Избор и настройка на предпазни пръснатели: Пълен водичник от основни параметри до селективна защита

Класификация на автоматите за предпазване

(1) Въздушен автомат за предпазване (ACB)
Въздушният автомат за предпазване, известен още като формован рамков или универсален автомат, съдържа всички компоненти в изолиран метален рам. Той е обикновено отворен тип, позволяващ инсталирането на различни аксесоари, и облекчава лесната замяна на контакти и части. Често се използва като основен ключ за подаване на напрежение. Прекъсвателните устройства при претоварване включват електромагнитни, електронни и интелигентни типове. Автоматът предоставя четирите стадии на защита: дълготрайно забавяне, краткосрочно забавяне, мигновено и защита при земно замъкване. Всяка защитна настройка може да бъде регулирана в диапазон в зависимост от размера на рамката.

Въздушните автомати за предпазване са подходящи за чертожи на разпределителните мрежи с переменен ток 50Hz, номинални напрежения 380V или 660V и номинални токове от 200A до 6300A. Те се използват основно за разпределение на електрическа енергия и защита на веригите и електроустановките от претоварване, недонапряжение, краткосрочни замъквания, единични земни замъквания и други дефекти. Тези автомати предлагат множество интелигентни функции за защита и позволяват селективна защита. При нормални условия те могат да се използват за редки комутации на веригите. ACB-товете с номинал до 1250A могат да се използват в мрежи с переменен ток 50Hz, 380V за защита на двигатели от претоварване и краткосрочни замъквания.

Въздушните автомати за предпазване се използват често и като основни ключове на страната 400V на трансформаторите, ключове за свързване на шинопроводи, ключове за голям капацитет на изходящи вериги и ключове за контрол на големи двигатели.

(2) Формован корпусен автомат за предпазване (MCCB)
Известен още като плъгин автомат, формованият корпусен автомат за предпазване съдържа контактите, камери за гасене на дъга, прекъснателни устройства и операционни механизми в пластмасова обвивка. Помощните контакти, прекъснателни устройства при недонапряжение и паралелни прекъснателни устройства често са модулни. Структурата е компактна и обслужването обикновено не се счита. Подходящ е за защита на разклонени вериги. Формованите корпусни автомати обикновено включват термо-магнитни прекъснателни устройства, а по-големите модели могат да бъдат оборудвани с твърдотелни прекъснателни сензори.

Прекъснателните устройства за претоварване на MCCB са налични в електромагнитни и електронни типове. Обикновено електромагнитните MCCB са неселективни и предоставят само дълготрайно забавяне и мигновена защита. Електронните MCCB предлагат четири функции на защита: дълготрайно забавяне, краткосрочно забавяне, мигновено и защита при земно замъкване. Някои нови електронни MCCB също предлагат зонално селективно блокиране.

Формованите корпусни автомати за предпазване се използват основно за контрол и защита на изходящи вериги, основни ключове на нисконапрегнатата страна на малки разпределителни трансформатори, терминална разпределителна контрола и като ключове за различни производствени машини.

(3) Миниатюрни автомати за предпазване (MCB)
Миниатюрният автомат за предпазване е най-широко използван устройство за терминална защита в системите за разпределение на електроенергията в сградите. Използва се за защита от краткосрочни замъквания, претоварване и наднапряжение в еднофазни и трифазни вериги до 125A, и се предлага в конфигурации с един, два, три и четири полюса (1P, 2P, 3P, 4P).

MCB съдържа операционен механизъм, контакти, защитни устройства (различни прекъснателни устройства), и система за гасене на дъга. Главните контакти се затварят ръчно или електрически. След затварянето, свободно-прекъсващ механизъм фиксира контактите в затворена позиция. Бобината на прекъснателното устройство при претоварване и нагревателния елемент на термично прекъснателно устройство са свързани последователно с главната верига, докато бобината на прекъснателното устройство при недонапряжение е свързана паралелно с източника на напрежение.

В гражданската електротехническа проектиране миниатюрните автомати за предпазване се използват основно за цели на защита и управление, такива като претоварване, краткосрочни замъквания, претока, загуба на напрежение, недонапряжение, земно замъкване, утечка, автоматично превключване на двойни източници на енергия, и рядко стартиране на двигатели.

