3
1,5 15 3,3 5,7
2 19 4,1 7,2
2,5 21 4,6 7,9
4 27 5,9 10
5 34 7,4 12
10 50 11 19
16 80 17 30
25 100 22 38
35 135 29 51

Две расчетные таблицы для расчета и правильного выбора сечения кабеля и автоматов защиты 

Номенклатура мощностей электробытовых приборов и машин для расчета в электросетях жилых помещений

из нормативов для определения расчетных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов (кварталов) застройки и элементов городской распределительной сети

NN пп Наименование Установленная мощность, Вт
1 Осветительные приборы 1800-3700
2 Телевизоры 120-140
3 Радио и пр. аппаратура 70-100
4 Холодильники 165-300
5 Морозильники 140
6 Стиральные машины без подогрева воды 600
с подогревом воды 2000-2500
7 Джакузи 2000-2500
8 Электропылесосы 650-1400
9 Электроутюги 900-1700
10 Электрочайники 1850-2000
11 Посудомоечная машина с подогревом воды 2200-2500
12 Электрокофеварки 650-1000
13 Электромясорубки 1100
14 Соковыжималки 200-300
15 Тостеры 650-1050
16 Миксеры 250-400
17 Электрофены 400-1600
18 СВЧ 900-1300
19 Надплитные фильтры 250
20 Вентиляторы 1000-2000
21 Печи-гриль 650-1350
22 Стационарные электрические плиты 8500-10500
23 Электрические сауны 12000

ТАБЛИЦА2.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ для расчетов электрических нагрузок жилых зданий (квартир) и коттеджей на перспективу 

1. Средняя площадь квартиры (общая), м:
— типовых зданий массовой застройки — 70
— здания с квартирами повышенной комфортности (элитные) по индивидуальным проектам — 150
2. Площадь (общая) коттеджа, м — 150-600
3. Средняя семья — 3,1 чел.
4. Установленная мощность, кВт:
— квартир с газовыми плитами — 21,4
— квартир с электрическими плитами в типовых зданиях — 32,6
— квартир с электрическими плитами в элитных зданиях — 39,6
— коттеджей с газовыми плитами -35,7
— коттеджей с газовыми плитами и электрическими саунами -48,7
— коттеджей с электрическими плитами — 47,9
— коттеджей с электрическими плитами и электрическими саунами — 59,9

©Elesant.ru

Еще статьи

  • Назад на главную

Источник: https://elesant.ru/raschet-elektricheskikh-setey/raschet-secheniya-kabelya-avtomatov-zashchity

Расчет мощности автомата с учетом нагрузки на проводку

Во многих жилых домах, построенных более 20 лет назад, имеются проблемы с электрической проводкой, так как добавляется все новая и новая бытовая техника, с высокими требованиями к качеству сети и с иными показателями мощности. Одна из проблем – несоответствие силы тока сечению проводки.

Всем знакомо короткое замыкание или прострел витка. Дабы избежать подобного, одной замены кабелей вовсе не достаточно, нужно устанавливать защитные автоматы, позволяющие избежать утечки напряжения.

Полезно будет узнать, как подобрать дифференциальный автомат или обычный автомат (автоматический выключатель) в свою квартиру в зависимости от нагрузки.

Отличия защитных устройств

Следует различать аппарат в виде дифавтомата и устройство защитного отключения. На первый взгляд особой видимой разницы в нет, но это не так.

УЗО служит для обесточивания сети при выявлении малейшей утечки в цепи. Например, при повреждении электрического кабеля, чтобы не травмировать человека, цепь будет отключена.

Дифавтомат, помимо УЗО, оснащен встроенным выключателем автоматического типа. Он служит для обесточивания системы, предотвращения короткого замыкания, перегрузки цепи, в общем. Одним словом, это два в одном.

Обычный автоматический выключатель (автомат) защищает цепь от перегрузки, но он не может создать безопасные условия для человека. Поэтому в современных строениях устанавливают либо дифавтоматы, либо УЗО и автоматы совместно.

Подбор любого защитного устройства зависит от характеристик сети. В первую очередь от нагрузки, подключенной к ней. Поэтому важно знать, как рассчитать мощность автомата по нагрузке.

Плюсы и минусы

Преимуществом дифавтомата в его компактности, многофункциональности, 100% защита цепи от внезапных перегрузок или иной опасности.

Ну а главный «козырь» — стоимость, которая ниже, нежели суммарная стоимость УЗО и выключателя автоматического типа. Если учитывать единичный случай, то разница не слишком ощутима, но при покупке на весь дом выгода существенная.

Впрочем, многое зависит от марки изделия. Монтаж занимает мало времени, на рейке дифавтомат также помещается довольно компактно.

Совет

Есть и свои недостатки у дифавтоматов. При выходе со строя придётся приобретать изделие в комплекте, а не по отдельности. Возникновение короткого замыкания приведёт к трудностям в поиске его причины. При разделенной установке идентификация намного проще: выключился УЗО – утечка, автомат – короткое замыкание.

Какой выбрать вид защитного устройства, вопрос не из лёгких. Как делают многие электрики: если речь идёт о небольшой квартире, тогда используйте дифавтомат.

Каковы критерии отбора оборудования

Если всё-таки отдали предпочтение дифавтомату, как продукту современных технологий, внимательно выбирайте изделие. Тщательным образом ознакомьтесь с его техническими данными. При выборе автомата по мощности нагрузки, обращают внимание на следующее:

  • напряжение и фазы: изделия по номинальному однофазному и трёхфазному типу, 220В и 360 В, соответственно. В первом вариант одна клемма, во втором – три для подключения. Все показатели указываются в паспорте на оборудование и маркируются на внешней стороне корпуса;
  • сила тока утечки: обозначается греческим символом «дельта» и исчисляется в миллиамперах. Корректно подобрать можно, основываясь на такие данные: на дом в целом – до 350 мА, на конкретную группу – 30 мА, точки и освещение – 30мА, одиночные точки – 15мА, бойлер – 10мА;
  • класс оборудования: А – сработка в результате утечки постоянного напряжения. АС – при утечке переменного тока;
  • защита от порыва «ноля»: при обнаружении подобного, система идентифицирует это как порыв и отключает оборудование;
  • время отключения: обозначается символом Tn и не должно превышать 0,3 секунды.

Для бытовых нужд наиболее распространёнными являются приборы с маркировкой «C» и диапазоном 25А. Монтаж вводных конструкций требует более мощных в виде C50, 65, 85, 95. Розетки и прочие точки – C15, 25.

Приборы освещения – C7, 12, электрическая плита – C40. Можно сказать, что это временная характеристика максимальной кратковременной мощности тока, которую может выдержать автомат и не сработать.

«C» означает, что автомат срабатывает при превышении номинального тока в 5-10 раз.

Вычисление показателей

Расчет мощности при выборе автомата проводится так. Например, все монтажные работы выполнены электрическим кабелем с сечением 3,0 и максимальной силой 25А. Общая мощность приборов равна: микроволновая печь 1,5 kW, электрочайник 2,1 kW, холодильник 0.7 kW, телевизор 0.5 kW. Суммарная мощность получается равной 4,7 kW или же 4.7 * 1000 W.

Чтобы мощность в каждой цепи было проще рассчитать, нагрузку разделяют на группы. Оборудование наибольшей мощности подключают отдельно. Не стоит пренебрегать нагрузкой малой мощности, поскольку при расчетах в сумме может получиться существенный результат.

Для вычисления используем формулу: мощность / напряжение. Итого 21,3 А. Потребуется УЗО или дифавтомат с граничным потреблением 25А, не более. Если количество потребителей более двух, то суммарную мощность следует умножать на 0,7, для корректировки данных. При нагрузке три и более – на 1,0.

Понижающие коэффициенты для некоторых приборов:

  • холодильное оборудование от 0,7 до 0,9, в зависимости от характеристик мотора;
  • подъёмные устройства и лифты 0,7;
  • оргтехника 0,6;
  • люминесцентные лампы 0,95;
  • лампы накаливания 1,1;
  • тип ламп ДРЛ 0,95;
  • неоновые газовые установки 0,4.

Понижение мощности обусловлено тем, что не все приборы могут быть включены одновременно.

По значению рабочего тока нагрузки подбирается автомат. Номинал автомата должен быть чуть меньше рассчитанного значения тока, но допускается выбирать и немного большие значения.

Значение тока при выборе сечения кабеля

Соответствие тока сечению жил кабеля можно проверить по таблице

Сводные характеристики для однофазного автомата:

  • сила 17А – показатель мощности до 3,0 кВт – ток 1,6 – сечение 2,4;
  • 26А – до 5,0 – 25,0 – 2,6;
  • 33А – 5,9 – 32,0 – 4,1;
  • 42А – 7,4 – 40,0 – 6,2;
  • 51А – 9,2– 48,4 – 9,8;
  • 64А – 12,1 – 62,0 – 16,2;
  • 81А – 14,4 – 79,0 – 25,4;
  • 101А – 18,3 – 97,0 – 35,2;
  • 127А – 22,4 – 120,0 – 50,2;
  • 165А – 30,0 – 154,0 – 70,1;
  • 202А – 35,4 – 185,0 – 79,2;
  • 255А – 45,7 – 240,0 – 120,0;
  • 310А – 55,4 – 296,0 – 186,2.

Можно также воспользоваться специальным графиком, по которому определяется номинальный ток автомата в зависимости от мощности нагрузки.

Нужное сечение кабеля подбирается исходя из суммарной мощности тока, проходящего через провод, рассчитать её поможет формула, схема расчета такова:

I = P/U,

где сила тока = суммарный показатель мощности разделён на напряжение в цепи. В большинстве случаев электрики используют именно эту формулу.

Более точная формула расчета мощности P=I*U*cos φ, где φ – угол между векторами тока, проходящего через автомат, и напряжения (не стоит забывать, что они могут быть переменными). Но поскольку в бытовых устройствах, работающих от однофазной сети, сдвига фазы между током и напряжением практически нет, то применяют упрощенную формулу мощности.

Если сеть трехфазная, то может наблюдаться существенный сдвиг фаз. В этом случае при расчетах мощность уменьшается, а получившийся ток надо делить на 3.

Так, для прибора мощность 6,5 кВт:

I = 6500/380/0,6=28,5

28,5/3=9,5 А

На электроприборах часто делают маркировку или прикрепляют табличку, с указанием этого параметра и значения мощности. Это позволяет быстро произвести расчеты. В трехфазной сети для нагрузки большой мощности применяют автоматы типа D.

Предыдущая новость Следующая новость

Источник: https://EvoSnab.ru/oborudovanie/avtomatika/raschet-moshhnosti-avtomata-po-nagruzke

Провода и кабели

Провода, как мы определяем здесь: используется для передачи электричества или электрических сигналов. Провода бывают разных форм и сделаны из разных материалов. Они могут показаться простыми, но инженеры известно о двух важные моменты:

-Электричество в длинных проводах, используемых для передачи, ведет себя совсем иначе , чем в коротких провода, используемые в конструкции устройств
-Использование проводов в цепях переменного тока вызывает всевозможные проблемы , например скин-эффект и эффекты близости.

1. Сопротивление / импеданс
2. Скин-эффект
3. Типы конструкций проводов

4. Подробнее о материалах проводов
5. Изоляция проводов

1.) Поведение электричества в проводах: сопротивление и импеданс


Важно знать, имеете ли вы дело с постоянным или переменным током в данном проводе. Мощность переменного тока имеет очень сложную физику, которая вызывает некоторые странные эффекты. Это была одна из причин, почему Электроэнергия переменного тока была разработана в 1890-х годах, намного позже мощности постоянного тока.Инженеры любят C.P. Штайнмецу пришлось сначала разберитесь с математикой и физикой.

