Jaki jest prąd znamionowy w elektrotechnice

Słownik wyjaśniający języka rosyjskiego akademika Ożegowa wyjaśnia znaczenie słowa „nominalny”, zgodnie z oznaczeniem, nazwanym, ale nie spełniającym swoich obowiązków, powołaniem, czyli fikcją.

Ta definicja dość dokładnie wyjaśnia elektryczne warunki napięcia znamionowego, prądu i mocy. Wydają się być tam, zdefiniowane i zdefiniowane, ale tak naprawdę służą tylko jako wytyczne dla elektryków. Rzeczywiste wyrażenia liczbowe tych parametrów w rzeczywistości różnią się od wartości zadanych.

Na przykład wszyscy znamy przemienną sieć jednofazową o napięciu 220 woltów, które jest uważane za nominalne. W rzeczywistości jego wartość według GOST może osiągnąć tylko górną granicę 252 woltów. Tak działa stanowy standard.

Ten sam obraz można zobaczyć przy prądzie znamionowym.

Zasada wyznaczania prądu znamionowego

Jako podstawę doboru jego wartości przyjęto maksymalne możliwe nagrzewanie termiczne przewodów elektrycznych, w tym ich izolacji, które muszą niezawodnie pracować pod obciążeniem przez nieograniczony czas.

Przy prądzie znamionowym zachowana jest równowaga termiczna między:

• nagrzewanie drutów pod wpływem temperatury ładunków elektrycznych, opisane działaniem prawa Joule'a-Lenza;

• ochłodzenie dzięki odprowadzeniu części ciepła do otoczenia.

W tym przypadku ciepło Q1 nie powinno wpływać na właściwości mechaniczne i wytrzymałościowe metalu, a Q2 — na zmianę właściwości chemicznych i dielektrycznych warstwy izolacyjnej.

Nawet jeśli prąd znamionowy zostanie nieznacznie przekroczony, po pewnym czasie konieczne będzie odłączenie napięcia od urządzeń elektrycznych w celu schłodzenia metalu przewodnika prądowego i izolacji. W przeciwnym razie ich właściwości elektryczne ulegną pogorszeniu i nastąpi pęknięcie warstwy dielektrycznej lub odkształcenie metalu.

Każdy sprzęt elektryczny (w tym źródła prądu, jego odbiorniki, przewody i systemy łączące, urządzenia ochronne) jest obliczany, projektowany i produkowany do pracy przy określonym prądzie znamionowym.

Jego wartość wskazana jest nie tylko w dokumentacji technicznej zakładu, ale także na obudowie lub tabliczce znamionowej urządzenia elektrycznego.

Powyższe zdjęcie wyraźnie pokazuje aktualne wartości znamionowe 2,5 i 10 amperów, które są wykonane przez stemplowanie w produkcji wtyczki elektrycznej.

W celu ujednolicenia sprzętu GOST 6827-76 wprowadza szereg prądów znamionowych, przy których muszą działać prawie wszystkie instalacje elektryczne.

Jak dobrać urządzenie zabezpieczające do prądu znamionowego

Ponieważ prąd znamionowy warunkuje możliwość długotrwałej pracy urządzeń elektrycznych bez uszkodzeń, to wszystkie zabezpieczenia prądowe są skonfigurowane do zadziałania po jego przekroczeniu.

W praktyce często zdarzają się sytuacje, w których w krótkim okresie czasu dochodzi do przeciążenia obwodu mocy z różnych przyczyn. W tym przypadku temperatura metalu przewodnika i warstwy izolacyjnej nie ma czasu na osiągnięcie granicy, gdy zostaną naruszone ich właściwości elektryczne.

Z tych powodów strefa przeciążenia jest podzielona na osobną strefę, która jest ograniczona nie tylko wielkością, ale także czasem trwania akcji. Po osiągnięciu krytycznych wartości temperatury warstwy izolacyjnej i metalu przewodnika należy odłączyć napięcie od instalacji elektrycznej w celu jej schłodzenia.

Funkcje te są realizowane przez termiczne zabezpieczenia przeciążeniowe:

• wyłączniki automatyczne;

• wyzwalacze termiczne.

Dostrzegają obciążenie cieplne i dostosowują się do wyłączenia po pewnym czasie. Nastawa zabezpieczeń realizujących „chwilowe” przerwanie obciążenia jest nieco wyższa niż prąd przeciążenia. Termin „natychmiastowy” faktycznie definiuje działanie w możliwie najkrótszym czasie. W przypadku najszybszych obecnie zabezpieczeń nadprądowych przerwa następuje w czasie poniżej 0,02 sekundy.

Prąd roboczy w trybie normalnej mocy jest zwykle mniejszy niż wartość nominalna.

W podanym przykładzie przypadek jest analizowany dla obwodów prądu przemiennego. W obwodach napięciowych prądu stałego nie ma zasadniczej różnicy w zależności między prądem roboczym, znamionowym a doborem nastaw działania ochronnego.