Основни характеристики на автоматите за предпазване

(1) Номинално работно напрежение (Ue)
Номиналното работно напрежение е номиналното напрежение на автомата за предпазване, при което автоматът може да работи непрекъснато при зададени нормални условия за работа и изпълнение.

В Китай, за напрежения до 220kV, максималното работно напрежение е 1.15 пъти системното номинално напрежение; за 330kV и по-високо, максималното работно напрежение е 1.1 пъти номиналното напрежение. Автоматът трябва да поддържа изолация и да бъде способен да затваря и прекъсва при максималното системно работно напрежение.

(2) Номинален ток (In)
Номиналният ток е токът, който прекъснателното устройство може да носи непрекъснато при температура на околната среда под 40°C. За автомати с регулируеми прекъснателни устройства, това се отнася до максималния ток, който прекъснателното устройство може да носи непрекъснато.

При използване в температури на околната среда над 40°C, но не повече от 60°C, автоматът може да работи при намалена нагрузка за дълготрайна служба.

(3) Настройка на тока за прекъсване при претоварване (Ir)
Когато токът надхвърли настройката Ir на прекъснателното устройство, автоматът прекъсва след времево забавяне. Представлява и максималния ток, който автоматът може да носи без прекъсване. Тази стойност трябва да бъде по-голяма от максималния ток на нагрузката Ib, но по-малка от максимално позволения ток Iz на веригата.

За термо-магнитни прекъснателни устройства, Ir обикновено е регулируем в диапазон 0.7–1.0In. За електронни прекъснателни устройства, диапазонът за регулиране е по-широк, обикновено 0.4–1.0In. За автомати с нерегулируеми прекъснателни устройства за претоварване, Ir = In.

(4) Настройка на тока за прекъсване при краткосрочно замъкване (Im)
Прекъснателното устройство при краткосрочно замъкване (мигновено или с краткосрочно забавяне) причинява автоматът да прекъсне бързо при високи аварийни токове. Неговата граница за прекъсване е Im.

(5) Номинален ток за краткосрочно издържане (Icw)
Това е стойността на тока, който е позволен да минава през проводника за определен период, без да причини повреди поради прекомерно затопляне.

(6) Капацитет за прекъсване
Капацитетът за прекъсване на автомата за предпазване се отнася до способността му да прекъсва безопасно аварийни токове, което не е необходимо свързано с номиналния ток. Често срещани класове включват 36kA и 50kA. Обикновено се разделя на крайен капацитет за прекъсване на краткосрочно замъкване (Icu) и служебен капацитет за прекъсване на краткосрочно замъкване (Ics).

Общи принципи за избор на автомати за предпазване

Първо, изберете типа и броя на полюсите в зависимост от приложението; след това изберете номиналния ток в зависимост от максималния работен ток; накрая, изберете типа прекъснателно устройство и аксесоари. Конкретните изисквания са следните:

• Номиналното работно напрежение на автомата за предпазване ≥ номиналното напрежение на веригата.

• Номиналният ток за прекъсване на краткосрочно замъкване на автомата за предпазване ≥ изчислен ток на нагрузката на веригата.

• Номиналният ток за прекъсване на краткосрочно замъкване на автомата за предпазване ≥ максимално възможен ток на краткосрочно замъкване в веригата (обикновено изчисляван като RMS стойност).

• Еднофазен ток на замъкване до земята в края на веригата ≥ 1.25 пъти мигновената (или с краткосрочно забавяне) настройка на прекъсване на автомата.

• Номиналното напрежение на прекъснателното устройство при недонапряжение = номиналното напрежение на веригата.

• Номиналното напрежение на паралелното прекъснателно устройство = напрежението на източника на управление.

• Номиналното работно напрежение на електрическия механизъм за управление = напрежението на източника на управление.

• При използване в осветителни вериги, мигновената настройка на прекъсване на електромагнитното прекъснателно устройство обикновено е 6 пъти токът на нагрузката.

• При използване на автомат за предпазване за защита при краткосрочно замъкване на един двигател, мигновената настройка на прекъсване е 1.35 пъти токът на стартиране на двигателя (за серия DW) или 1.7 пъти (за серия DZ).

• При използване на автомат за предпазване за защита при краткосрочно замъкване на множество двигатели, мигновената настройка на прекъсване е 1.3 пъти токът на стартиране на най-големия двигател плюс токовете на работата на останалите двигатели.

