Принцип селективности автоматических выключателей: что это, принцип организации, виды

таблица и расчет селективности, какое токоограничение

Для упрощения и безопасной жизни человека было придумано множество устройств. К таким элементам относят предохранители. В этой статье рассказывается о том, что такое селективные автоматические выключатели и как они работают.

Определение селективности автоматических выключателей

Определение «селективность» подразумевает защитный механизм и отлаженное функционирование некоторых устройств, состоящих из отдельных частей, последовательно соединенных друг с другом. Зачастую такими приборами служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО и т. д. Результатом их работы является предупреждение сгорания электромеханизмов в случае возникновения угроз.

Как выглядит прибор

Обратите внимание! Преимуществом данной системы является ее свойство отключать лишь необходимые участки, при этом вся остальная система остается в рабочем состоянии. Единственное условие — согласованность защитных устройств между собой.

Схема зонной защиты

Для чего нужна селективность

Во время перегрузки или короткого замыкания на линии электросети автоматический предохранитель должен среагировать. В то же время необходимо, чтобы минимальная часть потребителей была отключена, а другие продолжали функционировать. Если селективность установлена грамотно, должен функционировать только аварийный предохранитель линии, а групповой предохранитель должен оставаться работающим.

Селективность автоматов

Следовательно, селективность автоматических предохранителей — это выбор устройств в системе, в которых в случае аварии в любой ее части отключение выполнялось элементом, отвечающим только за эту часть. Проще говоря, селективность — это координация функционирования приборов защиты, подключенных последовательно, так что в случае скачков напряжения или короткого замыкания отключается только та часть установки, в которой происходит неисправность.

Принцип работы и функции

Главные функции селективности заключаются в:

• обеспечении безопасной работы приборов в помещении;
• мгновенном определении и обесточивании зоны питания, в которой произошла поломка, без других выключений приборов, не прекращающих подачу электрической энергии в местах стабильной работы техники;
• снижении последствий после поломки приборов или техники;
• уменьшении напряжения на составные приборы и предупреждении поломок в неисправной части;
• обеспечении максимально возможной безостановочной подачи энергии;
• обеспечении беспрерывного рабочего процесса;
• обеспечении поддержки в том случае, если сама защита, отвечающая за размыкание, придет в неисправность;
• поддержке оптимального функционирования установки;
• обеспечении практичности в использовании и экономической доступности.

Определение избирательности

Виды селективной защиты разделяют на:

• полную. Два устройства соединены последовательным соединением. При воздействии сверхтоков активируется только одна защита, которая находится ближе к зоне повреждения;
• частичную. Похожа на полное, но защита действует только до определенного показателя перегрузки по току;
• временную. Схема включает в себя несколько машин с одинаковыми токовыми параметрами, но с разным временем воздействия. В результате от ближайшего к поломке до самого удаленного выключателя устройства страхуют друг друга (например, ближайший будет работать через 0,02 сек., следующий через 0,5 сек., а последний — через 1 сек., если остальные 2 не работают).

Конструкция предохранителя

Принцип действия текущей селективности защиты подобен времени, но только воздействие происходит по величине тока. Например, автоматические выключатели установлены на входе 25 А, затем 16 А, а затем 10 А. В то же время они могут иметь одинаковое время отключения. В дополнение к реакции защитных механизмов на ток также определяется время этой реакции.

Предохранители в щитке

При обнаружении некорректной работы в установке можно точно определить неисправную зону и отключить подачу электроэнергии только в нее. Все процессы предотвращения повреждений происходят в литом корпусе выключателя. Отключение происходит за такое короткое время, что отметка максимального значения тока не достигает своего результата.

К сведению! Избирательность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденная часть цепи. По этому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах.

Какое токоограничение в селективности

Модульные автоматические выключатели имеют такой параметр, как класс ограничения тока, который фактически отражает скорость электромагнитного расцепителя. Казалось бы, чем быстрее, тем лучше, но для селективности имеет смысл поставить групповую машину с более медленным откликом, чтобы во время короткого замыкания на какой-либо исходящей линии она не работала вместе с автоматом этой линии.

Зона перегрузки

Хотя нет никакой гарантии, что автомат с более низким классом ограничения тока будет работать медленнее, чем автомат с более высоким. Вряд ли все производители придерживаются единых стандартов по этому параметру. Но если на выходной линии можно поставить автомат с более высоким классом ограничения тока, то это стоит сделать.

Разновидность селективности

Селективность защиты подразделяется на абсолютную или относительную в зависимости от того, какие участки отключаются. Для первого случая надежней всего срабатывают предохранители на поврежденном участке цепи. Во втором отключаются выше расположенные автоматы, если защита ниже не отработала по разным причинам.

Полная и частичная защита

При такой защищённости цепи подразумевается последовательное подключение аппаратов. В случае возникновения сверхтока сработает тот автомат, который ближе всего к месту повреждения.

Разновидности УЗО

Важно! Частичная избирательная защита отличается от полной селективности тем, что срабатывает лишь до установленного значения сверхтока.

Токовый тип селективности

Выстраивая в убывающем порядке величины токов от источника к нагрузке, обеспечивают работу токовой избирательности. Главной мерой здесь является предельное значение токовой метки. Например, начиная от источника питания или ввода, автоматические выключатели устанавливают в последовательности: 25 А, 16 А, 10 А. Все автоматы могут иметь одинаковое время на срабатывание.

Обратите внимание! Между автоматами должно быть высокое сопротивление цепи, тогда они будут иметь эффективную избирательность. Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки.

Временной и времятоковый вариант

Что значит селективная защита по времени? Особенностью такого построения схемы релейной защиты является привязка ко времени срабатывания каждого защитного элемента.

Принцип работы выключателей

Автоматические выключатели обладают одинаковыми токовыми параметрами, но имеют разную выдержку времени при срабатывании. Время срабатывания увеличивается по мере удаления от нагрузки. К примеру, самый ближний рассчитан на срабатывание после 0,2 сек. В случае его отказа через 0,5 сек. должен сработать второй. Работа третьего автоматического выключателя рассчитана через 1 сек. в случае несрабатывания первых двух.

К сведению! Очень сложной считается времятоковая избирательность. Чтобы её организовать, необходимо выбирать приборы групп A, B, C, D. У группы А наивысшая защита (применяется в электроцепях). Каждая из этих групп имеет индивидуальную реакцию на величину электрического тока и временную задержку.

Зонная схема защиты

Зонный способ сложный и недешевый, поэтому применяют его в основном в промышленности. Как только пороговые показатели тока достигают максимума, в центр контроля поступают данные, и выбранный автомат срабатывает. Электрическая сеть с таким видом избирательности включает специальные электронные расцепители.

Автоматический выключатель 5SL

Когда обнаруживается нарушение, от выключателя, расположенного ниже, поступает сигнал к устройству, находящемуся выше. Первый автомат должен отреагировать в течение секунды. Если он не среагировал, срабатывает второй.

Сравнивая этот вид селективности с временной избирательностью, можно увидеть, что время срабатывания в этом случае намного ниже, иногда составляет сотни миллисекунд.

Обратите внимание! При зонной схеме защиты снижается как процент интервенции в систему, так и процент ее повреждения. Уменьшаются тепловые и динамические влияния на части установки, возрастает число уровней селективности.

Как правильно рассчитать селективность

Чаще всего защитными устройствами выступают обыкновенные автоматические выключатели. Их селективность обеспечивается с помощью верного выбора и настроек параметров. Принцип работы таких выключателей обусловлен соблюдением следующих условий:

• Iс.о.послед ≥ Kн.о. I к.пред., где: Iс.о.послед — ток, при котором вступает в действие защита; I к.пред. — ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты;
• Kн.о. — коэффициент надёжности, зависящий от параметров.

Определить селективность при управлении аппаратами по времени можно при помощи следующей формулы: tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t, где: tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов в зависимости от близости к источнику питания; ∆t — временная ступень селективности.

Таблица селективности

Ниже представлена таблица селективности для автоматических выключателей. Расчет селективности автоматических выключателей можно осуществить с помощью онлайн-калькулятора. Вручную просчитывать лучше только опытному электрику, который и будет подключать предохранители.

Таблица селективности

Безопасная проводка не может работать без избирательности автоматов. Благодаря этой статье можно грамотно подобрать устройства для создания защиты. Для безопасного подключения рекомендуется обращаться к мастерам.

Селективность между модульными автоматическими выключателями

Что общего у крупного центра обработки данных и небольшой серверной, у морской нефтяной платформы и энергодиспетчерского пункта на железной дороге, у городской поликлиники и банка? Все эти объекты относятся к потребителям I и особой категории электроснабжения и поэтому должны отвечать самым высоким требованиям к уровню электрической стабильности.
Достичь бесперебойной и качественной работы энергоустановок информационных систем, сервисов безопасности и контроля доступа и пр. можно только при условии реализации полной селективности на всех уровнях распределения. Данное утверждение в особенности касается модульных автоматических выключателей в низковольтных распределительных щитах.

Глоссарий специалиста

Селективность — согласование работы установленных последовательно защитных аппаратов, таким образом, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания (к.з.) отключалась только та часть установки, где возникла неисправность.

Полная селективность — обеспечивается в случае, когда при последовательном соединении двух автоматических выключателей оборудование со стороны нагрузки (потребителя) осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания.

Частичная селективность — отличается от полной тем, что оборудование со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания лишь до определённого уровня сверхтока Is (предельный ток селективности).

Зона перегрузки — диапазон значений тока, в котором за срабатывание отвечает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина). Представляет собой обратнозависимую характеристику.

Зона короткого замыкания — диапазон значений тока, в котором за срабатывание отвечает электромагнитный расцепитель. Обеспечивает практически мгновенное срабатывание.

Рис. 1. Зона перегрузки и зона короткого замыкания

Полная селективность между модульными автоматическими выключателями

Как правило, специалисты решают задачу согласования рабочих характеристик модульных автоматических выключателей со стороны питания и нагрузки, используя токовый метод. Он основан на выборе аппаратов защиты с разными уставками по току, причём более высокие значения должно иметь оборудование на стороне питания. Для подбора автоматических выключателей используются таблицы селективности и специальное программное обеспечение. Но даже такая тщательная проработка схемы позволяет добиться лишь частичной координации рабочих характеристик модульных автоматических выключателей. Полная селективность обеспечивается только в распределительных боксах, где расчётные токи к.з. небольшие, что на самом деле редкость. Как правило, даже в квартирных щитах достигается лишь частичная селективность. Рассмотрим такой пример – в электрическом шкафу установлены автоматические выключатели с характеристикой С. Номинальный ток вводного аппарата — 32А, устройства на отходящей линии – 16А. Нижняя граница зоны срабатывания вводного автомата  5In=5·32=160А. Она же является и верхней границей срабатывания для нижестоящего автомата. ¹Очевидно, что в данном случае полная селективность не обеспечивается.

Часто задача согласованной работы автоматических выключателей со стороны нагрузки и питания во всём диапазоне сверхтоков остаётся нерешённой, что приводит к авариям. «Не так давно в одном крупном банке из-за чайника, случайно включённого в розетку «чистых» сетей ¹, и отсутствия полной селективности в распределительных шкафах были обесточены все компьютеры на этаже, что привело к потере полугодового отчёта», — рассказывает Алексей Азаров, начальник отдела электрических сетей и систем компании «ЭкоПрог».

