Повний гід з вибору автоматичних вимикачів та розрахунку їх налаштувань

Як вибирати та налаштовувати автоматичні вимикачі

1. Типи автоматичних вимикачів

1.1 Воздушний автоматичний вимикач (ACB)
Також відомий як формований рамний або універсальний вимикач, всі компоненти якого монтується в ізольованому металевому рамному корпусі. Зазвичай він є відкритого типу, що дозволяє легко замінювати контакти та деталі, а також може бути оснащений різноманітними аксесуарами. ACB зазвичай використовуються як головні вимикачі живлення. Приспособлення для захисту від надмірного струму включають електромагнітні, електронні та інтелектуальні типи. Вони забезпечують чотирьохступеневий захист: довготривала затримка, короткотривала затримка, моментальний відмов та заземлення, з кожним параметром захисту, що можна регулювати в межах, залежно від розміру рами.

ACB підходять для мереж з частотою 50 Гц, номінальним напругом 380 В або 660 В та номінальним струмом від 200 А до 6300 А. Вони використовуються переважно для розподілу електроенергії та захисту від перегрузок, недостатнього напругу, коротких замикань та однофазних заземлень. Ці вимикачі пропонують кілька інтелектуальних функцій захисту та селективний захист. У нормальних умовах вони можуть використовуватися для рідкісного комутування цепей. ACB з номінальним струмом до 1250 А також можуть захищати двигуни від перегрузок та коротких замикань в системах 380 В/50 Гц.

Звичайні застосування включають головні вихідні вимикачі на стороні 400 В трансформаторів, вимикачі з'єднання шин, вимикачі великого потужності та вимикачі керування великими двигунами.

1.2 Формований корпусний вимикач (MCCB)
Також відомий як вставний вимикач, його з'єднання, гасники дуги, пристрої захисту від надмірного струму та механізми управління розташовані в пластиковому корпусі. Додаткові контакти, пристрої захисту від недостатнього напругу та паралельні пристрої захисту часто модульні, що призводить до компактного дизайну. MCCB загалом не призначено для ремонту і зазвичай використовуються для захисту гілок цепей.

Більшість MCCB мають теплові-магнітні пристрої захисту. Більші моделі можуть мати твердотільні пристрої захисту. Пристрої захисту від надмірного струму можуть бути електромагнітними або електронними. Електромагнітні MCCB зазвичай не селективні, пропонуючи лише довготривалий та моментальний захист. Електронні MCCB пропонують чотири функції захисту: довготривалий, короткотривалий, моментальний та заземлення. Деякі нові моделі включають зонний селективний взаємний блокування.

MCCB зазвичай використовуються для контролю та захисту гілок цепей, головних вихідних вимикачів на невеликих розподільчих трансформаторах, кінцевих керування двигунами та як вимикачі живлення для різних машин.

1.3 Мініатюрний вимикач (MCB)
MCB є найпоширенішими пристроями кінцевого захисту в будівельних електричних системах. Вони захищають однофазні та трифазні цепи до 125 А від коротких замикань, перегрузок та наднапруг. Доступні в конфігураціях 1P, 2P, 3P та 4P.

MCB складається з механізму управління, контактів, пристроїв захисту (різних пристроїв захисту від надмірного струму) та системи гашення дуги. Контакти закриваються вручну або електрично і утримуються за допомогою вільного відпускного механізму. Спіраль пристрою захисту від надмірного струму та нагрівальний елемент термічного пристрою захисту підключені послідовно до основної цепі, а спіраль пристрою захисту від недостатнього напругу підключена паралельно до живлення.

У проектуванні будівельних електричних систем MCB використовуються для захисту від перегрузок, коротких замикань, надмірного струму, недостатнього напругу, заземлення, протікання, автоматичного переключення подвійних джерел живлення, рідкісного запуску двигунів та їх захисту.

2. Основні технічні параметри вимикачів

• Номінальне напруго (Ue)
  Номінальне напруго, при якому вимикач призначений для постійної роботи в заданих умовах. В Китаї, для систем до 220 кВ, максимальне напруго роботи становить 1,15 разів номінальне напруго системи; для 330 кВ і вище, 1,1 разів. Вимикач повинен зберігати ізоляцію та виконувати операції комутування при максимальному напруго системи.

• Номінальний струм (In)
  Струм, який пристрій захисту може проводити постійно при температурі оточуючого середовища до 40 °C. Для регульованих пристроїв захисту це максимальний регульований струм. При температурах вище 40 °C (до 60 °C) дозволено зменшення.

• Налаштування струму захисту від перегрузки (Ir)
  Вимикач відключається з затримкою, коли струм перевищує Ir, що представляє максимальний струм, який вимикач може проводити без відключення. Ir повинен бути більшим за максимальний струм завантаження (Ib), але меншим за допустимий струм кабелю (Iz). Для теплових-магнітних вимикачів Ir зазвичай регулюється від 0,7 до 1,0 In; електронні пристрої захисту пропонують ширший діапазон, зазвичай від 0,4 до 1,0 In. Для нерегульованих пристроїв захисту Ir = In.

• Налаштування струму захисту від коротких замикань (Im)
  Порог, при якому моментальний або короткотривалий пристрій захисту активується для швидкого відключення цепи при великих аварійних струмах.

• Номінальний струм, який вимикач може витримати протягом вказаного часу без термічних пошкоджень.