Jak wyłącznik jest skonfigurowany do pracy przy prądzie znamionowym

W ochronie urządzeń przemysłowych i domowych sieci elektrycznych najczęściej spotykane są wyłączniki automatyczne, które łączą w swojej konstrukcji:

• uwalnianie opóźnione termicznie;

• przerwa w dostawie prądu, bardzo szybkie wyłączenie trybu awaryjnego.

W takim przypadku wyłączniki są produkowane dla napięcia znamionowego i prądu znamionowego. Urządzenia zabezpieczające dobierane są w zależności od ich wielkości do pracy w określonych warunkach danego obwodu.

W tym celu normy określają 4 rodzaje charakterystyk prądowo-czasowych dla różnych konstrukcji maszyn. Oznaczone są literami łacińskimi A, B, C, D i przeznaczone są do gwarantowanego odłączenia zwarć o wielokrotności prądu znamionowego od 1,3 do 14.

Wyłącznik czasowo-prądowy, biorąc pod uwagę temperaturę otoczenia, dobiera się do określonego rodzaju obciążenia, na przykład:

• przyrządy półprzewodnikowe;

• systemy oświetleniowe;

• obwody z mieszanymi obciążeniami i umiarkowanymi prądami rozruchowymi;

• obwody o dużej przeciążalności.

Charakterystyka czasowo-prądowa może składać się z trzech stref działania, jak pokazano na rysunku, lub dwóch (bez środka).

Oznaczenie prądu znamionowego można znaleźć na obudowie maszyny. Zdjęcie przedstawia przełącznik oznaczony wartością znamionową 100 amperów.

Oznacza to, że będzie działać (wyłączać się) nie od prądu znamionowego (100 A), ale od jego nadmiaru. Załóżmy, że jeśli przerywacz maszyny jest ustawiony na wielokrotność 3,5, to prąd 100 × 3,5 = 350 amperów lub więcej zostanie przez niego zatrzymany bez opóźnienia czasowego.

Gdy wyzwalacz termiczny jest ustawiony na wielokrotność 1,25, to gdy zostanie osiągnięta wartość 100×1,25 = 125 amperów, wyłączenie nastąpi po pewnym czasie, na przykład po godzinie. W takim przypadku obwód będzie działał z przeciążeniem w tym okresie.

Należy pamiętać, że na czas postoju maszyny wpływają również inne czynniki związane z utrzymaniem reżimu temperaturowego ochrony:

• warunki środowiska;

• stopień wypełnienia rozdzielnicy sprzętem;

• możliwość ogrzewania lub chłodzenia ze źródeł zewnętrznych.

Jak oceniono okablowanie i wyłącznik automatyczny?

Aby określić główne parametry elektryczne zabezpieczeń i przewodów, należy wziąć pod uwagę przyłożone do nich obciążenie. Aby to zrobić, oblicza się go zgodnie z nominalną mocą urządzeń związanych z pracą, biorąc pod uwagę współczynnik ich zatrudnienia.

Na przykład zmywarka, multicooker, piekarnik elektryczny i kuchenka mikrofalowa są podłączone do grupy wyjściowej znajdującej się w kuchni, która zużywa całkowitą moc w trybie normalnym 5660 watów (biorąc pod uwagę częstotliwość przełączania).

Nominalne napięcie sieci domowej wynosi 220 woltów. Określ prąd obciążenia, który przepłynie przez przewody i urządzenia ochronne, dzieląc moc przez napięcie. I = 5660/220 = 25,7 A.

Następnie patrzymy na tabelę z liczbą prądów znamionowych dla sprzętu elektrycznego.Nie ma on wyłącznika dla takiego prądu. Ale producenci produkują maszyny na 25 amperów. Jego wartość jest najbliższa naszym celom. Dlatego wybieramy go jako podstawę urządzenia ochronnego do okablowania odbiorców grupy gniazd.

Następnie musimy zdecydować o materiale drutów i przekroju. Weźmy miedź jako podstawę, ponieważ okablowanie aluminiowe, nawet do celów domowych, nie jest już popularne ze względu na swoje właściwości.

Podręczniki dla elektryków zawierają tabele doboru przewodów z różnych materiałów do obciążenia prądem. Weźmy nasz przypadek, biorąc pod uwagę fakt, że okablowanie odbywa się osobnym kablem w izolacji PE, ukrytym w rynnie ściennej. Zakłada się, że granice temperatur odpowiadają warunkom pokojowym.

Z tabeli dowiemy się, że minimalny dopuszczalny przekrój standardowego drutu miedzianego dla naszego przypadku to 4 mm kwadratowe. Nie możesz wziąć mniej, ale lepiej jest go zwiększyć.

Czasami pojawia się problem z doborem stopnia ochrony dla już działającego okablowania. W takim przypadku w pełni uzasadnione jest określenie prądu obciążenia sieci odbiorczej za pomocą elektrycznego przyrządu pomiarowego i porównanie go z obliczonym powyższą metodą teoretyczną.

Tak więc termin „prąd znamionowy” pomaga elektrykom poruszać się po charakterystyce technicznej sprzętu elektrycznego.