Выбор аппаратуры управления и защиты электрооборудования объектов электроснабжения

Аппаратура управления и защиты

Определение 1
Аппаратура управления и защиты – это совокупность устройств, используемых для управления электрическими сетями и их защиты.

К устройствам защиты и управления можно отнести:

1. Предохранитель с плавкой вставкой. Данное устройство используется для защиты электрической цепи от сверхтоков перегрузки и коротких замыканий. Его конструкция достаточно проста. В корпусе устройства находится проволока из металла, обладающего низкой температурой плавления и маленьким удельным сопротивлением. При возникновении сверхтоков, температура возрастает, что приводит к расплавлению вставки и электропитание отключается.
2. Автоматический выключатель. Данное устройство используется для защиты проводки от сверхтоков.
3. Реле максимального тока. Данное устройство используется для того же, что и предохранитель с плавкой вставкой. Это устройство реагирует на увеличение тока в защищаемой электрической цепи, с его помощью можно создать максимальную защиту от токов перегрузки и короткого замыкания.
4. Контактор. Данное устройство используется для дистанционного отключения или включения электрических цепей, мощность которых не превышает 1000 Вольт.
5. Пускатель. Данное устройство используется для безопасного дистанционного (при помощи кнопки) включения или отключения электропитания установок. Он применяют в сетях переменного тока. Основным рабочим узлом пускателя является электромагнит. В состав устройства, кроме основной контактной группы входит вспомогательная.
6. Реле задержки. Данное устройство используется для создания временной задержки при срабатывании других элементов (аппаратов) цепи. Бывают цифровые, полупроводниковые и электромагнитные реле задержки.
7. Тепловое реле. Данное устройство используется для защиты электрического оборудования от перегрева в случае незначительных перегрузок асинхронного двигателя.
8. Тиристорный регулятор напряжения. Данное устройство используется для управления током нагрузки посредством управления углом отпирания тиристоров.
9. Магнитный усилитель. Данное устройство используется для увеличения мощности нагрузки малыми мощностями управления.

Ты эксперт в этой предметной области? Предлагаем стать автором Справочника Условия работы

Определение 2

Тиристор – это полупроводниковый прибор, который изготовлен на основе монокристалла проводника с тремя и более р-n-переходами, а также имеющий два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость) и открытое (высокая проводимость).

Назначение автоматов защиты

Автомат защиты это электромеханическое устройство, которое обеспечивает протекание тока в нормальном режиме и автоматическом отключении тока (напряжения) при аварийных ситуациях: коротком замыкании и перегрузки.

Кроме защиты от аварийных ситуаций автоматы защиты служат для оперативного выключения и включения питания для электросетей. Попросту говоря автоматы защиты это еще и выключатели отдельных линий электросети или электросети в целом.

Автоматы защиты предназначены для защиты электропроводки от короткого замыкания и перегрузки. При перегрузке или коротком замыкании автоматы защиты отключают (обесточивают) электрическую сеть в которой они установлены. Для этого в них встроены специальные устройства-расцепители. От перегрузки защищает, расцепитесь тепловой. От короткого замыкания расцепитесь электромагнитный (об устройстве автоматов защиты читать чуть ниже).

Выбор аппаратуры управления и защиты электрооборудования объектов электроснабжения

Выбор аппаратуры защиты и управления электрооборудования объектов электроснабжения осуществляют исходя из:

1. Параметров питающей сети.
2. Требований к защите объектов электроснабжения.

Конструкция электрических аппаратов рассчитывается и маркируется на заводе-изготовителе индивидуально для каждого вида устройства (значение тока, напряжения, а также режим). Таким образом, один из способов выбора аппаратура сводится к поиску нужного устройства по каталогу производителя.

При выборе устройств управления и защиты необходимо учитывать возможность возникновения ненормальных режимов работы: замыкания фазы на корпус, междуфазных коротких замыканий, понижения или исчезновения напряжения, увеличения силы электрического тока и т.п.

Короткое замыкание

Короткое замыкание это аварийное соединение разных функциональных проводов электропроводки. В квартирах и домах это механическое касание фазного (L) и нулевого рабочего (N) проводников или фазного провода (L) и провода заземления (PE) электросети,находящейся под напряжением.

В электросетях с трехфазным электропитанием напряжением 380 вольт, коротким замыканием называется касание любого из тех фазных проводов (L1, L2, L3) между собой или касание любого фазного провода и нулевого рабочего провода (N) или фазного провода и защитного проводника (PE).