Питание переменного тока:
В сети переменного тока любит путешествовать рядом поверхность проволоки (скин-эффект). Мощность переменного тока в проводе также вызывает вокруг него формируется магнитное поле (индуктивность). Это поле влияет на другие соседние провода (например, в обмотке), вызывающие эффект близости. Со всеми этими свойствами необходимо иметь дело при проектировании цепи переменного тока.

Питание постоянного тока:
In Постоянный ток проходит через весь провод.

Размер проводника и материал (питание переменного и постоянного тока):

Электричество легче передается в местах с высокой проводимостью. элементы, такие как медь, серебро или золото, менее проводящие Чем больше диаметр материала, тем больше должен быть диаметр, чтобы выдерживать такую ​​же токовую нагрузку.

Инженеры выбирают правильно диаметр проволоки для работы, повышение тока в проволоке увеличивает удельное сопротивление и выделяет больше тепла.Как вы увидите на схеме ниже, медь может выдерживать больший ток, чем алюминий, при той же нагрузке.

Внизу: Когда сэр Хамфри Дэви пропустил большой ток через тонкий платиновый провод в 1802 году, когда он светился. и сделал первую лампу накаливания! но всего через несколько секунд проволока расплавилась и испарилась из-за тепло, вызванное сопротивлением в проводе.


Качество материала: примеси и кристаллы:

Большинство материалов содержат примеси. В меди содержание кислорода и других материалов в меди влияет на проводимость, поэтому медь, из которой будет сделан электрический провод, легируется по-другому. чем медь, которая скоро станет водопроводом.

Металлы кристаллические (как вы увидите в нашем видео о меди).Монокристаллическая медь или алюминий лучше проводимость, чем поликристаллические металлы, однако крупнокристаллическая медь очень дорого обходится производят и используются только в высокопроизводительных приложениях.

Удельное сопротивление:

Сопротивление в проводе описывает возбуждение электронов в проводе. материал проводника. Это возбуждение приводит к выделению тепла и потере эффективности. На раннем этапе создания постоянного тока Томас Эдисон не мог послать свою энергию на большие расстояния без использования медные провода большого диаметра за счет сопротивления на расстоянии.Это сделало мощность постоянного тока не рентабельно и допускает рост мощности переменного тока.

Измерительные инструменты:
Инженеры используют закон Ома чтобы рассчитать, какое сопротивление будет иметь данный провод. Это говорит нам, сколько энергии мы потеряет на расстоянии.

I = V / R А = Вольт, деленное на сопротивление

Формулы сопротивления и проводимости:

Сопротивление = удельное сопротивление / площадь поперечного сечения
Проводимость = 1 / Сопротивление

Когда сопротивление хорошее:
Создание Тепло в проводе обычно является признаком потери энергии, однако в вольфрамовом или танталовой проволоки, тепло заставляет проволоку светиться и производить свет, который может быть желательным.Вольфрам используется для изготовления нитей потому что он имеет очень высокую температуру плавления. Проволока может сильно нагреться и ярко светятся, не таять. Вольфрам очень плохо подходит для передачи энергии поскольку большая часть прошедшей энергии теряется в виде тепла и света.

По мощности передачи мы ищем как можно более низкое удельное сопротивление, мы хотим для передачи энергии на большие расстояния без потери энергии из-за тепла. Мы измеряем сопротивление в проводе в Ом на 1000 футов или метров. Чем дольше электричество должно пройти, тем больше энергии оно теряет.

Сверхпроводящий провод и сопротивление:

Вверху: сверхпроводящий проволоку можно превратить в металлическую «ленту»


Вверху: Карл Роснер, Марк Бенц и другие использовали специальные катушки сверхпроводящего провода для производства всего мира первый магнит 10 тесла.Вместо меди используются ниобий и олово поскольку материалы работают по-разному при разных температурах.

Одно из отличных решений для передачи энергии — это сверхпроводники. Когда металл становится очень холодным (приближаясь к абсолютному нулю), он приобретает проводимость бесконечности. В какой-то момент сопротивления вообще нет. Были экспериментальные сверхпроводящие линии высокого напряжения, которые смогли передавать мощность практически без потерь, однако технология недостаточно развит, чтобы быть рентабельным.

Магнитные поля (индуктивность и импеданс):

Каждый провод, используемый для передачи переменного тока, создает магнитное поле, по которому течет ток. В магнитное поле визуализируется концентрическими кольцами вокруг поперечного сечения провода, каждое кольцо ближе к проводу имеет более прочный магнитная сила. Магнитные поля полезны для создания очень сильных магнитов (когда они находятся в катушке) i.е. изготовление двигателей и генераторы, однако эти магнитные поля нежелательны в линиях электропередачи.

В то время как сопротивление провода может препятствовать прохождению тока и выделять тепло, индуктивность провод / линия передачи также могут препятствовать прохождению тока, но это сопротивление не выделяет тепла, так как энергия «теряется» при создании магнитного поля, а не чем возбуждение электронов в материале. Этот импеданс называется реактивным сопротивлением переменного тока. Схемы.Мы использовали слово «потерянный», однако сила на самом деле не потеряна, она используется для создания магнитного поля. поле и возвращается, когда магнитное поле схлопывается.

2.) Кожный эффект:


В сети переменного тока электроны любят течь по вне провода. Это потому, что изменение тока вперед и назад вызывает вихревые токи, которые приводят к вытеснению тока к поверхности.

Глубина кожи

Глубина скин-слоя — это фиксированное число для данной частоты, удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости.Чем выше частота переменного тока в системе, тем сильнее сжимается ток. на внешней стороне провода, поэтому провод, который используется с частотой 60 Гц при заданном напряжении, будет не будет нормально на 200 МГц. Инженеры всегда должны При проектировании цепей учитывайте скин-эффект. Увидеть сайт Википедии для формула, используемая для расчета глубины скин-слоя.

Вверху: инженеры преодолевают скин-эффект с помощью изолированного многожильного провода. Если вы сделаете отдельные пряди равными одной толщине скин-слоя, большая часть тока будет протекать по всей поперечное сечение, и вы используете всю медь. Обратной стороной является то, что ваш провод должен иметь больший размер. диаметр, так как вам нужно все дополнительное пространство для утепления. По мере того, как проволочные пряди становятся меньше в диаметре, а изоляция остается той же толщины, соотношение площади меди к изоляции может стать меньше единицы, тогда у вас будет больше изоляции, чем медь в обмотке или кабеле.

Ниже: более высокая частота переменного тока = меньшая глубина скин-слоя. «Более быстрый» ток чередуется вперед и назад тем больше вихревых токов он создает. Эта высокая частота блок питания работает в диапазоне МГц, обратите внимание на специальный провод, используемый на право. Провод кажется многожильным и оголенным, но это не так, он имеет прозрачное эмалевое покрытие, изолирующее его, поэтому каждая небольшая жилка несет свою часть тока, при этом ток идет снаружи каждой пряди.Это дает большую площадь поверхности в целом и позволяет большое количество тока для прохождения.


Вверху: Компактный люминесцентный легкая электроника, трансформатор очень маленький и спроектирован очень дешево. Эти детали часто выходят из строя до окончания типичного жизненный цикл агрегата »

Инженеры и затраты Сберегательный дизайн:

Инженеры используют математику для расчета «глубины скин-слоя», чтобы узнать, сколько проволоки используется для проведения электричества.Это важная часть инженеров-электриков работают над проектированием энергосистем. Этот работа также связана с экономией средств, как могут понять инженеры какой калибр и какой тип провода использовать и сравнить с другие материалы и конфигурации. Старый электрический двигатели и генераторы из начало 20 века, как известно, длилось долгое время, потому что в то время инженеры могли спроектировать обмотки и тип провода для лучшей производительности, так как затраты на оборудование и машины были выше.Сегодня многие двигатели перегорают, потому что инженеры вынуждены использовать самый дешевый вариант — наименьшее количество материала который может выдерживать ток, однако, когда двигатель начинает при перегреве более тонкие провода из более дешевого материала быстрее сгорят. Балласты (трансформаторы) в современных системах освещения имеют общеизвестную короткий срок службы в целях снижения стоимости единицы продукции.

Практическое упражнение: Как затраты влияют на дизайн

Вы можете увидеть и почувствуйте работу инженеров по проектированию проводов вокруг вашего дома.Просто найдите старые блоки питания или профессиональные блоки питания используется с дорогостоящими машинами или инструментами. Почувствуйте вес этих стеновые блоки или блоки питания. Теперь найдите детскую игрушку или мобильный телефон зарядное устройство. Почувствуйте, насколько легкими кажутся трансформаторы по сравнению с ними.
Если повезет, можно найти два трансформатора, преобразующие мощность. от стены (120 или 220 В) на такое же напряжение постоянного тока для устройства. Если открыть корпус, можно увидеть разницу в размерах. калибра обмоток, а также от того, используют ли они медь или алюминий.Вы четко увидите, как влияет на дизайн общий предмет.


3.) Типы проводов:


Ниже: Типы провода, используемого коммунальными предприятиями при передаче электроэнергии:

Ниже: фиксированная проводка, используемая в домах, а также шнуры, используемые в динамиках, бытовая техника и телефонные системы.На рисунке ниже показаны старые провода, которые когда-то использовались в домах (кабель SJTWA и тип SE), и современные стандартный ромекс.

ЭЛЕКТРОПРОВОДКА 1880-х годов по сегодняшний день:

Вверху: 3 проводника подземный медный провод (сейчас редко)

Внизу: плоская лента провод, используемый в сверхпроводящих магнитах

Лучший провод для вакансия:

Все инженеры-электрики должны знать о проводах и думать об использовании правильного дизайна и материал для поставленной задачи.Вот факторы для определения конструкция проволоки:

-Прочность (способность многократно сгибаться или сдавливаться веса)
-Уровень напряжения и тока
-Прочность подвески (способность долго удерживать собственный вес пролеты между опорами)
— Под землей или под водой
— Температура эксплуатации (например, сверхпроводящие проволока)
-Стоимость

Сплошная проволока:

Преимущества:
Меньшая площадь поверхности, подверженной коррозии
Может быть жесткой и прочной
Недостатки:
Плохо при многократном сгибании, может сломаться при сгибании пятно
Непрактично для высокого напряжения

Многожильный провод:

Вверху: многожильный динамик Провод, который есть в каждом доме
Ниже: Для специального использования сверхтолстый многожильный медный провод

-Скрученный провод — много меньших проводов параллельно, можно скручивать вместе
Преимущества:
Отличный проводник для своего размера
Недостатки:
Вы можете подумать, что это будет хорошо для высокочастотного использования, потому что у него есть большая площадь поверхности на всех маленьких жилках проволоки, однако это хуже, чем сплошная проволока, потому что пряди соприкасаются друг друга, закорачивая, и поэтому провод действует как один больший проволока, и в ней много воздушных пространств, что обеспечивает большее сопротивление для типоразмера

Плетеный провод:

Преимущества:
-Большая долговечность по сравнению с сплошным проводом
-Лучшая проводимость, чем сплошной провод (большая площадь поверхности)
-Может действовать как электромагнитный экран в шумоподавляющих проводах
-Чем больше жил в проволоке, тем она гибче и прочнее есть, но он стоит дороже

Спец. провода:

Сплошной с внешней оплеткой или какой-либо их комбинацией, эти провода используются для всех видов специальных применений.

Коаксиальный кабель используется для передачи радио или кабельного телевидения. потому что по своей конструкции проводники с оплеткой и фольгой снаружи держать частоты в ловушке внутри. Экранирование предотвращает рассеянная электромагнитная энергия от заражения области вокруг чувствительной приемники.

