Pełny przewodnik do wyboru i obliczania ustawień wyłączników

Jak wybrać i ustawiać automaty zabezpieczające

1. Rodzaje automatów zabezpieczających

1.1 Automat powietrzny (ACB)
W znanej również jako obudowa formowana lub uniwersalny automat zabezpieczający, wszystkie komponenty są zamontowane w izolowanej metalowej ramie. Jest to zazwyczaj typ otwarty, co umożliwia łatwą wymianę kontaktów i części, oraz może być wyposażony w różne akcesoria. ACBy są powszechnie używane jako główne przełączniki zasilania. Jednostki przeciążeniowe obejmują typy elektromagnetyczne, elektroniczne i inteligentne. Zapewniają czterostopniową ochronę: długotrwałą, krótkotrwałą, natychmiastową i przeciwpotencjalną, z każdą ustawieniem ochrony dostosowanym w zakresie na podstawie rozmiaru ramy.

ACBy są odpowiednie dla sieci AC 50Hz z nominalnymi napięciami 380V lub 660V i prądami nominalnymi od 200A do 6300A. Są głównie wykorzystywane do dystrybucji energii i ochrony przed przeciążeniami, niedociśnieniem, zwarciami i jednofazowymi przewodzeniami. Te automaty oferują wiele inteligentnych funkcji ochronnych i selektywną ochronę. W normalnych warunkach mogą być używane do rzadkiego przełączania obwodów. ACBy o mocy do 1250A mogą również chronić silniki przed przeciążeniami i zwarciami w systemach 380V/50Hz.

Typowe zastosowania obejmują główne przełączniki wychodzące po stronie 400V transformatorów, przełączniki łączące, przełączniki liniowe o dużej mocy i przełączniki sterujące dużymi silnikami.

1.2 Obudowa formowana (MCCB)
W znanej również jako wtykowy automat zabezpieczający, jego terminale, gasnice łuków, jednostki przeciążeniowe i mechanizmy działania są umieszczone w plastikowej obudowie. Kontaktor pomocniczy, jednostki przeciążeniowe niedociśnienia i jednostki przeciążeniowe szeregowe są często modułowe, co powoduje kompaktowy design. MCCBy ogólnie nie są zaprojektowane do naprawy i są zwykle używane do ochrony obwodów gałęziowych.

Większość MCCB zawiera termomagnetyczne jednostki przeciążeniowe. Większe modele mogą posiadać czujniki przeciążeń stanu stałego. Jednostki przeciążeniowe mogą być elektromagnetyczne lub elektroniczne. Elektromagnetyczne MCCB są zazwyczaj nieselektywne, oferując tylko długotrwałą i natychmiastową ochronę. Elektroniczne MCCB zapewniają cztery funkcje ochronne: długotrwałą, krótkotrwałą, natychmiastową i przeciwpotencjalną. Niektóre nowsze modele obejmują sekwencyjne blokowanie strefowe.

MCCBy są powszechnie używane do sterowania i ochrony obwodów liniowych, głównych przełączników wychodzących małych transformatorów dystrybucyjnych, końcówek sterujących silnikami i jako przełączniki zasilania różnych maszyn.

1.3 Miniatura automatu zabezpieczającego (MCB)
MCB są najbardziej szeroko stosowanymi urządzeniami ochrony końcowej w systemach elektrycznych budynków. Chronią obwody jednofazowe i trójfazowe o prądzie do 125A przed zwarciami, przeciążeniami i nadnapięciami. Dostępne w konfiguracjach 1P, 2P, 3P i 4P.

MCB składa się z mechanizmu działania, kontaktów, urządzeń ochronnych (różne jednostki przeciążeniowe) i systemu gaszenia łuku. Kontakty są zamykane ręcznie lub elektrycznie i utrzymywane przez mechanizm swobodnego przerywania. Cewka jednostki przeciążeniowej i element grzejny termicznej jednostki przeciążeniowej są połączone szeregowo z głównym obwodem, podczas gdy cewka przeciążeniowa niedociśnienia jest połączona równolegle ze źródłem zasilania.

W projektowaniu instalacji elektrycznych budynków MCB są używane do ochrony przed przeciążeniami, zwarciami, przeciążeniami, niedociśnieniem, przewodzeniem jednofazowym, przeciekami, automatycznym przełączaniem podwójnych źródeł zasilania, rzadkim uruchamianiem i ochroną silników.