До недавнего времени полную селективность можно было реализовать, установив в качестве вводного устройства в распределительном щите вместо модульного автоматического выключателя аппарат в литом корпусе. Для указанного оборудования возможны такие способы координации рабочих характеристик, как временной, энергетический и зонный². Но данное решение не всегда целесообразно, так как оно приводит к таким последствиям, как:

• удорожание проекта;
• увеличение занимаемых распределительными шкафами площадей – аппараты в литом корпусе и воздушные автоматические выключатели по своим габаритам значительно превосходят модульное оборудование;
• сложности в установке и эксплуатации (аппараты в литом корпусе оснащаются электронными расцепителями, которые нуждаются в настройке).

«Заменить модульные автоматические выключатели на аппараты защиты другого типа для инженера означает пожертвовать компактностью и единообразием технических решений, а это не всегда возможно, — утверждает Павел Томашёв, инженер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. — Специально для того, чтобы решить проблему обеспечения полной координации между модульными аппаратами защиты, наша компания разработала новый селективный автоматический выключатель серии S750DR. Данное устройство – новинка для нашей страны. Оно представляет решение для достижения согласованности рабочих характеристик, при котором невозможно одновременное отключение вышестоящего и нижестоящего аппаратов. В данном модульном автоматическом выключателе реализован дополнительный токовый путь, благодаря которому обеспечивается задержка срабатывания по времени. Линейка автоматических выключателей S750DR включает в себя аппараты от 0,5 до 63А».

Селективный модульный автоматический выключатель обеспечивает координацию рабочих характеристик аппаратов защиты независимо от напряжения сети. Такой аппарат защиты не требует дополнительного питания для замыкания/размыкания контактов и для выполнения защитной функции, поскольку устройство является электромеханическим.

Принцип действия селективного модульного автоматического выключателя

Рис. 2. Схема внутреннего устройства селективного автоматического выключателя

Рассмотрим схему внутреннего устройства селективного модульного автоматического выключателя, представленную на рис. 1. На иллюстрации видны два токовых пути. Один из них — основной, состоит из тех же элементов, что и в обычном автоматическом выключателе: электромагнитной катушки (мгновенный расцепитель), биметаллической пластины (расцепитель перегрузки) и блока основных контактов. Второй — токовый путь, реализованный в аппаратах S750DR, получил название дополнительного. Он состоит из изолирующих контактов, селективного биметалла и резистора.

Ознакомимся с принципом действия селективного модульного автоматического выключателя на практике. В системе, где в качестве вводного устройства используется селективный модульный автоматический выключатель, а в качестве нижестоящего аппарата – обычный автомат, короткое замыкание может произойти в линии нагрузки или между вводным и отходящим устройствами.

1. Короткое замыкание в линии нагрузки

В момент аварии сработают расцепители аппарата со стороны нагрузки и основного токового пути автоматического выключателя со стороны питания. Однако при этом ток продолжит протекать по дополнительному контуру вводного устройства. Так как аппарат со стороны нагрузки сработал (например, время срабатывания автомата S200 от АББ около 5-8 мс) и отключил повреждённый участок цепи, пружина снова замкнёт блок контактов в основном пути селективного автоматического выключателя. Таким образом, обеспечивается непрерывное протекание тока и бесперебойность питания нагрузок.

2. Короткое замыкание между вводным и отходящим аппаратами защиты

В момент аварии так же, как и в предыдущем варианте, размыкаются контакты селективного аппарата. Далее, поскольку авария не устранена, селективный биметалл с небольшой задержкой по времени размыкает контакты в дополнительном токовом пути и блокирует пружину. Разомкнутыми остаются и основной, и вторичный контур, что и обеспечивает защиту от к.з.

Токоограничивающая селективность

В селективных автоматических выключателях реализована токоограничивающая селективность. Она обеспечивается за счёт конструктивных особенностей аппарата: резистора сопротивлением 0,5 Ом и способности устройства быстро размыкать контакты в случае появления к.з. (примерно за 1 мс), что приводит к возникновению между ними дуги, которая также представляет собой сопротивление. При этом осуществляется резервная защита автоматического выключателя со стороны нагрузки, что позволяет минимизировать воздействие аварии на всю установку и сети питания.

Благодаря токоограничивающей селективности можно выбирать нижестоящий автоматический выключатель с предельной отключающей способностью ниже, чем ожидаемый ток короткого замыкания. «В случае аварии вышестоящий селективный аппарат ограничит сверхтоки введением сопротивления дуги в цепь к.з. Устройство снизит протекающий ток и поможет нижестоящему модульному устройству отключить повреждение, – поясняет Павел Томашёв (АББ). — Таким образом, за счёт дополнительного токоограничения вышестоящего аппарата серии S750DR отключающая способность нижестоящего автоматического выключателя увеличивается».

Рис. 3. Поддержка следующих за S 750 DR
автоматических выключателей при коротком замыкании

Как показано на рис. 3, независимо от номинального тока аппарата S 750 DR при коротком замыкании значительно снижаются ток к.з. и удельная пропускаемая энергия.

Инженеры-проектировщики систем электроснабжения уже успели оценить новую разработку. По словам специалистов, серия S750DR значительно упрощает процесс разработки технической документации, так как отпадает необходимость в использовании таблиц селективности и специальных программ подбора оборудования. Удобна новая разработка и с точки зрения эксплуатации – аппарат оснащён встроенной блокировочной панелью. Она позволяет фиксировать положение рычага управления, что исключает возможность доступа посторонних лиц к управлению устройством. Блокировка не влияет на защитные свойства аппарата: расцепитель сработает и предотвратит неполадки в сети, несмотря на фиксацию рычага во включённом положении.

Проектирование селективной установки — задача сложная и трудоёмкая. Подходить к её выполнению нужно ответственно: любая ошибка чревата авариями, которые могут повлечь за собой тяжёлые последствия для персонала и оборудования. Именно поэтому селективность должна обеспечиваться на разных уровнях. Современное оборудование позволяет добиться полной координации работы электрических аппаратов.

¹ «Чистыми» сетями называют сети электроснабжения компьютеров и другой офисной техники, чувствительной к скачкам напряжения.

² Подробнее о различных технологиях обеспечения селективности в сетях электроснабжения можно прочитать по ссылке.

Что такое селективность? Расчет селективности автоматических выключателей

Под селективностью понимается отлаженный механизм работы приборов защиты электрических цепей. В результате действия предохранителей или автоматических выключателей предотвращается сгорание электропроводки и выход из строя подключенных к ней нагрузок при коротких замыканиях и превышениях номиналов на отдельных участках, когда остальная часть схемы продолжает работать.

Схема работы автоматов

Представление о том, что такое селективность, можно получить, если рассмотреть схему работы домашнего электрического щита.

При коротком замыкании на кухне или в другом помещении должен сработать только тот защитный аппарат, который относится к данной цепи. Автомат на вводе при этом не отключится и будет проводить электричество к остальным участкам. Если по каким-либо причинам выключатель для кухни не сработал, тогда неисправность проконтролирует автомат ввода, отключив питание во всех электрических цепях.

Классификация

Что такое селективность автоматов, можно представить в виде их подборок и схем подключения.

1. Полная. При последовательном подключении нескольких аппаратов на сверхтоки реагирует тот, который расположен ближе к аварийной зоне.
2. Частичная. Защита аналогична полной, но действует только до определенной величины сверхтока.
3. Временная. Когда у последовательно подключенных аппаратов с одинаковыми токовыми характеристиками устанавливается разная временная выдержка на срабатывание с ее последовательным увеличением от участка с неисправностью до источника питания. Временная селективность автоматов используется с целью подстраховки друг друга по скорости отключения. Например: первый срабатывает через 0,1 сек, второй — через 0,5 сек, третий — через 1 сек.
4. Токовая. Селективность аналогична временной, только параметром является максимально-токовая отсечка. Аппараты выбирают в сторону уменьшения уставки от источника питания до объектов загрузки (например, 25 А на вводе и далее, 16 А к розеткам и 10 А — к освещению).
5. Времятоковая. В автоматах предусмотрена реакция на ток, а также — время. Автоматы делятся на группы A, B, C, D. На них организовать временную селективность при КЗ (коротком замыкании) сложно, поскольку характеристики аппаратов налагаются друг на друга. Максимальный защитный эффект достигается в группе A, которая применяется преимущественно для электронных цепей. Наиболее распространены устройства типа С, но бездумно и где попало устанавливать их не рекомендуется. Группа D применяется для систем электропривода с большими пусковыми токами.
6. Зонная. За работой электросети следят измерительные устройства. При достижении порога уставки (заданного предельного значения) данные передаются в центр контроля, где выбирается автомат для отключения. Способ используется в промышленности, поскольку является сложным, дорогостоящим и требующим отдельных источников питания. Здесь применяются электронные расцепители: при обнаружении неисправности нижерасположенный автомат подает сигнал вышерасположенному и тот начинает отсчитывать интервал времени, составляющий около 50 мсек. Если расположенный ниже выключатель за это время не сработает, включается тот, который расположен выше по цепи.
7. Энергетическая. Автоматы имеют высокое быстродействие, за счет чего ток КЗ не успевает достичь максимума.

Виды селективности

Селективность защиты подразделяется на абсолютную или относительную, в зависимости от того, какие участки отключаются. Для первого случая надежней всего срабатывают предохранители на поврежденном участке цепи. Во втором отключаются выше расположенные автоматы, если защита ниже не отработала по разным причинам.

Таблицы селективности

Селективная защита работает в основном при превышении номинала I_n автоматического выключателя, т. е. при небольших перегрузках. При коротких замыканиях добиться ее значительно сложней. Для этого производители продают изделия с таблицами селективности, с помощью которых можно создавать связки с избирательностью срабатывания. Здесь можно выбирать группы аппаратов только одного изготовителя. Таблицы селективности представлены ниже, их можно найти также на сайтах предприятий.

Для проверки избирательности между вышестоящим и нижестоящим аппаратами находится пересечение строки и столбца, где «Т» — это полная селективность, а число — частичная (если ток КЗ меньше указанного в таблице значения).

Расчет селективности автоматов

Защитными устройствами в основном служат обычные выключатели, селективность которых необходимо обеспечивать путем правильного выбора и настроек. Их избирательное действие для защиты, установленной ближе к источнику питания, обеспечивается путем выполнения следующего условия.

• I_{с.о.послед} ≥ K_н.о.∙ I_{к.пред., где:
  — Iс.о.послед— ток, при котором срабатывает защита;
  — Iк.пред. — ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты, расположенной на большем удалении от источника питания;
  — Kн.о. — коэффициент надежности, зависящий от разброса параметров.}

Что такое селективность при регулировании автоматов по времени, видно из соотношения ниже.

• t_{с.о.послед} ≥ t_к.пред.+ ∆t, где:
  — t_{с.о.послед} и t_{к.пред.— временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов, соответственно расположенных рядом и на удалении от источника питания;
  — ∆t — временная ступень селективности, выбираемая по каталогу.}

Графическое изображение селективности

Для надежной токовой защиты электропроводки необходима карта селективности. Она представляет собой схему времятоковых характеристик аппаратов, установленных поочередно в цепи. Масштаб выбирается так, чтобы по граничным точкам было видно защитные свойства аппаратов. На практике карты селективности в проектах преимущественно не используются, что является большим недостатком и приводит к отключениям электричества у пользователей.

