Реактивное сопротивление автоматических выключателей

Свойства активного и реактивного сопротивления

В электротехнике активным и реактивным сопротивлением принято называть величину, характеризующую силу противодействия участка электрической цепи направленному (упорядоченному) движению частиц или квазичастиц — носителям электрического заряда. Это противодействие формируется методом преобразования электроэнергии в иные формы энергии. В случае необратимого изменения электрической энергии звена цепи в иные виды энергии, противодействие будет активным.

Особенность активного и реактивного сопротивления
Электротехнический закон реактанса
Электрический импеданс

Особенность активного и реактивного сопротивления

Сеть с переменным током обладает необратимой трансформацией и передачей энергии элементам электрической цепи. Осуществляя обменный процесс электроэнергии с компонентами цепи и источником питания, сопротивление будет реактивным.

Если в качестве примера рассматривать микроволновую печь, электрическая энергия в ней необратимо конвертируется в тепловую, в результате чего микроволновая печь получает активное противодействие, равно как элементы, трансформирующие электрическую энергию в световую, механическую и т. д.

Переменный ток, проходя через сосредоточенные электрические элементы, формирует реактивное сопротивление, которое вызвано главным образом индуктивностью и ёмкостью.

Активное сопротивление находится в прямой зависимости от количества полных циклов изменения электродвижущей силы (ЭДС), произошедших за одну секунду. Чем больше это количество, тем выше активное сопротивление.

Однако немало потребителей имеют индуктивные и емкостные свойства в момент прохождения сквозь них переменного тока. К ним можно отнести:

конденсаторы;
дроссели;
электромагниты;
трансформаторы.

Следует учитывать как активное, так и реактивное сопротивление, которое обусловлено присутствием в электропотребителе емкостного и индуктивного признака. Прерывая и замыкая цепь постоянного тока, проходящего по любой из обмоток, параллельно с преобразованием тока произойдет и изменение магнитного потока внутри самой обмотки, в итоге в ней появляется электродвижущая сила самоиндукции.

Аналогичная ситуация будет проявляться и в обмотке, подключенной к цепи с переменным током, с тем лишь отличием, что в этом случае ток беспрерывно меняется как по параметру, так и в направлении. Отсюда следует, что беспрерывно будет меняться параметр магнитного потока, проникающего в обмотку, в которой индуктируется электродвижущая сила самоиндукции.

Вместе с тем вектор электродвижущей силы неизменно таков, что он препятствует преобразованию тока. Следовательно, при нарастании внутри обмотки электродвижущая сила самоиндукции будет ставить своей целью приостановить возрастание тока, а при уменьшении — напротив, будет стараться сохранить убывающий ток.

Получается, что ЭДС, появляющаяся внутри проводника (обмотки), задействованного в цепи переменного тока, постоянно будет противодействовать току, препятствуя его изменению. Другими словами, ЭДС можно расценивать как вспомогательное сопротивление, которое совместно с активным сопротивлением катушки создает синергический эффект противодействия идущему через катушку переменному току.

Электротехнический закон реактанса

Формирование реактивного сопротивления происходит с помощью спада реактивной мощности, израсходованной на создание электромагнитного поля в электрической цепи. Спад реактивной мощности образуется способом подсоединения к преобразователю аппарата с активным сопротивлением.

Двухполюснику, подключенному к цепи, получается аккумулировать только лимитированную долю заряда до изменения полярности напряжения на диаметрально противоположную. Благодаря этому электроток не опускается до нулевой отметки, как в цепях постоянного тока. Накопление заряда конденсатором напрямую зависит от частоты электротока.

Формулой реактивного сопротивления определяется мнимая часть импеданса:

Z = R+jX, где Z — комплексное электросопротивление, R — активное электросопротивление, X — реактивное электросопротивление, j — мнимая единица.

Величину реактивного электросопротивления можно выразить через значения ёмкостного и индуктивного противодействия.

Электрический импеданс

Полное сопротивление цепи переменного тока или импеданс есть отражение трансформирующейся во времени величины тока. В электротехнической литературе обозначается латинской буквой Z. Импеданс является двумерной (векторной) величиной, включающей в себя две независимые скалярные одномерные характеристики: активное и реактивное противодействие переменному электротоку. Проще говоря, полное сопротивление — это активное и реактивное в сумме.

Активный компонент импеданса, обозначаемый буквой R, является критерием уровня, с которым материал противодействует потоку отрицательно заряженных частиц среди своих атомов. Низкоомными материалами принято считать:

золото;
серебро;
медь.

Высокоомные материалы называют диэлектриками или изоляторами. К перечню таких материалов можно отнести:

полиэтилен;
слюду;
оргстекло.