Ниже: Видео о типах проводов, используемых в электроэнергетических компаниях:

Практическое упражнение: Проволока Угадайка

Соберите куски металлолома провода вокруг вашего дома или школьной мастерской, соберите короткие образцы разных типов.Теперь используйте приведенные выше диаграммы, чтобы выяснить, что вид проволоки, из чего она сделана, и перечислите ее применение каждый. Покажите это своему учителю и посмотрите, правильно ли вы угадали. Провод бывает так много экзотических видов, что вы можете оказаться с настоящей загадкой в ​​твоих руках. Используйте поиск в Интернете, чтобы попробовать чтобы идентифицировать все ваши образцы.


4.) Проволочные материалы:

Наиболее распространенным материалом для изготовления электрического провода является медь и алюминий , это не самые лучшие проводники, но они многочисленны и дешевы. Золото также используется в различных областях, поскольку оно устойчиво к коррозии. Золото используется в электронике автомобильных подушек безопасности, чтобы гарантировать, что устройство будет функционировать много лет спустя, несмотря на воздействие вредных элементов.

Вверху: золото, использованное в разъемы для микросхем Motorola

Золото обычно используется в контакте области, потому что эта точка в системе более подвержена коррозии и имеет больший окислительный потенциал.

Алюминий обернутый вокруг стального центрального провода используется в передаче энергии, потому что алюминий дешевле меди и не подвержен коррозии. Стальной центр используется просто для прочности, чтобы удерживать проволоку на длинных участках. Выше типичный кабель ACSR, используемый в воздушных линиях электропередач по всему миру.

Хорошие проводники, твердое вещество при комнатной температуре:

Платина, серебро, золото, медь, алюминий

4.) ИЗОЛЯЦИЯ ПРОВОДА:

Слева: Для эффективного обмотки двигателя или генератора должны быть плотно упакованы вместе, минимизация воздушных пространств. Провода, используемые в двигателях и генераторах, обычно покрыты эмалью, чтобы обмотки плотно прилегали друг к другу. Традиционная резиновая или полимерная изоляция сделает провод диаметром толще, это одна из причин, почему старые электродвигатели были больше и тяжелее современных моторов такой же мощности.

Посмотри, как провод мотора упакован и намотан в современный асинхронные двигатели в нашем видео здесь.

Подробнее о вся область электроизоляция на нашей странице здесь.


Практическое упражнение: Сжечь мотор!

Вы заметили что когда мотор игрушки сильно нагревается, он пахнет? Это испарение изоляции.Тепло разрушает все виды изоляции в конечном итоге, и в обмотке двигателя, когда изоляция становится слабой. два провода рядом друг с другом будут короткими, это приведет к возникновению дуги. и устройство сгорает.

Если взять маленький мотор, о котором вы не заботитесь, вы можете намеренно сжечь его посмотреть, что происходит с обмотками. Вы можете сделать это, поставив напряжение, превышающее рекомендованное, через устройство или при работе мотор горячий в течение длительного периода времени.Проконсультируйтесь с электриком или инженер, чтобы безопасно выполнить это упражнение.


Статья, фото и видео М. Велана и В. Корнрумпфа

Источники:
Государственный университет Джорджии
Википедия
Волшебники Скенектади Карл Рознер. Технический центр Эдисона. 2008
Интервью с Руди Деном. Технический центр Эдисона. 2012
Видео с Денверским электродвигателем. Технический центр Эдисона. 2012
Видео с Энергетической ассоциацией Сан-Мигеля.Технический центр Эдисона. 2014 г.
Уильям Корнрумпф, инженер-электрик

Общая физика II

Текущие и Сопротивление

Вопросы 2, 3, 4, 5, 7, 9, 17, 20

Задачи 1, 2, 7, 8, 15, 16, 22, 27, 33, 36, 43, 45, 46, 48, 49, 52


Q2 Какие факторы влияют на сопротивление проводника?

Длина, поперечное сечение, материал и температура все влияют на сопротивление.

Q3 В чем разница между сопротивлением и удельное сопротивление?

Сопротивление — это величина отношения напряжений. через сопротивление, деленное на ток через резистор. Удельное сопротивление — характеристика материала какой резистор сделан.

Q4 Два провода A и B круглого сечения изготовлены из того же металла и имеют одинаковую длину, но сопротивление провода А в три раза больше, чем провода Б.Что соотношение их площадей поперечного сечения? Как соотносятся их радиусы?

Вспомните наше уравнение R = L / A

Изготовление из того же материала означает удельное сопротивление то же самое для двух проводов. У них одинаковая длина. Их площади поперечного сечения A должны отличаться в 3 раза. С г.

А = р 2

радиусы должны изменяться как квадратный корень из 3.

Q5 Что требуется для поддержания устойчивого ток в проводнике?

Постоянная разность потенциалов (или напряжение). Этот также означает постоянное электрическое поле внутри проводника — вызвано постоянным напряжением.

Q7 Когда напряжение на определенном проводе удвоение тока наблюдается в три раза. Что можно сделать о дирижере?

Этот проводник не подчиняется закону Ома.

Q9 Почему «хороший» электрический проводник может быть и «хорошим» термическим? дирижер?

Электроны, свободно перемещающиеся по материалу, например металл — проводят электричество, а также проводят тепло.

Q17 Два проводника одинаковой длины и радиуса подключены через одну и ту же разность потенциалов. У одного дирижера вдвое больше сопротивления другого. Какой провод будет рассеивать больше силы?

P = I V = I 2 R = В 2 / R

Использование

P = V 2 / R

Напряжение у обоих, конечно же, одинаковое.Тот, у кого меньшее сопротивление рассеивает большую мощность.

Q20 Две лампочки работают от 110 В, но одна из них номинальная мощность 25 Вт, а другая — 100 Вт. Какая лампа несет больший ток?

P = I V = I 2 R = В 2 / R

Использование

P = I V

или

I = P / V

При одинаковом напряжении (110 В) ток пропорционален к власти.Таким образом, лампа мощностью 100 Вт пропускает в четыре раза больше тока. лампы мощностью 25 Вт.


27,1 В модели Бора атома водорода электрон в низкоэнергетическом состоянии следует по круговой траектории, 5,29 x 10 — 11 м от протона.

(а) Покажите, что скорость электрона равна 2,19 x 10 6 м / с.

Что удерживает электрон на своей орбите? В центростремительная сила обеспечивается электрической силой от Закон Кулона Fc = m v 2 / r = k Qq / r 2 = Fel

m v 2 / r = k e2 / r 2

v 2 = k e 2 / r m

v 2 = (9×10 9 ) (1.6×10 -19 ) 2 / [(5,29×10 -11 ) (9,11×10 -31 )]

v 2 = 4,78 x 10 12 м 2 / с 2

v = 2,19 x 10 6 м / с

(b) Какой эффективный ток связан с этим орбитальным движением? электрон?

Ток задается I = dQ / dt

Какой период у этого электрона на орбите?

v = C / T

T = C / v

Т = 2 r / v

Т = 2 (5.29×10 -11 ) / (2,19 x 10 6 м / с)

T = 1,52 x 10 -16 с

То есть электрон, с Q = e = 1,6 x 10 — 19 C заряда проходит каждые 1,2 x 10 — 16 с на ток

I = 1,6 x 10 -19 C / 1,52 x 10 — 16 с

I = 1,05 x 10 — 3 A

I = 1.05 мА

27,2 В конкретной электронно-лучевой трубке измеряемый пучок ток 30 А. Сколько электронов ударяет по экрану трубки каждые 40 с?

I = Q / т

Q = N e

I = N e / 40 с

N = (40 с) (I) / e

N = (40 с) (30 x 10 -6 C / s) / 1,6 x 10 — 19 С

N = 7.5 х 10 15

27,7 Генератор Ван де Граафа создает луч Дейтроны с энергией 2,0 МэВ, представляющие собой тяжелые ядра водорода, содержащие протон и нейтрон.

(а) Если ток пучка 10,0 А, как далеко друг от друга дейтроны в пучке?

Во-первых, какова скорость дейтронов? E = KE = ( 1 / 2 ) м v 2 = 2.0 МэВ [10 6 эВ / МэВ] [ 1,6 x 10 — 19 Дж / эВ]

Напоминая, что

эВ = (1,6 x 10 -19 C) (V) [(J / C) / V] = 1,6 x 10 — 19 Дж

( 1 / 2 ) m v 2 = 3,2 x 10 -13 J

Какова масса дейтрона? Из таблицы А.3, стр. A.4, находим

м = 2,014 м

измеряется в единицах u, «единых единицах массы». Но что ты?

1 u = 1,66 x 10 — 27 кг

м = 2,014 ед. [1,66 x 10 — 27 кг / ед]

м = 3,34 x 10 — 27 кг

( 1 / 2 )) (3.34 x 10 — 27 кг) v2 = 3,2 x 10 — 13 J

v 2 = 2 (3,2 x 10 -13 Дж) / 3,34 x 10 — 27 кг

v 2 = 1,92 x 10 14 м2 / с2

v = 1,38 x 10 7 м / с

I = Q / т

Назовите время между дейтронами T. Каждый дейтрон имеет заряд эл.

I = e / T

T = e / I

T = (1,6 x 10 -19 C) / (10 x 10 — 6 С / с)

T = 1,6 x 10 -14 с

Как далеко за это время путешествует дейтрон?

v = L / T

L = v T = (1,38 x 10 7 м / с) (1,6 x 10 — 14 с)

L = 2.21 x 10 -7 м

Это расстояние между дейтронами в пучке.

(b) Их электростатическое отталкивание является фактором луча? стабильность?

При расстояниях типа 10 -7 м электростатическая сила между двумя дейтронами будет очень большой и, следовательно, обязательно повлияет на стабильность луча F el = k Qq / r 2

F el = k e 2 / r 2

F el = (9×10 9 ) (1.6×10 — 19 ) 2 /(2.21×10 -7 ) 2

F el = 4,72 x 10 -15 N

Хотя это кажется небольшим числом, давайте применим Второй ЗАКОН Ньютона (F = ma) и посмотрите, какое ускорение что произвело бы на дейтроне

F = m a

а = Ф / м

а = 4.72 x 10 -15 N / 3,34 x 10 — 27 кг

a = 1,41 x 10 12 м / с 2

27,8 Рассчитайте среднюю скорость дрейфа электронов проходящий по медному проводу с площадью поперечного сечения 1,00 мм 2 при токе 1,0 A (значения аналогично этим четырем проводам к настольной лампе). это известно, что около одного электрона на атом меди способствует электрический ток.Атомный вес меди 63,54, а его плотность составляет 8,92 г / см 3 .

Из уравнения 27.4 имеем v d = I / n q A

v d = 1.0 A / [n (1,6 x 10 — 19 C) (1,0 мм 2 )]

(Как всегда) будьте осторожны с агрегатами! Легче укажите площадь поперечного сечения как A = 1,0 мм 2 , но мы нужно, чтобы в м 2 к моменту проведения расчет.