Соотношение номиналов должно быть как минимум 2,5 для обеспечения селективности. Но даже у них есть общие зоны срабатывания, хотя и небольшие. Только при соотношении 3,2 не наблюдается их пересечение. Но в этом случае один из номиналов может получиться завышенным и придется установить после автомата проводку большего сечения.

В большинстве случаев селективность защиты не требуется. Она нужна только там, где могут возникнуть серьезные последствия.

Если в расчете получаются завышенные значения номиналов автоматов, на вводе устанавливают рубильники или выключатели нагрузки.

Можно также применять специальные селективные автоматы.

Селективные автоматы S750DR

Компания АВВ выпускает изделия марки S750DR, где селективность выключателей обеспечивается дополнительным токовым путем, который не разъединяется после срабатывания основного контакта при коротком замыкании.

При отключении нижерасположенного аварийного участка селективным биметаллическим контактом создается задержка по времени срабатывания. При этом основной контакт селективного выключателя возвращается на место под действием пружины. Если сверхток продолжает поступать, через 20-200 мсек отключается тепловая защита в основной и дополнительной цепях. При этом селективная биметаллическая пластина блокирует механизм расцепления, и пружина уже не сможет обратно замкнуть основной контакт.

Ограничение по току автомата обеспечивается за счет селективного резистора на 0,5 Ом и большого сопротивления электрической дуги внутри аппарата.

Заключение

Что такое селективность, легко понять при рассмотрении электрических цепей с последовательным подключением автоматов. Их нетрудно подобрать, чтобы обеспечить избирательность срабатывания по перегрузкам. Сложности появляются при больших токах короткого замыкания. Для этого применяется несколько методов, а также специальные автоматы компании АВВ, создающие задержку на срабатывание во времени.

теория и практика / Статьи и обзоры / Элек.ру

Проектируя новую электрическую сеть или реконструируя уже существующую, всегда необходимо придерживаться требований, которые создают условия надежной работы. В частности, речь идет о селективности — согласовании рабочих характеристик защитных аппаратов на всех этапах распределения электроэнергии. Это делается для того, чтобы в случае короткого замыкания или перегрузки сработал только тот защитный аппарат, в цепи которого возникла неисправность. При этом остальная часть электроустановки должна не отключаться, а оставаться в работе.

Например, если произошло короткое замыкание в розетке на кухне, то должен сработать групповой автоматический выключатель (на схеме аппарат с защитной характеристикой «В» и номинальным током в 10 А). Таким образом, должна отключиться только поврежденная линия «розетки кухни», а не вводной аппарат, отключая при этом всю квартиру.

Если отключения защитного аппарата по каким-либо причинам не произошло, то возникшую неисправность в розетке контролирует вышестоящий автоматический выключатель квартирного щитка.

Основные определения:

Селективность — согласование характеристик установленных последовательно аппаратов защиты таким образом, чтобы в случае аварии отключалась только та линия питания или часть схемы, где возникла неполадка.

Полная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя отключается раньше, чем аппарат со стороны источника питания. Отключение происходит во всем диапазоне возможного тока к.з. в данной сети влоть до значения максимальной отключающей способности нижестоящего аппарата.

Частичная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя осуществляет защиту до значения Is (предельного тока селективности). При этом аппарат со стороны источника питания не должен срабатывать.

Зона перегрузки — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает тепловой расцепитель.

Зона короткого замыкания — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает электромагнитный расцепитель.

Избирательность срабатывания устройств защиты достигается за счет согласования время-токовых характеристик. Например, для обеспечения селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток защитного аппарата со стороны питания минимум на 1 ступень был выше номинального тока автоматического выключателя со стороны нагрузки.

Методы обеспечения селективности

В зоне перегрузки обычно реализуется время-токовый тип селективности. В зоне КЗ могут использоваться другие методы обеспечения селективности, о которых мы поговорим далее.

Временная селективность

Этот вид селективности обеспечивается благодаря разному времени срабатывания аппаратов защиты.

Время срабатывания ближайшего к защитному оборудованию аппарата защиты № 1 настраивается на значение 0,02 с. На следующем этапе защиты отключение неисправности в цепи обеспечивается настройкой времени срабатывания аппарата 0,5 с. На последнем этапе выбирается время срабатывания выключателя — 1 секунда. Защита № 3 будет резервировать 2 нижестоящие защиты № 1 и № 2.

Токовая селективность

У всех защит № 1, № 2 и № 3 выдержка по времени срабатывания минимальна: 0,02 с, однако значения срабатывания по току (уставки) отличаются: 200, 300 и 400 А соответственно. При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания ток будет резко возрастать и вызывать срабатывание защит. Если защита № 1 не сработает, то ее будет резервировать следующая защита № 2.

Время-токовая селективность

Еще одним способом настройки защиты электроустановок до 1 кВ является согласование время-токовых характеристик применяемых автоматических выключателей.

Так, например, можно добиться избирательности срабатывания защиты, подобрав время-токовую характеристику выключателя В таким образом, чтобы она располагалась на определенном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Эта зона определяется опытно-расчетным путем с учетом погрешностей срабатывания защит расцепителей. С учетом этой зоны строятся таблицы селективности.

Сегодня производители предоставляют своим клиентам уже готовые таблицы селективности, при помощи которых можно с уверенностью выбирать гарантированно селективные связки автоматических выключателей.

Выбирая аппараты защиты с учетом требований селективности защиты, вы повышаете не только надежность электроустановки, но и упрощаете работу по поиску поврежденного участка. Создать селективную защиту, применяя аппараты разных производителей, проблематично, поэтому следует устанавливать защитные аппараты одного производителя, дополнительно пользуясь специальными таблицами селективности.

Селективность автоматических выключателей: принцип организации и виды

Просмотров:
52

Избирательность или селективность автоматических выключателей — ключевой момент в обеспечении надежной работы электрической цепи. Эта функция способствует предупреждению аварийных ситуаций, подымает на более высокую ступень безопасность.

В случае перегрузки линии, короткого замыкания включается в работу защита только линии с повреждением, остальная часть электроустановки остается в рабочем состоянии.

Содержание статьи:

• Основные задачи селективной защиты
• Что такое селективная защита
• Селективность защиты абсолютная и относительная
• Виды селективных схем подключения
  • Защита полная и частичная
  • Токовый тип селективности
  • Временная и времятоковая селективность
  • Энергетическая селективность автоматов
  • Что такое зонная селективность
• Расчет селективности автоматов
• Карта селективности и правила ее создания
• Выводы и полезное видео по теме

Основные задачи селективной защиты

Безопасная эксплуатация и стабильная работа электроустановок — это те задачи, которые возложены на избирательную защиту. Она мгновенно вычисляет и отсекает поврежденную зону без прекращения подачи питания на исправные участки. Селективность снижает нагрузки на установку, уменьшает последствия КЗ.

При отлаженной работе автоматических выключателей по максимуму удовлетворяются запросы, относительно обеспечения бесперебойного электроснабжения и как следствие, технологического процесса. Когда автоматическое оборудование, осуществляющее размыкание, в результате КЗ окажется неисправным, благодаря селективности потребители получат нормальное питание.

Что такое селективная защита

Правило, утверждающее, что величина тока, проходящего через все распредвыключатели, установленные за вводным автоматом, меньше обозначенного тока последнего, является основой селективной защиты. В сумме эти номиналы могут быть и больше, но каждый отдельный обязательно хотя бы на шаг ниже вводного. Так, если на вводе установлен 50-амперный автомат, то следующим за ним устанавливают выключатель, с номиналом по току в 40 А.

Автоматический выключатель состоит из следующих элементов: рычага (1), клемм винтовых (2), контактов подвижного и неподвижного(3, 4), биметаллической пластины (5), винта регулировочного (6), соленоида (7), решетки дугогасительной (8), защелки (9)

При помощи рычажка как включают, так и выключают впуск тока на клеммы. К клеммам подводят и фиксируют контакты. Подвижный контакт с пружиной служит для быстрого размыкания, а связь цепи с ним выполнена через неподвижный контакт. Расцепление, в случае перекрытия током своего порогового значения, происходит за счет нагрева и изгиба биметаллической пластины, а также соленоида.

Токи срабатывания настраивают при помощи регулировочного винта. С целью предотвращения появления электродуги во время размыкания контактов, введен в схему такой элемент, как дугогасительная решетка. Для фиксации корпуса автомата существует защелка.

Избирательность, как особенность релейной защиты — это умение обнаруживать неисправный узел системы и отсекать его от действующей части ЭЭС.

Здесь приведена схема щита, наглядно показывающая, как распределяется нагрузка по квартире. Перед установкой автомата нужно выполнить расчет суммарной мощности оборудования, которое будет подключено к нему

Селективность автоматов — это их свойство работать поочередно. Если этот принцип нарушен, будут греться и автоматические выключатели, и электропроводка. В результате может возникнуть КЗ на линии, перегорание плавких контактов, изоляции. Все это приведет к выходу из строя электроприборов и пожару.

Допустим, на длинной линии электропередач возникла аварийная ситуация. Согласно главному правилу селективности первым срабатывает автомат ближайший к месту повреждения. Если в обычной квартире в розетке происходит короткое замыкание, на щитке срабатывать должна защита линии, частью которой эта розетка является. Если этого не произошло, наступает очередь автоматического выключателя на щиток, и только за ним — вводного.

Селективность защиты абсолютная и относительная

Понятие селективности определено ГОСТотм IEC 60947-1-2014. Выделяют два типа селективности — абсолютную и относительную. Если работа защиты скоординирована таким образом, что она срабатывает исключительно внутри защищенной зоны, то это указывает на ее абсолютную селективность. В этих обстоятельствах максимальный ток селективности становится таким же, как и максимальная отключающая способность расположенного ниже автомата.

Срабатывание в виде резервного, когда не произошло отключение на проблемном участке, называют относительно селективной защитой. При этом происходит отключение выше расположенных выключателей. В случае превышения заданной величины тока выключателя-автомата, т.е. при отсутствии больших перегрузок, селективная защита действует практически безотказно. Куда затруднительней добиться этого при коротких замыканиях.

Упрощают задачу таблицы селективности, которые производители прилагают к своим изделиям. Применяя их, создают группы с селективностью срабатывания

Данные о выпускаемых изделиях предприятия размещают и на своих сайтах. Связки выключателей формируют только по таблицам одного конкретного производителя. Следует учитывать, что группы, устроенные по относительному принципу, обладают большим числом функций.

Буква «Т» в таблице обозначает полную селективность пары аппаратов, а число — частичную. Когда ожидаемая пограничная величина тока КЗ меньше, чем число, указанное в таблице, избирательность будет обеспечена

Чтобы проверить избирательность между автоматом выше- и нижестоящим, находят скрещение вертикали и горизонтали. Обеспечение селективности — очень важная задача при питании потребителей, относящихся к особой категории. При ее отсутствии может произойти остановка производственного процесса, повреждение линий, отключение систем кондиционирования, дымоудаления и других.

Виды селективных схем подключения

Кроме абсолютной и относительной селективности существует еще 7 видов селективной защиты:

• зонная;
• времятоковая;
• энергетическая;
• временная;
• полная;
• частичная;
• токовая.

Для обеспечения требуемой селективности автозащиты электросети с автоматическими выключателями используют разные методы.

Защита полная и частичная

Полная защита обозначает, что если последовательно подключена пара автоматов, появление сверхтоков вызывает отключение одного, расположенного вблизи зоны неисправности. Частичная защита действует по тому же принципу, что и полная, но только после того, как ток достигнет установленной пороговой величины.