2. Kluczowe parametry techniczne automatów zabezpieczających

• Nominalne napięcie pracy (Ue)
  Nominalne napięcie, przy którym automat zabezpieczający jest zaprojektowany do ciągłej pracy w określonych warunkach. W Chinach, dla systemów do 220kV, maksymalne napięcie pracy wynosi 1,15 razy napięcie nominalne systemu; dla 330kV i więcej, wynosi 1,1 razy. Przeciwprzepust musi zachować izolację i wykonywać operacje przełączania przy maksymalnym napięciu pracy systemu.

• Prąd nominalny (In)
  Prąd, który jednostka przeciążeniowa może przenosić ciągle przy temperaturach otoczenia do 40°C. Dla regulowanych jednostek przeciążeniowych, jest to maksymalny regulowany prąd. Przy temperaturach powyżej 40°C (do 60°C), dozwolone jest zmniejszenie.

• Ustawienie prądu przeciążenia (Ir)
  Automat przerywa z opóźnieniem, gdy prąd przekracza Ir, co reprezentuje maksymalny prąd, który automat może przenosić bez przerywania. Ir musi być większe niż maksymalny prąd obciążenia (Ib), ale mniejsze niż dopuszczalny prąd kabla (Iz). Dla termomagnetycznych automatów, Ir jest zazwyczaj regulowane od 0,7 do 1,0In; jednostki elektroniczne oferują szerszy zakres, zwykle 0,4 do 1,0In. Dla stałych jednostek przeciążeniowych, Ir = In.

• Ustawienie prądu przeciążenia krótkotrwałego (Im)
  Próg, przy którym jednostka natychmiastowa lub krótkotrwała aktywuje, aby szybko rozłączyć obwód podczas wysokich prądów uszkodzeniowych.

• Dopuszczalny prąd krótkotrwały (Icw)
  Prąd, który automat może wytrzymać przez określony czas bez uszkodzeń termicznych.

• Pojemność przerywania
  Maksymalny prąd uszkodzeniowy, który automat może bezpiecznie przerwać, niezależnie od prądu nominalnego. Typowe wartości to 36kA i 50kA. Dzieli się na maksymalną pojemność przerywania (Icu) i pojemność przerywania serwisową (Ics).

3. Ogólne zasady wyboru automatów zabezpieczających

• Nominalne napięcie pracy ≥ napięcie nominalne obwodu.

• Nominalna pojemność przerywania zwarcia ≥ obliczony prąd obciążenia.

• Nominalna pojemność przerywania zwarcia ≥ maksymalny możliwy prąd zwarcia w obwodzie.

• Jednofazowy prąd zwarcia z ziemią na końcu obwodu ≥ 1,25 × ustawienie natychmiastowe (lub krótkotrwałe) przeciążenia.

• Napięcie nominalne jednostki przeciążeniowej niedociśnienia = napięcie nominalne obwodu.

• Napięcie nominalne jednostki przeciążeniowej szeregowej = napięcie zasilania sterowniczego.

• Napięcie nominalne mechanicznego mechanizmu działania = napięcie zasilania sterowniczego.

• Dla obwodów oświetleniowych, ustawienie natychmiastowego prądu przeciążenia elektromagnetycznego wynosi 6 razy prąd obciążenia.

• Dla ochrony pojedynczego silnika przed zwarciami: 1,35× prąd startowy silnika (seria DW) lub 1,7× (seria DZ).

• Dla wielu silników: 1,3× największy prąd startowy silnika + suma prądów pracy innych silników.

• Jako przełącznik strony niskonapięciowej głównego transformatora: pojemność przerywania > prąd zwarcia niskiego napięcia transformatora; prąd ustawiony przeciążeniowy ≥ prąd nominalny transformatora; ustawienie przeciążenia krótkotrwałego = 6–10× prąd nominalny transformatora; ustawienie przeciążenia długotrwałego = prąd nominalny transformatora.

• Po wstępnej selekcji, skoordynuj z przełącznikami górnymi i dolnymi, aby zapobiec kaskadowym przerywaniom i zminimalizować zakres awarii.