• При използване на автомат като основен ключ на нисконапрегнатата страна на разпределителен трансформатор, неговият капацитет за прекъсване трябва да надхвърля тока на краткосрочно замъкване на нисконапрегнатата страна на трансформатора. Номиналният ток на прекъснателното устройство не трябва да е по-малък от номиналния ток на трансформатора. Настройката за защита при краткосрочно замъкване обикновено е 6–10 пъти номиналния ток на трансформатора; настройката за защита при претоварване е равна на номиналния ток на трансформатора.

• След предварителния избор на типа и класа на автомата за предпазване, е необходима координация с горните и долните защитни устройства, за да се избегне каскадно прекъсване и да се намали обхвата на аварията.

Селективност на автоматите за предпазване

В разпределителните системи, автоматите за предпазване се класифицират като селективни или неселективни в зависимост от защитните им характеристики. Селективните нисконапрегнати автомати за предпазване имат или двустадийна, или тристадийна защита. Мигновените и с краткосрочно забавяне характеристики се използват за защита при краткосрочно замъкване, докато характеристиките с дълготрайно забавяне се използват за защита при претоварване. Неселективните автомати обикновено са мигновени, използвани само за защита при краткосрочно замъкване, или с дълготрайно забавяне, използвани само за защита при претоварване.

В разпределителните системи, ако горният автомат е селективен, а долният автомат е неселективен или селективен, селективността се постига чрез използване на забавянето на прекъснателното устройство с краткосрочно забавяне или разликите в настройките за забавяне. Когато горният автомат работи с забавяне, трябва да се вземат предвид следните:

• Независимо дали долният автомат е селективен или неселективен, мигновената настройка на прекъсване на горния автомат обикновено трябва да не е по-малка от 1.1 пъти максималния трифазен ток на краткосрочно замъкване на изхода на долния автомат.

• Ако долният автомат е неселективен, за да се предотврати първоначалното действие на горното прекъснателно устройство с краткосрочно забавяне при недостатъчна чувствителност на мигновеното прекъснателно устройство на долния автомат при краткосрочно замъкване, настройката на прекъснателното устройство с краткосрочно забавяне на горния автомат обикновено трябва да не е по-малка от 1.2 пъти настройката на мигновеното прекъснателно устройство на долния автомат.

• Ако долният автомат също е селективен, за да се гарантира селективността, времето за действие с краткосрочно забавяне на горния автомат трябва да е поне 0.1 секунди по-дълго от това на долния автомат.

Обикновено, за да се гарантира селективното действие между горните и долните нисконапрегнати автомати, горният автомат трябва да има прекъснателно устройство с краткосрочно забавяне, и неговият ток за действие трябва да е поне с едно ниво по-висок от токът за действие на долното прекъснателно устройство. Минимум, токът за действие Iop.1 на горния автомат трябва да не е по-малък от 1.2 пъти токът за действие Iop.2 на долния автомат, т.е. Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.

Каскадна защита на автоматите за предпазване

В дизайна на разпределителните системи, координацията между горните и долните автомати за предпазване трябва да постигне "селективност, бързина и чувствителност". Селективността се отнася до координацията между автоматите, докато бързината и чувствителността са свързани с характеристиките на защитното устройство и режима на работа на веригата.

Правилната координация между горните и долните автомати позволява селективно изолиране на аварийната верига, гарантирайки, че другите невъзпрепятствани вериги продължават нормалната си работа. Лошата координация влияе на надеждността на системата.

Каскадната защита е практическо приложение на ограничаващите ток характеристики на автоматите за предпазване. Основният й принцип е да се използва ограничаващият ефект на горния автомат (QF1), който позволява избор на долен автомат (QF2) с по-нисък капацитет за прекъсване, като това намалява цената. Ограничаващият горен автомат QF1 може да прекъсне максималния предвиждан ток на краткосрочно замъкване в точката на инсталация. Тъй като горните и долните автомати са свързани в редове, когато се случи краткосрочно замъкване на изхода на долния автомат QF2, действителният ток на краткосрочно замъкване е значително намален от ограничаващия ефект на QF1, много по-нисък от предвиждан ток на краткосрочно замъкване в тази точка. Така, капацитетът за прекъсване на QF2 е ефективно увеличен от QF1, надхвърляйки неговия номинален капацитет за прекъсване.

Каскадната защита има определени условия: например, съседните вериги не трябва да имат критични荷载失败