Селективность отключения, обеспечивающаяся автоматами, заключается в том, что КЗ, в каком бы месте электроустановки оно ни возникло, будет отсечено ближайшим выключателем, находящимся выше этой точки. Оставшиеся устройства не отключатся

Если селективность обеспечена до меньшей из величин тока двух АВ, есть повод говорить о полной селективности между ними. В этом случае предельная величина предполагаемого тока КЗ установки при каких либо обстоятельствах будет равной или меньшей величины тока двух АВ.

Токовый тип селективности

У токовой избирательности основной показатель — предельная токовая отметка. От объекта до ввода значения выстраивают по признаку возрастания. Действие этой избирательности защит основано на той же базе, что и у временной селективности. Разность только в том, что выдержка делается по значению тока — с приближением точки КЗ к вводу, растут показания тока КЗ. Временной показатель отключения может быть таким же.

Поврежденную из-за КЗ зону определяют посредством уставки срабатывания на разные величины тока. Полной селективность может быть только в условиях, где ток КЗ невысокий, а в промежутке между двумя автоматами есть оборудование, отличающееся немалым электрическим сопротивлением. При таком раскладе токи КЗ будут значительно отличаться.

Применяют такой вид избирательности в основном в конечных распредщитах. Здесь сочетается номинальный ток незначительной величины и ток КЗ с большим полным сопротивлением стыковочных кабелей. Этот вариант селективности является экономичным, простым и действующим в течение мгновения. Все же зачастую указанная селективность может являться частичной т.к. наибольший ток, как правило, небольшой.

На фото токовая избирательность с применением АВ. При таком виде селективности существует смещение по оси тока токовых характеристик расположенных друг за другом автоматов

Когда значения Isd1 и Isd2 одинаковы или предельно близки, то Is — максимальный ток селективности равен Isd2. Если эти величины намного отличаются, Is = Isd1. Условием обеспечения селективности по току является соблюдение неравенств: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В этом случае максимум селективности — Is = Isd1.

К недостаткам относят и быстрый рост уровня уставок защиты от токов большого уровня. Невозможно быстро отключить поврежденную цепочку, если один из автоматов окажется неисправным. При расчете уставок защит по току необходимо принимать во внимание действительные токи, проходящие через выключатели, работающие в автоматическом режиме.

Временная и времятоковая селективность

Когда в цепи имеется ряд автоматических выключателей, обладающих идентичными токовыми характеристиками, но разным временем выдержки, то при возникновении неисправности они страхуют друг друга. Тот, что находится в непосредственной близости к месту повреждения, сработает сразу, следующий — через какое-то время и т.д.

На этой 2-уровневой схеме выключатель «А» обладает таким временем выдержки, которое обеспечивает полную селективность с характеристиками АВ «В»

В случае времятоковой селективности защитные приборы реагируют не только на ток, но и на продолжительность реакции. При определенном значении тока через какое-то время задержки срабатывает защита, дистанция от которой к месту КЗ меньше. Исправная часть установки не отключается.

На фото график временной селективности с использованием АВ. Времятоковые характеристики выключателей В и А не пересекаются. Они расположены ступенчато

Комбинация токовой и временной селективности увеличивает эффективность отключения. Когда Isc B< Irm A, селективность полная, срабатывание происходит мгновенно. АВ, расположенный выше, снабжен двумя уставками: Im A и Ii А. Первая — является избирательной токовой отсечкой, вторая — мгновенным срабатыванием.

Энергетическая селективность автоматов

При энергетической селективности отключения происходят внутри корпуса автомата. Длительность процесса настолько мала, что ток КЗ не успевает приблизиться к своему предельному значению. Времятоковая система защиты считается сложной. Здесь задействована не только реакция на ток, но и время, на протяжении которого это происходит.

С возрастанием тока у автомата падает величина времени срабатывания. Базой для этого вида селективности является регулировка защиты таким способом, когда со стороны защищаемого объекта она срабатывает быстрее при всех пороговых значениях тока, по сравнению с автоматом на вводе.

Что такое зонная селективность

Зонный способ сложный и недешевый, поэтому применяют его в основном в промышленности. Как только пороговые показатели тока достигают максимума, в центр контроля поступают данные и выбранный автомат срабатывает. Электрическая сеть с таким видом избирательности включает специальные электронные расцепители.

Когда обнаруживается нарушение, от выключателя, расположенного ниже, поступает сигнал к устройству, находящемуся выше. Первый автомат должен отреагировать в течение секунды. Если он не среагировал, срабатывает второй.

Сравнивая этот вид селективности с временной избирательностью, можно увидеть, что время срабатывания в этом случае намного ниже — иногда составляет сотни миллисекунд. Снижается как процент интервенции в систему, так и процент ее повреждения. Уменьшаются тепловые и динамические влияния на части установки. Возрастает число уровней селективности.

Когда токи, протекающие через защитные устройства, достигают большей величины, чем на собственных уставках, сигнал блокировки передается каждым выключателем на защиту более высокого уровня

В случае зонной селективности срабатывает защита, находящаяся со стороны источника питания, если взять за исходную точку место КЗ. До момента срабатывания автомата осуществляется контроль над тем, чтобы защитное устройство с нагруженной стороны не подало аналогичный сигнал.

Но такая избирательность требует присутствия дополнительного источника питания. Поэтому рациональное применение этого вид селективности — системы с высокими параметрами тока КЗ и током значительной величины. Такими являются коммутационно-распределительные аппараты, находящиеся со стороны нагруженности генераторов, трансформаторов.

Расчет селективности автоматов

Грамотный выбор и правильная настройка — основной принцип соблюдения селективности автоматических выключателей. Избирательность для выключателя, находящегося вблизи источника, гарантирует выполнение требования: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.

Здесь Iс.о послед. — такая величина тока, за которой следует срабатывание защиты. I к.пред. — ток КЗ в конечной точке зоны, на которую распространяется действие автомата, расположенного далеко от энергоисточника. Kн.о. — коэффициент надежности. Его величина находится в зависимости от разброса параметров.

Номинал автомата для цепи подбирают не только путем расчета, но и по такой таблице, ориентируясь на разрез кабелей в схеме

Расклад tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t демонстрирует селективность в случае регулировки АВ по времени. tс.о.послед, tк.пред. — интервалы времени срабатывания выключателей, находящихся на большой дистанции от источника питания и расположенных рядом. ∆t — параметр, который берут из каталога и обозначающий временную степень селективности.

Карта селективности и правила ее создания

Времятоковые характеристики всех устройств, включенных в схему электрической сети, изображают на карте селективности. Целью ее составления является максимальное обеспечение защиты автоматов. Основа защиты выключателей — принцип, по которому выключатели подключают друг за другом строго последовательно.

Существует ряд правил, обязательных при создании карты селективности:

1. Установки должны иметь один источник напряжения.
2. Все важные расчетные точки должны хорошо просматриваться. С учетом этого требования необходимо выбирать масштаб.
3. На карте указывают защитные свойства, минимальные, максимальные параметры КЗ в точках системы.

Часто нормы проектирования нарушаются, и карты селективности в проектах отсутствуют. Это может привести к перебоям в электроснабжении потребителей.

На карту наносят характеристики автоматов, подключенных последовательно друг за другом. Саму схему строят в осях

Карта дает полную картину о согласовании уставок. Она предоставляет возможность сравнить работу автоматов по такой характеристике, как селективность. Времятоковые разновидности осей являются базой не только для построения карт селективности для токовой защиты в виде автоматических выключателей, но и для других ее видов: предохранителей, реле. Обычно одна карта содержит характеристики 2-3 АВ. По оси абсцисс отмечают величину тока в кВ, а по оси ординат — время в секундах.

Выводы и полезное видео по теме

Неполадки при работе автоматических выключателей и их устранение:

Вычерчивание карты селективности посредством специальной программы:

Надежное, безопасное использование электрической проводки невозможно без учета избирательности автоматов. Зная об основных моментах создания селективной защиты, можно грамотно выполнить подбор оборудования для своего технического проекта.

Селективность автоматических выключателей у Вас дома!

Здравствуйте, уважаемые читатели блога elektrobiz. ru! Сегодня поговорим о том, что такое селективность, для чего она нужна и как соблюсти это явление в электрической цепи в квартире, загородном доме, на даче.

Стоит начать с самого термина, чтобы максимально понять, что собой представляет данное свойство.

Что такое селективность:

Селективность — это специфическая особенность релейной защиты выявить повреждённый элемент проводки (замыкание, перегрузка) и отключить его близлежащими выключателями, не прекращая нормальную работу остальных зон электрической цепи. К примеру, при обычном коротком замыкании кондиционера, в первую очередь, отключается предохранитель питающий непосредственно кондиционер:

Основная и главная цель — безопасность. Кроме того упрощается поиск причины отключения, только представьте, что при замыкании в розетке у вас отключается весь подъезд. Попробуйте потом разобраться, что где как и почему
В каждый автоматический выключатель входит в 2 независимых друг от друга системы защиты:

• От короткого замыкания
• От перегрузки

При перегрузке:

Существует такое понятие как «номинальный ток автоматического выключателя».

Номинальный ток выбирается из разряда:   6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А (ампер).

При составлении проекта электроснабжения, например, нужно рассчитать ток через каждый автомат.

Устанавливать автоматические выключатели необходимо так, чтобы номинальные токи нарастали по значению в сторону источника питания.

Тогда селективность будет соблюдаться автоматически. Такое свойство называют естественной селективностью автомата в диапазонах токов перегрузки.

При коротком замыкании:

Автоматические выключатели так же имеют вторую систему защиты, это «быстродействующая защита от короткого замыкания».

Производят автоматы номинальным условным током короткого замыкания: 3, 4.5, 6, 10 кА (килоампер) .  Так же существует такая характеристика как «время размыкания цепи».

Эти две величины независимы друг от друга, но лучше соблюдать селективность по двум параметрам единовременно. Оба параметра учитываются типом автоматического выключателя: А, В, С, D.

Буквы типа автомата необходимо устанавливать так же по порядку по направлению к источнику питания.

Чаще всего в быту применяются автоматы типа С и если в вашей электросети последовательно включено не более 2 (двух) автоматов, в достижении селективности не возникнет проблем. Если же у вас последовательно включено 3 (три) и более автоматических выключателя, лучше обратиться к специалисту, для принятия специальных мер.

Смотрите так же:

На этом мы подошли к концу пояснения понятия селективности автоматов. Все написанное касаемо диапазонов токов перегрузки, можно применять и к дифференциальным автоматическим выключателям, которые имеют еще два дополнительных вида защиты: по току утечки и току короткого замыкания. Об этом в другой раз.

Для закрепления знаний, предлагаю вам прокомментировать соблюдение селективности в квартире:

Подъездный щиток:

В квартире:
 

Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

Принцип логики

Для выполнения схем, использующих такой принцип, необходимы цифровые реле. Между собой реле соединяются линией «витая пара», кабелем ВОЛС или через телефонную линию (с использованием модема). С помощью таких линий приём (передача) информации осуществляется на диспетчерский пульт с разных объектов и между самими реле.

Принцип логики в радиальной сети

На приведённой Картинке 9, пояснён принцип работы логики. В каждом из 4-х цифровых реле применяется уставка по току, равная самой последней чувствительной ступени. Такая ступень имеет время срабатывания 0,2 с. Логическая селективность подразумевает возможность блокировки реле сигналом ЛО (логического ожидания). Такой сигнал подаётся по каналу от предыдущего реле защиты. Каждое из реле может передавать такие сигналы транзитом.