A = 1,0 мм 2 [1 м / 1000 мм] 2

A = 1,0 x 10 -6 м 2

Будьте осторожны. Поскольку 1000 мм = 1 м, нам потребуется преобразование что включает миллиметры в квадрате, 10 6 мм 2 = 1 м 2

v d = 1,0 A / [n (1,6 x 10 — 19 C) (1,0 -6 м 2 ) ]

А что насчет n, «плотности числа» электронов. в медном проводе?

n = N A / v моль

v моль = M моль / плотность

v моль = 63.54 г / [8,92 г / см 3 ]

То есть объем одного моля меди равен

v моль = 7,12 см 3

Опять же, пока проще 7.12 придумать см 3 , нам нужно преобразовать это в кубические метры перед мы подставляем его в уравнение,

v моль = 7,12 см 3 [м / 100 см] 3

v моль = 7.12 х 10 — 6 м 3

n = N A / v моль

n = (6,02 x 10 23 ) / (7,12 x 10 — 6 м 3 )

n = 8,46 x 10 28 (1 / м 3 )

или

n = 8,46 x 10 28 электронов / м 3

v d = 1.0 A / [n (1,6 x 10 — 19 C) (1,0 -6 м 2 )]

v d = 1,0 A / [(8,46 x 10 28 (1 / м 3 )) (1,6 x 10 -19 C) (1,0 — 6 м 2 )]

v d = 7,39 x 10 -5 м / с

27,15 Рассчитайте сопротивление при 20 o ° C 40 м, длина серебряной проволоки с площадью поперечного сечения 0.40 мм 2 .

R = L / A

A = 0,4 мм 2 [1 м / 1000 мм ] 2 = 4 x 10 — 7 м 2

R = (1,59 x 10 -8 -м) (40 м) / (4 x 10 -7 м 2 )

R = 1,59

27,16 Проволока восемнадцатого калибра имеет диаметр 1.024 мм. Рассчитайте сопротивление 15,0 м медного провода 18 калибра при 20,0 o С.

R = L / A

А = р 2

r = 1,024 мм / 2 = 0,512 мм = 5,12 x 10 — 4 м

А = (5,12 x 10 -4 м) 2 = 8,235 x 10 — 7 м 2

R = L / A

R = (1.7 x 10 -8 -м) (15 м) / (8,235 x 10 -7 м 2 )

R = 0,31

27,27 Резистор состоит из углеродного стержня, имеющего равномерная площадь поперечного сечения 5,0 мм 2 . Когда разность потенциалов 15 В приложена к концам стержень, в стержне есть ток 4,0 х 10 — 3 А.

Найдите (а) сопротивление стержня и (б) длину стержня. стержень.

R = V / I

R = 15 В / 4,0 x 10 — 3 A

R = 3,750

A = 5,0 мм 2 [1 м / 1000 мм] 2 = 5 x 10 -6 м 2

R = L / A

L = R A /

L = (3750) (5 x 10 -6 м 2 ) / (3.5 x 10 -5 -м)

L = 535,7 м

Это кажется необоснованным!

27,33 Если медный провод имеет сопротивление 18 Ом на 20 o C, какое сопротивление он будет иметь при 60 o C?

R (T) = R o [1 + T ] R (60 o ° C) = (18) [1 + (3,9 x 10 — 3 (1 / C o )) (40 C o )] R (60 o C) = (18) [1 + 0.156] R (60 o C) = (18) [1,156] R (60 o C) = 20,8

27,36 Сегмент нихромовой проволоки изначально находится на 20 o C. Используя данные из таблицы 27.1, рассчитайте температура, до которой необходимо нагреть проволоку, чтобы удвоить ее сопротивление.

27,43 Аккумулятор 10 В подключен к 120- резистор. Пренебрегая внутренним сопротивлением батареи, рассчитать мощность, рассеиваемую на резисторе.

27.45 Предположим, что скачок напряжения дает 140 В для момент. На сколько процентов будет выходная мощность 120-В, 100-Вт лампочка увеличивается, если ее сопротивление не меняется?

27,46 Особым типом автомобильной аккумуляторной батареи является характеризуется как «360 ампер-часов, 12 В». Какая общая энергия может аккумулятор поставить?

27,48 В гидроустановке турбина обеспечивает 1500 л.с. на генератор, который, в свою очередь, преобразует 80% механической энергия в электрическую энергию.В этих условиях какой ток будет ли генератор работать при конечной разнице потенциалов 2000 V?

27,52 Нагревательный элемент кофеварки работает на 120 V и проводит ток 2,0 А. Предполагая, что все тепло генерируется, поглощается водой, сколько времени нужно, чтобы нагреться 0,50 кг воды от комнатной температуры 23 o C до точка кипения.

Базовое руководство по проектированию электродвигателей

Инженеры-проектировщики должны учитывать каждый компонент, который будет занимать ограниченное пространство паза статора.Это означает измерение площади поперечного сечения каждого элемента, умножение этой площади на количество раз, которое элемент помещается в слот (например, количество витков медной катушки), добавление общей площади всех элементов и деление полученного результата. по доступной площади в слоте.

Формулу можно выразить следующим образом:

Общее заполнение прорези включает площадь поперечного сечения всех материалов, входящих в прорезь: проволока, вкладыши, клинья и т. Д. Для расчета общего заполнения прорези инженер начнет с определение общей площади пустого слота.CAD-модель ламинации или геометрии прорези иногда может обеспечить это измерение.

Чтобы определить максимальный уровень заполнения слота, инженер должен решить, где закрыть отверстие слота. Часто это точка, в которой ножка зуба начинает выходить из самого зуба. Площадь фактического открытия слота обычно не включается; здесь клин будет перекрывать отверстие. Клин удерживается на месте основанием зуба, чтобы проволока удерживалась в прорези.

  • Площадь поперечного сечения незащищенного паза:

После того, как известна площадь неизолированного паза, инженер определяет площадь всех изоляционных материалов, добавляя площадь поперечного сечения каждого куска материала.Для изоляторов, таких как ламинат Nomex или Nomex Kapton, это можно рассчитать, исходя из длины и номинальной толщины материала. Для порошковой изоляции можно использовать толщину, указанную производителем. Это может варьироваться в зависимости от геометрии ламелей, материала покрытия и размера детали.

Поскольку точные размеры трудно измерить, производители склонны делать консервативные оценки. Например, при оценке размера разделителя фаз при изготовлении двигателей по индивидуальному заказу инженеры хотят убедиться, что разделитель фаз полностью разделяет две фазы, которые разделяют один и тот же слот, но размещение границы между катушками будет зависеть от прокладки провода.Если размер материала слишком велик для обеспечения полного покрытия, он также занимает больше площади прорези.

  • Площадь поперечного сечения всех изоляционных материалов:

Последнее, что нужно измерить, — это площадь магнитного провода. Это включает в себя толщину изоляции провода, что означает, что общая площадь магнитного провода будет больше, чем площадь медного провода. Также при расчетах необходимо будет учесть зазоры, оставшиеся между витками круглой проволоки.

Начиная с площади одного провода с изоляцией, которую можно найти в каталоге или справочнике магнитных проводов, инженер умножит площадь этого провода на количество параллельных проводов и количество витков катушки, чтобы получить общее площадь катушки.Предполагая, что площадь катушки круглая (что маловероятно из-за неоднородности слоев), инженер может возвести диаметр в квадрат для более консервативной оценки площади катушки. Если возможно, эта расчетная площадь катушки затем умножается на количество катушек на слот.

Общая площадь магнитного провода:

  • Рассчитайте площадь одного провода, включая изоляцию
  • Умножьте площадь провода на количество параллельных проводов и количество витков на катушку, чтобы получить общую площадь катушки
  • Преобразовать общую площадь катушки в диаметр
  • Возвести в квадрат диаметр, чтобы получить расчетную площадь катушки
  • Умножить расчетную площадь катушки на общее количество катушек на слот
  • Площадь магнитопровода:

Высокая -двигатели индукционные с повышенной температурой обмоток

Повышение рабочей температуры электрических машин является серьезной проблемой в контексте широкомасштабного использования электроэнергии во многих промышленных или индивидуальных приложениях, таких как мобильность.Действительно, работа при более высоких температурах позволяет размещать электрические приводы в критических областях, таких как, например, авиационные двигатели, и / или значительно улучшать удельную мощность машины. Для некоторых применений (глубокая перекачка, вентиляция и т. Д.) Использование индукционной машины по-прежнему является предпочтительным из-за стоимости, простоты и надежности. Целью данного исследования является оценка возможностей создания высокотемпературной индукционной машины с короткозамкнутым ротором.Значительное повышение рабочей температуры машины косвенно позволило бы нам предвидеть увеличение плотности тока в активных проводниках и, таким образом, значительное улучшение отношения мощности к массе. Однако это происходит в ущерб эффективности. Цель этого исследования — оценить это снижение эффективности, связанное с повышением температуры, чтобы найти лучший компромисс в соответствии с соответствующими приложениями. Для прогнозирования потерь была предложена аналитическая модель размеров, которая будет объединена с тепловой моделью для прогнозирования температуры в различных частях машины.В этом исследовании представлена ​​важная информация о влиянии температуры на параметры, важные для работы асинхронной машины.

1 Введение

Индукционные машины (IM) — хорошо известные компоненты электромеханических преобразовательных цепей, главным образом благодаря своей простоте, надежности и доступности при использовании с короткозамкнутым ротором. Возможность подачи их непосредственно от электросети делает их предпочтительным выбором для вентиляционных или насосных систем, хотя в последние годы они все чаще и чаще сочетаются с приводами с регулируемой скоростью для оптимизации потребления энергии.Экологический контекст подтолкнул производителей к повышению эффективности своих машин, чтобы максимально ограничить их воздействие на окружающую среду. Так появились стандарты IE2, 3 или 4.

Однако есть более конкретные приложения, в которых использование IM остается привилегированным и для которых понятие эффективности не может быть самым важным параметром. Эти приложения будут скорее ориентированы на долгий срок службы и высокую доступность машины. В этом случае окружающая среда машины может сильно ограничиваться температурой, давлением, влажностью или доступным объемом, поэтому необходимо найти адекватные решения.Повышение температуры остается основной проблемой, поскольку позволяет столкнуться с двумя проблемами.

Во-первых, для некоторых приложений требуются электродвигатели, которые могут работать в жарких средах, например, в будущих авиационных турбинах, разработанных с использованием технологии с открытым ротором [1,2], или в закрытых средах с ограниченным охлаждением или без него, например, вблизи горячего потока самолета. двигатель. Также рассматриваются другие промышленные применения, такие как вентиляция горячим воздухом в случае пожара.

Во-вторых, увеличение плотности тока в проводниках вращающейся электрической машины эквивалентно увеличению ее отношения мощности к весу, что имеет решающее значение с точки зрения места и веса для бортовых приложений [3,4].Морская силовая установка в настоящее время развивается в сторону полностью электрической силовой установки, и давайте воспользуемся этой возможностью, чтобы перечислить преимущества силовой установки гондолы. Для этого типа силовой установки для достижения приемлемой энергоэффективности необходимо поработать над формой колбы и, соответственно, использовать электрические машины с высокой удельной мощностью.

Плотность тока, выбранная разработчиками вращающихся машин, редко превышает 6 А мм −2 , за исключением машин с усовершенствованными системами охлаждения, такими как приводы с водяным охлаждением или турбогенераторы.

Повышение плотности тока вызывает нагрев, который используемые в большинстве случаев органические изоляционные материалы не выдерживают.

Использование более компактных приводов не только имеет экономический эффект с точки зрения производства и использования, но также оказывает влияние на окружающую среду. Таким образом, ясно видно преимущество возможности повышения рабочей температуры машин. Многие трудности возникают на разных уровнях. В самом деле, необходимо учитывать не только проблему дизайна, но и тип машины, всю машину в целом: составляющие материалы должны быть идентифицированы и охарактеризованы, чтобы переопределить правила эволюции как функция температуры.

Это исследование включает изучение возможности работы машины при высоких температурах без учета систем изоляции и изучение влияния температуры на удельную мощность и необходимые параметры, определяющие ее производительность.

Эта статья может быть большим подспорьем в выборе лучшего кандидата, высокотемпературной электрической машины.

Во-первых, краткое описание современного состояния техники поможет прояснить контекст высокотемпературных машин, что не очень распространено.Это дает авторам возможность четко определить свои цели в этом исследовании.

