Расчет автомата по мощности тока: Онлайн расчет автомата по мощности

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 (I_n) или “номинал”.

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала:

K = I / I_n,

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 (I_a), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепления:

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

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 (P_r) каждого прибора происходит по формуле:

P_r = 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:

I_f = S / U_f  для однофазной сети

I_l = S / (1.73 * U_l) 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 (I_l = I_f), а напряжение рассчитывают по формуле:

U_l = 1.73 * U_f

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:

I_n <= I_p / 1.45

Здесь I_n – номинальный ток автомата, а I_p – 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. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 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. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 кВт.

В пункте 2 последнего примера есть незначительное допустимое приближение. Точное значение I_n = I_p / 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.

Расчет мощности автоматических выключателей

Расчет мощности автоматических выключателей

Если вы самостоятельно делаете электропроводку в доме, то должны понимать, какой и где автомат должен стоять. Будь-то стиральная машина, водонагреватель, кондиционер, отопительный котел, нужен автоматический выключатель для его подключения.

При всем этом нельзя поставить автомат, который по номиналу будет выше или ниже, чем это положено. В первом случае автоматический выключатель просто не сработает при возникновении проблем, а во втором случае, он будет постоянно выключаться из-за перегрузок.

К тому же, при выборе автомата нужно учитывать в какой сети он будет использован: однофазной или трехфазной. В общем, о нюансах выбора автомата по мощности и будет рассказано на сайте «Электрик САМ» elektriksam.ru.

Расчет мощности автомата

Автоматический выключатель нужно выбирать таким образом, чтобы он максимально подходил по мощности к подключаемому электроприбору. Простыми словами, если вы устанавливаете электрический котел на 6 кВт, то и автомат нужно выбирать подходящей мощности.

Для этого нужно сначала узнать, а сколько же выдержит тот или иной автомат, например, на 16 или 32 Ампера. Для этого можно воспользоваться одной простой формулой и перемножить напряжение в сети на номинал автомата. Если сеть 220 Вольт, а автомат 16 Ампер, то мы умножаем 220*16 и получаем мощность, которую способен выдерживать автоматический выключатель. В данном случае это примерно 3,5 кВт.

Как видно, многое из подбора мощности автоматического выключателя связано с напряжением в сети. То есть, 220 или 380 Вольт играют очень большое значение, так как на каждую фазу нагрузка распределяется равномерно, а не на две. Для наглядности внизу будет приведена таблица, по которой можно легко рассчитать мощность автоматического выключателя.

Что важно знать при подключении электроприборов

Итак, рассчитав примерный номинал требуемого автомата нужно дать разъяснения касательно мощностей. Многие задаются вопросом о том, а можно ли включать сильно мощные электроприборы в обычную розетку, например, такие, как электрокотел.

Согласно правилам ПУЭ, подключение электрокотла мощностью более 3 кВт в обычную розетку недопустимо. Да и каждая розетка обладает своими определёнными характеристиками. Чаще всего домашние розетки идут на 16 ампер, а, следовательно, подключать к ним электроприборы допускается мощностью не более чем в 3,5 кВт.

Поэтому любой, мало-мальски мощный электроприбор, необходимо подсоединять только через отдельный автомат. Причём к автоматическому выключателю подводится именно фазный провод, а не рабочий ноль. Таким образом, зная примерную мощность оборудования, можно легко рассчитать номинал автоматического выключателя.

Стоит ли брать автомат с запасом

Здесь вопрос спорный. С одной стороны автоматический выключатель должен соответствовать мощности электроприбора, с другой стороны он должен иметь небольшой запас, чтобы не отключаться в процессе работы.

Как пример можно привести все тот же электрокотел, мощностью в 6 кВт. Разделим 6 кВт на 220 вольт (напряжение в сети) и получим значение в 27. Это амперы. То есть, для подключения котла мощностью в 6 кВт нужен автоматический выключатель на 27 Ампер. Однако таких автоматов не существует в природе.

Поэтому здесь приходится выбирать между автоматом на 25 и 32 Ампера. В идеале, конечно же, чтобы котел не выключался, нужно ставить автомат на 32 Ампера. Но это еще не значит, что автомат на 25 Ампер не проработает, как это положено. Просто, учитывая несколько заниженную мощность, он может время от времени выключаться, когда котел подолгу будет работать в полную силу.

Выбор автомата по мощности нагрузки: критерии подбора, расчет

Скорее всего, есть ещё немало людей, которые хорошо помнят старые добрые предохранительные электропробки, которые ставились непосредственно на счетчик электроэнергии и высокой надежностью они не отличались.

Но время не стоит на месте. Им на замену пришли электрические автоматы. Они при аварийной ситуации отключают подачу тока автоматически, а после ликвидации первопричины замыкания их можно вновь подключить. Мы разберем, какие вообще встречаются типы автоматических выключателей.

Принцип работы автоматических размыкателей

Нормальный режим

В штатном режиме, когда рычажок управления находится в верхнем рабочем положении, ток протекает через контакты в предохранителе на катушку соленоида. Затем попадает на биметаллическую пластинку расцепителя.

Если все нормально, ток проходит на нижнюю клемму и дальше отправляется в квартиру.

Перегрузка сети

В момент короткого замыкания или когда электролиния перегружена, это вызывает увеличение тока в цепи «розетка-предохранитель». Биметаллическая пластина мгновенно греется, прогибается и размыкает цепь.

После ликвидации причины КЗ или снятия нагрузки с подающей линии (например, отключили микроволновку), автомат успевает остыть и его снова можно включить.

Такова работа автоматического размыкателя в общих чертах.

Таким способом можно предотвратить более тяжелые последствия от перегрузок в цепи «электросчетчик — квартира».

Важно чтобы в момент перегрузки у потребителя находится размыкатель нужного номинала. Мы всегда рассчитываем на предохранитель.

Что будет если неправильно подобран предохранитель?

Если он слишком мал, то он будет прерывать подачу тока даже тогда, когда вы просто включите телевизор в гостиной.

Если его мощность слишком высока, то он просто не заметит перегрузки на линии, что вызовет перегрев электропроводки и возникнет реальная угроза пожара в помещении.

Поэтому важен выбор автомата по мощности нагрузки.

Классификация и различия

Для чего он нужен? Это своего рода предохранитель для электросетей. Он поможет защитить одну комнату, квартиру или дом при аварийных ситуациях:

• произошло короткое замыкание электропроводки;
• поражение человека электричеством;
• возникновение пожара.

Предохранитель, безусловно, нужен, но какой. Необходимо составить список всех бытовых устройств, которые нуждаются в электропитании. Не забываем и те устройства, которые включаются периодически — кондиционеры, электропечи, обогреватели и так далее. После этого можно произвести расчет автомата по мощности.

Есть специальные методики расчета мощности предохранителя, но мы поступим проще. Номиналы автоматов уже заранее рассчитаны. Все необходимые данные учтены и теперь не надо думать, над тем, как рассчитать мощность. Есть таблица, в которой сведены все параметры. Подобрать сетевой предохранитель для квартиры стало намного проще.

Таблица дает возможность легко и точно подобрать предохранитель в соответствии с напряжением в сети (222 В/380 В) и номинальное количеством фаз — одно или трехфазное.

По такому методу подбор автомата по мощности довольно точен.

Разберем на примере.

Из таблицы выбираем автомат на 25 Ампер. Для однофазной сети с напряжением в 220 В нужно устройство мощности 5.5 кВт.

Для 32 амперного устройства в аналогичной сети соответствует мощность в 7.0 киловатт. Если вы приобрели автомат на 6 квт то он явно не для вашей домашней электросети.

Для трёхфазных сетей на 380 Вольт предохранители вычисляем так же подобным образом.

Например, для автомата на 10 Ампер соответствует расчет мощности в 11.4 кВт.

Типы расцепителей

С тем, что предохранитель необходим, мы разобрались. Но какие они бывают? Есть два ключевых типа размыкателей:

1. Тепловые.
2. Электромагнитные.

Электромагнитные размыкатели хороши тем, что срабатывают практически мгновенно и обесточивают конкретный отрезок цепи, в котором произошло КЗ.

Внутри это типичная катушка или соленоид с сердечником. Если начинается повышение номинального тока, сердечник втягивается вовнутрь катушки, размыкая цепь.

У тепловых предохранителей несколько иной принцип работы автоматического выключателя по току.

В момент короткого замыкания происходит нагрев пластины. От перегрева пластинка выгибается и замыкает отключающий компонент, который мгновенно обесточивает цепь. Но время срабатывания такого размыкателя соответствует току нагрузки.

Надо сказать, что есть и размыкатели, у которых отключающая способность улучшилась благодаря применению дистанционного управления. С их помощью можно как включить АВ, так и выключить, не приближаясь к распределительному шкафу.

Число полюсов

Еще один параметр для выбора предохранителя — количество полюсов. Но тут все понятно, если знать где будут использоваться эти АВ.

Это свойство говорит нам о том — какое количество проводов на ввод возможно подключить к автоматическому выключателю. Но принцип работы остается прежним — при аварии сохраняет способность автоматического выключателя прерывать подачу электричества на данной линии.

Однополюсные

Для предохранения электрических проводов с подключением розеток и приборов освещения. Ставятся, как правило, на фазный провод.