Как видно из рисунка, при КЗ в точке К1 все остальные реле, от сигнала ЛО, поданного реле К1, подвергнутся ожиданию. Реле К1 сработает и выполнит отключение. При КЗ в точке 2 аналогичным образом сработает реле К4.

Такие схемы построения логического управления требовательны к надёжности линий связи между элементами.

Ошибки электриков не только начинающих в работе защит

Выбрать выключатель автоматический правильно по техническим характеристикам — еще не значит, что он будет надежно отключать случайно возникшую неисправность.

К такому выводу я пришел на работе, занимаясь многочисленной проверкой этих защит на специализированных стендах. Поэтому еще раз рекомендую приобретенный автомат до ввода в эксплуатацию подвергать жестким испытаниям от реальной нагрузки и замерять временные характеристики.

Ошибка электрика №1: проверка петля фаза-ноль не выполнена

Суть этого теста состоит в том, что ток короткого замыкания, который должен почувствовать и отключить автомат, банально по закону Ома зависит от сопротивления подключенной в него цепи.

Другими словами, длина проводов от автомата до розетки и дальше к включенному в нее потребителю может снизить ток короткого замыкания до такого предела, когда уставка для срабатывания защиты окажется выше: выключатель не сработает.

Эта возможность проверяется специальными приборами.

Ее следует обязательно выполнять.

Ошибка электрика №2: плохой монтаж проводки обученной бригадой

Когда писал эту статью у меня в квартире пропал свет и надолго. Старенький макбук работает девятый год, аккумулятор уже изъят…

Под окном увидел аварийную машину электриков ЖКХ. Спустился вниз по лестнице спросить, что случилось. Подъездный щит вскрыт. Бригада 3 человека: пожилой монтер, производитель среднего возр

Выбор автоматического выключателя — Руководство по электрическому монтажу

Выбор ряда автоматических выключателей определяется: электрическими характеристиками установки, окружающей средой, нагрузками и потребностью в дистанционном управлении, а также типом предполагаемой системы связи.

Выбор выключателя

Выбор CB производится по:

• Электрические характеристики (переменный или постоянный ток, напряжение …) установки, для которой предназначен выключатель
• Окружающая среда: температура окружающей среды, в помещении киоска или распределительного щита, климатические условия и т. Д.
• Предполагаемый ток короткого замыкания в месте установки
• Характеристики защищаемых кабелей, сборных шин, шинопроводов и область применения (распределение, двигатель …)
• Координация с вышестоящим и / или последующим устройством: селективность, каскадирование, координация с выключателем нагрузки, контактором …
• Эксплуатационные характеристики: требования (или нет) к дистанционному управлению и индикации и соответствующим вспомогательным контактам, вспомогательным катушкам отключения, соединению
• Правила монтажа; в частности: защита от поражения электрическим током и теплового воздействия (см. Защита от поражения электрическим током и электрического пожара)
• Нагрузочные характеристики, такие как двигатели, люминесцентное освещение, светодиодное освещение, трансформаторы низкого / низкого напряжения

Следующие примечания относятся к выбору автоматического выключателя низкого напряжения для использования в распределительных сетях.

Выбор номинального тока в зависимости от температуры окружающей среды

Номинальный ток автоматического выключателя определяется для работы при заданной температуре окружающей среды, как правило:

• 30 ° C для выключателей бытового типа в соответствии с IEC 60898 серия
• 40 ° C по умолчанию для автоматических выключателей промышленного типа в соответствии с серией IEC 60947. Однако может быть предложено другое значение.

Характеристики этих выключателей при различной температуре окружающей среды в основном зависят от технологии их расцепителей (см. Рис. х47).

Рис. H47 — Температура окружающей среды

Некомпенсированные термомагнитные расцепители

Автоматические выключатели с некомпенсированными тепловыми расцепителями имеют уровень тока отключения, который зависит от температуры окружающей среды.

Автоматические выключатели с некомпенсированными тепловыми отключающими элементами имеют уровень тока отключения, который зависит от окружающей температуры. Если выключатель установлен в кожухе или в горячем месте (котельная и т. Д.), Ток, необходимый для отключения выключателя при перегрузке, будет значительно снижен.Когда температура, при которой находится выключатель, превышает его эталонную температуру, его номинальные параметры будут «снижены». По этой причине производители выключателя предоставляют таблицы, в которых указаны факторы, которые следует применять при температурах, отличных от эталонной температуры выключателя. Из типичных примеров таких таблиц (см. Рис. h49) можно заметить, что более низкая температура, чем эталонное значение, приводит к повышению номинальной мощности автоматического выключателя. Более того, небольшие выключатели модульного типа, устанавливаемые рядом, как обычно показано на рис. h34, обычно устанавливаются в небольшом закрытом металлическом корпусе.В этой ситуации взаимный нагрев при прохождении нормальных токов нагрузки обычно требует их уменьшения в 0,8 раза.

Пример

Какой рейтинг (In) следует выбрать для iC60 N?

• Защита цепи, максимальный ток нагрузки которой оценивается в 34 А
• Устанавливается бок о бок с другими выключателями в закрытой распределительной коробке
• При температуре окружающей среды 60 ° C

Автоматический выключатель iC60N с номиналом 40 А будет снижен до 38.2 А в окружающем воздухе при 60 ° C (см. Рисунок h49). Однако, чтобы обеспечить взаимный нагрев в замкнутом пространстве, необходимо использовать указанный выше коэффициент 0,8, так что 38,2 x 0,8 = 30,5 A, что не подходит для нагрузки 34 A.

A, автоматический выключатель на 50 A, поэтому номинальный ток (пониженный) составляет 47,6 x 0,8 = 38 A.

Компенсированные термомагнитные расцепители

Эти расцепители включают биметаллическую компенсирующую полосу, которая позволяет регулировать уставку тока срабатывания при перегрузке (Ir или Irth) в пределах указанного диапазона, независимо от температуры окружающей среды.

Например:

• В некоторых странах система TT является стандартной для низковольтных распределительных систем, а бытовые (и аналогичные) установки защищены на рабочем месте автоматическим выключателем, предоставленным энергоснабжающим органом. Этот выключатель, помимо защиты от опасности косвенного прикосновения, срабатывает при перегрузке; в этом случае, если потребитель превышает текущий уровень, указанный в его контракте на поставку с энергетическим органом. Автоматический выключатель (≤ 60 A) рассчитан на диапазон температур от — 5 ° C до + 40 ° C.

Выключатели

• НН на номинальные токи ≤ 630 A обычно оборудуются компенсированными расцепителями для этого диапазона (от -5 ° C до + 40 ° C)

Примеры таблиц, в которых указаны значения пониженного / повышенного тока в зависимости от температуры для цепи -выключатели с некомпенсированными тепловыми расцепителями

Тепловые характеристики выключателя

приведены с учетом сечения и типа проводника (Cu или Al) в соответствии с IEC60947-1, таблицы 9 и 10 и IEC60898-1 и 2, таблица 10.

iC60 (МЭК 60947-2)

Рис.h48 — iC60 (IEC 60947-2) — значения пониженного / повышенного тока в зависимости от температуры окружающей среды

Compact NSX100-250 с расцепителями TM-D или TM-G

Рис. H49 — Compact NSX100-250, оснащенный расцепителями TM-D или TM-G — номинальные / повышенные значения тока в зависимости от температуры окружающей среды

Электронные расцепители

Электронные расцепители очень стабильны при изменении температурных уровней.

Важным преимуществом электронных расцепителей является их стабильная работа в изменяющихся температурных условиях.Однако само распределительное устройство часто налагает эксплуатационные ограничения при повышенных температурах, поэтому производители обычно предоставляют рабочую диаграмму, связывающую максимальные значения допустимых уровней тока срабатывания с температурой окружающей среды (см. Рис. h50).

Кроме того, электронные расцепители могут предоставлять информацию, которая может использоваться для лучшего управления распределением электроэнергии, включая энергоэффективность и качество электроэнергии.

Рис. H50 — Снижение номинальных характеристик автоматического выключателя Masterpact MTZ2 в зависимости от температуры

1. ^ Тип: h2 / h3 / h4
2. ^ Тип: L1

Выбор мгновенного или кратковременного порога срабатывания

На рисунке h51 ниже представлены основные характеристики расцепителей мгновенного действия или с кратковременной задержкой.

Рис. H51 — Различные устройства отключения, мгновенные или с кратковременной задержкой

Тип	Расцепитель	Приложения
	Низкое значение тип B	Источники, вырабатывающие низкие уровни тока короткого замыкания (резервные генераторы) Длинные отрезки линии или кабеля
	Стандартная настройка тип C	Защита цепей: общий
	Высокая установка типа D или K	Защита цепей с высокими начальными уровнями переходного тока (например,г. двигатели, трансформаторы, резистивные нагрузки)
	12 дюймов типа МА	Защита двигателей с помощью контакторов и защита от перегрузки

Выбор автоматического выключателя в соответствии с предполагаемым током короткого замыкания

Установка низковольтного выключателя требует, чтобы его отключающая способность при коротком замыкании (или отключающая способность автоматического выключателя вместе с соответствующим устройством) была равна или превышала расчетный ожидаемый ток короткого замыкания в точке его установки.

Установка автоматического выключателя в установке низкого напряжения должна соответствовать одному из двух следующих условий:

• Либо иметь номинальную отключающую способность при коротком замыкании Icu (или Icn), которая равна или превышает ожидаемый ток короткого замыкания, рассчитанный для точки установки, либо
• Если это не так, быть связанным с другим устройством, расположенным выше по потоку и имеющим требуемую отключающую способность при коротком замыкании

Во втором случае характеристики двух устройств должны быть согласованы таким образом, чтобы энергия, разрешенная для прохождения через вышестоящее устройство, не должна превышать ту, которую может выдержать последующее устройство и все связанные с ним кабели, провода и другие компоненты без какого-либо повреждения.Этот метод с успехом применяется в:

• Объединения предохранителей и автоматических выключателей
• Объединения токоограничивающих автоматических выключателей и стандартных автоматических выключателей.

Метод известен как «каскадирование» (см. «Согласование между автоматическими выключателями»).

Автоматические выключатели для IT-систем

В системе IT автоматические выключатели могут столкнуться с необычной ситуацией, называемой двойным замыканием на землю, когда второе замыкание на землю происходит в присутствии первого замыкания на противоположной стороне автоматического выключателя (см. Рисунок h52).

В этом случае автоматический выключатель должен устранить короткое замыкание с помощью межфазного напряжения на одном полюсе вместо напряжения между фазой и нейтралью. В такой ситуации отключающая способность выключателя может быть изменена.

Приложение H стандарта IEC60947-2 рассматривает эту ситуацию, и автоматический выключатель, используемый в системе IT, должен быть испытан в соответствии с этим приложением.

Если автоматический выключатель не был испытан в соответствии с настоящим приложением, на паспортной табличке должна использоваться маркировка символом.

Правила некоторых стран могут добавлять дополнительные требования.

Рис. H52 — Ситуация двойного замыкания на землю

Выбор автоматических выключателей в качестве главных вводов и фидеров

Установка с питанием от одного трансформатора

Если трансформатор расположен на подстанции потребителя, согласно определенным национальным стандартам требуется автоматический выключатель низкого напряжения, в котором разомкнутые контакты четко видны, например:
выкатной автоматический выключатель.