Короткое замыкание проводов может привести к выходу из строя электропроводки или максимум к пожару. Гораздо опаснее если ток короткого замыкания пройдет через человека. Это вполне возможно, если вы случайно касаетесь фазного провода под нагрузкой.

Для защиты от короткого замыкания в электрических сетях предназначены автоматы защиты с электромагнитным расцепителем.

Перегрузка

Вся электрическая сеть помещения разбивается на группы. Каждая группа рассчитывается на определенное количество потребителей. Например: если это квартира, то могут быть отдельные группы на освещение, розетки на кухне, розетки в комнатах и т.д. Если электропроводка делается самостоятельно, то количество групп рассчитывается в зависимости от потребностей и для каждого отдельно случая может быть разная. В стандартных квартирах количество групп соответствует проекту квартиры. Для каждой группы рассчитывается максимально возможная нагрузка. В зависимости от нагрузки выбирается питающий кабель для этой группы.

Увеличение расчетной нагрузки называется перегрузка сети. Возникает перегрузка если в розетки одной группы,например, непродуманно включить все бытовые приборы. При увеличении расчетной нагрузки электрический кабель начинает греться. При длительной перегрузки изоляция начнет плавиться, что может привести к пожарам или выгоранию проводки.

Чтобы защитить электропроводку от перегрузки устанавливаются автоматы защиты с встроенным тепловым расцепителем (биметаллическая пластина).

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Будет интересно➡ Реле контроля напряжения

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

Подбор автомата по мощности (таблица)

Сразу же оговоримся, что способов несколько. Самый простой — расчёт автомата по мощности с помощью одного из онлайн-калькуляторов. Но какой бы вы не выбрали, в первую очередь необходимо определить суммарную нагрузку в сети. Как рассчитать этот показатель? Для этого придется разобраться со всеми бытовыми приборами, которые устанавливаются на участок питающей сети.

Удобнее рассчитывать автомат по мощности, а не производить выбор автомата по току. Чтобы не быть голословным, приведем пример такой сети, в которую обычно подключается большое количество бытовой техники. Это кухня.

Итак, на кухне обычно располагается:
• Холодильник с потребляемой мощностью 500 Вт.
• Микроволновая печь – 1 кВт.
• Электрический чайник – 1,5 кВт.
• Вытяжка – 100 Вт.

Будет интересно➡ Электромагнитное излучение – невидимый убийца.

Это практически стандартный набор, который может быть чуть больше, или чуть меньше. Складывая все эти показатели, получаем суммарную мощность участка, которая равна 3,1 кВт. А вот теперь способы определения нагрузки и сам выбор автомата.

Для увеличения безопасности, электропроводку в квартире нужно делить на несколько линий. Это отдельные автоматы для освещения, розеток кухни, остальных розеток. Бытовые приборы большой мощности с повышенной опасностью (электроводонагреватели, стиральные машины, электрические плиты), нужно включать через УЗО.

УЗО вовремя среагирует на утечку тока и отключит нагрузку. Для правильного выбора автомата важно учесть три основных параметра; — номинальный ток, коммутационную способность отключения тока короткого замыкания и класс автоматов.

Расчетный номинальный ток автомата — это максимальный ток, который рассчитан на длительную работу автомата. При токе выше номинального, происходит отключение контактов автомата. Класс автоматов означает кратковременную величину пускового тока, когда автомат еще не срабатывает.

Пусковой ток многократно превосходит номинальное значение тока. Все классы автоматов имеют разные превышения пускового тока.

Всего имеется 3 класса для автоматов различных марок:
1. класс В, где пусковой ток может быть больше номинального от 3 до 5 раз;
2. класс С имеет превышение тока номинала в 5 — 10 крат;
3. класс D с возможным превышением тока номинального значения от 10 до 50 раз.

В домах, квартирах используют класс С. Коммутационная способность определяет величину тока короткого замыкания при мгновенном отключении автомата. У нас используются автоматы с коммутационной способностью 4500 ампер, зарубежные автоматы имеет ток к. з. 6000 ампер. Можно использовать оба типа автоматов, российские и зарубежные.

Табличный способ

Как подобрать автомат по мощности таблица. Это самый простой вариант для правильного выбора автоматического выключателя. Для этого вам потребуется таблица, в которой по суммарному показателю можно подобрать автомат (одно- или трехфазный).

