KWALIFIKACJA ELE5 - CZERWIEC 2020

PYTANIE NR 13.
Którym z wymienionych wyłączników nadprądowych należy zabezpieczyć obwód zasilania trójfazowego silnika klatkowego o parametrach znamionowych: PN = 11 kW, UN = 400 V, cos φ = 0,73, η = 80%?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Prąd znamionowy silnika wyznacza się z zależności trójfazowej: I = P/(√3·U·cosφ·η). Dla 11 kW, 400 V, cosφ = 0,73 i η = 0,8 otrzymuje się ok. 27 A. Zabezpieczenie dobiera się na najbliższą wyższą wartość, więc właściwy jest wyłącznik 32 A; 25 A może zadziałać przy obciążeniu/rozruchu, a 40 A jest za duży.

Pełne wyjaśnienie:

W silniku trójfazowym moc użyteczna na wale (tu: 11 kW) nie jest równa mocy pobieranej z sieci. Ponieważ występują straty, trzeba uwzględnić sprawność η. Dodatkowo silnik jest odbiornikiem indukcyjnym, więc istotny jest współczynnik mocy cos φ.

Do obliczenia prądu znamionowego przyjmuje się zależność dla mocy czynnej w układzie trójfazowym:

P = √3 · U · I · cosφ · η, stąd:
I = P / (√3 · U · cosφ · η)

Podstawienie danych:

  • √3 · U ≈ 1,732 · 400 V ≈ 692,8
  • 692,8 · cosφ ≈ 692,8 · 0,73 ≈ 505,7
  • 505,7 · η ≈ 505,7 · 0,8 ≈ 404,6
  • I ≈ 11000 / 404,6 ≈ 27,2 A

Zatem prąd obciążenia jest w przybliżeniu 27 A. Dobierając wyłącznik nadprądowy, przyjmuje się prąd znamionowy aparatu nie mniejszy od prądu obciążenia, a w praktyce wybiera się najbliższą wyższą wartość z szeregu typowego. Dlatego właściwy jest wyłącznik 32 A.

Dlaczego pozostałe propozycje są nieprawidłowe?

  • 20 A i 25 A są mniejsze od obliczonego prądu obciążenia, więc mogą powodować wyłączanie obwodu podczas pracy przy obciążeniu znamionowym, a tym bardziej w stanach przejściowych.
  • 40 A jest większy niż potrzeba do prądu obciążenia; takie przewymiarowanie pogarsza dopasowanie ochrony przewodów (zbyt duża wartość prądu znamionowego zabezpieczenia w stosunku do prądu obciążenia).

Dodatkowo dla silników klatkowych często stosuje się charakterystykę C, ponieważ lepiej toleruje krótkotrwałe prądy rozruchowe niż charakterystyka B. Sam dobór wyłącznie "po prądzie" jest jednak uproszczeniem — w praktyce sprawdza się też m.in. warunki zwarciowe, sposób prowadzenia przewodów i wymagania producenta silnika.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Stosuje się zależność mocy czynnej: I = P/(√3·U·cosφ·η). Trzeba pamiętać, że P to moc czynna (zwykle moc na wale wymaga uwzględnienia sprawności), cosφ to współczynnik mocy, a η to sprawność w postaci ułamka (np. 0,8).
W układzie trójfazowym moc czynna zależy od napięcia międzyfazowego i prądu liniowego. Wzór P = √3·U·I·cosφ wynika z geometrii wektorów napięć/prądów w układzie symetrycznym i przeliczenia mocy z trzech identycznych faz.
cosφ to współczynnik mocy, informuje jaka część mocy pozornej zamienia się na moc czynną. Dla silników indukcyjnych cosφ jest zwykle mniejszy od 1, bo silnik pobiera też moc bierną potrzebną do wytworzenia pola magnetycznego.
η określa stosunek mocy użytecznej do pobranej. Jeśli η = 80%, to do wzoru podstawiasz 0,8, nie 80. Pominięcie sprawności zaniża prąd obliczeniowy, bo w rzeczywistości silnik musi pobrać więcej mocy niż oddaje na wale.
W dobieraniu "z szeregu" przyjmuje się wartość nie mniejszą od obliczonej, czyli wybiera się najbliższy wyższy prąd znamionowy aparatu (np. 32 A). Niższa wartość (np. 25 A) grozi zadziałaniem zabezpieczenia przy obciążeniu znamionowym.
Silnik przy rozruchu pobiera krótkotrwale większy prąd niż podczas pracy ustalonej. Charakterystyka C ma wyższy próg zadziałania członu zwarciowego niż B, więc jest mniej podatna na niepożądane wyłączenia przy rozruchu, zachowując ochronę przeciążeniową.
Nie zawsze. Zbyt duży prąd znamionowy zabezpieczenia może pogorszyć ochronę przewodów zasilających (zabezpieczenie później zareaguje na przeciążenie). W praktyce dobór musi uwzględniać prąd obciążenia, przewody, sposób ułożenia, warunki zwarciowe i wymagania urządzenia.
Typowe pomyłki to: brak √3 (użycie wzoru jednofazowego), pominięcie cosφ lub η, błędne potraktowanie 80% jako 80, oraz wybór zaniżonego wyłącznika (np. 25 A) "bo jest najbliżej". Często myli się też moc pobieraną z mocą na wale.
Gdy trzeba potwierdzić ochronę przewodów i skuteczność ochrony przy zwarciu: liczy się m.in. impedancja pętli zwarcia, spodziewany prąd zwarciowy, selektywność z innymi zabezpieczeniami, sposób ułożenia przewodów oraz warunki środowiskowe. Sam prąd obciążenia to tylko punkt wyjścia.
Ćwicz schemat: (1) policz I z P, U, cosφ, η, (2) dobierz najbliższą wyższą wartość z typoszeregu, (3) uzasadnij dobór charakterystyki (np. C dla rozruchu), (4) sprawdź, czy wynik nie jest sprzeczny "na zdrowy rozsądek".
info

Około 56% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. średnie

Według specjalistów z branży: "Prąd znamionowy silnika wyznacza się z zależności trójfazowej: I = P/(√3·U·cosφ·η)."

Materiały:

  • Materiały dydaktyczne z elektrotechniki: obwody trójfazowe i moc czynna
  • Instrukcje producentów aparatury modułowej: charakterystyki B/C/D i zastosowania
  • Podręczniki z napędów elektrycznych: rozruch i prądy rozruchowe silników klatkowych

Aktualizacja pytania: 03.04.2026



Aktualizacja pytania: 03.04.2026
📡 Brak połączenia internetowego