Пример

(см. рис. х53)

Какой тип автоматического выключателя подходит для главного автоматического выключателя установки, питаемой от трехфазного трансформатора среднего / низкого напряжения (400 В) 250 кВА на подстанции потребителя?

В трансформаторе = 360 А

Isc (3 фазы) = 9 кА

Compact NSX400N с регулируемым диапазоном отключающих устройств от 160 до 400 А и отключающей способностью при коротком замыкании (Icu) 50 кА будет подходящим выбором для этой работы.

Рис. H53 — Пример трансформатора на подстанции потребителя

Установка с питанием от нескольких трансформаторов параллельно

(см. рис. х54)

• Каждый выключатель фидера CBP должен быть способен отключать полный ток короткого замыкания от всех трансформаторов, подключенных к шинам: Isc1 + Isc2 + Isc3
• Главные автоматические выключатели CBM должны быть способны выдерживать максимальный ток короткого замыкания (например) Isc2 + Isc3 только для короткого замыкания, расположенного на стороне входа CBM1.

Из этих соображений будет видно, что автоматический выключатель наименьшего трансформатора будет подвергаться наибольшему уровню тока короткого замыкания в этих обстоятельствах, в то время как автоматический выключатель наибольшего трансформатора пройдет наименьший уровень короткого замыкания. — ток цепи

• Номиналы CBM должны выбираться в соответствии с номинальными значениями кВА соответствующих трансформаторов.

Рис.h54 — Трансформаторы параллельно

Примечание: Существенные условия для успешной работы трехфазных трансформаторов, включенных параллельно, можно резюмировать следующим образом:

1. Фазовый сдвиг напряжений, первичный и вторичный, должен быть одинаковым во всех параллельных устройствах.

2. Соотношение напряжения холостого хода первичной и вторичной обмоток должно быть одинаковым во всех блоках.

3. Напряжение полного сопротивления короткого замыкания (Zsc%) должно быть одинаковым для всех устройств.

Например, трансформатор 750 кВА с Zsc = 6% будет правильно разделять нагрузку с трансформатором на 1000 кВА с Zsc 6%, т.е.е. трансформаторы будут загружены автоматически пропорционально их номинальной мощности в кВА. Для трансформаторов с коэффициентом мощности более 2 кВА параллельная работа не рекомендуется.

На рисунке h56 для наиболее обычного расположения (2 или 3 трансформатора с одинаковой мощностью кВА) указаны максимальные токи короткого замыкания, которым подвергаются основные и главные выключатели (CBM и CBP соответственно, в , рисунок h55). Он основан на следующих гипотезах:

• Мощность трехфазного короткого замыкания на стороне СН трансформатора составляет 500 МВА
• Трансформаторы стандартные 20/0.Распределительные устройства 4 кВ, указанные в перечне
• Кабели от каждого трансформатора до его выключателя низкого напряжения состоят из 5 метров одножильных проводов
• Между каждым CBM входящей цепи и каждым CBP исходящей цепи имеется 1 метр сборной шины
• Распределительное устройство устанавливается в закрытом распределительном щите, устанавливаемом на полу, при температуре окружающего воздуха 30 ° C.

Пример

(см. рисунок h55)

• Выбор автоматического выключателя для режима CBM :

Для трансформатора 800 кВА In ​​= 1155 A; Icu (минимум) = 38 кА (из Рисунок h56), CBM, указанный в таблице, представляет собой Compact NS1250N (Icu = 50 кА)

• Выбор автоматического выключателя для режима CBP :

с.c. Отключающая способность (Icu), необходимая для этих автоматических выключателей, указана на рис. h56 как 56 кА.

Рекомендуемым выбором для трех выходных цепей 1, 2 и 3 будут токоограничивающие автоматические выключатели типов NSX400 L, NSX250 L и NSX100 L. Номинальное значение Icu в каждом случае = 150 кА.

Эти автоматические выключатели обладают следующими преимуществами:

• Полная селективность с выключателями на входе (CBM)
• Использование «каскадного» метода с связанной с ним экономией на всех последующих компонентах

Рис.h55 — Трансформаторы параллельно

Рис. H56 — Максимальные значения тока короткого замыкания, прерываемые автоматическими выключателями ввода и фидера (CBM и CBP соответственно) для нескольких трансформаторов, включенных параллельно

Выбор выключателей фидера и выключателей конечного контура

Уровни тока короткого замыкания в любой точке установки можно узнать из таблиц.

Использование таблицы G42

Из этой таблицы можно быстро определить значение трехфазного тока короткого замыкания для любой точки установки, зная:

• Значение тока короткого замыкания в точке перед током, предназначенным для соответствующего выключателя
• Длина, гр.s.a., и состав проводников между двумя точками

Затем можно выбрать автоматический выключатель, рассчитанный на отключающую способность при коротком замыкании, превышающую табличное значение.

Детальный расчет уровня тока короткого замыкания

Для более точного расчета тока короткого замыкания, в частности, когда отключающая способность выключателя по току короткого замыкания немного меньше значения, указанного в таблице, необходимо использовать метод, указанный в разделе Ток короткого замыкания. .

Двухполюсные выключатели (для фазы и нейтрали) только с одним защищенным полюсом

Эти выключатели обычно снабжены устройством защиты от сверхтоков только на фазном полюсе и могут использоваться в схемах TT, TN-S и IT. Однако в ИТ-схеме необходимо соблюдать следующие условия:

• Условие (B) таблицы в Рисунок G68 для защиты нейтрального проводника от перегрузки по току в случае двойного замыкания
• Номинальный ток отключения при коротком замыкании: двухполюсный выключатель фаза-нейтраль должен быть способен отключать на одном полюсе (при межфазном напряжении) ток двойного замыкания
• Защита от непрямого прикосновения: эта защита обеспечивается согласно правилам для ИТ-схем

.

Координация защиты автоматических выключателей

Координация / селективность защиты

В связи с тем, что коммунальные предприятия и DNSP ужесточают требования к сетевым приложениям, исследования по координации защиты становятся все более распространенными и часто требуются перед подключением и включением фотоэлектрической системы, подключенной к сети. Следовательно, важно, чтобы перед установкой системы была достигнута координация автоматического выключателя и другого защитного устройства, поскольку это может вызвать нежелательные проблемы для сети и пользователя.

Определение размеров автоматических выключателей в соответствии со спецификациями тока и напряжения системы не должно быть единственным критерием, учитываемым при выборе защитных устройств. Хотя это важно, для функциональности системы также важно гарантировать, что выбранные выключатели будут отличаться друг от друга и от уже существующих. В AS / NZS 3000: 2018 пункт 2.5.7.2.1 определяет дискриминацию (селективность) в зависимости от рабочих характеристик двух или более защитных устройств, так что нижнее устройство должно работать при заданном токе повреждения, в то время как устройство защиты на входе не работает. .В соответствии со стандартом AS / NZS 3000: 2018 селективность является обязательным требованием для всех электрических систем, чтобы можно было свести к минимуму ложное срабатывание защитных устройств.

Координация защиты важна для защиты нагрузки и компонентов системы. Это гарантирует, что время простоя исправных цепей в данной системе может быть сокращено и сведено к минимуму.

Важность / актуальность

Рисунок 1 ниже взят из AS / NZS 3008: 2018 и может быть использован для объяснения важности координационных защитных устройств (PD), таких как автоматические выключатели.Если есть неисправность после PD 2 (как показано на Рисунке 1), важно, чтобы устройство, ближайшее к этой неисправности, сработало первым, чтобы избежать ложного срабатывания на исправные части в цепи. Если PD 1 и 2 не были успешно скоординированы и PD 1 отключился до PD 2, то вся цепь после этого будет обесточена. Это называется ложным отключением, поскольку цепь, содержащая PD 3, была обесточена, даже если неисправность находится ниже по потоку цепи с PD 2.

Рисунок 1: Принципиальная электрическая схема из AS / NZS 3000: 2018

Каждый автоматический выключатель имеет свою уникальную кривую время-ток, которую необходимо эффективно согласовывать с другими защитными устройствами для обеспечения успешной селективности устройства.Каждая кривая имеет верхнюю и нижнюю границы, создавая область, которая показывает ожидаемое время отключения автоматического выключателя при достижении соответствующего тока. Это можно увидеть на Рисунке 2, где время-токовая кривая выключателя на 160 А показана с использованием программного обеспечения под названием PowerCAD ^® .

Рисунок 2: Разрез время-токовой кривой выключателя на 160 А из программного обеспечения PowerCAD ^®

Эти кривые содержат две отдельные области: перегрузку и мгновенную, а также содержат индикацию номинального тока короткого замыкания выключателя.Находясь в зоне перегрузки, автоматические выключатели могут оставаться замкнутыми в течение нескольких минут. По мере увеличения тока вдоль кривой время, необходимое автоматическому выключателю для отключения и размыкания цепи, значительно сокращается. В мгновенной области прерыватели обычно размыкаются в течение миллисекунд после обнаружения такого высокого тока. Время-токовые кривые также отображают номинальные характеристики аварийного выключателя, при этом устройство мгновенно отключится в случае тока повреждения, если автоматический выключатель рассчитан на работу с таким высоким значением тока.Эти области можно найти на графике время-ток выключателя на 160 А из PowerCAD ^® , показанном на рисунке 3.

Рисунок 3: Время-токовая кривая выключателя на 160 А из программного обеспечения PowerCAD ^®

Каждый автоматический выключатель имеет ряд различных настроек, которые можно использовать для изменения кривой время-ток устройства, а также для определения диапазона значений тока и времени срабатывания выключателя. Именно с помощью этих настроек можно изменить форму кривой для успешного согласования в соответствии со стандартами AS / NZS 3000: 2018.Существует несколько обязательных (обязательных) требований, которые необходимо выполнить и которые упоминаются в пункте 2.5.7.2.3, в зависимости от типа и размера защитных устройств.

Автоматические выключатели

В соответствии с AS / NZS3000: 2018 следует выбрать 2 выключателя (C), подключенных таким образом, чтобы C ₂ находился ниже по цепи, а C ₁ — выше по цепочке:

• Если номинальное значение тока C ₂ > = 800 A, дискриминация должна быть обеспечена посредством исследования координации с использованием данных производителя.
• Для диапазона номинального тока 800 A> C ₂ > 250 A должна быть предусмотрена селективность между кривыми перегрузки. Дискриминация считается достигнутой, если минимальное значение перегрузки C ₁ > = 1,5 x максимальное значение перегрузки C ₂ .
• Если номинальный ток C ₂ <250 A, дискриминация считается достигнутой, если минимальная уставка перегрузки C ₁ > = 1,5 x максимальная уставка перегрузки C ₂ .

Есть два основных параметра, которые используются для достижения селективности автоматических выключателей.

• Срабатывание: срабатывание устройства — это минимальный ток, при котором срабатывает срабатывание защитного устройства.
• Временная задержка: во время срабатывания отключения вводится временная задержка после того, как защитное устройство обнаруживает, что ток превысил значение срабатывания.

Для достижения успешной селективности время срабатывания и текущие настройки автоматического выключателя обычно изменяются до тех пор, пока не будет достигнута координация с окружающими кривыми выключателя.Эти настройки определяются типом расцепителя, установленного с выключателем, и могут либо обеспечивать свободу выбора широкого спектра настроек, либо ограничиваться определенными значениями. На рисунках 4 и 5 ниже показаны снимки экрана PowerCAD ^® , отображающие диапазон настроек, которые можно регулировать в расцепителях защиты. На рисунке 4 показан расцепитель с шестью параметрами, которые можно регулировать, а расцепитель, показанный на рисунке 5, имеет только один параметр, который можно регулировать.

