Selecció i configuració de disjuntors: Una guia completa des dels paràmetres bàsics fins a la protecció selectiva
Classificació dels interruptors automàtics
(1) Interruptor automàtic d'aire (ACB)
Un interruptor automàtic d'aire, també conegut com a interruptor automàtic de marc o universal, conté tots els components dins d'un marc metàl·lic aïllat. És tipicament de tipus obert, permetent l'instal·lació de diversos accessoris i facilitant la substitució fàcil de contactes i peixos. Es fa servir com a interruptor principal de subministrament d'energia. Les unitats de desplaçament per sobrecorrent inclouen tipus electromagnètics, electrònics i intel·ligents. L'interruptor proporciona una protecció en quatre etapes: retard a llarg termini, retard a curt termini, instantània i protecció contra faltas a terra. Cada configuració de protecció es pot ajustar en un rang basat en la mida del marc.
Els interruptors automàtics d'aire són adequats per a corrent alternada de 50Hz, tensions nominals de 380V o 660V, i corrents nominals des de 200A fins a 6300A en xarxes de distribució. S'utilitzen principalment per distribuir energia elèctrica i protegir circuits i equipaments de potència contra sobrecàrregues, baixa tensió, faltas a terra, faltas de fase única i altres defectes. Aquests interruptors ofereixen múltiples funcions de protecció intel·ligent i permeten la protecció selectiva. En condicions normals, es poden utilitzar per a la commutació infreqüent de circuits. Els ACB amb valoracions fins a 1250A es poden utilitzar en xarxes de 50Hz, 380V per protegir motors contra sobrecàrrega i faltas a terra.
Els interruptors automàtics d'aire també es fan servir habitualment com a interruptors principals al costat de 400V dels transformadors, interruptors de barra de connexió, interruptors de ramals de gran capacitat i interruptors de control de motors grans.
(2) Interruptor automàtic de caixa moltjada (MCCB)
També conegut com a interruptor automàtic de clau, l'interruptor automàtic de caixa moltjada conté terminals, contactes, cambres d'extinció d'arc, unitats de desplaçament i mecanismes d'operació dins d'una capsa de plàstic. Els contactes auxiliars, les unitats de desplaçament per baixa tensió i les unitats de desplaçament paral·lel sovint són modulars. La estructura és compacta i generalment no es considera la manteniment. És adequat per a la protecció de circuits ramals. Els interruptors de caixa moltjada normalment inclouen unitats de desplaçament tèrmico-magnètiques, mentre que els models més grans poden estar equipats amb sensors de desplaçament d'estat sòlid.
Les unitats de desplaçament per sobrecorrent per MCCB estan disponibles en tipus electromagnètic i electrònic. Normalment, els MCCB electromagnètics són no selectius i proporcionen només protecció a llarg termini i instantània. Els MCCB electrònics ofereixen quatre funcions de protecció: retard a llarg termini, retard a curt termini, instantània i protecció contra faltas a terra. Alguns MCCB electrònics nous introduïts també tenen interbloqueig selectiu de zones.
Els interruptors automàtics de caixa moltjada s'utilitzen generalment per al control i protecció de circuits de ramal, com a interruptors principals al costat de baixa tensió de petits transformadors de distribució, control de distribució terminal d'energia i com a interruptors d'energia per a diverses màquines de producció.
(3) Mini-interruptor automàtic (MCB)
El mini-interruptor automàtic és el dispositiu de protecció terminal més ampliament utilitzat en sistemes de distribució elèctrica terminal d'edificis. Es fa servir per a la protecció contra faltas a terra, sobrecàrregues i sobretensió en circuits monofàsics i trifàsics fins a 125A, i es troba en configuracions de pols únic (1P), doble (2P), triple (3P) i quadruple (4P).
Un MCB consta d'un mecanisme d'operació, contactes, dispositius de protecció (diverses unitats de desplaçament), i un sistema d'extinció d'arc. Els contactes principals es tanquen manualment o elèctricament. Després de tancar, un mecanisme de desplaçament lliure bloqueja els contactes en la posició tancada. La bobina de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent i l'element de càlcul de l'unitat tèrmica es connecten en sèrie amb el circuit principal, mentre que la bobina de l'unitat de desplaçament per baixa tensió es connecta en paral·lel amb el subministrament d'energia.
En el disseny elèctric d'edificis civils, els mini-interruptors automàtics es fan servir principalment per a la protecció i operació en casos com sobrecàrrega, falta a terra, sobretensió, pèrdua de tensió, baixa tensió, fuga, transferència automàtica de fonts d'energia dual i inici de motors infreqüent.
