Расчет двигателя, часть 1: двигатели и проводники ответвленных цепей
Моторные расчеты долгое время были источником путаницы и ошибок для многих людей. Понимание того, что отличает эти расчеты, должно помочь вам каждый раз правильно выполнять двигательные расчеты.
Благодарим вас за посещение одной из наших самых популярных классических статей. Если вы хотите ознакомиться с обновленной информацией по этой теме, ознакомьтесь с этой недавно опубликованной статьей. Расчет двигателя — часть 1.
Основано на Национальном электротехническом кодексе 2002 года.
Лучший способ обеспечить защиту от перегрузки по току для большинства цепей — использовать автоматический выключатель, сочетающий защиту от перегрузки по току с защитой от короткого замыкания и замыкания на землю. Однако это обычно не лучший выбор для двигателей. За редким исключением, лучшим способом обеспечения защиты от перегрузки по току в этих случаях является отделение устройств защиты от перегрузки от устройств защиты от короткого замыкания и замыкания на землю (Рис 1).
Устройства защиты двигателя от перегрузки, такие как нагреватели, защищают двигатель, аппаратуру управления двигателем и проводники ответвленной цепи от перегрузки двигателя и, как следствие, чрезмерного нагрева (430.31). Они не обеспечивают защиту от коротких замыканий или токов замыкания на землю. Это работа ответвительных и фидерных выключателей, которые не обеспечивают защиту двигателя от перегрузки. Такое расположение делает расчеты двигателя отличными от расчетов, используемых для других типов нагрузок. Рассмотрим, как применить ст. 430, начиная с двигателя.
Защита от перегрузки
Устройства защиты двигателя от перегрузки часто встроены в пускатель двигателя. Но вы можете использовать отдельное перегрузочное устройство, такое как двухэлементный предохранитель, который обычно располагается возле пускателя двигателя, а не выключателя питания.
Если вы используете предохранители, вы должны предусмотреть по одному на каждый незаземленный проводник (430.36 и 430.55). Таким образом, для трехфазного двигателя требуется три предохранителя. Имейте в виду, что эти устройства находятся на стороне нагрузки ответвленной цепи и не обеспечивают защиту от короткого замыкания или замыкания на землю.
Двигатели мощностью более 1 л.с. без встроенной тепловой защиты и двигатели мощностью 1 л.с. или менее с автоматическим запуском [430.32(C)] должны иметь устройство защиты от перегрузки, размер которого соответствует номинальному току двигателя [430.6(A)]. Размеры перегрузочных устройств должны быть не больше требований 430.32. Двигатели с паспортным коэффициентом эксплуатации (SF) 1.15 или более должны иметь устройство защиты от перегрузки, мощность которого не превышает 125 % номинального тока двигателя, указанного на паспортной табличке.
Теперь давайте обратимся к Рис 2 и выполнить примерный расчет.
Пример №1: Предположим, вы используете двухэлементный предохранитель для защиты от перегрузки. Предохранитель какого размера вам нужен для однофазного двигателя мощностью 5 л.с., 230 В с эксплуатационным коэффициентом 1.16, если номинальный ток двигателя указан на паспортной табличке 28 А?
(а) 25А
(с) 35А
(б) 30А
(г) 40А
Защита от перегрузки должна быть рассчитана в соответствии с номинальным током двигателя, указанным на паспортной табличке [430.6(A), 430.32(A)(1) и 430.55].
Вы также должны учитывать еще один фактор: повышение температуры паспортной таблички. Для двигателей с номинальным превышением температуры, указанным на паспортной табличке, не более 40°C, размер устройства защиты от перегрузки должен составлять не более 125 % номинального тока двигателя, указанного на паспортной табличке. Таким образом, 28А×1.25=35А [240.6(А)]
Давайте посмотрим на рис. 3 и решим еще одну примерную задачу.