Schneider Micrologic 5.3A содержит широкий диапазон различных настроек как для значений тока, так и для значений времени, что позволяет легко различать при попытке согласовать соответствующую кривую время-ток. Напротив, на рис. 5 показан расцепитель Schneider TM160D, который может изменять только ток отключения устройства, что означает, что его труднее координировать с другими устройствами.

Рисунок 4: Пример диапазона настроек с использованием расцепителя Schneider Micrologic 5,3A

Рисунок 5: Пример ограниченных настроек с использованием расцепителя Schneider TM160D

Если все требования AS / NZS 3000: 2018 соблюдены, то согласование установлено.Пример правильной селективности автоматического выключателя показан ниже на рисунке 6. Красная кривая — это автоматический выключатель на 630 А, расположенный в главном распределительном щите. Синяя кривая — это автоматический выключатель на 160 А, расположенный в солнечном распределительном щите, и является примером идеальной селективности между защитными устройствами.

Рисунок 6: Пример успешного распознавания защитного устройства

Напротив, на рисунках 7 и 8 показаны два примера несогласованности автоматических выключателей с использованием тех же устройств, что и на рисунке 6.Хотя все расцепители оставались прежними, настройки отключения были скорректированы для обоих устройств для каждого сценария. На рисунке 7 появляется ошибка распознавания устройства в программе PowerCAD ^® , поскольку две кривые перекрывают друг друга. Это может привести к ложному срабатыванию срабатывания выключателя 630A, расположенного на входе, до появления синей кривой 160A. Аналогичным образом, рисунок 8 не содержит надлежащей селективности устройства, поскольку он противоречит пункту 2.5.7.2.3 (a) (iii), где минимальный номинал вышестоящего выключателя (красная кривая) должен быть равен 1.В 5 раз больше максимального номинала выключателя, расположенного ниже по потоку (синяя кривая) в мгновенной области.

Рисунок 7: Пример рассогласования из-за перекрытия кривых, продемонстрированный PowerCAD ^®

Рисунок 8: Пример несогласованности из-за несоблюдения пункта в AS / NZS 3000: 2018, как демонстрирует PowerCAD ^®

Поскольку сетевые приложения становятся все более строгими по всем направлениям, исследования координации защитных устройств становятся все более распространенными до подключения фотоэлектрической системы к сети.Координация защиты не менее важна для обеспечения безопасности оператора системы и компонентов системы. Поэтому важно, чтобы при проектировании эти исследования проводились до установки и окончательного проектирования, так как замена автоматических выключателей после подачи питания на систему является дорогостоящей и сложной.

GSES предоставляет услуги по проектированию и консультированию, включая приложение для подключения к различным DNSP по всей Австралии. GSES предлагает такие услуги, как исследования координации защиты, подробный анализ трехфазных и однофазных замыканий и исследования замыканий на землю.Для получения более подробной информации свяжитесь с командой дизайнеров по адресу [email protected] или позвоните нам по телефону +61 2 9024 5312.

.

Прочие характеристики выключателя

Номинальное напряжение изоляции (Ui)

Это значение напряжения, к которому относятся испытательное напряжение диэлектрика (обычно больше 2 Ui) и длина пути утечки.

Максимальное значение номинального рабочего напряжения никогда не должно превышать номинального напряжения изоляции, то есть Ue ≤ Ui.

Номинальное выдерживаемое импульсное напряжение (Uimp)

Эта характеристика выражает в пиковом кВ (заданной формы и полярности) значение напряжения, которое оборудование способно без сбоев выдерживать в условиях испытания.

Обычно для промышленных автоматических выключателей Uimp = 8 кВ, а для бытовых типов Uimp = 6 кВ.

Категории селективности и номинальный кратковременный выдерживаемый ток (Icw)

МЭК 60947-2 определяет два типа автоматических выключателей, определяемых их «категорией селективности»:

• Категория селективности B включает автоматические выключатели, обеспечивающие селективность за счет номинального кратковременного выдерживаемого тока и соответствующей кратковременной задержки. Для этой категории выключателей производитель должен указать значение тока короткого замыкания (Icw), которое может выдерживаться в течение определенного времени.

Можно отложить отключение автоматического выключателя этого типа, если уровень тока короткого замыкания ниже, чем этот номинальный кратковременный выдерживаемый ток (Icw) (см. Рисунок h42).

Обычно применяется к силовым выключателям открытого типа или «воздушным» выключателям, а также к некоторым типам тяжелых выключателей в литом корпусе. Icw — это максимальный ток, который автоматический выключатель категории B может выдержать термически и электродинамически без повреждений в течение периода времени, указанного производителем.

Рис. H42 — Автоматический выключатель категории B

• Категория селективности A включает все остальные автоматические выключатели. Автоматические выключатели этой категории не имеют преднамеренной задержки срабатывания «мгновенного» магнитного расцепителя короткого замыкания (см. , рисунок h43). Обычно автоматические выключатели в литом корпусе или модульные автоматические выключатели относятся к категории А. Эти автоматические выключатели могут обеспечивать селективность в условиях короткого замыкания другими способами. Но производитель не предоставляет значение Icw.

Рис. H43 — Автоматический выключатель категории A

Номинальная включающая способность (Iсм)

Icm — это максимальное мгновенное значение тока, которое автоматический выключатель может установить при номинальном напряжении в указанных условиях. В системах переменного тока это мгновенное пиковое значение связано с Icu (т. Е. С номинальным током отключения) коэффициентом k, который зависит от коэффициента мощности (cos φ) токовой петли короткого замыкания (как показано на , рисунок h44). .

Рис.h44 — Соотношение между номинальной отключающей способностью Icu и номинальной включающей способностью Icm при различных значениях коэффициента мощности тока короткого замыкания, как стандартизовано в IEC 60947-2

Пример: Выключатель Masterpact NW08h3 имеет номинальную отключающую способность Icu, равную 100 кА. Пиковое значение его номинальной включающей способности Icm будет 100 x 2,2 = 220 кА.

Номинальная рабочая отключающая способность при коротком замыкании (Ics)

Номинальная отключающая способность (Icu) или (Icn) — это максимальный ток короткого замыкания, который автоматический выключатель может успешно прервать без повреждения.Вероятность возникновения такого тока чрезвычайно мала, и в нормальных условиях токи короткого замыкания значительно меньше номинальной отключающей способности (Icu) выключателя. С другой стороны, важно, чтобы высокие токи (с малой вероятностью) прерывались в хороших условиях, чтобы выключатель был немедленно доступен для АПВ после ремонта неисправной цепи. Именно по этим причинам была создана новая характеристика (Ics), выраженная в процентах от Icu, а именно: 25, 50, 75, 100% для промышленных автоматических выключателей.Стандартная последовательность испытаний следующая:

• O — CO — CO ^[1] (при Ics)
• Испытания, выполняемые в этой последовательности, предназначены для проверки того, что выключатель находится в хорошем состоянии и доступен для нормальной работы.

Для внутренних выключателей Ics = k Icn. Значения коэффициента k приведены в таблице XIV IEC 60898.

В Европе промышленная практика использует коэффициент k, равный 100%, так что Ics = Icu.

Ограничение тока короткого замыкания

Многие конструкции низковольтных автоматических выключателей имеют возможность ограничения тока короткого замыкания, в результате чего ток уменьшается и предотвращается достижение его (в противном случае) максимального пикового значения (см. , рисунок h45).Характеристики ограничения тока этих выключателей представлены в виде графиков, типичных для которых показан на Рисунок h46, диаграмма (a)

Способность автоматического выключателя ограничивать ток короткого замыкания связана с его более или менее эффективной способностью предотвращать прохождение максимального ожидаемого тока короткого замыкания, позволяя протекать только ограниченному количеству тока, как показано на Рис. h45.

Рис. H45 — Ожидаемые и фактические токи

Характеристики ограничения тока указаны производителем выключателя в виде кривых (см. Рис. х46).

• Диаграмма (a) показывает ограниченное пиковое значение тока в зависимости от действующего значения переменного тока предполагаемого тока повреждения («предполагаемый» ток повреждения относится к току повреждения, который протекал бы, если бы выключатель не имел токоограничивающая способность)
• Ограничение тока значительно снижает термические напряжения (пропорционально I ² t), что показано кривой на диаграмме (b) из Рисунок h46, опять же, в зависимости от действующего значения переменной составляющей переменного тока предполагаемый ток короткого замыкания.

Автоматические выключатели низкого напряжения для бытовых и аналогичных установок классифицируются в соответствии с определенными стандартами (особенно европейским стандартом EN 60 898). Автоматические выключатели, принадлежащие к одному классу (ограничителей тока), имеют стандартизованные ограничивающие пропускные характеристики I ² t, определенные этим классом.

В этих случаях производители обычно не предоставляют характеристические кривые производительности.

Рис. H46 — Рабочие характеристики типичного выключателя с ограничением тока низкого напряжения

Преимущества ограничения тока

Ограничение тока снижает как тепловые, так и электродинамические нагрузки на все элементы схемы, через которые проходит ток, тем самым продлевая срок службы этих элементов.Кроме того, функция ограничения позволяет использовать «каскадные» методы (см. «Координация между автоматическими выключателями»), что значительно снижает затраты на проектирование и установку.

Использование токоограничивающих выключателей дает множество преимуществ:

• Лучшая защита монтажных сетей: токоограничивающие выключатели значительно ослабляют все вредные воздействия, связанные с токами короткого замыкания
• Снижение теплового воздействия: значительно снижается нагрев проводников (и, следовательно, изоляции), что соответственно увеличивает срок службы кабелей
• Снижение механических воздействий: силы из-за электромагнитного отталкивания ниже, с меньшим риском деформации и возможного разрыва, чрезмерного обгорания контактов и т. Д.
• Снижение воздействия электромагнитных помех:
  • Меньшее влияние на измерительные приборы и связанные с ними цепи, телекоммуникационные системы и т. Д.

Таким образом, эти автоматические выключатели способствуют более эффективному использованию:

• Кабели и проводка
• Сборные кабельные каналы
• Распределительное устройство, уменьшающее старение установки

Пример

В системе с предполагаемым током короткого замыкания 150 кА (действ.) Автоматический выключатель Compact L ограничивает пиковый ток до менее 10% от расчетного ожидаемого пикового значения, а тепловые эффекты — до менее 1% от рассчитанного.

Каскадирование нескольких уровней распределения в установке после ограничивающего выключателя также приведет к значительной экономии.

Метод каскадирования позволяет, по сути, существенно сэкономить на распределительных устройствах (более низкая допустимая производительность после ограничивающего автоматического выключателя) и проектных исследованиях до 20% (в целом).

Селективные схемы защиты и каскадирование совместимы в диапазоне Compact NSX до полной отключающей способности распределительного устройства при коротком замыкании.O представляет собой операцию открытия.
CO представляет собой операцию закрытия, за которой следует операция открытия.

.