Paràmetres Característics Bàsics dels Interruptors Automàtics
(1) Tensió Nominal d'Operació (Ue)
La tensió nominal d'operació és la tensió nominal de l'interruptor automàtic, sota la qual l'interruptor pot funcionar de manera contínua en condicions de servei i rendiment especificades normals.
A la Xina, per a nivells de tensió fins a 220kV, la tensió d'operació màxima és 1,15 vegades la tensió nominal del sistema; per a 330kV i superior, la tensió d'operació màxima és 1,1 vegades la tensió nominal. L'interruptor automàtic ha de mantenir l'aïllament i ser capaç de tancar i interrompre sota la tensió d'operació màxima del sistema.
(2) Corrent Nominal (In)
El corrent nominal és el corrent que l'unitat de desplaçament pot portar de manera contínua a una temperatura ambient inferior a 40°C. Per a interruptors amb unitats de desplaçament ajustables, es refereix al màxim corrent que l'unitat de desplaçament pot portar de manera contínua.
Quan s'utilitza en temperatures ambient superiors a 40°C però no superiors a 60°C, l'interruptor pot funcionar amb una càrrega reduïda per a un servei a llarg termini.
(3) Configuració de Corrent de Desplaçament per Sobrecàrrega (Ir)
Quan el corrent excedeix la configuració Ir de l'unitat de desplaçament, l'interruptor automàtic es desplaça després d'un retard. També representa el màxim corrent que l'interruptor pot portar sense desplaçar-se. Aquest valor ha de ser més gran que el màxim corrent de càrrega Ib però menor que el màxim corrent permès Iz del circuit.
Per a les unitats de desplaçament tèrmico-magnètiques, Ir és normalment ajustable dins de 0,7–1,0In. Per a les unitats de desplaçament electròniques, el rang d'ajust és normalment més ample, típicament 0,4–1,0In. Per a interruptors amb unitats de desplaçament per sobrecorrent no ajustables, Ir = In.
(4) Configuració de Corrent de Desplaçament per Faltas a Terra (Im)
L'unitat de desplaçament per faltas a terra (instantània o retard a curt termini) fa que l'interruptor automàtic es desplaçi ràpidament quan ocorren corrents de faltes a terra elevades. El seu llindar de desplaçament és Im.
(5) Corrent Nominal de Resistència a Curt Termini (Icw)
Aquest és el valor de corrent permès passar pel conductor durant un període especificat sense causar danys per sobrecalentament.
(6) Capacitat de Interrupció
La capacitat de interrupció d'un interruptor automàtic es refereix a la seva capacitat per interrompre de manera segura corrents de faltes, la qual no està necessàriament relacionada amb el seu corrent nominal. Les valoracions comunes inclouen 36kA i 50kA. Generalment es divideix en capacitat de interrupció de faltes a curt termini màxima (Icu) i capacitat de interrupció de faltes a curt termini de servei (Ics).
Principis generals per a la selecció d'interruptors automàtics
Primer, selecciona el tipus i el nombre de pols basant-te en l'aplicació; després selecciona el corrent nominal basant-te en el màxim corrent d'operació; finalment, tria el tipus d'unitat de desplaçament i accessoris. Requisits específics són els següents:
La tensió nominal d'operació de l'interruptor automàtic ≥ tensió nominal de la línia.
La capacitat de maniobra i interrupció de faltes a curt termini nominal de l'interruptor automàtic ≥ corrent de càrrega calculat de la línia.
La capacitat de maniobra i interrupció de faltes a curt termini nominal de l'interruptor automàtic ≥ màxim possible corrent de faltes a curt termini en la línia (normalment calculat com a valor eficaç).
Corrent de faltes a terra de fase única al final de la línia ≥ 1,25 vegades la configuració de desplaçament instantània (o retard a curt termini) de l'interruptor automàtic.
La tensió nominal de l'unitat de desplaçament per baixa tensió = tensió nominal de la línia.
La tensió nominal de l'unitat de desplaçament paral·lela = tensió de subministrament de control.
La tensió nominal d'operació del mecanisme d'operació elèctric = tensió de subministrament de control.
Quan s'utilitza en circuits d'enllumenat, la configuració de desplaçament instantània de l'unitat de desplaçament electromagnètic és generalment 6 vegades el corrent de càrrega.
Quan s'utilitza un interruptor automàtic per a la protecció de faltes a curt termini d'un sol motor, la configuració de desplaçament instantània és 1,35 vegades el corrent de partida del motor (per a la sèrie DW) o 1,7 vegades (per a la sèrie DZ).