Остальная часть статьи организована следующим образом:

Раздел 3 объясняет, как нам удается оценить возможности построения высокотемпературного IM на основе изменения плотности тока. Предлагаются две модели: тепловое и аналитическое моделирование. Результаты моделирования будут подробно рассмотрены и проанализированы в разделе 4.

Раздел 5 представляет собой заключение, предлагающее различные решения и явления, которые следует принять во внимание.

2 Современное состояние и философия

За последние несколько десятилетий было изучено несколько прототипов высокотемпературных машин. Каждый из них чаще всего был основан на классической конструкции с использованием материалов, подходящих для высокотемпературных применений.

Опытный образец высокотемпературной машины был построен исследователями General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк. Это небольшой электродвигатель, работающий при температурах до 725 ° C, демонстрирующий возможности нового высокотемпературного электрического проводника: серебряно-палладиевая проволока (50–50%) с никелевым покрытием.Дирижер C.S. Тедмон . Эта проволока была изготовлена ​​путем вставки серебряно-палладиевого стержня в никелевую трубку. Некоторая взаимная диффузия никеля и серебра-палладия может происходить на границе с (никелевым) покрытием [5,6].

Автор цитаты разработал модель изолированных неорганических змеевиков, способных работать при 200 ° C. Эти катушки были установлены на прототипе синхронной машины с постоянными магнитами, которая использовалась для решения проблемы высокотемпературной изоляции.С лучшими магнитами, доступными на рынке, трудно превысить температуру окружающей среды около 200 ° C [8,9], и единственные магниты, способные работать до 500 ° C, — это металлические магниты с очень низкой коэрцитивной силой. поле, поэтому их нельзя использовать в машине. Самарий и кобальт могут использоваться в машине и могут работать в диапазоне температур от 300 ° C до 200 ° C, но коэрцитивное поле падает при высоких температурах, и это должно быть приемлемо. Кроме того, конструкция ротора должна учитывать высокую электропроводность металлических магнитов.Металлические магниты должны быть фрагментированы, чтобы ограничить потери из-за гармоник в плотности потока [11].

Для превышения максимальной температуры, создаваемой магнитами, синхронные реактивные машины могут быть хорошим выбором типа машины. Статор аналогичен предложенному в исх. [7], но ротор изготовлен только из магнитомягких материалов. Эта машина намагничивается токами статора. Автор исх. [10,12,13] предложили структуру обмотки, которая позволяет питать машину обычным напряжением, создаваемым инверторами PWM, несмотря на низкие электрические характеристики провода с керамическим покрытием.Методика построения таких катушек развита в работе [11].

Однако IM является наиболее широко используемым во всех промышленных областях благодаря простоте изготовления, стоимости и концепции использования. Его высокая эффективность и отличная надежность означают, что IM, запитываемые непосредственно от сети, составляют большинство промышленных приложений.

В этом контексте оценка потенциала повышения температуры IM представляет собой интересную проблему для многих производителей, будь то по очень специфическим причинам применения или по соображениям стоимости, даже если поначалу это может быть не самая подходящая машина для работы при высоких температурах.

Наше исследование фокусируется на асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором путем оценки их теплового и электрического потенциалов, что означает наличие IM, который имеет высокую удельную мощность и может работать при высоких температурах.

Диэлектрические материалы, являющиеся основными компонентами системы электрической изоляции двигателей, регулярно повышают свою рабочую температуру. В этом смысле мы намерены установить некоторые числовые величины, чтобы оценить реальную возможность использования этого типа машины при высокой температуре, и, другими словами, нам нужно знать влияние повышения температуры на эффективность машины.

3 Подход

В данном исследовании рассматривается трехфазный IM, в котором плотность тока, основная входная переменная, увеличивается. Этот выбор не является неожиданным, поскольку плотность тока является особенно важным параметром для увеличения отношения мощности к весу машины. Для этого фиксируются характеристики материалов, и изменения будут применены сначала к статору, а затем к статору и ротору.

В этом исследовании были определены два основных шага.На рисунке 1 показаны этапы применяемого подхода.

Рисунок 1

шагов, использованных в нашем подходе.

Наш подход заключается в реализации аналитической модели проектирования для определения для каждого значения плотности тока геометрических параметров, таких как диаметры компонентов машины (ротор, статор и вал), и электрических параметров, таких как диаметр проволоки, потери и сопротивление. Для первой итерации значение плотности тока накладывалось на обычное значение.

Используя геометрические параметры, полученные из аналитической расчетной модели, было выбрано двухмерное моделирование методом конечных элементов с помощью программного обеспечения FEMM, чтобы обеспечить необходимую поддержку для расчета эффективности машины.

Тепловая модель оценивает температуру в различных частях машины, которая будет снова учтена во время аналитической модели размеров.

Расчет цикла выполняется с использованием Matlab / Simulink.

В первой части этого исследования внутренний диаметр остается постоянным, и изменяется только плотность тока. Затем во второй части внутренний диаметр становится изменяемым, сохраняя соотношение Da2⋅L постоянный ( Да это внутренний диаметр L и длина утюга ). Это позволяет определить набор предварительно оптимизированных параметров для получения соответствующих значений эффективности или отношения мощности к весу.

3.1 Аналитическая калибровочная модель

Конструкция электрических машин основана на простых формулах, которые направлены на определение, с одной стороны, общей геометрии машины и ее активных частей (обмоток, магнитов), а с другой стороны, для определения магнитных и электрических параметров. такие как сопротивление, индуктивность и потери.

Существует несколько методов проектирования, и мы решили использовать метод, разработанный Бушаром [14,15]. Это зависит от мощности и скорости двигателя.Таким образом, геометрические размеры воздушного зазора зависят от коэффициентов и изменений параметров двигателя. При этом методе внутренний диаметр остается неизменным.

Однако мы использовали аналитические формулы и гипотезы, но нам потребовались некоторые данные, которые исходят из предыдущего опыта строителей и литературы [16,17]. Эти значения остаются гибкими и доступны для редактирования на конечном уровне приложения.

Расчетные потери [18] будут использоваться в качестве источников для следующего шага.

3.2 Тепловая модель

Тепловые сопротивления рассчитаны для основных геометрических фигур, которые представляют собой цилиндр и параллелепипед [19,20,22]. На рисунке 2 показаны две геометрии, использованные при вычислении тепловых сопротивлений.

Rthconduction [KW − 1] = 12⋅π⋅λ⋅L⋅logR2R1ifcylinder; Hλ⋅e⋅Lif параллелепипед.

Rthconvection [KW − 1] = 1hconv⋅S.

где R1 а также R2 — внутренний и внешний диаметр соответственно (рис. 2).

Рисунок 2

Модель с параллелепипедом (слева) и цилиндром (справа).

λ — коэффициент проводимости, hconv — коэффициент конвекции, а S — сечение, пересекаемое тепловым потоком.Большинство элементарных частей ИМ характеризуется материалом; поэтому будет учитываться единственный тепловой коэффициент, за исключением обмотки машины (выемка), потому что эта зона состоит из эмалированной меди с коэффициентом заполнения αwin и воздух. Однако получить эквивалентную теплопроводность довольно сложно. В качестве решения автор исх. [21] предлагает следующее уравнение для его оценки:

λw [Wm − 1K − 1] = λcu⋅λairλair⋅αwin + 1 − αwin⋅λcu.

Упрощенная тепловая модель, показанная на рисунке 3, применяется к геометрии АД.

Рисунок 3

Установившаяся тепловая модель двигателя.

Сопротивления R1, R2, R3, R4 и R5 характеризуют основные теплообменники. Небольшая часть потерь ротора выходит за пределы машины через вал, и эта передача соответствует тепловому сопротивлению R5. Тепловой поток в атмосферу, обозначенный R3, соответствует охлаждающему вентилятору, который нагнетает холодный воздух на внешнюю поверхность корпуса двигателя и его ребер.

Эта модель также учитывает внутренние муфты станка; поток мощности через воздушный зазор моделируется R4, но турбулентность в отверстиях пазов статора также создает тепловую связь R2 между ротором и обмотками.

r, w, s и o соответствуют температурам ротора, обмотки, статора и окружающей среды соответственно. Источники тепла П р , п w и P s — потери в роторе, обмотках и сердечнике статора соответственно.

Сделано несколько гипотез:

  • Тепловой поток машины равномерный.

  • Теплообмен осуществляется за счет теплопроводности и конвекции.

  • Модель не учитывает осевой поток воздуха в воздушном зазоре или сложные взаимодействия, которые существуют в концевых зонах (торцевая обмотка).

Эта модель позволяет оценить установившуюся температуру, достигаемую в различных частях машины (ротор, обмотки и статор). Он был откалиброван с помощью экспериментальных испытаний.

В таблице 1 представлены значения теплового сопротивления, представленные в тепловой модели (рис. 3) для АД мощностью 11 кВт.

Таблица 1

Значения термического сопротивления для индукционной машины мощностью 11 кВт

Термическое сопротивление р 1 р 2 р 3 р 4 р 5
Значение (кВт −1 ) 0.5 0,071 0,078 0,12 41,6

3.3 Проверка тепловой модели

Проведены два экспериментальных испытания IM на 11 кВт (рис. 4) для проверки нашей тепловой модели, показанной на рис. 3.

Рисунок 4

Трехфазный ИД 11кВт.

В таблице 2 представлены геометрические и электрические параметры станка:

  1. Испытание без нагрузки, при котором потери в меди в роторе пренебрежимо малы, а результаты показаны на Рисунке 5.

  2. Испытание заторможенного ротора на ток 23 А, при котором механические потери равны нулю, результаты показаны на Рисунке 6.

Таблица 2

Размеры и электрические параметры индукционной машины мощностью 11 кВт

Кол-во Значение
Мощность (кВт) 11
Количество полюсов 2
Частота (Гц) 50
Напряжение (В) 400
Внешний диаметр (мм) 253.8
Внутренний диаметр (мм) 123,6
Диаметр вала (мм) 41,41
Воздушный зазор (мм) 0,55
Количество пазов статора 36
Количество пазов ротора 28
Длина утюга (мм) 116.49

Восстановление температуры осуществляется с помощью термопар. В установившемся режиме результаты моделирования и экспериментов приведены в таблице 3.

Таблица 4

Синтез графа Парето

Плотность тока (A мм −2 ) 5 20
КПД (%) 88 73
Удельная мощность (Вт кг −1 ) 350 466
Внутренний диаметр (мм) 88.29 77,25
Длина утюга (мм) 228 298
Рабочая температура (° C) 135 260
Потери в статоре (Вт) 540 2 830
Потери в роторе (Вт) 333.5 491
Соответствующая квитанция (%) 2,7 4,1
Потери в стали (Вт) 187 139

Рисунок 5

Температура обмотки для испытания машины без нагрузки.

Рисунок 6

Результаты экспериментов по испытанию машины на короткое замыкание.

Для испытания без нагрузки, согласно рисунку 5 и таблице 4, в установившемся режиме температура в катушке, которую обеспечивает термопара, составляет 79 ° C. Значения, найденные при моделировании, в этом случае равны 74 ° C, и видно, что эти два значения близки с ошибкой 4%.

Таблица 3

Результаты моделирования и экспериментов индукционной машины мощностью 11 кВт

Результаты измерения температуры Статор (° C) Ротор (° C)
Без нагрузки Моделирование 74
Экспериментальная 79
Заторможенный ротор Моделирование 223 319
Экспериментальная 232 324

Для испытания на короткое замыкание в соответствии с рисунком 6 в установившемся режиме значения температуры обмоток и ротора составляют 232 ° C и 324 ° C соответственно.

Моделирование дает температуры 223 ° C и 319 ° C для обмоток и ротора соответственно. На самом деле разница между измерением и моделированием невелика, поэтому наша тепловая модель верна.