Вещества с промежуточной степенью противодействия относят к группе полупроводников. В эту группу входят:

окисды металлов;
сернистые соединения;
соединения с селеном;
химические элементы (мышьяк, германий, фосфор, кремний, сера, теллур, углерод, гален и др.).

Полное сопротивление вычисляется по формуле: Z = √ R 2 +(XL — XC) 2 , где: R — активное электросопротивление; XL — индуктивное сопротивление, единица измерения Ом; XC — емкостное противодействие, единица измерения Ом. Полное противодействие рассчитывается пошагово. Вначале рисуют схему, потом вычисляют равнозначные противодействия индивидуально для активного, индуктивного и емкостного компонентов нагрузки и вычисляется полное противодействие электрической цепи.

Читать еще: Моментный выключатель принцип работы

Выбор автоматического выключателя

На что необходимо обратить внимание при выборе автоматического выключателя.

1. Тип автомата, характеризует магнитную (мгновенную) защиту автомата, от нее будет зависеть при каком значении сработает защита от тока короткого замыкания в пределах номинала автомата, а также правильный выбор этого параметра позволяет предотвратить отключение электропитания из-за пусковых токов при включении электрооборудования.
Электромагнитный размыкатель. Ток короткого замыкания измеряется специальным лабораторным прибором, приближенно можно его рассчитать разделив напряжение питания, на активное сопротивление участка защищаемой цепи.
Для примера возьмем автомат тип с номиналом 40 Ампер, то защита от тока короткого замыкания сработает в пределах от 200 до 400 Ампер.

2. Номинал автомата, основное назначение этого параметра защищать линию питания и электротехнических изделий, а также частично электрооборудование, от перегрузки в режиме работы.
Термический размыкатель. Одной из самой распространенных ошибок в электрике является неправильный выбор номинала автомата, некоторые электрики завышают это значение, не обращая внимание на сечение отходящей линии и что подключено к ней, чтобы снизить количество вызовов по причине отключения автомата из-за перегрузки.
На примере автомата тип С номиналом 40 Ампер, тепловая защита от перегрузки сработает в пределах от 45,2 до 200 Ампер, чем выше перегрузка, тем быстрее сработает автомат.

3. Номинальное напряжение, при котором автомат будет четко выполнять свои обязанности.
Здесь все предельно ясно нельзя подключать двухполюсной автомат с напряжением 230 Вольт на фазное напряжение сети 380 Вольт.

4. Максимальный (предельный) отключаемый ток, это значение тока короткого замыкания которое может выдержать автомат без разрушения выполнив свое предназначение по защите потребителей.
Линейка значений максимального (предельного) отключаемого тока выглядит следующим образом 3000, 4500, 6000, 10000 и выше Ампер.
Чем ближе к источнику питания (трансформаторная подстанция), тем значения при выборе автомата должны быть выше.
Из практики для потребителей многоквартирных домов с газовыми плитами, достаточно автомата со значением 4500 Ампер, для потребителей с электрическими плитами и офисных помещений, необходимо применять автомат со значением 6000 Ампер, производственные помещения требуют установки автоматов от 6000 Ампер и выше.

5. Схема автомата, необходима для того чтобы правильно подключить к нему электропитание и линию электроснабжения.
Например по схеме автомата видно:
— где расположен неподвижный контакт, на который логичнее подключать питание;
— из каких защит состоит автомат, дугогасительная камера, тепловая и магнитная защита, на обычном рубильнике они не обозначены;
— двух и более полюсные автоматы иногда имеют контакты с маркировкой N, на которые подключают только нулевой провод или провода сигнализации состояния автомата.

Полное сопротивление электрической цепи

Для расчетов напряжений и токов через элементы электрической цепи нужно знать их общее сопротивление. Источники энергии делятся на два типа:

постоянного тока (батарейки, выпрямители, аккумуляторы), электродвижущая сила (ЭДС) которых не изменяется во времени;
переменного тока (бытовые и промышленные сети), ЭДС которых изменяется по синусоидальному закону с определенной частотой.

Активные и реактивные сопротивления
Полное сопротивление электрической цепи переменного тока
Расчет эквивалентного сопротивления элементов цепи

Активные и реактивные сопротивления

Сопротивление нагрузки бывает активным и реактивным. Активное сопротивление (R) не зависит от частоты сети. Это означает, что ток в нем изменяется синхронно с напряжением. Это то сопротивление, которое мы измеряем мультиметром или тестером.

Обозначение активного сопротивления

Реактивное сопротивление делится на два вида:

— индуктивное (трансформаторы, дроссели);

— емкостное ( конденсаторы).