Пример №2: Опять же, предположим, что вы используете двухэлементный предохранитель для защиты от перегрузки. Предохранитель какого размера вам нужен для трехфазного двигателя мощностью 50 л.с., 460 В, у которого превышение температуры составляет 3 °C, а номинальный ток, указанный на паспортной табличке двигателя, составляет 39 А (FLA)?
(а) 40А
(с) 60А
(б) 50А
(г) 70А
Размер защиты от перегрузки соответствует номинальному току двигателя, указанному на паспортной табличке, а не номинальному току полной нагрузки двигателя (FLC). Таким образом, 60А×1.25=75А. Защита от перегрузки не должна превышать 75 А, поэтому необходимо использовать двухэлементный предохранитель на 70 А [240.6(A) и 430.32(A)(1)].
Двигатели, у которых номинальный коэффициент эксплуатации не превышает 1.15 или номинальная температура превышения не превышает 40 °C, должны иметь устройство защиты от перегрузки, рассчитанное не более чем на 115 % номинала тока, указанного на паспортной табличке двигателя (430.37).
Калибровка ответвленных проводников
Токопроводы ответвления, которые обслуживают один двигатель, должны иметь допустимую нагрузку не менее 125 % FLC двигателя, как указано в таблицах с 430.147 по 430.150 [430.6(A)]. Вы должны выбрать размер проводника из Таблицы 310.16 в соответствии с номинальной температурой клемм (60°C или 75°C) оборудования [110.14(C)]. Давайте укрепим эту концепцию, проработав пример расчета. Ссылаться на Рис 4.
Пример №3: Какой размер проводника THHN вам нужен для однофазного двигателя мощностью 2 л.с., 230 В?
(а) 14 AWG
(в) 10AWG
(б) 12AWG
(г) 8 AWG
Пройдемся по решению:
Шаг 1: Сечение проводника не менее 125% ТПТ двигателя
Шаг 2: Таблица 430.148 показывает FLC 2 л.с., 230 В, однофазный как 12 А.
Шаг 3: 12 А × 1.25 = 15 А
Шаг 4: В соответствии с таблицей 310.16 необходимо использовать 14 AWG THHN с номинальным током 20 А при 60°C.
Минимальный размер проводника, разрешенный NEC для проводки в здании, составляет 14 AWG [310.5]. Однако местные нормы и правила и многие промышленные объекты требуют, чтобы провод 12 AWG использовался в качестве наименьшего провода ответвления. Так что в этом примере вам может понадобиться использовать 12 AWG вместо 14 AWG.
Защита ответвления от коротких замыканий и замыканий на землю
Устройства защиты ответвления от короткого замыкания и замыкания на землю защищают двигатель, аппаратуру управления двигателем и проводники от коротких замыканий или замыканий на землю. Не защищают от перегрузки (430.51) (Рис 5).
Устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю, необходимое для цепей двигателя, не относится к типу, требуемому для персонала (210.8), фидеров (215.9 и 240.13), служб (230.95) или временной проводки для розеток (527.6).
В соответствии с 430.52(C) вы должны выбрать защиту от короткого замыкания и замыкания на землю для ответвленной цепи двигателя, за исключением тех, которые обслуживают моментные двигатели, чтобы они не превышали проценты, указанные в таблице 430.52.
Если значение устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю, указанное в таблице 430.52, не соответствует стандартному номиналу или настройке устройств защиты от перегрузки по току, как указано в 240.6(A), используйте следующий более высокий размер устройства защиты [430.52(A). С)(1) Пр. 1].
Вас остановило это заявление? Это кажется вам неверным? Это распространенный ответ, но помните, двигатели отличаются от других компонентов системы. Устройства защиты двигателя от перегрузки, такие как нагреватели и предохранители, защищают двигатель и другие элементы от перегрузки. Защита от короткого замыкания и замыкания на землю не должна выполнять эту функцию. Таким образом, превышение размеров не повлияет на защиту. Недостаточный размер предотвратит запуск двигателя.