Подбор автомата по мощности:

Вид подключения ОднофазноеОднофазное вводныйТрехфазное треугольникомТрехфазное звездой

Здесь все достаточно просто. Самое важное, необходимо понимать, что расчетная суммарная мощность может оказаться не той, что в таблице. Поэтому придется расчетный показатель увеличивать до табличного.

По нашему примеру видно, что потребляемая мощность участка равна 3,1 квт. Такого показателя в таблице нет, поэтому берем ближайший больший. А это 3,5 кВт, которому соответствует автомат на 16 ампер.

Как видим из таблицы, расчет автомата по мощности 380 отличается от расчет автомата по мощности 220.

Графический способ

Это практически то же самое, что и табличный. Только вместо таблицы здесь используется график. Они также находятся в свободном доступе в интернете. Для примера приводим один из таковых.

На графике по горизонтали расположены автоматические выключатели с показателем токовой нагрузки, по вертикали потребляемая мощность участка сети.

Чтобы определить мощность выключателя, необходимо сначала на вертикальной оси найти полученную расчетным путем потребляемую мощность, после чего от него провести горизонтальную линию до зеленого столбика, определяющего номинальный ток автомата.

Вы можете самостоятельно проделать это с нашим примером, который показывает, что наш расчет и подбор был сделан правильно. То есть, такой мощности соответствует автомат с нагрузкой 16А.

Нюансы выбора

Сегодня необходимо учитывать тот факт, что количество удобной бытовой техники расчет, и каждый человек старается обзавестись новыми приборами, тем самым облегчая свой быт.

А это значит, что, увеличивая количество техники, мы увеличиваем и нагрузку на сеть. Поэтому специалисты рекомендуют при проведении расчета мощности автомата использовать повышающий коэффициент.

Вернемся к нашему примеру. Представьте себе, что хозяин квартиры приобрел кофе-машину на 1,5 кВт. Соответственно суммарный мощностной показатель будет равен 4,6 кВт. Конечно, это больше мощности выбранного нами автоматического выключателя (16А). И если одновременно все аппараты будут включены (плюс и кофе-машина), то автомат тут же сбросит и разъединит цепь.

Можно пересчитать все показатели, купить новый автомат и сделать переустановку. В принципе, это все несложно. Но оптимально будет, если заранее предвидеть эту ситуацию, тем более она стандартная в наши дни.

Точно предвидеть, какая бытовая техника дополнительно может быть установлена, сложно. Поэтому самый простой вариант – увеличить суммарный расчетный показатель на 50%. То есть, использовать повышающий коэффициент 1,5. Опять возвращаемся к нашему примеру, где будет вот такой конечный результат:

3,1х1,5=4,65 кВт. Возвращаемся к одному из способов определения токовой нагрузки, в котором будет показано, что для такого показателя потребуется автомат 25 ампер.

Для некоторых случаев можно использовать понижающий коэффициент. К примеру, недостаточное количество розеток, чтобы одновременно работали сразу все приборы. Это может быть одна розетка для электрочайника и кофе-машины. То есть, одновременно эти два прибора включить нет возможности.

Когда дело касается повышения токовой нагрузки на сетевом участке, необходимо менять не только автомат, но и проверить, выдержит ли нагрузку электропроводка, для чего рассматривается сечение уложенных проводов. Если сечение не соответствует нормам, то проводку лучше поменять.

Расчет автомата по сечению электропроводки

Чтобы выбрать автомат можно воспользоваться таблицей. Выбранный по сечению электропроводки ток, уменьшают до нижней величины тока автомата, для снижения нагрузки электропроводки.

Мощность нагрузки в зависимости от номинального тока автоматического выключателя и сечения кабеля

Сечение кабеля, кв.ммНоминальный ток автомата, АМощность 1-фазной нагрузки при 220В, кВтМощность 3-фазной нагрузки при 380В, кВт

Будет интересно➡ Как проводить измерения мегаомметром

Для розеток автоматы берут на ток 16 ампер, так как розетки рассчитаны на ток 16 ампер, для освещения оптимальный вариант автомата 10 ампер. Если вы не знаете сечение электропроводки, тогда его нетрудно рассчитать по формуле:

где:
• S – сечение провода в мм²;
• D – диаметр провода без изоляции в мм.

Метод расчета автоматического выключателя по сечению является более предпочтительным, так как он защищает схему электропроводки в помещении.