Що варто звернути увагу при проектуванні низьковольтних стовпового монтажу автоматичних вимикачів

Низковольтні стовпово-монтувані автоматичні вимикачі є важливими захисними та керуючими пристроями в електроенергетичних системах, чий дизайн та функціонування безпосередньо впливають на безпеку та надійність системи. Їхній дизайн має всебічно враховувати адаптивність до середовища, координацію електричних параметрів та вибір приводів для забезпечення стабільного роботу в різних умовах. Під час експлуатації строге дотримання протоколів безпеки, регулярне технічне обслуговування та правильне вирішення незвичайних ситуацій є необхідними для запобігання аваріям, спричиненим невірним управлінням. Ця стаття систематично описує ключові принципи дизайну та стандарти експлуатації низковольтних стовпово-монтуваних автоматичних вимикачів, надаючи професійні рекомендації для інженерного персоналу.

1. Розгляди при проектуванні низковольтних стовпово-монтуваних автоматичних вимикачів

Дизайн низковольтних стовпово-монтуваних автоматичних вимикачів повинен здати супроводити жорсткі зовнішні умови, одночасно задовольняючи вимоги захисту та контролю.

1.1 Адаптивність до середовища

Як обладнання, встановлене на зовнішньому повітрі, ці вимикачі повинні витримувати коливання температури, вологість, корозію від солоного туману та механічні вібрації. Згідно з GB/T 2423.17, вони повинні пройти 72-годинний тест на нейтральний солоний туман (Рівень 5), придатний для приморських або промислових районів, з Рівнем забруднення 3 для опору провідному забрудненню або конденсації. Для високогір'я (>2000 м) параметри ізоляції та підвищення температури повинні бути змінені згідно з GB/T 20645-2021 (межа підвищення температури зменшується на 1% на кожні 100 м підвищення; потрібне зменшення номінального струму понад 4000 м).

Для низьких температур повинно бути гарантовано функціонування при -40°C та зберігання при -55°C, з надійною роботою привода. Відстань контакту для опору УФ-випромінюванню повинна бути >90°, наприклад, через покриття поліамідною фарбою або PVDF (опір старінню від УФ-випромінювання ≥ Рівень 8). Герметичність корпусу повинна відповідати стандартам IP54/55, щоб запобігти виродженню ізоляції.

1.2 Координація електричних параметрів

Точне обчислення струму короткого замикання та правильний вибір параметрів є критичними. Струм короткого замикання слід обчислювати абсолютним методом, враховуючи трифазні, двофазні та однофазні заземлені відмови. Початковий струм короткого замикання трифази обчислюється як:

де Un — номінальне лінійне напруга, а R_k, X_k — загальний опір та реактивне опір контуру короткого замикання. Номінальна здатність вимикача до розірвання струму короткого замикання (Ics) не повинна бути меншою за максимальний струм короткого замикання трифази. Перевірка чутливості вимагає, щоб мінімальний струм короткого замикання на кінці лінії був принаймні 1,3 рази більшим за налаштування моментального або короткочасного перегороду: I_min≥1.3I_set3.

Для захисту від перевантаження довгочасне налаштування Iset1 повинно задовольняти I_z≥I_set1≥I_c, де Iz — постійна провідна здатність провідника, а IcIc — обчислений струм завантаження. Для захисту від короткого замикання моментальне налаштування I_set3 повинно бути ≥1,2 рази повного пускового струму найбільшого двигуна (наприклад, 20–35 разів номінальний струм для двигунів з клітинками), а короткочасне налаштування I_set2 повинно уникати тимчасових піков завантаження, зазвичай встановлюється на 1,2 рази (максимальний пусковий струм двигуна + інші струми завантаження).