Различные типы автоматических выключателей и их применение

В мире электротехники и электроники есть много случаев, когда случаются неудачи. Это приведет к серьезным повреждениям зданий, офисов, домов, школ, промышленных предприятий и т. Д. Неверно доверять напряжению и току, хотя меры безопасности приняты. Как только автоматические выключатели установлены, они будут контролировать внезапное повышение напряжения и тока. Поможет от любой аварии. Автоматические выключатели подобны сердцу электрической системы.Существуют различные типы автоматических выключателей, в которых они устанавливаются в зависимости от номинальной мощности системы. В быту используется другой тип автоматического выключателя, а в промышленности — другой тип автоматического выключателя. Давайте подробно обсудим различные типы автоматических выключателей и их важность.

Что такое автоматический выключатель?

Электрический выключатель — это коммутационное устройство, которое может работать автоматически или вручную для защиты и управления системой электроснабжения.В современной энергосистеме конструкция автоматического выключателя была изменена в зависимости от больших токов и предотвращения возникновения дуги во время работы.

Автоматический выключатель

Электроэнергия, которая поступает в дома, офисы, школы, предприятия или любые другие места от распределительных сетей, образует большую цепь. Те линии, которые подключены к электростанции, образующие на одном конце, называются горячим проводом, а другие линии, соединяющиеся с землей, образуют другой конец.Когда электрический заряд протекает между этими двумя линиями, между ними возникает потенциал. Для всей цепи подключение нагрузок (приборов) обеспечивает сопротивление потоку заряда, и вся электрическая система внутри дома или промышленных предприятий будет работать без сбоев.

Они работают без сбоев до тех пор, пока приборы обладают достаточным сопротивлением и не вызывают перегрузки по току или напряжению. Причины нагрева проводов — это слишком большой заряд, протекающий через цепь, короткое замыкание или внезапное подключение горячего конца провода к заземляющему проводу, что приведет к нагреву проводов и возникновению пожара.Автоматический выключатель предотвратит такие ситуации, которые просто отключат оставшуюся цепь.

Различные типы автоматических выключателей

Различные типы высоковольтных автоматических выключателей, включая следующие

Воздушный выключатель
• SF6 автоматический выключатель
• Вакуумный автоматический выключатель
• Масляный автоматический выключатель
• Воздушный автоматический выключатель

Воздушный автоматический выключатель

Этот автоматический выключатель работает в воздухе; закалочная среда — дуга при атмосферном давлении.Во многих странах воздушный выключатель заменяется масляным выключателем. О масляном выключателе мы поговорим позже в статье. Таким образом, ACB по-прежнему является предпочтительным выбором для использования воздушного выключателя до 15 кВ. Это потому что; масляный автоматический выключатель может загореться при использовании на 15 В

Два типа воздушных автоматических выключателей:

• Обычный воздушный выключатель
• Воздушный автоматический выключатель

Обычный воздушный выключатель

Обычный воздушный автоматический выключатель также называется Автоматический выключатель перекрестного взрыва.При этом автоматический выключатель снабжен камерой, окружающей контакты. Эта камера известна как дугогасительная камера.

Пневматический автоматический выключатель

Эта дуга создается для возбуждения в ней. В достижении охлаждения воздушного выключателя поможет дугогасительная камера. Из огнеупорного материала, дуга желоб выполнен. Внутренние стенки дугогасительной камеры имеют такую ​​форму, чтобы дуга не возникала в непосредственной близости. Он войдет в канал обмотки, выступающий на стенке дугогасительной камеры.

Дугогасительная камера будет иметь множество небольших отсеков и множество разделенных металлических пластин.Здесь каждый из небольших отсеков действует как мини-дугогасительная камера, а металлическая разделительная пластина действует как дугоделители. Все напряжения дуги будут выше, чем напряжение в системе, когда дуга разделится на серию дуг. Это предпочтительно только для приложений с низким напряжением.

Пневматический выключатель

Пневматический выключатель применяется для системного напряжения 245 кВ, 420 кВ и более. Пневматические выключатели бывают двух типов:

• Осевой взрывной выключатель
• Осевой взрыватель со скользящим подвижным контактом .

Осевой абразивоструйный молот

В осевом абразивоструйном аппарате подвижный контакт осевого абразивоструйного выключателя будет находиться в контакте. Отверстие форсунки закреплено на контакте прерывателя в нормально замкнутом состоянии. Неисправность возникает, когда в камеру вводится высокое давление. Напряжения достаточно для поддержания воздуха под высоким давлением, проходящего через отверстие сопла.

Прерыватель цепи осевого дутья

Преимущества химического стакана шлейфа дутьевого типа

• Он используется там, где требуется частая работа из-за меньшей энергии дуги.
• Не подвержен возгоранию.
• Маленький размер.
• Требуется меньше обслуживания.
• Гашение дуги намного быстрее
• Скорость выключателя намного выше.
• Продолжительность дуги одинакова для всех значений тока.

Недостатки ПВВ

• Требуется дополнительное обслуживание.
• Воздух имеет относительно более низкие свойства гашения дуги.
• Он содержит воздушный компрессор большой мощности.
• Из места соединения воздуховодов возможна утечка давления воздуха.
• Существует вероятность резкого увеличения тока повторного зажигания и прерывания напряжения.

Применение и использование воздушного выключателя

• Он используется для защиты установок, электрических машин, трансформаторов, конденсаторов и генераторов
• Воздушный выключатель также используется в системе распределения электроэнергии и заземления около 15 кВ
• Также используется в приложениях с низким и высоким током и напряжением.

SF6 Автоматический выключатель

В выключателе SF6 токоведущие контакты работают в газообразном гексафториде серы, известном как выключатель SF6. Это отличные изоляционные свойства и высокая электроотрицательность. Можно понять это, высокое сродство к поглощающему свободному электрону. Отрицательный ион образуется при столкновении свободного электрона с молекулой газа SF6; он поглощается этой молекулой газа. Два разных способа присоединения электрона к молекулам газа SF6:

SF6 + e = SF6
SF6 + e = SF5- + F

SF6 Автоматический выключатель

Образующиеся отрицательные ионы будут намного тяжелее чем свободный электрон.Следовательно, по сравнению с другими обычными газами общая подвижность заряженных частиц в газе SF6 намного меньше. Подвижность заряженных частиц в основном отвечает за прохождение тока через газ. Следовательно, для более тяжелых и менее подвижных заряженных частиц в газе SF6 он приобретает очень высокую диэлектрическую прочность. У этого газа хорошие свойства теплопередачи из-за низкой газовой вязкости. SF6 в 100 раз более эффективен в среде гашения дуги, чем воздушный выключатель. Он используется в системах электроснабжения как среднего, так и высокого напряжения от 33 кВ до 800 кВ.

Типы элегазовых выключателей

• Одинарный выключатель элегазовый выключатель до 220
• Два выключателя элегазовый выключатель до 400
• Четыре выключателя элегазовый выключатель до 715 В

Вакуумный выключатель

A Вакуумный выключатель — это цепь, в которой для гашения дуги используется вакуум. Он имеет характер восстановления диэлектрика, отличное прерывание и может отключать высокочастотный ток, возникающий из-за нестабильности дуги, наложенной на ток сетевой частоты.

Вакуумный автоматический выключатель

Принцип работы VCB будет иметь два контакта, называемых электродами, которые остаются замкнутыми при нормальных рабочих условиях. Предположим, что при возникновении неисправности в какой-либо части системы включается катушка отключения автоматического выключателя и, наконец, контакт разъединяется.

Моментные контакты выключателя размыкаются в вакууме, то есть от 10-7 до 10-5 Торр между контактами возникает дуга за счет ионизации паров металлов контактов.Здесь дуга быстро гаснет, это происходит потому, что электроны, пары металлов и ионы, образующиеся во время дуги, быстро конденсируются на поверхности контактов выключателя, что приводит к быстрому восстановлению диэлектрической прочности.

Преимущества

• VCB надежны, компактны и долговечны.
• Они могут отключать любой ток повреждения.
• Пожара не будет.
• Не возникает шума
• Обладает более высокой диэлектрической прочностью.
• Требуется меньше энергии для управления.

Масляный автоматический выключатель

В этой схеме используется масло выключателя, но предпочтительнее минеральное масло. Он действует лучше изолирующими свойствами, чем воздух. Подвижный контакт и неподвижный контакт погружены в изолирующее масло. Когда происходит разделение тока, то несущие контакты в масле, дуга в автоматическом выключателе инициируется в момент разделения контактов, и из-за этого дуга в масле испаряется и разлагается в газообразном водороде и, наконец, создает пузырек водорода вокруг дуги.

Этот сильно сжатый газовый пузырь вокруг дуги предотвращает повторное зажигание дуги после того, как ток достигнет нулевого пересечения цикла. OCB — самый старый тип автоматических выключателей.

Различные типы масляного автоматического выключателя

• Масляный автоматический выключатель
• Минимальный масляный автоматический выключатель

Масляный автоматический выключатель (BOCB)

В BOCB масло используется для дуги в гасящей среде, а также для изоляционной среды между заземляющими частями выключателя и токоведущими контактами.Используется то же трансформаторное изоляционное масло.

Принцип работы BOCB гласит, что при разделении токоведущих контактов в масле между разделенными контактами возникает дуга. Возникающая дуга будет производить вокруг дуги быстрорастущий пузырь газа. Подвижные контакты отойдут от неподвижного контакта дуги, в результате чего сопротивление дуги возрастет. Здесь повышенное сопротивление вызовет снижение температуры. Следовательно, уменьшенное образование газов окружает дугу.

Автоматический выключатель BOB

Когда ток проходит через нулевой уровень, происходит гашение дуги в BOCB. В полностью герметичном сосуде пузырек газа заключен внутри масла. Масло будет окружать пузырек под высоким давлением, в результате чего вокруг дуги образуется сильно сжатый газ. При повышении давления также увеличивается деионизация газа, что приводит к гашению дуги. Газообразный водород поможет в охлаждении гашения дуги в масляном выключателе.

Преимущества

• Хорошие охлаждающие свойства из-за разложения
• Масло имеет высокую диэлектрическую прочность
• Оно действует как изолятор между землей и токоведущими частями.
• Используемое здесь масло поглощает энергию дуги при разложении.

Недостатки

• Не допускает высокой скорости прерывания.
• Требуется длительное время горения дуги.

Автоматический выключатель с минимальным содержанием масла

Это автоматический выключатель, в котором в качестве среды прерывания используется масло.Автоматический выключатель с минимальным содержанием масла помещает прерыватель в изолирующую камеру под напряжением. Но в камере прерывания есть изоляционный материал. Он требует меньшего количества масла, поэтому его называют выключателем с минимальным количеством масла.

Автоматический выключатель с минимальным содержанием масла

Преимущества

• Он требует меньше обслуживания.
• Подходит как для автоматического режима, так и для ручного.
• Требуется меньшая площадь
• Стоимость отключающей способности в МВА также меньше.

Недостатки

• Масло портится из-за карбонизации.
• Существует вероятность взрыва и возгорания.
• Поскольку в нем меньше масла, карбонизация увеличивается.
• Удалить газы из пространства между контактами очень сложно.

В этой статье были кратко рассмотрены различные типы автоматических выключателей, например, воздушный автоматический выключатель, элегазовый выключатель, вакуумный автоматический выключатель и масляный автоматический выключатель, чтобы понять основную концепцию этих автоматических выключателей.Обсуждается их подразделение, преимущества и недостатки. Мы очень четко обсудили каждую концепцию. Если вы не поняли какую-либо из тем, или чувствуете, что какая-либо информация отсутствует или для реализации каких-либо электрических проектов для студентов инженерных специальностей, пожалуйста, не стесняйтесь комментировать в разделе ниже.

Фото:

.