Двухполюсник

Для сетей, в которых подключаются мощные бытовые аппараты – от стиральных машин до бойлеров и электроплит.

Трехполюсники

Применяются для промышленных и полупромышленных приборов, для которых отключающая способность очень важна:

• скважинные насосы;
• сверлильные и токарные станки;
• подъемники в автомастерских.

Четырехполюсные

Автоматические выключатели такого типа применимы к защите от перегрузок кабельных сетей.

Маркировка

Как видим разновидности обширные. Как подбирать?

Чувствительность автомата помогает определить его маркировка:

1. Тип A. Самые чувствительные предохранители. Реакция на КЗ практически мгновенная. Применяется для страхования высокоточного оборудования.
2. Тип B. Могут применяться в бытовых целях. Имеют свойство срабатывать с небольшой задержкой по времени. Ставятся для защиты дорогостоящих бытовых потребителей тока — ЖК-телевизоры, компьютеры и так далее.
3. Тип С. Самый распространённый выбор автоматического выключателя для защиты домашних сетей 220 В. В зависимости от типа теплового размыкателя способен сработать и моментально, и с некоторой задержкой по времени.
4. Тип D. Обладают самой небольшой восприимчивостью к повышению токовой нагрузки. Устанавливаются в групповых щитках управления подачей электричества в подъезд или в здание.

Соответствие кабеля сетевой нагрузке

Безопасность электрической линии не в меньшей степени зависит от самих проводов и кабелей. В любой электропроводке есть разделение на группы. Для каждой из них соответствует провод или кабель определенного сечения. Ну и защиту провода обеспечивает автоматический предохранитель соответствующего номинала.

Подобрать какой автомат нам нужен, поможет таблица:

По таблице легко определить какой нужен автоматический выключатель и сечение провода для просчитанной нагрузке на домашнюю электрическую сеть. Не забывайте про разницу между однофазным и трех-фазным электропитанием.

Неправильно выбранный автомат, да к тому же без учета сечения кабеля домашней электропровдки, приведет к его нагреву. Под воздействием высокой температуры изоляционный слой неизбежно будет плавиться. В итоге вы получите гарантированное возгорание!

Лучшие модели автоматических предохранителей

Российские модели

Российская промышленность по выпуску автоматических предохранителей за последнее время сделала большой рывок. Применяются новые технологии изготовления корпусов. По-новому собирается контактная группа. Улучшился дизайн. Для частных лиц и предприятий выбор вводного автомата стал намного шире и по качеству не хуже чем лучшие европейские бренды.

Контактор

Рейтинг: 4.7

Отечественное предприятие «Контактор» на первом месте в нашем рейтинге. Завод изначально делал классические автоматы. Теперь он переориентирован на промышленные образцы 380 В. Есть в линейке предприятия и бытовая серия «КПРО» с поддержкой силы тока до 100 А. Но в основном спецификация «Контактор» промышленные экземпляры для электродвигателя рассчитанные на силу тока до 1600 А, которые должны защищать промышленное оборудование. В линейке «протона» есть и модели трехфазного автомата «Электрон» номиналом в 6300 А.

Достоинства

• модели оснащены регулировкой срабатывания при КЗ или перегрузки;
• широкая линейка автоматов от 16 до 6000 А;
• вся продукция сертифицирована для продажи в Таможенном союзе.

Минусы

• не очень хорошо проработан дизайн;
• выключателей в бытовом назначении очень мало;
• дороговизна моделей;
• монтажные контакты не утоплены в автоматический предохранитель.

КЭАЗ

Рейтинг: 4.7

Завод с историей. Открылось предприятие еще в 1945 г. Выпускает как классические автоматы, так и приборы марки KEAZ Optima, в которых можно заметить уже новые мощности автомата и ноу-хау.

Производят автоматы и для переменного тока и для постоянного. Все мастера наладчики электрического оборудования отмечают хороший дизайн приборов и простоту их монтажа. Если вы выбираете, какие автоматы ставить в частном доме вам сюда.

Достоинства

• есть разные виды – можно подобрать защиту, для разных линий, в которых используются и постоянный и переменный ток;
• приемлемая цена;
• компактный дизайн.

Недостатки

• небольшой срок службы (1–2 года).

DEKraft

Рейтинг: 4.6

Электрические автоматы под общим брендом DEKraft, выпускаются на российском предприятии «Delixi Electric». Эта продукция широко известна не только в России и СНГ но и за рубежом.

Правда, в Европе они больше известны по другим названием — Himel. В основном заводы «Delixi Electric» сконцентрированы в Китае из соображений снижения себестоимости конечной продукции.

Такая политика позволила снизить цену на автомат и продлить срок его службы. Анонсировано что размыкатель выдержит не менее 6000 циклов размыкания контактов при коротком замыкании. А при медленном нарастании нагрузки, когда проводка уже начинает греться, размыкатель может разъединить электрическую цепь не менее 25000 раз!

Достоинства

• все предприятия компании прошли международную сертификацию;
• хорошо налажена оптовая поставка по всем регионам России;
• покупателю легко понять какой автомат перед ним — все подписи на русском языке.

Недостатки

• максимальный ток 63 А;
• максимально допустимое сечение подводящих кабелей 25 мм².

Лучшие зарубежные компании

В нашей стране всё еще популярны зарубежные бренды. Считается что это более качественная и долговечная продукция. Поэтому в нашем обзоре представлена продукция и зарубежных производителей.

ABB

Рейтинг: 4.9

Эта ярко-красная аббревиатура хорошо известна профессиональным электрикам, благодаря широкой линейке автоматических выключателей от 0.5 до100 А.

И рядовые пользователи, и профессионалы отмечают надёжный пластиковый корпус и рычаг управления, который не обломается даже при многократном цикле отключить/включить. Не зря профессиональные электрики выбирают эти автоматические выключатели для квартирной щитовой.

Достоинства

• размеры корпуса прерывателя позволяют поставить без труда в щиток;
• высокий уровень безопасности;
• удобство при монтаже;
• можно приобрести и четырех-полюсные модели автоматических выключателей.

Недостатки

• дороговизна;
• крепления на дин рейку довольно хрупкие;
• нет или мало приборов типа D.

Legrand

Рейтинг: 4.8

В каталоге французской компании можно выбрать автоматы серии DRX — соответствует нагрузке для промышленного применения и серии DX, RX, TX для бытового применения. Корпуса приборов в квартиру пылезащищенные.

Номинал по току от 6 А до 630 А, включая 125, 260, 320 и 400 А. Такой широкий диапазон позволяет подобрать предохранитель, как для бытовых нужд, так и для крупных производств.

Достоинства

• есть автоматы с полюсами от 1 до 4-х;
• на корпусе есть лазерный штрих-код.

Недостатки

• редко, но попадаются модели с браком;
• небрежно выполнен тумблер;
• дороговизна.

Заключение

Наша статья направлена на то, как выбрать автоматический выключатель. И при этом не надо забывать, что эти предохранители защищают в первую очередь внутреннюю проводку электросети от чрезмерных перегрузок. А это может легко произойти, если одновременно включить все бытовые электроприборы.

Мало того что такие «испытания» способны значительно подсократить срок службы электролиний, но и чаще всего становятся причиной пожара.

К тому же существует заблуждение, что если какой-то автомат уже установлен на электрощите, то от перегрузок сети они уже застрахованы. Мы постарались подробнее остановиться на правильном подборе номинала предохранителя, который должен быть у вас установлен.

В заключение добавим, что предохранитель, ни коим образом, не защищает человека от удара электрическим током.

Устанавливайте автоматические предохранители и пользуйтесь ими правильно!

Видео по теме

Хорошая реклама

Расчет автомата по мощности | Электрика в доме

Выбор автоматического выключателя

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.

Удобный монтаж автоматов в щитке

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:

– класс В, где пусковой ток может быть больше номинального от 3 до 5 раз;

– класс С имеет превышение тока номинала в 5 – 10 крат;

– класс D с возможным превышением тока номинального значения от 10 до 50 раз.

Маркировка автоматического выключателя

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.

Расчет автоматического выключателя

Выбирать автоматы можно с расчетом по току нагрузки или сечению электропроводки.

Расчет автомата по току

Подсчитываем всю мощность нагрузок на автомат. Плюсуем мощности всех потребителей электричества, и по следующей формуле:

I = P/U

получаем расчетный ток автомата.

P- суммарная мощность всех потребителей электричества

U – напряжение сети

Округляем расчетную величину полученного тока в большую сторону.

Расчет автомата по сечению электропроводки

Чтобы выбрать автомат можно воспользоваться таблицей 1. Выбранный по сечению электропроводки ток, уменьшают до нижней величины тока автомата, для снижения нагрузки электропроводки.

Выбор номинального тока по сечению кабеля. Таблица №1

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:

S – сечение провода в мм²

D – диаметр провода без изоляции в мм

Второй метод расчета автоматического выключателя является более предпочтительным, так как он защищает схему электропроводки в помещении.

Тоже интересные статьи

Выбор автоматического выключателя: определяем нужную мощность

Домовой автоматический выключатель – важная предохранительная часть электросети. Она помогает продлить срок службы проводки, а также повышает уровень безопасности. Чтобы знать, какие автоматы ставить в частном доме, необходимо учесть сразу несколько параметров.