4 Результаты моделирования

Результаты, представленные в этой статье, относятся к:

  • Изменение температуры в разных местах установки.

  • Влияние плотности тока на КПД.

  • Влияние плотности тока на удельную мощность.

  • Влияние плотности тока на крутящий момент.

Вышеуказанное относится к фиксированному внутреннему диаметру. Мы варьируем последнее и изучаем его влияние на

  • Удельная мощность

    и

Расчеты выполнены для ИД мощностью 11 кВт при 50 Гц для увеличения плотности тока от 0 до 30 А мм –2 с небольшим шагом 1 А мм –2 .

Используя метод аналитического моделирования Bouchard , внутренний диаметр фиксируется.

4,1 Фиксированный внутренний диаметр

Внутренние температуры машины, полученные с помощью тепловой модели, показаны на рисунке 7.

Рисунок 7

Изменение температуры в различных частях машины.

На рисунке 8 показано изменение КПД в зависимости от плотности тока.

Рисунок 8

Эволюция КПД в зависимости от плотности тока.

Похоже, что температурные кривые ротора, статора и обмоток увеличиваются почти линейно с увеличением плотности тока.

Также видно, что температурная кривая обмоток выше, чем температура в других местах, и это подтверждает, что температурный класс обмоток является основным пределом для высокотемпературных машин.

В соответствии с рисунком 8 можно заметить, что КПД линейно уменьшается с увеличением плотности тока. Типичная эволюция отношения мощности к весу в зависимости от плотности тока представлена ​​на рисунке 9.

Рисунок 9

Изменение отношения мощности к весу в зависимости от плотности тока.

Согласно рисункам 7–9, рабочая точка нашей машины мощностью 11 кВт: плотность тока 5 А мм −2 , КПД 0.88 и удельной мощности 380 Вт кг −1 . Станок и его двухмерный дизайн в программе FEMM показаны на рисунке 10.

Рисунок 10

2D-проект индукционной машины мощностью 11 кВт с использованием программы FEMM [23].

Количество проводников постепенно уменьшается с увеличением плотности тока. Мы ощущаем здесь интерес к возможности работать при высоких температурах, что справедливо и для размера надреза благодаря увеличению плотности тока.В этих условиях ширина и высота зуба уменьшаются, что благоприятно сказывается на внешнем диаметре, как показано на Рисунке 10. Эти значения могут уменьшаться до допустимого значения, которое в основном зависит от насыщения зубьев статора.

Для увеличения веса плотность тока увеличивают, например, для плотности тока 22 А мм −2 , удельная мощность составляет 500 Вт кг −1 и температура составляет 300 ° C. . Соответственно, КПД машины снижается с 0.От 9 до 0,78 (10%). Следовательно, повышение температуры позволяет уменьшить габариты машины за счет снижения эффективности.

Увеличение мощности показывает его влияние на внутренний диаметр, температуру и удельную мощность.

На рисунках 11 и 12 показано изменение температуры и отношения мощности к весу для IM 30 кВт.

Рисунок 11

Температура для индукционной машины 30 кВт.

Рисунок 12

Удельная мощность для асинхронной машины 30 кВт.

Согласно рисунку 12, чтобы иметь отношение мощности к весу 500 Вт кг -1 , плотность тока должна быть около 10 А мм -2 .

Фактически, увеличение мощности, внутренний и внешний диаметры изменяются обратно пропорционально длине станка.

На рисунке 13 показано изменение КПД в зависимости от плотности тока для IM 30 кВт.

Рисунок 13

КПД индукционной машины 30 кВт.

Видно, что при 10 A мм −2 КПД составляет около 0,87. В этом случае температура достигла 410 ° C (Рисунок 11), что ограничивает прирост температуры IM.

На рисунке 14 показано влияние мощности на внутренний и внешний диаметр.

Рисунок 14

2D-проектирование с использованием программного обеспечения FEMM для двух различных значений мощности.

На рисунке 15 показана характеристика скольжения крутящего момента машины мощностью 11 кВт для различных плотностей тока.

Рисунок 15

Характеристика скольжения крутящего момента для различных значений плотности тока.

На этом этапе, используя тепловую модель, мы оценили температуру для каждой плотности тока и повторно вычислили при рабочей температуре электрические параметры, такие как сопротивление, реактивное сопротивление, с использованием аналитической модели, адаптированной к высокой температуре.

На основе этих параметров и для фиксированного внутреннего диаметра мы построили характеристику скольжения крутящего момента. Для опытной машины мощностью 11 кВт характеристическое скольжение крутящего момента показано черным цветом, максимальный крутящий момент составляет 64 Н · м, а максимальное скольжение, соответствующее этому максимальному крутящему моменту, составляет около 0,3.

Можно четко заметить, что для фиксированной нагрузки (фиксированного крутящего момента) максимальное скольжение увеличивается с увеличением плотности тока, а если мы фиксируем скольжение (скорость), прилагаемый крутящий момент уменьшается.Это изображено на рисунке 15.

Повышение температуры показывает характеристику, напоминающую перегрузку машины, и это связано с увеличением максимального скольжения ( Slipm ), которое является функцией сопротивления ротора, как показано в следующем уравнении:

Slipm (T) = R′rXf,

где Rr — сопротивление ротора, которое увеличивается с температурой; Xf реактивное сопротивление ротора; и T — рабочая температура.

Метод Бушара фокусируется на постоянной D2L соотношение.

Чтобы иметь более высокое отношение мощности к массе, чем упомянутое в предыдущем разделе, уменьшение внутреннего диаметра может быть решением за счет использования другого метода определения размеров, который основан на других параметрах, которые должны быть наложены, таких как линейная нагрузка. При увеличении этого внутренний диаметр уменьшается по следующей формуле:

Ac = NcmIsDaπ,

где Ac — линейная нагрузка (А · м −1 ), · м — номер фазы, Является это текущая фаза (A) и Да внутренний диаметр (м).

4,2 переменный внутренний диаметр

Приведенные ниже результаты моделирования относятся к внутреннему диаметру. Да и плотность тока (J) переменная, всегда сохраняя постоянную Da2⋅L соотношение.

При фиксированной плотности тока 5 А мм −2 , т.е.е .: для заданной температуры. На рисунке 16 показана характеристика скольжения крутящего момента для различных значений внутреннего диаметра.

Рисунок 16

Характеристика крутящего момента и скольжения для 5 A мм −2 и различных значений внутреннего диаметра.

Из рисунка 16 видно, что для фиксированной скорости, если внутренний диаметр увеличивается, прилагаемый крутящий момент увеличивается.

Поскольку крутящий момент представляет собой силу, связанную с круговым движением, он состоит из двух значений: силы F и радиуса вала, связанного с нагрузкой R , как показано в следующем уравнении:

Γ = F⋅R вал.

Для тестируемой машины (синяя кривая) с плотностью тока 5 А мм −2 максимальное скольжение составляет 0,3.

Из уравнения крутящего момента можно вывести, что для фиксированной скорости увеличение крутящего момента происходит из-за уменьшения диаметра стержня вала по мере уменьшения внутреннего диаметра.

На рисунке 17 показана динамика КПД в зависимости от внутреннего диаметра для различных значений плотности тока.

Рисунок 17

Изменение КПД в зависимости от внутреннего диаметра для различных значений плотности тока.

В соответствии с рисунком 17 для того же значения плотности тока можно заметить, что для значений диаметра отверстия малого диаметра КПД увеличивается с увеличением внутреннего диаметра до значения, при котором КПД становится максимальным. Это оптимальная рабочая точка.

Следовательно, чем больше мы увеличиваем внутренний диаметр, тем ниже КПД, пока не достигнет очень низких значений.

Теперь внутренний диаметр и плотность тока являются переменными, и цель состоит в том, чтобы определить оптимальные точки, в которых эффективность выше, а отношение мощности к весу является самым высоким. На рисунке 18 показано изменение КПД в 3D в зависимости от отношения мощности к весу и плотности тока.

Рисунок 18

Изменение КПД в зависимости от отношения мощности к весу и плотности тока.

Из рисунка 18 можно сделать вывод, что для каждого значения плотности тока существует оптимальное значение КПД.Это получается для значений внутреннего диаметра, длины железа и точной нагрузки (скольжения).

Черная линия на рисунке 18 представляет решения Парето. Синяя стрелка и рамка показывают оптимум и его координаты. Это лучший компромисс для нашего приложения.

В таблице 3 приведено сравнение оптимальных количеств машины с двумя различными значениями плотности тока 5 и 20 А мм −2 .

При увеличении плотности тока с 5 до 20 А · мм −2 , отношение мощности к массе увеличивается на 24%, что соответствует снижению эффективности на 18%.Кроме того, машина будет иметь внутренний диаметр в 1,2 раза меньше, длину в 1,3 раза больше и в 2 раза выше температуру или даже. Это случай торпедных двигателей для подводных лодок, которые имели колоссальную плотность тока в течение крошечного срока службы.

Действительно, работа при высокой температуре и изменение внутреннего диаметра с сохранением постоянного внутреннего объема позволяют увеличить удельную мощность, но снизить эффективность в случае цены.

Итак, за то, что мы получаем от удельной мощности, мы платим за эффективность.

Что касается потерь, можно заметить, что потери в меди являются наиболее преобладающими. Это связано с нагрузкой (скольжением), которая в данном случае невысока (от 2,7% до 4%). Если мы добавим больше нагрузки (мы поднимемся в скольжении), потери ротора увеличатся и приблизятся к передаваемой мощности из-за высокого тока ротора в стержнях. Фактически, температура, которая ограничивает работу машины, — это температура ротора.

5 Заключение и перспектива

Конструировать высокотемпературную электрическую машину по-прежнему сложно из-за множества компромиссов и значительного ухудшения характеристик материалов, которые значительно изменяются с повышением температуры.

Это исследование выявило несколько важных моментов, связанных с определением размеров высокотемпературного IM, где:

  • Сделано заключение о предельном повышении температуры.

  • В нем представлены тенденции изменения параметров в зависимости от температуры и их влияние на работу высокотемпературных IM. К ним относятся ключевые параметры, определяющие конструкцию электрических IM при высоких температурах.

  • Изменение внутреннего диаметра и поддержание постоянного внутреннего объема позволяет: увеличить удельную мощность, но потерять эффективность в случае цены.

Чтобы иметь хороший дизайн и уточнить результаты высокотемпературного ИМ, мы должны учитывать влияние температуры на другие параметры, такие как:

  • Проницаемость для индукций больше 0.6 T увеличивается с повышением температуры.

  • Коэрцитивное поле для намагничивания цепи уменьшается с увеличением температуры;

  • Индукция насыщения постоянно ослабевает с повышением температуры.

В настоящее время технологическим пределом для машин явно является изоляция электрических проводов.Тогда для работы в средних диапазонах температур и поддержания хорошей эффективности применение золь-гель процесса к эмалированному слою медной проволоки представляется очень привлекательным решением. Это не относится к IM с беличьей клеткой. Он может быть эффективным только в том случае, если машина предназначена для работы при малых нагрузках, но при больших нагрузках нагрев ротора ограничивает ее работу.

Решением может быть использование стержней, устойчивых к высоким температурам или увеличивающих их поперечное сечение.

Список литературы

[1] Иосиф V, Роджер Д., Дюшен С., Велу Г.2014. Экспериментальная характеристика максимального напряжения поворота для неорганического высокотемпературного двигателя. В 2014 году конференция IEEE по электрической изоляции (EIC). Филадельфия, Пенсильвания, США: IEEE. п. 69–73. 10.1109 / EIC.2014.6869349 Искать в Google Scholar

[2] Ассаад Б. Вклад в награду за тепловые аспекты электрических машин в области механической защиты окружающей среды. Кандидатская диссертация. Компьень; 2015. Искать в Google Scholar

.