Обозначение емкостного сопротивления

Отличительная черта реактивной нагрузки – наличие опережения или отставания тока от напряжения. В емкостной нагрузке ток опережает напряжение, а в индуктивной – отстает от него. Физически это выглядит так: если разряженный конденсатор подключить к источнику постоянного тока, то в момент включения ток через него максимальный, а напряжение – минимальное. Со временем ток уменьшается, а напряжение — возрастает, пока конденсатор не зарядится. Если подключить конденсатор к источнику переменного тока, то он будет постоянно перезаряжаться с частотой сети, а ток — увеличиваться раньше, чем напряжение.

Подключив к источнику постоянного тока индуктивность, получим обратный результат: ток через нее будет нарастать некоторое время после подключения напряжения.

Величина реактивного сопротивления зависит от частоты. Емкостное сопротивление:

Угловая частота, связанна с частотой сети f формулой:

Как видно из формулы, при повышении частоты емкость уменьшается.

Физические величины в формулах

Обозначение	Единица измерения	Наименование
С	Фарада (Ф)	емкость
ѡ	1/с	угловая частота
f	Герц (Гц)	частота
L	Генри (Гн)	индуктивность

Полное сопротивление электрической цепи переменного тока

В сети переменного тока нет нагрузки только активной или только реактивной. Нагревательный элемент помимо активного содержит индуктивное сопротивление, в электродвигателе индуктивное сопротивление преобладает над активным.

Читать еще: Легранд legrand автоматический выключатель

Величину полного сопротивления, учитывающего все активные и реактивные составляющие электрической цепи, подсчитывают по формуле:

Расчет эквивалентного сопротивления элементов цепи

К одному источнику питания может быть подключено несколько сопротивлений. Для вычисления тока нагрузки источника подсчитывают эквивалентное сопротивление нагрузки. В зависимости от соединения элементов между собой, используются два способа.

Последовательное соединение сопротивлений.

В этом случае их величины складываются:

Последовательное соединение двух сопротивлений

Чем больше сопротивлений соединено последовательно, тем больше эквивалентное сопротивление этой цепи. Бытовой пример: если контакт в штепсельной вилке ухудшится, это равносильно подключению последовательно с нагрузкой дополнительного сопротивления. Эквивалентное сопротивление нагрузки вырастет, а ток через нее – уменьшится.

Параллельное соединение сопротивлений.

Формула расчета выглядит намного сложнее:

Случай применения этой формулы для двух параллельно соединенных сопротивлений:

Случай для соединения n одинаковых сопротивлений R:

Чем больше сопротивлений соединить параллельно, тем итоговое сопротивление цепи меньше. Это мы наблюдаем и в повседневной жизни: чем больше к сети подключить потребителей, тем меньше эквивалентное сопротивление и больше ток нагрузки.

Таким образом, расчет полного сопротивления электрической цепи происходит поэтапно:

Рисуется схема замещения цепи, содержащая активные и реактивные сопротивления.
Рассчитываются эквивалентные сопротивления отдельно для активной, индуктивной и емкостной составляющих нагрузки.
Рассчитывается полное сопротивление электрической цепи
Рассчитываются токи и напряжения в цепи источника питания.

Ввинчиваемые мини-выключатели Edison на базе Cooper Bussmann не предназначены для индуктивных нагрузок. Что значит «индуктивный»?

unforgettableid

Я подумываю о покупке ввинчиваемых миниатюрных автоматических выключателей на базе Edison, чтобы заменить некоторые предохранители в моем доме. Некоторые из них сделаны Connecticut Electric, а некоторые — Купером Буссманном .

Купер Буссманн пишет, что их мини-выключатели Edison не предназначены для индуктивных нагрузок . Я не слишком много знаю об электричестве. Что значит «индуктивный»?

AndrejaKo

Ответ прост: не рискуйте и получите те, которые рассчитаны на индуктивные нагрузки. Вот соответствующая статья в Википедии о коэффициенте мощности . В основном, у вас есть электрический импеданс, который состоит из электрического сопротивления (которое противоположно движению тока, создаваемого резисторами) и реактивного сопротивления (которое является сопротивлением движению тока всеми типами катушек и конденсаторами). В системах постоянного тока реактивное сопротивление равно нулю.

Фактическое реактивное сопротивление очень сильно зависит от самой цепи, и оно может быть нулевым, а затем мы говорим, что цепь резистивная, оно может быть больше нуля, и мы говорим, что цепь индуктивная, и если она ниже нуля, мы говорим, что цепь емкостный. Добавляя конденсаторы в индуктивную цепь, мы можем сделать ее менее индуктивной, резистивной и, если мы добавим достаточно конденсаторов, емкостной. То же самое относится и к другому. Если мы добавим достаточное количество катушек в емкостную цепь, мы получим индуктивную цепь.