Для чего нужен автомат

Автоматические выключатели для квартиры, таунхауса, небольшого промышленного объекта обладают общим принципом работы.

Они оснащены двухступенчатой системой защиты:

1. Тепловая. Тепловой расцепитель выполнен из биметаллической пластины. При длительном действии со стороны тока высокой мощности повышается гибкость пластины, из-за чего она задевает выключатель.
2. Электромагнитная. Роль электромагнитного расцепителя играет соленоид. При регистрации повышенной мощности тока, на которую не рассчитан автомат и кабель, также срабатывает выключатель. Это уже защита от короткого замыкания.

АВ (общепринятое сокращение) защищает электросеть от нагревания изоляции и пожара. Именно по причине такой схемы работы важно знать, на сколько ампер ставить автомат в квартиру: если неправильно подобрать устройство, оно не сможет блокировать несоответствующий по мощности ток, и произойдет возгорание. Выбранный по всем рекомендациям АВ будет защищать от пожаров, ударов током, нагревания и сгорания микросхем домашних приборов.

Выбираем автомат по мощности нагрузки

Подбор автоматических выключателей, прежде всего, происходит на основании мощности, которую должна выдерживать домашняя электросеть.

Чем важен выбор автомата по мощности нагрузки:

1. При несоответствии этого показателя данным АВ постепенно нагревается проводка.
2. Постоянный нагрев приводит к тому, что изоляционный слой плавится. Это создает сразу две проблемы: токсичное задымление и риск возгорания.
3. На фоне плавления изоляции появляется короткое замыкание. АВ наконец срабатывает (чего не произошло раньше, поскольку устройство подобрано неправильно), однако в квартире уже мог распространиться огонь, а тем более дым.

Чтобы предотвратить эти негативные последствия, важно учесть несколько нижеприведенных правил. Расчет автоматического выключателя может быть осуществлен при помощи точной формулы или приблизительно.

Первый вариант максимально доступный. Необходимо учесть общую мощность сети, то есть совокупность мощностей одновременно включенных электроприборов. Учитываются даже небольшие осветительные лампы, подогрев пола, если таковой имеется, бытовая кухонная техника и развлекательные электрические устройства. Полученная цифра должна быть выражена в кВт.

Пример, как проводить расчет мощности:

• стиральная машина – 700 Вт;
• электроплита – 2,5 кВт;
• СВЧ – 1,8 кВт;
• 5 лампочек – 600 Вт;
• холодильник – 400 Вт;
• телевизор – 200 Вт;
• ПК – 550 Вт;
• пылесос – 1 кВт.

Общая мощность подключенных на розетки или непосредственно проводку приборов составляет 7,75 кВт. Чтобы, учитывая эти данные, подобрать автомат, чей показатель выражается в амперах, достаточно умножить полученную сумму на пять. Именно такая разница в среднем присутствует в однофазной сети между значением тока АВ и мощностью устройств. Полученное число – 38,75 А. Показатель автоматического выключателя должен быть по крайней мере равным вычисленной сумме или выше ее.

Ближайшая по мощности распространенная модель – 40А. Такой АВ и следует монтировать в жилье с перечисленным количеством электроприборов. Он выдержит 7,75 кВт и даже немного превосходящую этот параметр нагрузку. Если в здании проведена трехфазная сеть, алгоритм вычисления не меняется, только умножать кВт нужно на 2. Пример: 7,75*2=15,5 А.

Однако вышеуказанная формула недостаточно точная.  Лучше выбор номинала осуществлять по закону Ома: I=P/U, где I – номинал тока АВ, P – мощность электроприемников, U – напряжение сети. При той же нагрузке вычисление по формуле даст иной результат, чем приблизительный расчет: 7750/220=35,2 А. Видно, что погрешность первого метода вычисления составляет около 3,5 А. Но выбор автомата от этого не меняется: все равно поставить на ввод в доме для однофазной сети нужно 40А.

Узнавать показания для электродвигателя лучше не навскидку, используя общедоступные таблицы, а по паспорту устройства. Если он утерян, рекомендуется связаться с производителем для выяснения характеристик.

Выбираем автомат по сечению кабеля

Если учитывать только мощность электросети, не принимая во внимание сечение кабеля, в квартире произойдет возгорание. По правилам пожарной безопасности, сечение должно соответствовать нагрузке сети. Что происходит, если это требование не соблюдено, видно по советским квартирам с устаревшей проводкой: в лучшем случае – постоянное срабатывание АВ, в худшем – возгорание проводки и всей квартиры вместе с ней.

Кабели с разными сечениями выдерживают различные нагрузки. Чем больше диаметр, тем значительнее может быть длительно допустимый ток. Последняя величина измеряется в А. Чтобы подобрать кабель с оптимальным диаметром жилы, достаточно провести расчет по одной из вышеуказанных формул и узнать величину номинала тока.

То, сколько ампер длительное время выдерживает кабель, зависит не только от диаметра, но и от материала изготовления жилы. Можно приобрести изделия с алюминиевой основной или из меди.

Таблица поможет лучше ознакомиться с разрешенными показателями для отдельных кабелей и упростит выбор автомата по сечению кабеля:

Как видно, лучше использовать алюминиевую проводку – при равных показателях сечения она оказывается более надежной. Это заметно по домам постройки 2003–2018 годов, при возведении которых было запрещено использовать медные кабели.

Чтобы АВ работал нормально, показатель предельно допустимого тока проводки должен совпадать с его номинальным током, а также с нагрузкой на электросеть. Для нагрузки в 7,75 кВт и АВ с показателем 40А устанавливается алюминиевая проводка 6 мм или медная 10 мм. При подборе диаметра проводника достаточно смотреть на показатель автоматического выключателя и сверяться по таблице.

Выбираем автомат по току короткого замыкания (КЗ)

Вычислять оптимальный тип автомата КЗ довольно сложно. Нужно учитывать показатели электростанции, длину проводки и ее сечение. Однако прибегать к сложным вычислениям и помощи калькулятора не нужно. Для удобства пользователей автоматы разделены на три группы по время-токовым характеристикам (времени, за которое происходит отключение при угрозе кз, и показателе, в случае регистрации которого срабатывает отключение).

Какие бывают автоматы:

1. B. Срабатывает за 5–20 секунд. Выключается, если произошло превышение в 5 раз. Подходят только для домов, где не задействована современная электротехника, а используются только осветительные приборы.
2. C. Токовая нагрузка может превышать номинальную в 10 раз, время срабатывания – 1–10 секунд. Нужны при монтаже электропроводки в жилом доме только АВ типа C.
3. D. Ток срабатывания может быть больше номинального в 14 раз, отключение происходит не более чем за 10 с. Такие АВ предназначены для промышленного использования.

Выбираем автомат по длительно допустимому току (ДДТ) проводника

Выбор автоматического выключателя по току не отличается от подбора диаметру жилы. Суть в том, чтобы ДДТ не превышал возможности установленного кабеля. Достаточно учесть показатели таблицы, приведенной выше. Главное, чтобы показатель ДДТ автомата не превышал этот же показатель жилы. ДДТ проводника может равняться 42 А при модели АВ 40А, но обратная ситуация не допустима.

Пример выбора автоматического выключателя

В современной квартире используются все перечисленные выше устройства (совокупной мощностью 7,75 кВт) и дополнительно следующие наименования (показатели указаны в кВт).

• чайник – 1,2;
• духовка – 1,2;
• обогреватель – 1,4.

Суммарная нагрузка на электросеть – 11,55 кВт. Как выбрать АВ таком случае:

1. Вычислить номинал, используя формулу Ома. 11500/220 = 52,5 А.
2. Подобрать проводник, который соответствует показателю 52,5 А или выше. В зависимости от производителя, ДДТ с таким номиналом может выдерживать алюминиевая жила 10 мм или 16 мм.
3. Так как электросеть бытового пользования, подбирается АВ типа C.

Расчет автомата лучше проводить при помощи профессионала.

Таблица выбора автоматического выключателя для однофазной сети 220 В

В таблице представлено, как выбрать автоматический выключатель под сеть 220 в зависимости от кабеля и совокупной мощности приборов:

Таблица выбора автоматического выключателя для трехфазной сети 380 в

Расчет автомата по мощности 380:

ТОП-5 моделей автомата на рынке в текущем году

Подбирая АВ, необходимо учитывать рейтинг производителей подобных устройств.

Самые лучшие автоматы (точнее, их производители) на сегодняшний день:

• Schneider Electric. Французская фирма. Автоматы ее производства давно испытаны в российских условиях, служат долго и отличаются надежностью.
• General Electric. Недостаток – высокая цена, зато надежность и качество исполнения также на высоте. Американский производитель выпускает отличные АВ для трехфазных сетей.
• Siemens. Низкая цена, но качество хуже, чем у двух лидеров, представленных выше. Тяжело найти приборы в продаже. Изначально бренд был немецким, затем его приобрели американцы. Надежность АВ и средняя стоимость делают компанию такой популярной.
• Контактор. Лучший бренд из российских, однако цены кусаются. Лучше приобрести автоматы европейского производства, хотя Контактор – хорошее решение для слабонагруженных сетей.

Лучший автомат – не только тот, который получил положительные отзывы, но и обязательно способный выдержать мощность электроприборов.