[3] Козонак Д.Conception d’une machine asynchrone haute température. Кандидатская диссертация. Университет Артуа; 2015. Искать в Google Scholar

.

[4] Латеб Р. Моделирование асинхронных и синхронных машин с постоянными целями с призом и с учетом гармоник пространств и времени, Применение в морской силовой установке для POD. 2006. Thése de doctorat. Thése de Doctorat de L’INPL. Искать в Google Scholar

[5] Высокотемпературный электродвигатель, изготовленный из серебра и палладия с никелевым покрытием.Platin Met Rev.1971; 15 (3): 100–1. Искать в Google Scholar

[6] Roopnarine N. Двигатель для высоких температур. Патент США № 8,581,452, 12 ноября 2013 г. Искать в Google Scholar

[7] Иосиф В., Такорабет Н., Роджер Д., Дюшен С., Мейбоди-Табар Ф. Концепция прототипа машины сверхвысокой температуры (500 ° C). Электротехнический симпозиум (SGE). Июнь 2016 г. Искать в Google Scholar

[8] Лефик М., Комеза К., Ющак Э. Н., Роджер Д., Наперальски П., Такорабет Н. и др.Высокотемпературные машины: топологии и эскизный проект. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 657–69. 10.1515 / Phys-2019-0068 Искать в Google Scholar

[9] Лю Дж. Ф., Уолмер М. Х. Температурная стабильность и рабочие характеристики SmCo 2: 17 высокотемпературных магнитов на фокусирующих структурах PPM. IEEE Trans Electr Devices. 2005. 52 (5): 899–902. 10.1109 / TED.2005.845868 Искать в Google Scholar

[10] Комеза К., Лефик М., Ющак Э. Н., Роджер Д., Такорабет Н., Мейбоди-Табар Ф.Анализ влияния конструкции высокотемпературных машин на крутящий момент и потери в постоянных магнитах. Международная конференция IEEE по силовой электронике, приводам и энергетическим системам (PEDES), 2016 г. IEEE; 2016. с. 1–6. Искать в Google Scholar

[11] Лефик М., Комеза К., Ющак Э. Н., Роджер Д., Наперальски П. Сравнение реактивной синхронной машины с пластинчатым и сплошным ротором, работающей при высоких температурах. COMPEL-Int J Comput Math Electr Electron Eng. 2019; 38 (4): 1111–9. Искать в Google Scholar

[12] Эльмадах Х., Роджер Д., Такорабет Н.Разработка неорганических катушек для высокотемпературных электрических машин. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 698–708. 10.1515 / Phys-2019-0072 Искать в Google Scholar

[13] Комеза К., Лефик М., Роджер Д., Ющак Э. Н., Эльмадах Х., Наперальски П. и др. Высокотемпературный анализ теплового поля синхронной машиной с постоянными магнитами. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 631–42. 10.1515 / Phys-2019-0065 Искать в Google Scholar

[14] Болдеа И., Насар Н. Справочник по проектированию индукционных машин, второе издание, сер.Серия «Электроэнергетика». Тейлор и Фрэнсис; 2009. Искать в Google Scholar

[15] Soong WL. Калибровка электрических машин. Power Eng Краткая записка Сер. 2008; 9: 17–8. Искать в Google Scholar

[16] Пирхонен Дж., Йокинен Т., Храбовцова В. Проектирование вращающихся электрических машин. Джон Уайли и сыновья; 2013. Искать в Google Scholar

.

[17] Меллор, PH, Робертс, Д., Тернер, Д.Р. Тепловая модель с сосредоточенными параметрами электрических машин конструкции TEFC.IEE Proceedings B (Электроэнергетические приложения). Электронная библиотека ИЭПП; 1991. стр. 205–18. 10.1049 / ip-b.1991.0025 Искать в Google Scholar

[18] Джимо А.А., Финдли Р.Д., Полужадофф М. Паразитные потери в индукционных машинах: часть I, определение, происхождение и измерение. IEEE Trans Power Appar Syst. 1985; 6: 1500–5. 10.1109 / TPAS.1985.319165 Искать в Google Scholar

[19] Bousbaine A, Mccormick M, Low WF. Определение тепловых коэффициентов электрических машин на месте.IEEE Trans Energy Convers. 1995; 10 (3): 385–91. 10.1109 / 60.464858 Искать в Google Scholar

[20] Стэтон Д., Попеску М., Коссар С., МакГилп М., Омори С., Куримото Т. Аналитические тепловые модели для малых асинхронных двигателей. 2008 18-я Международная конференция по электрическим машинам. IEEE; 2008. с. 1–6. 10.1109 / ICELMACH.2008.4800139 Искать в Google Scholar

[21] Киландер Г. Тепловое моделирование асинхронных двигателей с малым корпусом. Технологический университет Чалмерса; 1995 г.Искать в Google Scholar

[22] Daffeur N. Термическая модификация элементов, завершающих асинхронную работу в клетке. Кандидатская диссертация. Университет Мулуда Маммери; 2010. Искать в Google Scholar

[23] Микер Д. Магнетизм методом конечных элементов: OctaveFEMM. 2010. Искать в Google Scholar

Получено: 2020-04-10

Исправлено: 2020-06-17

Принято: 2020-07-10

Опубликовано онлайн: 2020-10-21

© 2020 Aicha Laidoudi и др. ., опубликовано De Gruyter

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Измерение пластичности: уменьшение площади

Рабочие характеристики материала определяются его механическими свойствами, которые, в свою очередь, определяются путем испытания образца на растяжение. Существует ряд механических свойств, которые включают, среди прочего, предел текучести, предел прочности при растяжении и пластичность (определяемую процентным уменьшением площади или относительным удлинением) материала.

Разработка и производство высококачественной продукции требует глубоких знаний механических свойств материала и того, как они влияют на характеристики продукта в условиях его эксплуатации. Поскольку инженеры имеют доступ к широкому спектру материалов и производственных процессов, выбор наиболее подходящего материала при минимизации производственных затрат и затрат на продукцию является серьезной проблемой. Знание механических свойств материала помогает инженерам выбрать наиболее подходящий материал и помогает им понять, как эти свойства влияют на обрабатываемость материала.

Важной характеристикой, которую следует учитывать, является пластичность. Пластичность определяется либо процентным уменьшением площади, либо процентным удлинением. В этой статье речь пойдет об уменьшении площади.

Что такое уменьшение площади?

Уменьшение площади — это сравнение между исходной площадью поперечного сечения образца и минимальной площадью поперечного сечения того же образца после полного разрушения трещины. Он используется как индикатор, показывающий, в какой степени материал будет деформироваться под действием растягивающей нагрузки.Уменьшение площади обычно отображается в процентах.

Как определяется?

Уменьшение площади определяется путем приложения растягивающей нагрузки к испытательному образцу. Образец для испытаний обычно имеет круглое поперечное сечение, но можно использовать и другие профили. Образец для испытаний состоит из цельного куска материала (без химических или механических соединений) и имеет увеличенные концы, которые позволяют зажимать его в машине для испытания на растяжение.

Машина для испытания на растяжение прикладывает силу растяжения вдоль продольной оси испытуемого образца, постепенно раздвигая его концы.Образец удлиняется вдоль продольной оси, что приводит к его утонению или «шейке». Сужение продолжается до тех пор, пока не произойдет разрушение и образец не расколется на две отдельные части. Испытание на растяжение можно проводить на любом типе материала.

Как это измеряется?

Два испытательных образца с изломом перемещают так, чтобы они соприкасались друг с другом на поверхностях излома. Для цилиндрических образцов уменьшение площади измеряется при минимальном диаметре шейки. Для нецилиндрических образцов уменьшение площади измеряется по наименьшей окружности области шейки.

После расчета приведенной площади поверхности она отображается как отношение к исходной площади поперечного сечения испытуемого образца с использованием следующего уравнения:

Переменные следующие:

% RA — процентное уменьшение площади

A i — исходная площадь поперечного сечения (в м 2 ) опытного образца

A f — минимальная площадь поперечного сечения (в м 2 ) испытуемого образца после разрушения

Что означает уменьшение площади?

Уменьшение площади указывает на пластичность, которая представляет способность материала противостоять пластической деформации до разрушения из-за разрушения.Более пластичный материал будет испытывать большее уменьшение площади, а менее пластичный материал — меньшее уменьшение площади.

Для каких материалов актуально?

Уменьшение площади актуально для всех материалов от металлов до полимеров.

Факторы, влияющие на уменьшение площади

Температура имеет большое влияние на фактическое уменьшение площади материала по сравнению со стандартным уменьшением площади. Повышение температуры приведет к уменьшению площади поверхности, в то время как снижение температуры приведет к уменьшению площади и может даже вызвать переход материала из пластичного в хрупкий.

Холодная обработка материала также уменьшает уменьшение площади. Холодная обработка происходит в температурном и временном диапазоне, в котором происходит пластическая деформация, но упрочнение прядей не снимается, что приводит к более хрупкому продукту.

Преднамеренное или непреднамеренное включение примесей оказывает заметное влияние на уменьшение площади и может даже изменить материал из пластичного в хрупкий.

Заключение

Инженеры

могут использовать любые механические свойства материала, чтобы определить, какое из них лучше всего подходит для конкретного применения.При выборе материалов могут возникать случаи, когда прочность и твердость двух материалов могут быть одинаковыми, и трудно выбрать любой из них. Обычно дополнительная информация о пластичности материала помогает определить, какой материал больше подходит для конкретного применения.

Механика материалов: кручение »Механика тонких конструкций


Деформация при кручении

Крутящий момент — это момент, который скручивает структуру.В отличие от осевых нагрузок, которые создают равномерное или среднее напряжение по поперечному сечению объекта, крутящий момент создает распределение напряжения по поперечному сечению. Для простоты мы сосредоточимся на структурах с круглым поперечным сечением, часто называемых стержнями или валами. Когда к конструкции приложен крутящий момент, она будет закручиваться по длинной оси стержня, а ее поперечное сечение остается круглым.

Чтобы представить себе, о чем я говорю, представьте, что поперечное сечение стержня представляет собой часы с часовой стрелкой.Когда крутящий момент не применяется, часовая стрелка находится в положении «12 часов». Когда к стержню прилагается крутящий момент, он будет вращаться, и часовая стрелка повернется по часовой стрелке в новое положение (скажем, на 2 часа). Угол между 2 часами и 12 часами называется углом поворота и обычно обозначается греческим символом фи . Этот угол позволяет определить деформацию сдвига в любой точке поперечного сечения.

Прежде чем мы углубимся в детали этого уравнения, важно отметить, что, поскольку мы обсуждаем только круглых сечений , мы перешли с декартовых координат на цилиндрические.Отсюда и возник греческий символ rho — он обозначает расстояние по поперечному сечению, где rho = 0 в центре и rho = c на внешнем крае стержня.

Мы можем сразу узнать несколько вещей из этого уравнения. Первое может быть очевидным: чем больше угол скручивания, тем больше деформация сдвига (как и раньше, обозначается греческим символом gamma ). Во-вторых, и в этом большая разница между осевыми нагруженными конструкциями и нагруженными крутящим моментом, деформация сдвига неоднородна по поперечному сечению.Он равен нулю в центре скрученного стержня и имеет максимальное значение на краю стержня. Наконец, чем длиннее стержень, тем меньше деформация сдвига.