Quan s'utilitza un interruptor automàtic per a la protecció de faltes a curt termini de diversos motors, la configuració de desplaçament instantània és 1,3 vegades el corrent de partida del motor més gran més els corrents de funcionament dels motors restants.
Quan s'utilitza un interruptor automàtic com a interruptor principal al costat de baixa tensió d'un transformador de distribució, la seva capacitat de interrupció hauria de superar el corrent de faltes a curt termini al costat de baixa tensió del transformador. El corrent nominal de l'unitat de desplaçament no hauria de ser inferior al corrent nominal del transformador. La configuració de protecció de faltes a curt termini és generalment 6–10 vegades el corrent nominal del transformador; la configuració de protecció per sobrecàrrega és igual al corrent nominal del transformador.
Després de seleccionar preliminarment el tipus i la valoració de l'interruptor automàtic, cal coordinar amb els dispositius protectors amont i avall per evitar el desplaçament en cascada i minimitzar l'àmbit de l'accident.
Selectivitat dels interruptors automàtics
En sistemes de distribució, els interruptors automàtics es classifiquen com selectius o no selectius basant-se en el rendiment de protecció. Els interruptors automàtics de baixa tensió selectius tenen protecció en dues o tres etapes. Les característiques instantànies i de retard a curt termini s'utilitzen per a la protecció de faltes a curt termini, mentre que les característiques de retard a llarg termini s'utilitzen per a la protecció per sobrecàrrega. Els interruptors no selectius són típicament instantanis, utilitzats només per a la protecció de faltes a curt termini, o de retard a llarg termini, utilitzats només per a la protecció per sobrecàrrega.
En sistemes de distribució, si l'interruptor amont és selectiu i l'interruptor avall és no selectiu o selectiu, la selectivitat s'aconsegueix utilitzant el retard de l'unitat de desplaçament de retard a curt termini o diferències en la configuració del retard. Quan l'interruptor amont opera amb retard, s'ha de considerar el següent:
Independentment de si l'interruptor avall és selectiu o no selectiu, la configuració de desplaçament per sobrecorrent instantània de l'interruptor amont generalment no hauria de ser inferior a 1,1 vegades el màxim corrent de faltes a curt termini trifàsic a la sortida de l'interruptor avall.
Si l'interruptor avall és no selectiu, per prevenir que l'unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini de l'interruptor amont operi primer degut a la insuficient sensibilitat de l'unitat de desplaçament instantània de l'interruptor avall durant una falt a curt termini, la configuració de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini de l'interruptor amont generalment no hauria de ser inferior a 1,2 vegades la de l'unitat de desplaçament instantània de l'interruptor avall.
Si l'interruptor avall també és selectiu, per assegurar la selectivitat, el temps de funcionament de retard a curt termini de l'interruptor amont hauria de ser com a mínim 0,1 segons més llarg que el de l'interruptor avall.
Generalment, per assegurar l'operació selectiva entre els interruptors automàtics de baixa tensió amont i avall, l'interruptor amont hauria de tenir preferiblement una unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini, i el seu corrent de funcionament hauria de ser com a mínim un nivell més alt que el de l'unitat de desplaçament avall. Com a mínim, el corrent de funcionament Iop.1 de l'interruptor amont no hauria de ser inferior a 1,2 vegades el corrent de funcionament Iop.2 de l'interruptor avall, és a dir, Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.
Protecció en cascada dels interruptors automàtics
En el disseny del sistema de distribució, la coordinació entre els interruptors automàtics amont i avall ha d'assolir "selectivitat, velocitat i sensibilitat". La selectivitat es refereix a la coordinació entre els interruptors, mentre que la velocitat i la sensibilitat estan associades amb les característiques del dispositiu protector i el mode d'operació del circuit.
Una coordinació adequada entre els interruptors amont i avall permet l'isolament selectiu del circuit defectuós, assegurant que els altres circuits no defectuosos continuen funcionant normalment. Una coordinació inadequada afecta la fiabilitat del sistema.
La protecció en cascada és una aplicació pràctica de les característiques limitadores de corrent dels interruptors automàtics. El seu principi principal és utilitzar l'efecte limitador de corrent de l'interruptor amont (QF1), que permet la selecció d'un interruptor avall (QF2) amb una capacitat de interrupció menor, reduint així el cost. L'interruptor amont QF1, que té un efecte limitador de corrent, pot interrompre el màxim corrent de faltes a curt termini previst al seu punt d'instal·lació. Com que els interruptors amont i avall estan connectats en sèrie, quan ocorre una falt a curt termini a la sortida de l'interruptor avall QF2, el corrent de faltes a curt termini real es redueix significativament per l'efecte limitador de QF1, ben lluny del corrent de faltes a curt termini previst a aquest punt. Així, la capacitat de interrupció de QF2 es veu efectivament reforçada per QF1, superant la seva capacitat de interrupció nominal.