Как обезопасить электросеть от пожара

Чтобы избежать возгораний и выхода из строя электротехнике, лучше доверять проект подключения электросетей профессионалам. Они учтут такие важные аспекты, как номинальный ток, максимальная мощность одновременно включенных приборов, сечение кабеля, схема подключения в щитке и т.д. Рекомендуется заказывать такой проект не только при строительстве частного дома, но и при ремонте квартир советской постройки.

Как производится расчет автоматического выключателя

Те времена, когда на электрических щитках квартир или частных домов можно было встретить традиционные керамические пробки, уже давно прошли. Сейчас повсеместно применяются автоматические выключатели новой конструкции – так называемые автоматы защиты.

Для чего предназначены эти устройства? Как правильно произвести расчет автоматического выключателя в каждом конкретном случае? Конечно, основная функция этих устройств заключается в защите электросети от коротких замыканий и перегрузок.

Автомат должен отключаться, когда нагрузка существенно превышает допустимую норму или при возникновении короткого замыкания, когда значительно возрастает электрический ток. Однако он должен пропускать ток и работать в нормальном режиме, если вы, например, одновременно включили стиральную машинку и электроутюг.

Что защищает автоматический выключатель

Прежде чем подбирать автомат, стоит разобраться, как он работает и что он защищает. Многие люди считают, что автомат защищает бытовые приборы. Однако это абсолютно не так. Автомату нет никакого дела до приборов, которые вы подключаете к сети – он защищает электропроводку от перегрузки.

Ведь при перегрузке кабеля или возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, что приводит к перегреву кабеля и даже возгоранию проводки.

Особенно сильно возрастает сила тока при коротком замыкании. Величина силы тока может возрасти до нескольких тысяч ампер. Конечно, никакой кабель не способен долго продержаться при такой нагрузке. Тем более, кабель сечением 2,5 кв. мм, который часто используют для прокладки электропроводки в частных домовладениях и квартирах. Он попросту загорится, как бенгальский огонь. А открытый огонь в помещении может привести к пожару.

Поэтому правильный расчет автоматического выключателя играет очень большую роль. Аналогичная ситуация возникает при перегрузках — автоматический выключатель защищает именно электропроводку.

Когда нагрузка превышает допустимое значение, сила тока резко возрастает, что приводит к нагреванию провода и оплавлению изоляции. В свою очередь, это может привести к возникновению короткого замыкания. А последствия такой ситуации предсказуемы – открытый огонь и пожар!

По каким токам производят расчет автоматов

Функция автоматического выключателя состоит в защите электропроводки, подключенной после него. Основным параметром, по которому производят расчет автоматов, является номинальный ток. Но номинальный ток чего, нагрузки или провода?

Исходя из требований ПУЭ 3.1.4, токи уставок автоматических выключателей которые служат для защиты отдельных участков сети, выбираются по возможности меньше расчетных токов этих участков или по номинальному току приемника.

Расчет автомата по мощности (по номинальному току электроприемника) производят, если провода по всей длине на всех участках электропроводки рассчитаны на такую нагрузку. То есть допустимый ток электропроводки больше номинала автомата.

Также учитывается время токовая характеристика автомата, но про нее мы поговорим позже.

Например, на участке, где используется провод сечением 1 кв. мм, величина нагрузки составляет 10 кВт. Выбираем автомат по номинальному току нагрузки — устанавливаем автомат на 40 А. Что произойдет в этом случае? Провод начнет греться и плавиться, поскольку он рассчитан на номинальный ток 10-12 ампер, а сквозь него проходит ток в 40 ампер. Автомат отключится лишь тогда, когда произойдет короткое замыкание. В результате может выйти из строя проводка и даже случиться пожар.

Поэтому определяющей величиной для выбора номинального тока автомата является сечение токопроводящего провода. Величина нагрузки учитывается лишь после выбора сечения провода. Номинальный ток, указанный на автомате, должен быть меньше максимального тока, допустимого для провода данного сечения.

Таким образом, выбор автомата производят по минимальному сечению провода, который используется в проводке.

Например, допустимый ток для медного провода сечением 1,5 кв. мм, составляет 19 ампер. Значит, для данного провода выбираем ближайшее значение номинального тока автомата в меньшую сторону, составляющее 16 ампер. Если выбрать автомат со значением 25 ампер, то проводка будет греться, так как провод данного сечения не предназначен для такого тока. Чтобы правильно произвести расчет автоматического выключателя, необходимо, в первую очередь, учитывать сечение провода.

Расчет вводного автоматического выключателя

Система электропроводки делится на группы. Каждая группа имеет свой кабель с определенным сечением и автоматические выключатели с номинальным током удовлетворяющему этому сечению.

Чтобы выбрать сечение кабеля и номинальный ток автомата, нужно произвести расчет предполагаемой нагрузки. Этот расчет производят, суммируя мощности приборов, которые будут подключены к участку. Суммарная мощность позволит определить ток, протекающий через проводку.

Определить величину тока можно по следующей формуле:

1. Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт;
2. U — напряжение сети, В (U=220 В).

Несмотря на то, что формула применяется для активных нагрузок, которые создают обычные лампочки или приборы с нагревательным элементом (электрочайники, обогреватели), она все же поможет приблизительно определить величину тока на данном участке. Теперь нам нужно выбрать токопроводящий кабель. Зная величину тока, мы по таблице сможем выбрать сечение кабеля для данного тока.

После этого можно производить расчет автоматического выключателя для электропроводки данной группы. Помните, что автомат должен отключиться раньше, чем произойдет перегрев кабеля, поэтому номинал автомата выбираем ближайшее меньшее значение от расчетного тока.

Смотрим на величину номинального тока на автомате и сравниваем ее с максимально допустимой величиной тока для провода с данным сечением. Если допустимый ток для кабеля меньше, чем номинальный ток, указанный на автомате, выбираем кабель с большим сечением.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Подбор 3х фазного автомата по току нагрузки, по мощности

Подбор 3х фазного автомата по току нагрузки, по мощности
Упрощённый расчёт

1 Суммируем всю мощность, потребляемую от автомата (P, кВт).

 
2 Полученное число умножаем на 1,52, получаем потребляемый ток (Iнагр, А).

3 Выбираем автомат ближайшего номинала (Iном, А), но обязательно в большую сторону относительно Iнагр(при выборе номинала АВ запас по току, как правило, должен составлять не менее 15%).

4 Расчёт:

Iнагр(А) = P(кВт)•1,52       Iном(А) > Iнагр(А)

где: Iном(А) — номинальный ток автоматического выключателя (далее АВ), указан на его корпусе, соответствует номинальному току одного полюса.

Формула справедлива, если нагрузка по фазам примерно одинакова.

5 Если потребление по одной из фаз значительно больше чем по другим, то номинал АВ выбираем по мощности этой фазы (Pф):

Iнагр.ф(А) = Pф(кВт)•4,55       Iном(А) > Iнагр.ф(А)

где: Iнагр.ф(А) — ток потребления по этой фазе.

Данная формула справедлива и для выбора 1х фазного АВ.

6 Примечания к п.4 и п.5:

1,52 и 4,55 — коэффициенты пропорциональности для напряжения сети 380В/220В;

для напряжения сети 400В/230В коэффициенты пропорциональности соответственно — 1,45 и 4,34;

реактивная составляющая не учитывается, cos φ = 1,00.

7 Исходная формула для выбора трёх фазного АВ:

Iном(А) > P(кВт) / (U(В)•√3•cos φ)

где: U — линейное напряжение сети;

cos φ в диапазоне от 0,95 до 1,00 существенного влияния на выбор АВ не оказывает.

Калькулятор

Испытание автоматических выключателей

Проверка согласования параметров цепи «ФАЗА-НУЛЬ» с характеристиками защитных аппаратов

Как рассчитать выходную мощность ветра

Большинство производителей в США оценивают свои турбины по количеству энергии, которую они могут безопасно производить при определенной скорости ветра, обычно выбираемой от 24 миль в час или 10,5 м / с до 36 миль в час или 16 м / с. Следующая формула иллюстрирует факторы, которые важны для работы ветряной турбины. Обратите внимание, что к скорости ветра V применен показатель степени 3. Это означает, что даже небольшое увеличение скорости ветра приводит к значительному увеличению мощности. Прочтите, на какой высоте должна быть ваша небольшая ветряная турбина для получения дополнительной информации.Вот почему более высокая башня увеличит производительность любой ветряной турбины, предоставив ей доступ к более высоким скоростям ветра, как показано на графике увеличения скорости ветра с высотой. Формула расчета мощности:

Где:
P = выходная мощность, киловатт
Cp = максимальный коэффициент мощности, в диапазоне от 0,25 до 0,45, без размеров (теоретический максимум = 0,59)
ρ = плотность воздуха, фунт / фут3
A = рабочая площадь ротора, фут2 или π D2 / 4 (D — диаметр ротора в футах, π = 3.1416)
V = Скорость ветра, миль / ч
k = 0,000133 Константа для выработки мощности в киловаттах. (Умножение полученного выше ответа в киловаттах на 1,340 преобразует его в мощность в лошадиных силах [т.е. 1 кВт = 1,340 лошадиных сил]).

Рабочая площадь ротора A важна, поскольку ротор является частью турбины, которая улавливает энергию ветра. Таким образом, чем больше размер ротора, тем больше энергии он может захватить.