1.3 Вибір приводу

Зазвичай використовуються пружинні механізми, які вимагають надійності, антистрибковості, вільного відключення та амортизації. Таймінгові параметри: рамні вимикачі — закриття ≤0,2 с, відкриття ≤0,1 с; формовані вимикачі — механічний термін служби ≥10 000 операцій (рамні вимикачі ≥20 000). Привід повинен включати детекцію збереження енергії та блокування для безпечного функціонування. Динамічні характеристики вимагають оптимізації швидкості та керування переміщенням контактів (наприклад, етапне керування для вакуумних вимикачів, щоб мінімізувати стрибки контактів). Вихідні характеристики повинні відповідати вимикачу, щоб забезпечити закриття при короткому замиканні. У холодних регіонах ESR конденсатора зростає при -40°C, що продовжує час закриття; тестування при змінній температурі є необхідним.

2. Проектування захисних функцій та вибір налаштувань

2.1 Захист від перевантаження

Зазвичай реалізується за допомогою теплових-магнітних або електронних випадкових пристроїв. Теплові-магнітні пристрої використовують біметалеві смуги з оберненою часовими характеристиками (час відключення обернено пропорційний квадрату струму перевантаження). Електронні пристрої надають точне керування, з довгочасними налаштуваннями Ir від 0,4 до 1 разу номінального струму In. Налаштування повинні задовольняти In≥Ic та In≤Iz. Чутливість: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, де IkminIkmin — мінімальний однофазний струм короткого замикання на кінці лінії. Для важливих завантажень захист від перевантаження може активувати сигнал тривоги замість відключення.

2.2 Захист від короткого замикання

Включає короткочасний та моментальний захист. Короткочасний захист забезпечує вибірність: $\×$ (максимальний пусковий струм двигуна + інші завантаження), з затримками (0,1–0,4 с) узгодженими з верхньою частиною вимикачів (≥0,1–0,2 с різниця часу). Моментальний захист спрямований на серйозні відмови: $\×$ повний пусковий струм двигуна (наприклад, 12–18 разів InIn для двигунів). Для розподільчих ліній віддається перевага електронним випадковим пристроям з затриманим моментальним захистом. Вибірність: короткочасне налаштування верхньої частини ≥1,3 × моментальне налаштування нижньої частини, з ≥0,1–0,2 с різницею часу.

2.3 Захист від заниження напруги

Запобігає пошкодженню обладнання від просідання напруги. Діапазон відключення: 35%–70% номінальної напруги. Моментальні типи відключаються негайно, але можуть спричинити неправильне відключення; типи з затримкою (0–5 с) ігнорують тимчасові флуктуації, приходяться для промислового використання. Номінальна напруга випадкового пристрою захисту від заниження напруги повинна відповідати лінійній напругі, і його функція не повинна заважати іншим захистам. Типи з затримкою (0,2–3 с) рекомендуються для промислового застосування.

3. Вибірність та каскадний захист

3.1 Вибірні зони

• Зона 1 (Isc < нижньої Icu): Досягається за допомогою градації струму та часу (наприклад, верхня $\&times;$ нижня Iset3Iset3, затримка &ge; нижня + 0,1 с).

• Зона 2 (нижня Icu < Isc < верхня Icu): Залежить від поточно-обмежувальних характеристик або даних виробника. Межа вибірності IsIs може бути меншою, ніж нижня Icu (часткова вибірність).

• Зона 3 (Isc > верхня Icu): Вимагає тестування; верхні контакти можуть тимчасово відкриватися (&le;30 мс) без відключення, якщо не відбувається зварювання.

3.2 Каскадний захист

Використовує поточно-обмежувальні характеристики верхніх вимикачів, щоб дозволити використання нижніх вимикачів з меншою здатністю розірвання, зменшуючи вартість. Вимагає узгодження моментальних налаштувань та уникнення критичних завантажень на каскадних лініях. Вибірність на основі енергії (наприклад, у вимикачах типу A) може підвищити межі вибірності, але перевірка за даними виробника є необхідною.

3.3 Методи вибірності

• Поточна вибірність: Верхня моментальна настройка &ge;1,3 &times; нижня.

• Часова вибірність: Верхня короткочасна затримка &ge; нижня + 0,1–0,2 с.

• Енергетична вибірність: На основі вимог до енергії контактної системи.

• Логічна вибірність: Виявлення відмови нижче передає сигнал блокування верхній, дозволяючи швидке відключення нижче, в той час як верхній залишається закритим, забезпечуючи "стабільний, точний, швидкий" захист.