La protecció en cascada té certes condicions: per exemple, els circuits adjacents no haurien de tenir càrregues crítiques (ja que el desplaçament de QF1 també desenergetitzaria el circuit de QF3), i les configuracions instantànies de QF1 i QF2 han de ser adequades. Les dades en cascada només es poden determinar experimentalment, i la coordinació entre els interruptors amont i avall ha de ser proporcionada pel fabricant.
Sensibilitat dels interruptors automàtics
Per assegurar el funcionament fiable de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent instantània o de retard a curt termini en les condicions mínimes de funcionament del sistema i durant la falt a curt termini més lleugera dins del seu àmbit de protecció, la sensibilitat de l'interruptor automàtic ha de complir els requisits del "Codi de Disseny d'Instal·lacions Elèctriques de Baixa Tensió" (GB50054-95), que especifica una sensibilitat no inferior a 1,3, és a dir, Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Aquí, Iop és el corrent de funcionament de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent instantània o de retard a curt termini, Ik.min és el corrent de falt a terra de fase única o bifàsica al final de la línia protegida en les condicions mínimes de funcionament del sistema, i Sp és la sensibilitat de l'interruptor automàtic.
Quan es selecciona un interruptor automàtic, també s'ha de verificar la seva sensibilitat. Per als interruptors selectius amb unitats de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini i instantània, només cal comprovar la sensibilitat de l'unitat de desplaçament de retard a curt termini; la sensibilitat de l'unitat de desplaçament instantània no requereix verificació.
Selecció i configuració de les unitats de desplaçament dels interruptors automàtics
(1) Configuració del corrent de funcionament de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent instantània
Alguns equips elèctrics protegits per l'interruptor automàtic tenen corrents de pic elevats durant l'arranc, diverses vegades el corrent nominal, causant que l'interruptor experimenti corrents de pic elevats breument. El corrent de funcionament Iop(o) de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent instantània ha de superar el corrent de pic del circuit Ipk, és a dir, Iop(o) ≥ Krel·Ipk, on Krel és el factor de fiabilitat. Quan es selecciona un interruptor automàtic, assegura't que la seva configuració de desplaçament per sobrecorrent instantània superi el corrent de pic per evitar desplaçaments indesitjats.
(2) Configuració del corrent de funcionament i temps de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini
El corrent de funcionament Iop(s) de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a curt termini també ha de superar el corrent de pic del circuit Ipk, és a dir, Iop(s) ≥ Krel·Ipk, on Krel és el factor de fiabilitat. Els temps de desplaçament de retard a curt termini són generalment 0,2s, 0,4s o 0,6s, determinats basant-se en la selectivitat amb els dispositius protectors amont i avall, assegurant que el dispositiu amont opera després que el dispositiu avall per un pas de temps.
(3) Configuració del corrent de funcionament i temps de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a llarg termini
L'unitat de desplaçament per sobrecorrent de retard a llarg termini es fa servir principalment per a la protecció per sobrecàrrega. El seu corrent de funcionament Iop(l) només ha de superar el màxim corrent de càrrega del circuit (corrent calculada I30), és a dir, Iop(l) ≥ Krel·I30, on Krel és el factor de fiabilitat. El temps de funcionament ha de superar la durada de les sobrecàrregues a curt termini admissibles per evitar desplaçaments indesitjats.
(4) Requisits de coordinació entre el corrent de funcionament de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent i el circuit protegit
Per prevenir daños a l'aïllament o incendis deguts a sobrecàrregues o faltas a curt termini sense que l'interruptor automàtic es desplaci, el corrent de funcionament de l'unitat de desplaçament per sobrecorrent Iop ha de complir la condició: Iop ≤ Kol·Ial. Aquí, Ial és la capacitat de conducció admissible del cable aïllat; Kol és el factor de sobrecàrrega a curt termini admissible—normalment 4,5 per a les unitats de desplaçament instantànies i de retard a curt termini, 1,1 per a les unitats de desplaçament de retard a llarg termini utilitzades per a la protecció de faltes a curt termini, i 1,0 quan s'utilitzen només per a la protecció per sobrecàrrega. Si aquest requisit de coordinació no es compleix, la configuració de l'unitat de desplaçament s'ha d'ajustar, o s'ha d'augmentar la secció transversal del conductor o cable adequadament.