Плотность воздуха ρ незначительно изменяется в зависимости от температуры и высоты над уровнем моря. Характеристики ветряных турбин основаны на стандартных условиях 59 ° F (15 ° C) на уровне моря.Коррекция плотности должна быть сделана для более высоких отметок, как показано на графике изменения плотности воздуха с высотой. Поправка на температуру обычно не требуется для прогнозирования долгосрочной работы ветряной турбины.

Хотя расчет энергии ветра иллюстрирует важные особенности ветряных турбин, лучшим показателем производительности ветряных турбин является годовая выработка энергии. Разница между мощностью и энергией состоит в том, что мощность (киловатты [кВт]) — это скорость потребления электроэнергии, а энергия (киловатт-часы [кВт-ч]) — это количество потребляемой электроэнергии.Оценка годовой выработки энергии вашей ветряной турбиной, кВт-ч / год, — лучший способ определить, будет ли конкретная ветряная турбина и башня производить достаточно электроэнергии для удовлетворения ваших потребностей.

Производитель ветряных турбин может помочь вам оценить ожидаемое производство энергии. Они будут использовать расчет, основанный на конкретной кривой мощности ветряной турбины, средней годовой скорости ветра на вашем участке, высоте башни, которую вы планируете использовать, и частотном распределении ветра — оценку количества часов, которые ветер будет дуть с любой скоростью в течение среднего года.Им также следует скорректировать этот расчет с учетом высоты вашего участка. Обратитесь к производителю или дилеру ветряной турбины за помощью в этом расчете.

Чтобы получить предварительную оценку производительности конкретной ветряной турбины, используйте формулу ниже.

Где:
AEO = Годовая выработка энергии, кВтч / год
D = Диаметр ротора, футы
V = Среднегодовая скорость ветра, миль в час

The Wind Energy Period Workbook of the National Renewable Energy Labs — это инструмент электронных таблиц, который может помочь вам проанализировать экономику небольшой ветроэнергетической системы и решить, будет ли энергия ветра работать на вас.Он просит вас предоставить информацию о том, как вы собираетесь финансировать систему, о характеристиках вашего сайта и свойствах системы, которую вы рассматриваете. Затем он дает вам простую оценку окупаемости в годах. Если для возврата ваших капитальных вложений требуется слишком много времени — количество лет слишком близко или превышает срок службы системы — энергия ветра не будет для вас практичной. Прочтите здесь, чтобы узнать больше о физике и экономике ветряных турбин.

Энергия ветра в Америке

.Калькулятор преобразования

Вт / В / А / Ом

Ватт (Вт) —
вольт (В) —
амперы (А) —
калькулятор Ом (Ом).

Рассчитывает мощность /
напряжение /
текущий /
сопротивление.

Введите 2 значений , чтобы получить другие значения, и нажмите кнопку Calculate :

Расчет Ом

Сопротивление R в омах (Ом) равно напряжению V в вольтах (В), деленному на ток I в амперах (A):

Сопротивление R в омах (Ом) равно квадрату напряжения V в вольтах (В), деленному на мощность P в ваттах (Вт):

Сопротивление R в омах (Ом) равно мощности P в ваттах (Вт), деленной на квадрат тока I в амперах (A):

Расчет ампер

Ток I в амперах (A) равен напряжению V в вольтах (V), деленному на сопротивление R в омах (Ω):

Ток I в амперах (A) равен мощности P в ваттах (Вт), деленной на напряжение V в вольтах (В):

Ток I в амперах (A) равен квадратному корню из мощности P в ваттах (Вт), деленному на сопротивление R в омах (Ом):

Расчет вольт

Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):

Напряжение V в вольтах (В) равно мощности P в ваттах (Вт), деленной на ток I в амперах (A):

Напряжение V в вольтах (В) равно квадратному корню из мощности P в ваттах (Вт), умноженной на сопротивление R в омах (Ом):

Расчет мощности

Мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A):

Мощность P в ваттах (Вт) равна квадрату напряжения V в вольтах (В), деленному на сопротивление R в омах (Ом):

Мощность P в ваттах (Вт) равна квадрату тока I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):

Закон Ома ►

См. Также

.

Как рассчитать выходную энергию фотоэлектрических солнечных систем?

Здесь вы узнаете, как рассчитать годовой выход энергии фотоэлектрической солнечной установки.

Общая формула для оценки электроэнергии, вырабатываемой на выходе фотоэлектрической системы:

E = A * r * H * PR

E = Энергия (кВтч)
A = Общая площадь солнечной панели (м2)
r = Выход или эффективность солнечной панели (%)
H = Среднегодовое солнечное излучение на наклонных панелях (затенения не включены)
PR = Коэффициент полезного действия, коэффициент для потерь (диапазон от 0.5 и 0,9, значение по умолчанию = 0,75)

r — это мощность солнечной панели, определяемая соотношением: электрическая мощность (в кВт) одной солнечной панели, деленная на площадь одной панели.
Пример: мощность солнечной панели фотоэлектрического модуля мощностью 250 Вт с площадью 1,6 м2 составляет 15,6%.
Имейте в виду, что это номинальное соотношение дано для стандартных условий испытаний (STC): излучение = 1000 Вт / м2, температура ячейки = 25 градусов Цельсия, скорость ветра = 1 м / с, AM = 1,5.
Единица номинальной мощности фотоэлектрической панели в этих условиях называется «пиковой мощностью» (Wp или kWp = 1000 Wp или MWp = 1000000 Wp).

H — среднегодовое солнечное излучение на наклонных панелях. От 200 кВтч / м2.год (Норвегия) до 2600 кВтч / м2.год (Саудовская Аравия). Вы можете найти это глобальное значение излучения здесь: База данных солнечной радиации
Вы должны найти глобальное годовое излучение, падающее на ваши фотоэлектрические панели, с вашим конкретным наклоном (наклон, наклон) и ориентацией (азимут).

PR: PR (Performance Ratio) — очень важная величина для оценки качества фотоэлектрической установки, потому что она дает характеристики установки независимо от ориентации, наклона панели.Сюда входят все убытки.

Пример подробных данных о потерях, в которых указано значение PR (зависит от объекта, технологии и размера системы):
— Потери инвертора (от 4% до 10%)
— Температурные потери (от 5% до 20%)
— Потери в кабелях постоянного тока (от 1 до 3%)
— Потери в кабелях переменного тока (от 1 до 3%)
— Затенения от 0% до 80% !!! (для каждого объекта)
— Потери при слабой радиации от 3% до 7%
— Потери из-за пыли, снега … (2%)
— Прочие потери (?)

Скачать:
Файл Excel для расчета годовых Выход солнечной электроэнергии фотоэлектрической системы:
PV-мощность-расчет-базовый.xls

Конечно, чтобы моделировать производство энергии фотоэлектрической системой с большей точностью и получать ежемесячные, ежечасные или мгновенные электрические значения, вы должны использовать перечисленные здесь инструменты и программное обеспечение: Фотоэлектрические программы и калькуляторы.

.

Стандартный расчет вклада тока короткого замыкания ветряной турбины на основе индукционного генератора с двойным питанием

1. Введение

До 1998 года большинство установленных ветряных турбин были с фиксированной скоростью [1]. Это дешевая и простая технология, но со многими присущими ей недостатками. Тем не менее, они никогда не создавали никаких неуправляемых трудностей до введения сетевых кодов. С тех пор технология ветряных турбин быстро развивалась, чтобы соответствовать установленным требованиям, а также для оптимизации выработки энергии, эффективности и общих затрат.Коммерческие концепции ветряных турбин обычно можно разделить на турбины с фиксированной скоростью, с ограниченной переменной скоростью и с регулируемой скоростью. Ветряные турбины с регулируемой скоростью также можно классифицировать в зависимости от расположения преобразователя как частичный или полномасштабный силовой электронный преобразователь. Используется ли в турбине редукторный привод или прямой привод, можно использовать в качестве дополнительного критерия для классификации [1, 2].

В настоящее время доминирующей концепцией является ветряная турбина на базе индукционного генератора с двойным питанием (DFIG-WT) [3].В этой установке используется DFIG, как показано на рисунке 1, где статор напрямую подключен к сети, а ротор связан через электронный преобразователь частично номинальной мощности, чтобы обеспечить работу с регулируемой скоростью. Диапазон динамической скорости зависит от размера преобразователя частоты. Типичный рейтинг для последнего составляет 25–30% от мощности генератора, что приводит к типичному диапазону скоростей ± 30% относительно синхронной скорости [2]. Преобразователь частоты также позволяет подавать мощность скольжения в.Кроме того, это позволяет компенсировать реактивную мощность и плавное подключение к сети. Многоступенчатая коробка передач, а также контактные кольца неизбежно будут иметь некоторые недостатки, такие как рассеивание тепла за счет трения, увеличение потребности в обслуживании и слышимый шум.

Рисунок 1.

Схема DFIG-WT с регулируемой скоростью.

2. Моделирование DFIG-WT

Роль DFIG заключается в преобразовании механической энергии, захваченной лопастью ротора от ветра, в электрическую энергию, в то время как преобразователь источника напряжения (VSC) генерирует необходимые напряжения ротора и постоянного тока в отношение к управляющим сигналам.