4. Selekcja automatów zabezpieczających
Automaty zabezpieczające klasyfikowane są jako selektywne lub nieselektywne. Selektive automaty oferują dwu- lub trójstopniową ochronę: natychmiastową i krótkotrwałą dla zwarcia, długotrwałą dla przeciążenia. Nieselektywne automaty są zazwyczaj natychmiastowe (tylko zwarcie) lub długotrwałe (tylko przeciążenie). Selekcja jest osiągana za pomocą jednostek przeciążeniowych krótkotrwałych z różnymi ustawieniami czasowymi. Kluczowe zagadnienia:

• Górne ustawienie natychmiastowe ≥ 1,1 × maksymalny trójfazowy prąd zwarcia na wyjściu dolnego przełącznika.

• Jeśli dolny jest nieselektywny, górne ustawienie krótkotrwałe ≥ 1,2 × dolne ustawienie natychmiastowe, aby zachować selektywność.

• Jeśli dolny jest również selektywny, górne opóźnienie krótkotrwałe ≥ dolne opóźnienie krótkotrwałe + 0,1s.
  Ogólnie, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Kaskadowa ochrona
W projektowaniu systemu, koordynacja między górnymi i dolnymi przełącznikami zapewnia selektywność, szybkość i wrażliwość. Prawidłowa koordynacja pozwala na selektywne izolowanie uszkodzeń, utrzymując zasilanie w zdrowych obwodach. Kaskadowa ochrona wykorzystuje ograniczającą prąd działanie górnego przełącznika (QF1). Gdy wystąpi zwarcie dolnego (QF2), ograniczająca prąd działanie QF1 redukuje rzeczywisty prąd uszkodzenia, pozwalając QF2 przerwać prąd wyższy niż jego nominalna pojemność przerywania. To pozwala na użycie tańszych, dolnych przełączników o niższej pojemności przerywania. Warunki obejmują brak krytycznych obciążeń na sąsiednich obwodach (ponieważ przerywanie QF1 spowodowałoby wyłączenie QF3) i prawidłowe dopasowanie ustawień natychmiastowych. Dane kaskadowe są określane przez testy i dostarczane przez producentów.

6. Wrażliwość automatów zabezpieczających
Aby zapewnić niezawodne działanie w minimalnych warunkach uszkodzenia, wrażliwość (Sp) musi wynosić ≥1,3 według GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Gdzie Iop to ustawienie natychmiastowe lub krótkotrwałe przeciążenia, a Ik.min to minimalny prąd zwarcia na końcu chronionego obwodu w minimalnych warunkach pracy systemu. Dla selektywnych automatów z obiema krótkotrwałymi i natychmiastowymi jednostkami przeciążeniowymi, należy sprawdzić tylko wrażliwość krótkotrwałej jednostki przeciążeniowej.

7. Wybór i ustawienie jednostek przeciążeniowych

(1) Ustawienie natychmiastowego przeciążenia. Musi przekraczać szczytowy prąd obwodu (Ipk) podczas startu silnika:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = współczynnik niezawodności)

(2) Ustawienie krótkotrwałego przeciążenia i czas
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Opóźnienia są zazwyczaj 0,2s, 0,4s lub 0,6s, ustawione tak, aby czas działania górnego przełącznika przekraczał czas działania dolnego o jeden krok czasowy.

(3) Ustawienie długotrwałego przeciążenia i czas
Ochrona przed przeciążeniem: Iop(l) ≥ Krel × I30 (maksymalny prąd obciążenia). Ustawienie czasowe musi przekraczać dopuszczalny czas krótkotrwałego przeciążenia.

(4) Koordynacja między ustawieniami przeciążeń a pojemnością kabla.Aby zapobiec przegrzewaniu się kabla lub pożarowi bez przerywania:

Iop ≤ Kol × Ial
Gdzie Ial = dopuszczalna pojemność przewodzenia kabla, Kol = współczynnik krótkotrwałego przeciążenia (4,5 dla natychmiastowego/krótkotrwałego przeciążenia; 1,1 dla długotrwałego przeciążenia jako ochrona przed zwarciami; 1,0 tylko dla ochrony przeciwko przeciążeniom). Jeśli warunek nie jest spełniony, dostosuj ustawienie przeciążenia lub zwiększ średnicę kabla.