• Здатність відключення
  Максимальний аварійний струм, який вимикач може безпечно відключити, незалежно від його номінального струму. Поширені значення включають 36 кА та 50 кА. Вона розподіляється на максимально можливу здатність відключення (Icu) та службову здатність відключення (Ics).

3. Загальні принципи вибору вимикачів

• Номінальне напруго ≥ номінальне напруго цепи.

• Номінальна здатність відключення коротких замикань ≥ розрахований струм завантаження.

• Номінальна здатність відключення коротких замикань ≥ максимальний можливий струм короткого замикання в цепі.

• Однофазний струм короткого замикання на кінці цепи ≥ 1,25 × моментальне (або короткотривале) налаштування відключення.

• Номінальне напруго пристрою захисту від недостатнього напругу = номінальне напруго цепі.

• Номінальне напруго паралельного пристрою захисту = напруго джерела керування.

• Номінальне напруго електричного механізму керування = напруго джерела керування.

• Для освітлювальних цепей, моментальне електромагнітне налаштування струму відключення встановлюється на 6 разів більше струму завантаження.

• Для короткочасного захисту одного двигуна: 1,35× струм запуску двигуна (серія DW) або 1,7× (серія DZ).

• Для декількох двигунів: 1,3× максимальний струм запуску найбільшого двигуна + сума струмів роботи інших двигунів.

• Як вимикач нижнього напругу головного трансформатора: здатність відключення > короткочасний струм нижнього напругу трансформатора; номінальний струм відключення ≥ номінальний струм трансформатора; налаштування короткого замикання = 6–10× номінальний струм трансформатора; налаштування перегрузки = номінальний струм трансформатора.

• Після попереднього вибору, координуйте з верхніми та нижніми вимикачами, щоб уникнути каскадних відключень та зменшити масштаб відключень.

4. Селективність вимикачів
Вимикачі класифікуються як селективні або неселективні. Селективні вимикачі пропонують дво- або триступеневий захист: моментальний та короткотривалий для коротких замикань, довготривалий для перегрузок. Неселективні вимикачі зазвичай моментальні (лише короткі замикання) або довготривалі (лише перегрузки). Селективність досягається за допомогою пристроїв захисту з короткотривальною затримкою з різними налаштуваннями часу. Основні розглядання:

• Моментальне налаштування відключення верхнього вимикача ≥ 1,1 × максимальний трьохфазний струм короткого замикання на виході нижнього вимикача.

• Якщо нижній вимикач неселективний, короткотривале налаштування відключення верхнього вимикача ≥ 1,2 × моментальне налаштування відключення нижнього вимикача, щоб зберегти селективність.

• Якщо нижній вимикач також селективний, короткотривала затримка верхнього вимикача ≥ короткотривала затримка нижнього вимикача + 0,1 с.
  Загалом, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Каскадний захист
У проектуванні систем, координація між верхніми та нижніми вимикачами забезпечує селективність, швидкість та чутливість. Правильна координація дозволяє селективне відключення аварійних цепей, зберігаючи живлення здоровим цепям. Каскад використовує обмежування струму верхнім вимикачем (QF1). Коли коротке замикання відбувається нижче (на QF2), обмежувальна дія QF1 зменшує фактичний аварійний струм, дозволяючи QF2 відключити струм, більший за його номінальну здатність. Це дозволяє використовувати нижчі за вартістю, нижчі за здатність відключення нижні вимикачі. Умови включають відсутність критичних завантажень на суміжних цепях (оскільки відключення QF1 вимкне QF3), та правильне зіставлення моментальних налаштувань. Дані каскаду визначаються тестуванням та надаються виробниками.

6. Чутливість вимикачів
Для забезпечення надійної роботи при мінімальних аварійних умовах, чутливість (Sp) повинна бути ≥1,3 за GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Де Iop — моментальне або короткотривале налаштування відключення, а Ik.min — мінімальний струм короткого замикання на кінці захищеної лінії при мінімальній роботі системи. Для селективних вимикачів з обох моментальним та короткотривалим захистом, достатньо перевірити чутливість короткотривалого захисту.

7. Вибір та налаштування пристроїв захисту

(1) Моментальне налаштування відключення при надмірному струмі. Мусить перевищувати піковий струм (Ipk) під час запуску двигуна:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = фактор надійності)

(2) Короткотривале налаштування відключення при надмірному струмі та час
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Часові затримки зазвичай становлять 0,2 с, 0,4 с або 0,6 с, налаштовані так, щоб час роботи верхнього вимикача перевищував час роботи нижнього на один крок часу.

(3) Довготривале налаштування відключення при надмірному струмі та час
Захищає від перегрузок: Iop(l) ≥ Krel × I30 (максимальний струм завантаження). Часове налаштування повинно перевищувати дозволений час короткотривалої перегрузки.

(4) Координація між налаштуваннями пристроїв захисту та здатністю кабелів.Для запобігання перегріву або пожежі кабелів без відключення:

Iop ≤ Kol × Ial
Де Ial = допустима здатність кабелю, Kol = фактор короткотривалої перегрузки (4,5 для моментального/короткотривалого захисту; 1,1 для довготривалого захисту як захист від коротких замикань; 1,0 для захисту лише від перегрузок). Якщо це не виконується, налаштуйте налаштування відключення або збільшіть розмір кабелю.