2.1. Моделирование схемы VSC

Преобразователи силовой электроники используются для управления потоком мощности в приводах с регулируемой скоростью в установившемся режиме и в динамических периодах. В DFIG-WT обычно используется двухуровневый преобразователь низкого напряжения, показанный на Рисунке 2, благодаря его простоте [4]. Кроме того, он позволяет производить мощность в суб- и суперсинхронном режиме, регулировать активную и реактивную мощность и компенсировать гармоники [5].

Рисунок 2.

Двухуровневый преобразователь напряжения источника.

Рисунок 3.

Диапазоны частот переключения полупроводниковых приборов [7].

IGBT — это доминирующий полупроводниковый прибор, используемый в преобразовательных системах для DFIG-WT. Он предлагает возможность включения и выключения; Таким образом, обеспечивается полная управляемость в широком диапазоне частот переключения. Частота переключения определяется коммутационными потерями, которые ограничивают верхний предел примерно до 5 кГц, и генерацией гармоник, которая ограничивает нижний предел примерно до 500 Гц, как показано на рисунке 3.IGBT представляет собой комбинацию транзистора с биполярным переходом (BJT) и MOSFET, монолитно размещенных на одной кремниевой пластине для объединения качеств обоих устройств [6]. Следовательно, IGBT может быть смоделирован как BJT, управляемый MOSFET, где на свойства IGBT влияют паразитные элементы структуры IGBT, как показано в эквивалентной схеме на Рисунке 4. Физическая интерпретация и обозначения паразитных элементов IGBT Эквивалентные схемы IGBT очевидны в [7].

Процесс переключения IGBT очень быстрый, что требует очень малых временных шагов моделирования (0.1–1 нс) для достижения высокой точности результатов. Такие небольшие временные шаги моделирования приведут к большим вычислительным затратам для моделирования всей системы ветряных турбин, соответственно, больше для ветровых электростанций. Альтернативный метод увеличения временного шага моделирования и уменьшения вычислительных затрат заключается в замене полупроводниковых устройств идеальными переключателями. Реализация идеальных переключателей позволяет исследовать генерацию гармоник и взаимодействие со схемами фильтров.

Рисунок 4.

Эквивалентная электрическая схема IGBT.

2.2. Цепь постоянного тока

Цепь постоянного тока, показанная на рисунке 2, состоит из конденсатора постоянного тока и тормозного прерывателя. Конденсатор постоянного тока используется для подавления мешающих напряжений, возникающих в процессе выпрямления, и для предотвращения быстрых и сильных колебаний напряжения постоянного тока, в то время как тормозной прерыватель используется для защиты IGBT от высоких напряжений на шине постоянного тока, которые могут возникнуть в условиях неисправности. Величина конденсатора постоянного тока выбирается на основе постоянной времени, необходимой для зарядки конденсатора от нуля до номинального напряжения при питании от номинальной мощности.Эта постоянная времени определяется следующим образом:

, где V _{DC, N} — номинальное постоянное напряжение, а S _N — номинальная мощность ветряной турбины.

Следует отметить, что с этого момента все отношения будут выражаться в единицах количеств, выраженных маленьким символом, а не прописным, как в уравнении. (1).

Постоянная времени конденсатора постоянного тока обычно устанавливается в пределах от 5 до 10 мс, чтобы обеспечить низкие пульсации и перенапряжения в постоянном напряжении и обеспечить высокую активную и реактивную мощность.

Дифференциальное уравнение, описывающее напряжение постоянного тока без учета потерь, имеет следующий вид:

dvDCdt = 1cDC⋅iDC = 1cDC (−iLSC, DC − iMSC, DC − iCH) = 1cDC⋅vDC (−pLSC − pMSC − pCH) E2

, где

pCH = {0, ifchopperoffvDC2rCH, ifchopperonE3

2.3. Генератор

Уравнение напряжения для DFIG с использованием машинных переменных, показанных на рисунке 5, при условии идентичных обмоток статора и ротора и равномерно распределенных трехфазных обмоток, оси которых смещены на 120, можно выразить следующим образом:

[vS, abcvR, abc] = — [rS, abc00rR, abc] [iS, abciR, abc] −ddt [ψS, abcψR, abc] E4

Потоковые связи для магнитно-линейной системы можно выразить следующим образом:

[ψS, abcψR, abc] = [lS, abclM , abclM, abclR, abc] [iS, abciR, abc] E5

Все соотношения, указанные в уравнениях.(4) и (5) находятся в о.е. величины, где все параметры и переменные нормированы на номинальную мощность и напряжение машины в качестве основы. Кроме того, все переменные ротора относятся к обмоткам статора с использованием соотношения витков статора и ротора. Предположение о том, что рабочая точка машины остается в линейном диапазоне и обмотки идентичны, является упрощением, которое не выполняется для всех типов исследований. Тем не менее, он подходит для предсказания поведения в большинстве приложений [8].

Рисунок 5.

Асинхронный генератор с двойным питанием и измеряемыми величинами.

Обычно желательно выразить машинные переменные как пространственный вектор с произвольно выбранной системой отсчета. Пространственная векторная модель DFIG в фиксированной системе отсчета выглядит следующим образом:

Уравнения напряжения:

v_S∠0 = −rSi_S∠0 − sψ_S∠0v_R∠0 = −rRi_R∠0− (s − jωR) ψ_R∠0E6

Уравнения потока:

ψ_S∠0 = lSi_S∠0 + lMi_R∠0ψ_R∠0 = lRi_R∠0 + lMi_S∠0E7

Электромагнитный момент:

tel = Im {ψ_S⋅i_S *} = Im {ψ_R⋅i_R4 *} E8

Уравнение движения:

Ур.(6) — (9) составляют модель полного порядка (FOM) DFIG, используемую для динамического моделирования.

Анализ переходной характеристики, а также управление DFIG требует передаточной функции токов DFIG, которая может быть получена из FOM после некоторой математической обработки следующим образом:

Ток статора:

i_S∠0 = — (rR + (s − jωR) lR) lMv_S∠0 + slM2v_R∠0s2σlSlR + s (lRrS + lSrR − jωRσlSlR) + rS (rR − jωRlR) = G_SZv_S∠0 + G_SWv_R∠0E10

= ток ротора: jωR) lRlMv_S∠0− (rS + slS) lRv_R∠0s2σlSlR + s (lRrS + lSrR − jωRσlSlR) + rS (rR − jωRlR) = G_RZv_S∠0 + G_RWv_R∠0E11 9000 lR, где коэффициент утечки σ2 = σ

Частотная характеристика токов статора и ротора в зависимости от напряжения статора и ротора показана на рисунках 6 и 7 соответственно. В низкочастотном диапазоне (0–1 Гц) частотный отклик на напряжение статора имеет высокую величину, в то время как отклик на напряжение ротора имеет отрицательные значения. Это связано с тем, что в низкочастотном диапазоне (установка оператора Лапласа на ноль) цепь ротора видна со стороны статора как замкнутая цепь, и полное сопротивление статора становится чисто резистивным, в то время как полное сопротивление ротора становится бесконечным, если смотреть со стороны ротора.С другой стороны, в частотном диапазоне около скорости ротора (установка оператора Лапласа j ω _R = j1.2 ω ₀ ), явление обратное, когда ротор виден со стороны Сторона статора как разомкнутая цепь, в то время как полное сопротивление ротора становится чисто резистивным, если смотреть со стороны ротора.

Рисунок 6. Частотная характеристика статора

DFIG.

Рисунок 7. Частотная характеристика ротора

DFIG.

3. Анализ вклада тока короткого замыкания

Знание вклада тока короткого замыкания ветряных электростанций имеет решающее значение для проектирования энергосистемы и настройки системы защиты.Согласно анализу в различных исследованиях [9–12], было сделано предположение, что вклад тока короткого замыкания DFIG-WT определяется только его электрическими параметрами. Тем не менее, это было бы верно, если бы цепь защиты лома была задействована непосредственно при возникновении неисправности. Однако работа с ломом больше не желательна из-за длительного периода деактивации, который приводит к потере управляемости и несовместимости с действующим в настоящее время отказом из-за особых требований. В такой конфигурации, когда нет лома и сохраняется полная управляемость, вклад DFIG-WT в ток короткого замыкания определяется сочетанием факторов, включая электрические параметры машины и конфигурацию контроллера преобразователей [13].

Вклад DFIG в ток повреждения является суммой вкладов как машины, так и преобразователя на стороне сети (LSC). Обычно преобладает вклад DFIG, но позже будет показано, что реакция LSC слишком быстрая и способность LSC по реактивному току используется для поддержки напряжения сети во время неисправностей [13]. Следовательно, нельзя игнорировать вклад LSC. Реакция на ошибку DFIG-WT будет отдельно анализироваться как для DFIG, так и для LSC, начиная с их естественных реакций до их ответов с полным контроллером.

3.1. Реакция на естественный отказ LSC

Предполагая линейную катушку индуктивности и пренебрегая режимом переключения преобразователя, уравнение напряжения LSC, основанное на конфигурации, показанной на рисунке 2, в фиксированной системе отсчета имеет следующий вид:

v_LSC∠0 = v_G ∠0 + (rLSC + slLSC) i_LSC∠0E12

Перестановка уравнения. (12) дает передаточную функцию тока LSC следующим образом:

i_LSC∠0 = v_LSC∠0-v_G∠0rLSC + slLSC = G_LSC (s) ⋅ (v_LSC∠0-v_G∠0) E13

Решение уравнения. (13) для ступенчатого изменения напряжения сети дает:

i_LSC∠0 (t) = Δv_LSC∠0 − Δv_G∠0rLSC + jω0lLSCe − rLSClLSCt + i_LSC, ss∠0E14

Согласно формуле.(14), реакция на ошибку тока LSC аналогична естественной реакции RL-цепи, с установившимся током повреждения i_LSC, ss∠0 и затухающим постоянным током величины, зависящей от изменения напряжения сети и LSC. и постоянная времени, определяемая параметрами штуцера.

3.2. Реакция на ошибку LSC с управлением с прямой связью

Напряжение LSC, а также ток в установившемся режиме зависят от конфигурации контроллера и внутренних уставок. Следовательно, надлежащий анализ реакции на ошибку LSC требует, чтобы уравнение управления преобразователем было включено в формулу.(13).

Контур управления током преобразователя LSC основан на элементе прямой связи и ПИ-контроллере для компенсации погрешностей измерения. Член прямой связи находится путем замены оператора Лапласа в передаточной функции рабочей частотой. Соответственно, результирующий контроллер становится

v_LSC∠vG = (kP + kIs) (i_LSC, ref∠vG − i_LSC∠vG) + v_G∠vG + z_LSCi_LSC∠vGE15

На рисунке 8 показан результирующий внутренний контур управления током с учетом задержек измерения входных сигналов. и мертвое время преобразователя.Передаточная функция входного измерительного фильтра и мертвого времени ШИМ-преобразователя в качестве элемента задержки PT1 и аппроксимации Паде первого порядка соответственно равна:

Gmeas (s) = 1 + jω0τmeas1 + τmeassGdt (s) = — s (2τdt + jω0) + 2jω0τdt + 4τdt2s (2τdt − jω0) −2jω0τdt + 4τdt2E16

Рисунок 8. Внутренний контур управления током преобразователя

LSC.

Передаточная функция замкнутого контура тока LSC согласно рисунку 8 задается следующим образом:

i_LSC∠0 = Gdt (s) ⋅ (GPI (s) + z_LSC) i_LSC, ref∠0 + (Gdt (s ) ⋅Gmeas (s) −1) v_G∠01 + GLSC − 1 (s) + Gdt (s) ⋅Gmeas (s) ⋅GPI (s) E17

Характеристический многочлен уравненияУравнение (17) имеет пятый порядок и может быть решено в радикалах, только если резольвента шестой степени имеет рациональное решение (теория Галуа) [14]. Решение функции четвертой степени, как указано в [15, 16], привело бы к очень сложной формуле. Однако, если пренебречь и G _Meas ( s ), и G _dt ( s ), учитывая, что их постоянные времени порядка нескольких сотен μ s , передаточная функция будет сведено к квадратичной функции, задаваемой следующим образом:

i_LSC∠0 = (s − jω0) (1τkp + jω0) + 1τkis2 + s (1τkp − jω0) + 1τki − jω0τkpi_LSC, ref∠0E18

, где τkp = lLSCrLSC + kP, τki = lLSCkI и kI = kPτI.

Рис. 9.

Влияние времени задержки измерения и запаздывания на ток короткого замыкания LSC.

На рисунке 9 показано небольшое влияние пренебрежения G _mes ( s ) и G _dt ( s ) на ток короткого замыкания LSC. Это упрощение привело к полному отказу от величины возмущения Δv_G∠0, и результирующая реакция будет определяться только изменением эталонной отслеживающей величины Δi_LSC, ref∠0, что приведет к двум переходным токам, которые затухают с постоянными времени и частоты, которые могут быть найдены путем решения общей квадратной формулы [17] характеристического полинома в уравнении(18) следующим образом:

−1τDC + jωDC = −12τkp + jω02− (12τkp + jω02) 2−1τki −1τAC + jωAC = −12τkp + jω02 + (12τkp + jω02) 2−1τki E19

Согласно формуле. Согласно (19) постоянные времени и частоты зависят от сетевого дросселя и параметров ПИ-регулятора. Последние обычно настраиваются так, чтобы приводить к чрезмерно демпфированному отклику, что означает, что один из двух переходных токов уменьшается намного быстрее, чем другой с постоянной времени, почти равной τ _kp и незначительной частотой, в то время как другой имеет динамический коэффициент, приближающийся к нулю.Следовательно, оба переходных тока можно игнорировать, и можно считать, что выходной ток напрямую отслеживает опорный ток без какой-либо динамики. Это очевидно на Рисунке 10, который показывает поведение отслеживания выходного тока. Следовательно, можно сделать вывод, что LSC ведет себя как источник тока с эталонным током в качестве уставки.

Рисунок 10.

Пространственный вектор тока короткого замыкания LSC.

3.3. Реакция на естественную неисправность DFIG

Характеристические полиномы в уравнениях.(10) и (11) идентичны и второго порядка. Это означает, что ток короткого замыкания статора и ротора будет содержать два затухающих переходных тока, которые затухают с теми же постоянными времени и собственными частотами, но с разными величинами для статора и ротора. Эти постоянные времени и собственные частоты находятся путем решения общей квадратной формулы таким же образом, как в уравнении. (19). Однако это привело бы к сложным формулам, приведенным в [13]. Альтернативный метод состоит в использовании сингулярного возмущения для разделения быстрой и медленной динамики друг от друга, что дает следующие выражения:

1τDC − jωDC≈rS (rR − jωRlR) lS (rR − jωRσlR), 1τAC − jωAC≈rR ( rS + jω0lS) lR (rS + jω0σlS) −jωRz′_S1≈rS + jω0lS (rR − jωRσlR) (rR − jωRlR), z′_R1≈rR + j (ω0 − ωR) lR (rS + jω0σlS) (rS + jω0lS) E20

Наконец, реакция DFIG на ток естественного повреждения может быть выражена следующим образом:

i_S1∠0 (t) ≈i_S1, ss∠0 − Δv_S1∠0z′_S1e− (1τDC − jωDC) t + jω0lMΔv_R1∠0 −rR (1σ − 1) Δv_S1∠0z′_R1e− (1τAC − jωAC) tE21

На рисунке 11 показаны результирующие переходные и установившиеся токи реакции на естественный отказ DFIG.

Рисунок 11.

Составляющие естественного тока короткого замыкания DFIG.

3.4. Реакция на ошибку DFIG с управлением с прямой связью

Контроллер с обратной связью DFIG имеет ту же структуру, что и LSC, где контур управления током зависит от члена с прямой связью, полученного из уравнения напряжения ротора, и ПИ-контроллера для компенсации ошибки установившегося состояния. Соответственно, результирующий контроллер становится

v_R∠vS = — (rR + jsGω0σlR) i_R∠vS + sGlMlSv_S∠vS− (kP + kIs) (i_R, ref∠vS − i_R∠vS) = — G_FFIi_R∠vS + G_FFSVv_S −G_PI (i_R, ref∠vS − i_R∠vS) E22

Структура внутреннего контура управления током DFIG показана на рисунке 12 с передаточной функцией G _изм ( с ) и G _dt ( s ), которые такие же, как для LSC.Тогда передаточная функция замкнутого контура тока статора DFIG становится равной

i_S∠0 = N1 (s) i_R, ref∠0 + N2 (s) v_S∠01 + D (s) E23

, где

D (s) = GRR (s) ⋅Gdt (s − jωR) ⋅ (G_FFI − GPI (s) ⋅Gmeas (s − jωR)) N1 (s) = — GSR (s) ⋅GPI (s) ⋅Gdt (s − jωR) N2 ( s) = D (s) ⋅ (GDVR (s) −GDVS (s)) + GSR (s) ⋅Gdt (s − jωR) ⋅Gmeas (s) ⋅G_FFV + GDVS (s) E24

Рисунок 12.

Схема структуры внутреннего токового регулирующего контура DFIG.

Характеристический многочлен в уравнении. (23) имеет седьмой порядок, который не может быть решен радикалами, потому что функция четвертой степени является многочленом высшей степени, который может быть решен в радикалах.Скорее итерационные методы, например, Ньютона Рафсона, можно использовать для поиска корней.

На рисунке 13 показана частотная характеристика тока статора DFIG, из которой можно сделать вывод, что существуют две собственные частоты, которые лежат около рабочей частоты. Кроме того, измерения и задержки мертвого времени не влияют на отклик, за исключением высокочастотной области и только на отклик на контрольную величину отслеживания. Следовательно, пренебрежение как G _изм. ( с ), так и G _dt ( с ) не приведет к значительной разнице в динамическом отклике DFIG.Это очевидно на рисунке 14, который показывает поведение тока статора с учетом и без учета G _mes ( s ) и G _dt ( s ).

Рисунок 13.

Частотная характеристика тока статора DFIG.

Рис. 14.

Влияние времени задержки измерения и запаздывания на ток короткого замыкания DFIG.