Пока что мы сосредоточили наше внимание на смещениях и деформациях. Чтобы обсудить напряжение внутри скрученного стержня, нам нужно знать, как связаны крутящий момент , и напряжение . Поскольку скручивание вызывает деформацию сдвига, мы ожидаем, что крутящий момент будет прикладывать напряжение сдвига . Взаимосвязь между крутящим моментом и напряжением сдвига подробно описана в разделе 5.2 вашего учебника, и получается следующее соотношение:

В этом уравнении Дж обозначает второй полярный момент площади поперечного сечения. Иногда это называют «вторым моментом инерции», но поскольку это уже имеет хорошо установленное значение в отношении динамического движения объектов, давайте не будем здесь путать вещи. Мы обсудим моменты площади более подробно позже, но они принимают очень простую форму для круглых поперечных сечений:

(Примечание: это одно и то же уравнение — твердые стержни имеют внутренний радиус c i = 0).

Теперь у нас есть уравнения для нашей деформации сдвига и напряжения сдвига, все, что осталось сделать, это использовать закон Гука для сдвига, чтобы увидеть, как они связаны. Закон Гука позволяет нам записать красивое уравнение для угла скручивания — очень удобную вещь для измерения в лаборатории или в полевых условиях.

И, как мы видели для осевых смещений , мы можем использовать суперпозицию и для наших сдвиговых деформаций :

Это окончательное уравнение позволяет разделить крутящие моменты, приложенные к разным частям одной и той же конструкции.Давайте решим проблему и посмотрим, понимаем ли мы, что происходит с крутильными деформациями.

Трансмиссия

Одним из наиболее распространенных примеров кручения в инженерном проектировании является мощность, генерируемая трансмиссионными валами. Мы можем быстро понять, как скручивание генерирует мощность, просто выполнив простой анализ размеров. Мощность измеряется в единицах Вт [Вт] , а 1 Вт = 1 Н · м · с -1 . В начале этого раздела мы отметили, что крутящий момент представляет собой крутящую пару, что означает, что он имеет единицы силы, умноженные на расстояние, или [Н · м].Итак, при осмотре, чтобы генерировать мощность с крутящим моментом, нам нужно что-то, что происходит с заданной частотой f , поскольку частота измеряется в герцах [Гц] или [с -1 ]. Таким образом, мощность на оборот (2 * пи) круглого стержня равна приложенному крутящему моменту, умноженному на частоту вращения, или:

В крайней правой части уравнения мы использовали соотношение, согласно которому угловая скорость, обозначаемая греческой буквой омега , равна частоте, умноженной на 2pi.

Статически неопределимые задачи

Одно уравнение, два неизвестных… мы шли по этому пути, прежде чем понадобилось что-то еще. Хотя типы нагрузки и деформации различны, статически неопределенные задачи , связанные с кручением стержней, решаются точно так же, как и с осевыми нагруженными конструкциями. Начнем со схемы свободного тела скрученного стержня. Возьмем, к примеру, стержень на рисунке ниже, застрявший между двумя стенами.

Сразу после осмотра вы должны заметить, что стержень прилипает к двум стенкам, тогда как для статического равновесия требуется только одна. Больше опор, чем необходимо: статически неопределимых . Статическая неопределенность означает: нарисуйте диаграмму свободного тела, просуммируйте силы в направлении x — , и вы получите одно уравнение с двумя неизвестными силами реакции. Итак, нам нужно учитывать наши деформации — для кручения это означает, что давайте обратимся к нашему уравнению, которое описывает суперпозицию углов закручивания.Для этого уравнения следует отметить, что половина стержня сплошная, а другая половина — полая, что влияет на то, как мы вычисляем Дж для каждой половины. Самое главное, мы должны спросить себя: «Что мы знаем о деформации?» Так как стержень прилипает к стене краем, скручивание в точках A и B должно быть равно нулю (точно так же, как смещение в последнем разделе). Посмотрите, сможете ли вы решить остальную проблему самостоятельно: каков крутящий момент в каждой половине стержня?

(ответ: Т a = 51.7 фунт-фут & T b = 38,3 фунт-фут).

Сводка

В этом уроке мы узнали о крутящем моменте и торсионном . Этот другой тип нагрузки создает неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению стержня — от нуля в центре до максимального значения на краю. На основе этого анализа мы можем установить взаимосвязь между углом скручивания в любой точке вдоль стержня и деформацией сдвига внутри всего стержня.Используя закон Гука, мы можем связать эту деформацию с напряжением внутри стержня. Мы также использовали метод размерного анализа для определения мощности, генерируемой трансмиссионным валом (то есть стержнем), который вращается с заданной частотой под приложенным крутящим моментом. Наконец, мы показали, что задачи о кручении также часто являются статически неопределенными , и даже несмотря на то, что нагрузка и деформация различаются, метод, который мы установили в последнем разделе для решения задач с осевой нагрузкой, является той же методикой для решения задач с крутящим моментом.

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1454153. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда. Научный фонд.

Проволока обмотки катушки

— MWS Wire

Катушки создают магнитное поле двигателей, трансформаторов и генераторов и используются в производстве громкоговорителей и микрофонов.Форма и размер провода, используемого в обмотке катушки, предназначены для выполнения определенных задач.

Такие параметры, как индуктивность, потеря энергии (добротность), прочность изоляции и сила желаемого магнитного поля, сильно влияют на конструкцию обмоток катушки.

Эффективные змеевики сводят к минимуму материалы и объем, необходимые для данной цели. Отношение площади электрических проводников к предусмотренному пространству обмотки называется «коэффициентом заполнения». Поскольку у круглых проводов всегда будет некоторый зазор, а также у проводов есть некоторое пространство, необходимое для изоляции между витками и между слоями, коэффициент заполнения всегда меньше единицы.Для достижения более высоких коэффициентов заполнения можно использовать прямоугольную, квадратную или плоскую проволоку.

Квалифицированные специалисты компании

MWS производят магнитные провода высочайшего качества, используемые в обмотках по индивидуальному заказу. Чтобы поговорить с торговым представителем, свяжитесь с нами по поводу ваших требований.

Тенденции в области намотки рулонов требуют нестандартной конструкции, жестких спецификаций и высококачественной намотки.

Квадратная проволочная магнитная проволока полезна при ограниченном пространстве. При формировании катушки эквивалентное количество квадратной проволоки, помещенной в катушку, может быть помещено в более плотную конфигурацию катушки, чем такое же количество круглой проволоки.Это позволяет инженерам создавать компактные катушки и небольшие двигатели, которые обеспечивают большую мощность на меньшем пространстве. Противоположностью этому будет случайная проволочная структура внутри пространства намотки, которая называется «дикая намотка».

Для большей эффективности и снижения нагрева плотная упаковка проводов уменьшает воздушное пространство и обеспечивает более высокий коэффициент заполнения. Для наилучшей укладки круглых проводов на многослойную обмотку провода верхнего слоя должны находиться в канавках нижнего слоя не менее чем на 300 градусов по окружности катушки.Провода занимают плотный пакет, который называется «Ортоциклическая намотка».

Этот тип структуры намотки, который иногда называют беспорядочной намоткой, приводит к плохим коэффициентам заполнения. Случайное размещение проводов приводит к более широкому распределению результирующей длины провода на корпусе катушки и, следовательно, более широкому диапазону сопротивлений электрической катушки. Несмотря на эти недостатки, он широко используется в массовом производстве, может быть намотан с очень высокой скоростью и требует очень небольшого участия оператора или машины, используемой для его производства.Обмотки в основном используются в катушках реле, небольших трансформаторах, катушках зажигания, небольших электродвигателях и, как правило, в устройствах с относительно небольшими сечениями проводов до 0,05 мм. Достигнутый коэффициент заполнения при использовании круглой проволоки составляет от 73% до 80% и ниже по сравнению с ортоциклическими обмотками с коэффициентом заполнения 90%.

Тороидальная обмотка катушки

Тороидальные катушки используются при работе с электричеством низкой частоты. Тороид функционирует как индуктор, повышающий частоту до необходимого уровня.Индукторы — это пассивные электронные компоненты, которые могут накапливать энергию в виде магнитных полей. Тороид вращается, и с этими витками индуцирует более высокую частоту. Тороиды экономичнее и эффективнее соленоидов. Тороидальная обмотка создается путем намотки медного провода через круглое кольцо и его равномерного распределения по окружности. Несмотря на высокий уровень ручной работы из-за низкого рассеяния магнитного потока (MFL — индуктивность утечки), тороидальная обмотка обеспечивает низкие потери в сердечнике и удельную мощность.

Электродвигатели с электронной коммутацией (ЕС)

Из-за потребности в более высокой производительности в технологии обмоток электродвигателей все чаще используются бесщеточные ЕС-приводы (двигатели с электронной коммутацией) с роторами с постоянными магнитами вместо асинхронной технологии. Благодаря компактной конструкции содержание меди во многих случаях может быть уменьшено вдвое.

Производители электродвигателей также требуют большей гибкости технологии производства. Для производства асинхронных двигателей обычно используются системы втягивания, которые сначала наматывают катушки с воздушным сердечником, а затем втягивают их в статор с помощью инструмента.Напротив, концентрированная обмотка статоров ЕС более гибкая в производственном процессе, экономия энергии при использовании, лучше регулируется во время работы и требует меньше места.

Проволоки укладываются по спирали в каждом слое. Из-за того, что направление движения от слоя к слою меняется с правого на левый, провода пересекаются и оказываются внутри зазора нижележащего слоя. Проводка нижнего слоя отсутствует. Если количество слоев превышает определенный предел, структура не может поддерживаться, и создается буйная извилина.Этого можно избежать, используя изоляцию из отдельных слоев, которая необходима в любом случае, когда разность напряжений между слоями превышает прочность изоляции медного провода.

Ортоциклическая структура обмотки обеспечивает оптимальный коэффициент заполнения (90,7%) для круглых проводов. Обмотки верхнего слоя необходимо поместить в канавки нижнего слоя.

Наилучшее использование объема достигается, когда обмотка параллельна фланцу катушки на большей части ее окружности.Когда обмотка будет размещена вокруг корпуса катушки, она встретится с предыдущим расположенным проводом, и необходимо сделать шаг в соответствии с размером калибра провода. Это движение называется заводным шагом. Шаг намотки может занимать площадь до 60 градусов по окружности катушки для круглых катушек катушек и принимать одну сторону прямоугольных катушек катушек. Площадь шага намотки зависит от калибра проволоки и геометрии бобины катушки.

Если шаг намотки не может быть выполнен должным образом, то способность проволоки к самонаправлению теряется, и образуется дикая намотка.В целом, первый входящий провод в основном определяет расположение и качество шага намотки. Следует понимать, что провод должен входить, возможно, под прямым углом в пространство намотки. Таким образом можно избежать ненужного изгиба провода и минимизировать потребность в пространстве для второго этапа намотки.

Для катушек с ортоциклической намоткой области ступени намотки всегда расположены в области входа провода в пространство намотки и продолжаются по спирали против направления намотки.Следовательно, большая ширина намотки катушки приводит к большей площади шага намотки по окружности катушки. Созданное смещение приводит к другому положению шага слоя, от первого ко второму слою, по сравнению с входом провода. Такое поведение повторяется с каждым слоем, что приводит к спиралевидному переходному участку сбоку обмотки. Когда провода пересекаются в поперечном сечении, результирующая высота намотки увеличивается. В результате катушки с ортоциклической намоткой с круглым заземлением катушки никогда не бывают круглыми в поперечном сечении, но радиально движущаяся обмотка и ступенька слоя создают форму горба.Опыт показал, что в зависимости от ширины обмотки, диаметра катушки и провода поперечное сечение примерно на 5–10 процентов превышает стандартную высоту обмотки.

Геометрия трехпроводной намотки

В идеале обмотка должна быть расположена параллельно фланцу обмотки, соблюдая условие ортогональности.

You may also like

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *