Úplný průvodce výběrem a výpočtem nastavení spínacích přerušovačů

Jak vybírat a nastavovat spínací relé

1. Typy spínacích relé

1.1 Vzduchové spínací relé (ACB)
Také známé jako tvarovaná rámová nebo univerzální spínací relé, všechny komponenty jsou montovány v izolovaném kovovém rámu. Typicky je to otevřený typ, který umožňuje snadnou výměnu kontaktů a částí, a může být vybaven různými příslušenstvími. ACB se často používají jako hlavní spínače zásobování. Přetížení odpojovací jednotky zahrnují elektromagnetické, elektronické a inteligentní typy. Poskytují čtyřstupeňovou ochranu: dlouhodobé zpoždění, krátkodobé zpoždění, okamžité a zemní zkrat, s každou ochrannou nastavení upravitelné v rozmezí podle velikosti rámu.

ACB jsou vhodné pro síť 50 Hz s nominálními napětím 380V nebo 660V a nominálními proudy od 200A do 6300A. Jsou primárně používány pro distribuci energie a ochranu proti přetížení, nedostatečnému napětí, zkratům a jednofázovému zapnutí na zem. Tyto spínače nabízejí několik inteligentních ochranných funkcí a selektivní ochranu. Za normálních podmínek lze použít pro vzácné přepínání obvodů. ACB až do 1250A mohou také chránit motory před přetížením a zkratami v systémech 380V/50Hz.

Běžné aplikace zahrnují hlavní výstupní spínače na straně 400V transformátorů, sběrnice, spínače pro vysokokapacitní vedení a velké spínače pro řízení motorů.

1.2 Tvarovaná spojovací relé (MCCB)
Také známé jako vložková spínací relé, jejich terminály, hasicí zařízení, odpojovací jednotky a provozní mechanismus jsou umístěny v plastové obale. Pomocné kontakty, odpojovací jednotky pro nedostatečné napětí a shuntové odpojovací jednotky jsou často modulární, což vede k kompaktnímu designu. MCCB obecně nejsou navrženy pro opravy a jsou obvykle používány jako ochrana vedlejších obvodů.

Většina MCCB obsahuje termo-magnetické odpojovací jednotky. Větší modely mohou mít pevné státní odpojovací senzory. Odpojovací jednotky přetížení mohou být elektromagnetické nebo elektronické. Elektromagnetická MCCB jsou obvykle neselektivní a nabízejí pouze dlouhodobou a okamžitou ochranu. Elektronická MCCB poskytují čtyři ochranné funkce: dlouhodobou, krátkodobou, okamžitou a zemní zkrat. Některé novější modely zahrnují zónově selektivní uzamykání.

MCCB se často používají pro kontrolu a ochranu vedlejších obvodů, hlavní výstupní spínače malých distribučních transformátorů, terminály pro řízení motorů a jako spínače zásobování různých strojů.

1.3 Miniaturizované spínací relé (MCB)
MCB jsou nejrozšířenějšími koncovými ochrannými zařízeními v budovách. Chrání jednofázové a třífázové obvody až do 125A před zkratami, přetížením a nadměrným napětím. Dostupné v konfiguracích 1P, 2P, 3P a 4P.

MCB se skládá z provozního mechanismu, kontaktů, ochranných zařízení (různé odpojovací jednotky) a hasicího systému. Kontakty jsou ručně nebo elektricky zavřeny a udržovány volně odpojovacím mechanismem. Cívka odpojovací jednotky přetížení a ohřívací prvek termické odpojovací jednotky jsou připojeny sériově k hlavnímu obvodu, zatímco cívka odpojovací jednotky pro nedostatečné napětí je připojena paralelně ke zdroji napětí.

V projektování elektrického zásobování budov se MCB používají pro ochranu před přetížením, zkratami, přetížením, nedostatečným napětím, zemní zkrat, únikem proudů, automatickým přepínáním dvojzdrojů a vzácným startem a ochranou motorů.

2. Klíčové technické parametry spínacích relé

• Nominální pracovní napětí (Ue)
  Nominální napětí, pro které je spínací relé navrženo pracovat nepřetržitě za stanovených podmínek. V Číně, pro systémy až do 220kV, je maximální pracovní napětí 1,15 násobek systémového nominálního napětí; pro 330kV a vyšší, je 1,1 násobek. Spínací relé musí udržovat izolaci a provádět přepínací operace při maximálním pracovním napětí systému.

• Nominální proud (In)
  Proud, který odpojovací jednotka může nést nepřetržitě při teplotách okolí až 40°C. Pro nastavitelné odpojovací jednotky je to maximální nastavitelný proud. Při teplotách vyšších než 40°C (až 60°C) je povolené derating.

• Nastavení proudu přetížení (Ir)
  Spínací relé odpojí s časovým zpožděním, když proud přesáhne Ir, což představuje maximální proud, který spínací relé může nést bez odpojení. Ir musí být větší než maximální zátěžový proud (Ib), ale menší než dovolený proud kabelu (Iz). Pro termo-magnetická spínací relé je Ir obvykle nastavitelné od 0,7 do 1,0In; elektronické odpojovací jednotky nabízejí širší rozsah, obvykle 0,4 až 1,0In. Pro pevné odpojovací jednotky platí Ir = In.

• Nastavení proudu při zkratu (Im)
  Hranice, při které aktivuje okamžitá nebo krátkodobá odpojovací jednotka pro rychlé odpojení obvodu při vysokých zkratových tocích.

• Nominální krátkodobé výdržné proudy (Icw)
  Proud, který spínací relé může vydržet po určitou dobu bez tepelného poškození.

• Přerušovací kapacita
  Maximální zkratový proud, který spínací relé může bezpečně přerušit, nezávisle na jeho nominálním proudu. Běžné hodnoty zahrnují 36kA a 50kA. Je rozdělena na konečnou přerušovací kapacitu (Icu) a operační přerušovací kapacitu (Ics).

3. Obecné principy výběru spínacích relé

• Nominální pracovní napětí ≥ nominální napětí obvodu.

• Nominální krátkodobá přerušovací kapacita ≥ vypočtený zátěžový proud.

• Nominální krátkodobá přerušovací kapacita ≥ maximální možný zkratový proud v obvodu.

• Jednofázový zkratový proud na konci obvodu ≥ 1,25 × okamžité (nebo krátkodobé) nastavení odpojení.

• Nominální napětí odpojovací jednotky pro nedostatečné napětí = nominální napětí obvodu.

• Nominální napětí shuntové odpojovací jednotky = napětí ovládacího zdroje.

• Nominální napětí elektrického provozního mechanismu = napětí ovládacího zdroje.

• Pro osvětlovací obvody, nastavte okamžitý elektromagnetický proud odpojení na 6 násobek zátěžového proudu.

• Pro krátkodobou ochranu jednoho motoru: 1,35× startovací proud motoru (série DW) nebo 1,7× (série DZ).

• Pro více motorů: 1,3× startovací proud největšího motoru + součet běžných proudů ostatních motorů.

• Jako hlavní spínač na nižkovoltové straně transformátoru: přerušovací kapacita > nižkovoltový zkratový proud transformátoru; nominální proud odpojení ≥ nominální proud transformátoru; krátkodobé nastavení = 6–10× nominální proud transformátoru; nastavení přetížení = nominální proud transformátoru.

• Po předběžném výběru koordinujte s nadřazenými a podřazenými spínacími relémi, abyste zabránili kaskádovému odpojení a minimalizovali rozsah výpadku.

4. Selektivita spínacích relé
Spínací relé jsou klasifikovány jako selektivní nebo neselektivní. Selektivní spínače nabízejí dvou- nebo třistupňovou ochranu: okamžitou a krátkodobou pro zkraty, dlouhodobou pro přetížení. Neselektivní spínače jsou obvykle okamžité (pouze zkrat) nebo dlouhodobé (pouze přetížení). Selektivita je dosažena pomocí krátkodobých odpojovacích jednotek s různými časovými nastaveními. Klíčové zvažování:

• Nadřazené okamžité nastavení odpojení ≥ 1,1 × maximální trojfázový zkratový proud na výstupu podřazeného spínacího relé.

• Pokud je podřazené neselektivní, nadřazené krátkodobé nastavení odpojení ≥ 1,2 × podřazené okamžité nastavení odpojení, aby byla udržena selektivita.

• Pokud je podřazené také selektivní, nadřazené krátkodobé časové zpoždění ≥ podřazené krátkodobé časové zpoždění + 0,1s.
  Obecně Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Kaskádová ochrana
V návrhu systému je koordinace mezi nadřazenými a podřazenými spínacími relémi klíčová pro zajištění selektivity, rychlosti a citlivosti. Správná koordinace umožňuje selektivní izolaci poruch, udržování zásobování zdravých obvodů. Kaskádování využívá omezující efekt nadřazeného spínacího relé (QF1). Když dojde k zkratu na podřazené straně (u QF2), omezující akce QF1 sníží skutečný zkratový proud, což umožní QF2 přerušit proud vyšší než jeho nominální kapacita. To umožňuje použití levnějších, nižší přerušovací kapacity podřazených spínacích relé. Podmínky zahrnují žádné kritické zatížení na sousedních obvodech (protože odpojení QF1 by způsobilo výpadek QF3) a správné odpovídání okamžitých nastavení. Data pro kaskádování jsou určena testováním a poskytována výrobci.

6. Citlivost spínacích relé
Aby bylo zajištěno spolehlivé fungování při minimálních podmínkách poruch, musí citlivost (Sp) být ≥1,3 podle GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Kde Iop je okamžité nebo krátkodobé nastavení odpojení, a Ik.min je minimální zkratový proud na konci chráněného vedení při minimálním provozu systému. Pro selektivní spínací relé s oběma krátkodobým a okamžitým odpojením je třeba ověřit pouze citlivost krátkodobého odpojení.

7. Výběr a nastavení odpojovacích jednotek

(1) Okamžité přetížení nastavení odpojení. Musí přesáhnout vrcholový proud (Ipk) během startu motoru:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = faktor spolehlivosti)

(2) Krátkodobé přetížení nastavení odpojení a čas
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Časová zpoždění jsou obvykle 0,2s, 0,4s nebo 0,6s, nastavena tak, aby doba provozu nadřazeného spínacího relé přesáhla dobu provozu podřazeného o jeden časový krok.

(3) Dlouhodobé přetížení nastavení odpojení a čas
Chrání před přetížením: Iop(l) ≥ Krel × I30 (maximální zátěžový proud). Časové nastavení musí přesáhnout dovolenou dobu krátkodobého přetížení.

(4) Koordinace mezi nastaveními odpojení a kapacitou kabelu.Aby se zabránilo přehřátí nebo požáru kabelu bez odpojení:

Iop ≤ Kol × Ial
Kde Ial = dovolená nosná kapacita kabelu, Kol = faktor krátkodobého přetížení (4,5 pro okamžité/krátkodobé odpojení; 1,1 pro dlouhodobé odpojení jako ochrana před zkratem; 1,0 pouze pro ochranu před přetížením). Pokud není splněno, upravte nastavení odpojení nebo zvětšete průřez kabelu.