Пренебрежение G _изм ( с ) и G _dt ( с ) приведет к передаточной функции третьего порядка, заданной следующим образом:

i_S∠0 = — ((s − jω0 ) (kP + lR (s − jω0)) + kI) v_S∠0 − jω0lM (kP (s − jω0) + kI) i_Ref∠0 (kP (s − jω0) + kI) (rS + jω0lS) + lR ( s − jω0) (s − jω0) (rS + jω0σlS) E25

Постоянные времени и собственные частоты уравнения.(25) можно найти, решив общую кубическую формулу [13]. Однако это привело бы к сложным формулам [18], и более простой способ — снова применить сингулярное возмущение, как и раньше, что приведет к более расслабленным формулам:

1τDC − jωDC≈rS (ω02lR − kI + jω0kP) lS (ω02σlR −kI + jω0kP) 1τAC, 12 − jωAC, 12≈kP (rS + jω0lS) 2lR (rS + jω0σlS) −j (ω0 ± kI (rS + jω0lS) lR (rS + jω0σlS)) z′_S≈rS + jω0lS (ω02σlR − kI + jω0kP) (ω02lR − kI + jω0kP) E26

Наконец, ток короткого замыкания DFIG с упреждающим управлением может быть выражен следующим образом:

i_S∠0 (t) ≈i_S, ss∠0− Δv_S∠0z′_Se− (1τDC − jωDC) t + (Δv_S∠0z′_S − jω0lMΔi_Ref∠0rS + jω0lS) (e− (1τAC1 − jωAC1) t + e− (1τAC2 − jωAC2) t2) E27

, где ток определяется следующим образом:

i_S, ss∠0 = jω0lMi_Ref∠0 + v_S∠0rS + jω0lSE28

Результирующие составляющие переходного тока короткого замыкания из уравнения.(27) в сравнении с переходным током из моделирования показаны на рисунке 15.

Рисунок 15.

DFIG переходные компоненты тока короткого замыкания статора.

4. Стандартный метод расчета вклада тока короткого замыкания DFIG-WT

Вклад тока короткого замыкания DFIG-WT можно напрямую рассчитать путем расчета электромагнитных переходных процессов (EMT). Однако это было бы неудобно в большой сети с большим количеством машин из-за требуемых больших вычислительных затрат.Поэтому обычно используются методы расчета, предлагаемые в IEC-60909. Это объясняется его простотой и надежностью, основанной на вычислении эквивалентного источника напряжения и поправочных коэффициентах, обеспечивающих достаточную точность.

Процедуры расчета тока короткого замыкания в соответствии с IEC-60909 следующие:

I ″ k = cUn3Z ″ ip = 2κI ″ kE29

, где I ″ k — начальный симметричный ток короткого замыкания, i _p — пиковый ток короткого замыкания, c — значение коррекции напряжения, Z ″ — импеданс субпереходного процесса, а κ — член, который учитывает экспоненциальное затухание тока и определяется следующим образом:

IEC -60909 предлагает три различных метода расчета отношения R / X в ячеистых сетях, а именно.:

Метод A: коэффициент κ рассчитывается на основе уравнения. (30) взяв наименьшее соотношение R / X во всех ветвях.

Метод B: Отношение R / X рассчитывается на основе эквивалентного импеданса, видимого из места короткого замыкания. Значение коррекции 1,15 изменяет коэффициент κ, чтобы покрыть неточности, вызванные использованием коэффициента R _k / X _k из-за уменьшения сети со сложными импедансами.

Метод C: Эквивалентный импеданс, видимый от места короткого замыкания, рассчитывается исходя из предположения f _c = 20 Гц, тогда соотношение R / X рассчитывается следующим образом: предлагает быстрый и надежный метод расчета тока повреждения, он не подходит для расчета токов повреждения с помощью DFIG-WT; потому что он предполагает постоянное переходное / внутреннее напряжение [19]. Однако в DFIG-WT контроллер быстро реагирует на возникновение неисправности и манипулирует внутренним напряжением, чтобы соответствовать правилам сети, и, следовательно, влиять на величины короткого замыкания в соответствии с уравнениями.(26) и (27).

4.1. Влияние ПИ-регулятора на величины тока короткого замыкания

Согласно ур. Согласно (26) и (27), PI-регулятор имеет большое влияние на поведение статора DFIG. Чтобы проверить эти выражения и изучить их влияние, различные составляющие переходного тока извлекаются из моделируемого тока повреждения посредством нелинейной оптимизации, которая минимизирует целевую функцию:

minx∑i (F (x, xdatai) −yi) 2E32

где yi — смоделированный ток короткого замыкания, а F ( x ) — предлагаемое решение, которое считалось суммой четырех составляющих тока, предложенных в формуле.(27) описывается следующим образом:

iS (t) = | iS, ss | sin (ω0t + φ0) + | iDC | e − tτDCsin (ωDCt + φDC) + | iAC1 | e − tτAC1sin (ωAC1t + φAC1) + | iAC2 | e − tτAC2sin (ωAC2t + φAC2) E33

Рисунок 16.

Влияние пропорционального усиления на постоянные времени и собственные частоты.

Рисунки 16–18 показывают влияние ПИ-регулятора на составляющие тока короткого замыкания, из чего можно сделать следующие выводы:

• выражения, приведенные в уравнениях. (26) и (27) совпадают с результатами моделирования с небольшими ошибками;

• интегральное усиление не оказывает большого влияния на пиковые значения тока короткого замыкания, потому что оно не влияет существенно на постоянные времени;

• метод IEC-60909 не учитывает параметры контроллера и, следовательно, не дает точных результатов.

Рисунок 17.

Влияние интегрального усиления на постоянные времени и собственные частоты.

Рисунок 18.

Влияние ПИ-регулятора на значения тока короткого замыкания.

4.2. Стандартные методы расчета

Как уже было показано, интегральное усиление не влияет на значения пикового тока, а также на постоянные времени. Для простоты можно не учитывать и уравнения. (26) и (27) сводятся к следующему:

1τDC − jωDC≈rS (kP − jω0lR) lS (kP − jω0σlR), 1τAC − jωAC≈kP (rS + jω0lS) lR (rS + jω0σlS) −jω0z ′ _S≈rS + jω0lS (kP − jω0lR) (kP − jω0σlR) i_S∠0 (t) ≈i_S, ss∠0 − Δv_S∠0z′_Se− (1τDC − jωDC) t + (Δv_S∠0z′_S − jω0l∠Δi_Ref 0rS + jω0lS) e− (1τAC − jωAC) tE34

Выражение тока короткого замыкания в векторной форме дает следующее:

iS (t) = | iS, ss | sin (ω0t − φ0 + φU) + | iDC | e −tτDCsin (ωDCt + φDC − φU) + | iAC | e − tτACsin (ωACt − φAC + φU) E35

Ур.(35) не похож на метод IEC-60909 для расчета пикового значения, как указано в формуле. (29) потому что предлагаемая текущая модель содержит три компонента. В целях подобия, текущая модель к модели IEC-60909 линеаризации предложенной текущей модели может быть применена.

Игнорирование разности фаз таким же образом, как в IEC-60909, и приравнивание пикового тока по формуле. (35) с одним из IEC-60909 в формуле. (29) дает:

| iS, ss | + | iAC | e − tpτAC + I′ke − tpτDC = I′k (1 + e − 3RX) cssI′k + (1 + cref) I′ke − tpτAC + I′ke − tpτDC = I′k (1 + e − 3RX) css + (1 + cref) e − tpτAC + e − tpτDC = 1 + e − 3RXE36

, где t _p ≈ 0.01s — момент времени возникновения пика, css = | iS, ss + iLSC, ss | / I′k и cref = — | jω0lMΔi_Ref∠0rS + jω0lS + Δi_LSC, Ref∠0 | / I′k.

Применение разложения Тейлора для экспоненциальных частей и пренебрежение членами более высокого порядка дает эквивалентное соотношение R / X DFIG-WT следующим образом:

css + cref (1 − tpτAC) −tpτAC − tpτDC≈− 3RXccont = 0,033 (tpτAC − css − cref (1 − tpτAC)) RX≈ccont + rSω0σlSE37

Поправочный коэффициент c _cont введен недавно, чтобы учесть влияние контроллера на ток короткого замыкания.Его можно рассчитать напрямую, если известны все параметры регулятора. В противном случае его можно рассчитать с помощью измерения. Использование измерения для оценки c _cont является предпочтительным, так как оно предлагает лучшие и более точные значения, потому что не все параметры или структуры контроллера соответствуют тому, что было здесь представлено, и они варьируются от производителя к производителю. Кроме того, измерение должно учитывать отклонение переходного импеданса от значения, предлагаемого производителем, и отклонение во времени возникновения пикового значения от значения, предлагаемого IEC-60909, а также ошибку в процессе линеаризации.

4.3. Проверка метода расчета

Тестовая сеть на Рисунке 19 используется для проверки предложенного метода расчета. Имитационная модель DFIG-WT, предоставленная производителем (используются параметры реального мира, чтобы результаты максимально точно отражали реальное динамическое поведение), а рейтинги DFIG-WT приведены в Приложении.

Испытательная сеть состоит из ветряной электростанции, содержащей 10 DFIG-WT, подключенных через двухобмоточный повышающий трансформатор к точке общей связи среднего напряжения (PCC) 20 кВ, обозначенной как K10.PCC подключается кабелем среднего напряжения длиной 13 км к главной шине K11, которая

.