Используйте следующий двухэтапный процесс, чтобы определить, какой процент из Таблицы 430.52 следует использовать для выбора устройства защиты от короткого замыкания на землю ответвленной цепи двигателя.
Шаг 1: Найдите тип двигателя в таблице 430.52.
Шаг 2: Выберите процентное значение из Таблицы 430.52 в соответствии с типом защитного устройства, например, без выдержки времени (однократное), двухэлементный предохранитель или автоматический выключатель с обратнозависимой выдержкой времени. Не забывайте при необходимости использовать следующий размер защитного устройства с более высоким размером.
Давайте посмотрим, понимаете ли вы эту концепцию, пройдя небольшой тест. Какое из следующих утверждений верно? Используйте таблицу 430.52 для поиска чисел.
Защита ответвленной цепи от короткого замыкания (предохранитель без задержки срабатывания) для однофазного двигателя мощностью 3 л.с., 115 В не должна превышать 110 А.
Защита ответвления от короткого замыкания (двухэлементный предохранитель) для однофазного двигателя мощностью 5 л.с., 230 В не должна превышать 50 А.
Защита ответвления от короткого замыкания (автоматический выключатель) для трехфазного синхронного двигателя мощностью 25 л.с., 460 В, не должна превышать 3 А.
Давайте рассмотрим каждый вопрос в отдельности. Мы будем ссылаться на 430.53(C)(1) Ex. 1 и табл. 430.52.
Согласно таблице 430.148, 34 А × 3.00 = 102 А. Следующий размер — 110А. Так что это правда.
Согласно таблице 430.148, 28A×1.75=49A. Следующий размер — 50А. Итак, это тоже верно.
Согласно таблице 430.150, 26A×2.50=65A. Следующий размер — 70А. Это также верно.
Помните о следующих важных принципах:
Размер проводников должен составлять 125 % от FLC двигателя [430.22(A)].
В зависимости от условий [115(A)(125)] перегрузки должны составлять не более 430.32–1 % номинального тока двигателя, указанного на паспортной табличке.
Вы должны выбрать устройство защиты от короткого замыкания на землю от 150 % до 300 % FLC двигателя [Таблица 430.52].
Если вы соберете все три из них вместе, вы увидите, что токовая нагрузка проводника ответвления (125%) и устройство защиты от короткого замыкания на землю (от 150% до 300%) не связаны.
Этот последний пример должен помочь вам увидеть, обращали ли вы внимание.
Пример №4: Верны ли какие-либо из следующих утверждений для двигателя мощностью 1 л.с., 120 В, номинальный ток которого составляет 14 А? Ссылаться на Рис 6.
(a) Провода ответвления могут быть 14 AWG THHN.
(b) Защита от перегрузки от 16.1A.
(c) Для защиты от короткого замыкания и замыкания на землю разрешается использовать автоматический выключатель на 40 А.
г) Все это верно.
Пройдясь по каждому из них, вы увидите:
(a) Размер проводников соответствует 430.22(A): 16A×1.25=20A; Таблица 310.16 требует 14 AWG при 60°C.
(b) В соответствии с 430.32(A)(1) защита от перегрузки имеет следующие размеры: 14 A (заводская табличка) × 1.15 = 16.1 A.
(c) Защита от короткого замыкания и замыкания на землю определяется автоматическим выключателем 430.52(C)(1): 16A×2.50=40A.
Следовательно, все три утверждения верны.
Устройство защиты от перегрузки на 16 А защищает проводники 14 AWG от перегрузки по току, а устройство защиты от короткого замыкания на 40 А защищает их от короткого замыкания. Этот пример иллюстрирует тот иногда сбивающий с толку факт, что при расчете двигателя вы фактически рассчитываете защиту от перегрузки по току и от короткого замыкания отдельно.
Моторные расчеты долгое время были источником путаницы и ошибок для многих людей. Понимание того, что отличает эти расчеты, должно помочь вам каждый раз правильно выполнять расчеты двигателя.