Проблема здесь в том, что нередко найти устройство, которое не предоставляет достаточно данных, чтобы легко определить, является ли оно емкостным или индуктивным, каков его коэффициент мощности, и это может быть затруднительно, даже если все, что известно, рассчитать, если общая нагрузка на автоматический выключатель является резистивным, емкостным или индуктивным. Другой момент заключается в том, что связанные автоматические выключатели не предоставляют (или, по крайней мере, я не могу найти) достаточно информации, чтобы определить, является ли индуктивная нагрузка слишком индуктивной для них.

Чтобы быть в безопасности, просто приобретите автоматические выключатели, которые могут сломать индуктивную нагрузку.

Rocketmagnet

Это означает вещи, которые состоят в основном из электродвигателя или имеют трансформатор.

Вещи, которые в порядке:

огни
Ноутбук / ПК
Чайник (но убедитесь, что это не индукционный нагреватель)

Вещи, которые не в порядке:

Стиральная машина
Пылесос
110 В — 240 В трансформатор
Холодильник

unforgettableid

Kortuk

Кевин Вермеер

Sharptooth

Supercat

Если кто-то пытается использовать переключатель для прерывания тока через индуктивную нагрузку, электроны будут делать все, что им нужно, чтобы продержаться некоторое время. Если им придется прыгать через воздух между контактами переключателя, это то, что они будут делать. Если электронам придется усердно работать, чтобы продолжать течь, они довольно быстро замедлятся, но не останавливаются мгновенно.

Если у человека есть цепь с двумя тысячами ватт лампочек и небольшим вентилятором с индуктивным двигателем 5 Вт, ток, протекающий через вентилятор, не захочет мгновенно останавливаться, но лампочки обеспечат довольно приличный путь для него. Небольшой ток может попытаться перепрыгнуть через переключатель, но этого недостаточно, чтобы нанести какой-либо ущерб.

Читать еще: Выключатель с блоком ручного привода

С другой стороны, предположим, что один подключается к устройству, которое действует как чистый индуктор 10 мГн параллельно с лампочкой на одну ватту. Индуктор потребляет десятки ампер, а лампочка — 10 мА. Если выключатель попытается отключиться в момент, когда индуктор потреблял 40 ампер, то 40 ампер должны были бы продолжать течь, по крайней мере, на некоторое время. Одна ваттная лампочка не пропустит 40 ампер; Переключатель должен быть намного более легким путем.

Большая проблема с выключателем не состоит в том, чтобы использовать его для прерывания нагрузок, которые в основном индуктивны. Если нагрузка примерно наполовину индуктивна и наполовину резистивна, то напряжение, требуемое для тока, протекающего через индуктор, вместо того, чтобы протекать через резистор, будет примерно равно величине, которая требовалась для проталкивания той же величины тока, когда цепь было включено, т.е. напряжение питания.

Отметим, между прочим, что прерыватель сможет прерывать комбинацию индуктивной нагрузки 5А и резистивной нагрузки 15А гораздо легче, чем он может прерывать индуктивную нагрузку 5А без резистивной нагрузки. Если автоматический выключатель размыкается только в случае перегрузки, автоматический выключатель на 15 А может достаточно безопасно защищать индуктивную нагрузку на 5 А, если можно быть уверенным, что любые другие нагрузки будут резистивными. Если есть причина отключения выключателя, это означало бы, что резистивная нагрузка была достаточной для поглощения энергии; если резистивной нагрузки недостаточно, выключатель не должен отключиться. Я не хотел бы полагаться на то, что все работает так гладко (например, кто-то может использовать какой-то другой выключатель для отключения большой резистивной нагрузки, как раз когда выключатель срабатывает), но они в основном должны быть в порядке.

Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для проверки выбранного электрооборудования, коммутационных аппаратов, выбора уставок релейной защиты.

Для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ необходимо рассчитать:

1) начальное значение периодической составляющей тока КЗ;

2) апериодическую составляющую тока КЗ;

3) ударный ток КЗ.

При расчетах токов КЗ необходимо учитывать:

1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

2) активные сопротивления элементов КЗ цепи;

3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

4) активное сопротивление электрической дуги в месте КЗ (при учете сопротивления дуги получается минимальное значение тока КЗ).

Расчёт токов короткого замыкания в сетях переменного тока напряжением до 1 кВ выполняется в именованных единицах, при этом учитываются как активные, так и индуктивные сопротивления. При расчётах используются параметры предварительно выбранных автоматических выключателей.

Расчёт начинается с составления расчетной схемыс нанесением на ней точек КЗ. Расчётная схема представлена на рисунке 8.

Затем составляется схема замещения, на которой указываются активные и реактивные сопротивления в мОм, приведенные к ступени напряжения сети точки КЗ. Схема замещения прямой последовательности представлена на рисунке 9, нулевой – на рисунке 10.

Расчет параметров схемы замещения.

Эквивалентное индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени НН, мОм,

, (2.96)