Výběr a nastavení spínacích přerušovačů: Úplná příručka od základních parametrů po selektivní ochranu

Klasifikace přerušovačů

(1) Pneumatický přerušovač (ACB)
Pneumatický přerušovač, také známý jako lisovaný rámec nebo univerzální přerušovač, má všechny komponenty umístěné v izolovaném kovovém rámu. Typicky je to otevřený typ, což umožňuje instalaci různých příslušenství a snadnou výměnu kontaktů a částí. Je běžně používán jako hlavní spínač zdroje elektrické energie. Přetížení tripové jednotky mohou být elektromagnetické, elektronické a inteligentní typy. Přerušovač poskytuje čtyřstupňovou ochranu: dlouhodobé zpoždění, krátkodobé zpoždění, okamžité a ochrana proti zemnímu zkratu. Každá nastavení ochrany lze upravit v rozsahu podle velikosti rámu.

Pneumatické přerušovače jsou vhodné pro střídavý proud s frekvencí 50 Hz, s jmenovitými napětím 380V nebo 660V a jmenovitými proudy od 200A do 6300A v distribučních sítích. Jsou primárně používány k distribuci elektrické energie a ochraně obvodů a elektrického zařízení před přetížením, nedotáčivostí, zkraty, jednofázovým zapnutím na zem a jinými poruchami. Tyto přerušovače nabízí několik inteligentních ochranných funkcí a umožňují selektivní ochranu. Za normálních podmínek se mohou používat pro vzácné přepínání obvodů. ACB s hodnocením až 1250A lze použít v síti 50Hz, 380V k ochraně motorů před přetížením a zkratou.

Pneumatické přerušovače jsou také běžně používány jako hlavní spínače na straně 400V transformátorů, propojovací spínače, spínače pro vysoké kapacity a spínače pro řízení velkých motorů.

(2) Lisovaný přerušovač (MCCB)
Také známý jako vložkový přerušovač, lisovaný přerušovač má terminály, kontakty, komory pro uhasení oblouku, tripové jednotky a provozní mechanismy umístěné v plastovém obalu. Pomocné kontakty, undervoltage tripové jednotky a shunt tripové jednotky jsou často modulární. Struktura je kompaktní a údržba obvykle není nutná. Je vhodný pro ochranu vedlejších obvodů. Lisované přerušovače obvykle obsahují tepelně-magnetické tripové jednotky, zatímco větší modely mohou být vybaveny pevnými stavovými senzory tripových jednotek.

Přetížení tripových jednotek pro MCCB jsou k dispozici v elektromagnetických a elektronických typech. Obvykle jsou elektromagnetické MCCB neselektivní a poskytují pouze dlouhodobé zpoždění a okamžitou ochranu. Elektronické MCCB nabízejí čtyři ochranné funkce: dlouhodobé zpoždění, krátkodobé zpoždění, okamžité a ochrana proti zemnímu zkratu. Některé nově zavedené elektronické MCCB také mají zónově-selektivní interlocking.

Lisované přerušovače jsou obecně používány pro kontrolu a ochranu vedlejších obvodů, hlavní spínače na nižkovoltové straně malých distribučních transformátorů, koncové distribuční kontroly a jako spínače pro různá výrobní strojní zařízení.

(3) Miniaturizovaný přerušovač (MCB)
Miniaturizovaný přerušovač je nejrozšířenějším koncovým ochranným zařízením v budovách v elektrických koncových distribučních systémech. Používá se k ochraně před zkratou, přetížením a přetlakem v jednofázových a třífázových obvodech až do 125A a je dostupný v jednopólových (1P), dvoupólových (2P), třípólových (3P) a čtyřpólových (4P) konfiguracích.

MCB se skládá z provozního mechanismu, kontaktů, ochranných zařízení (různé tripové jednotky) a systému pro uhasení oblouku. Hlavní kontakty jsou uzavřeny ručně nebo elektricky. Po uzavření zajišťuje volný trippový mechanismus uzavření kontaktů. Cívka přetížení tripové jednotky a ohřívací prvek tepelné tripové jednotky jsou připojeny sériově s hlavním obvodem, zatímco cívka undervoltage tripové jednotky je připojena paralelně s napájecím zdrojem.

V elektrotechnickém návrhu obytných budov je miniaturizovaný přerušovač primárně používán pro ochranu a operaci, jako je přetížení, zkrat, přetok, ztráta napětí, nedotáčivost, zapnutí na zem, únik, automatické přepínání dvojzdroje a vzácné spouštění motorů.

Základní charakteristické parametry přerušovačů

(1) Jmenovité pracovní napětí (Ue)
Jmenovité pracovní napětí je nominální napětí přerušovače, při kterém může přerušovač pracovat nepřetržitě za specifikovaných normálních pracovních a výkonových podmínek.

V Číně, pro napěťové úrovně až do 220kV, je maximální pracovní napětí 1,15 násobek systémového jmenovitého napětí; pro 330kV a více, je maximální pracovní napětí 1,1 násobek jmenovitého napětí. Přerušovač musí zachovat izolaci a být schopen uzavření a přerušení za maximálního pracovního napětí systému.

(2) Jmenovitý proud (In)
Jmenovitý proud je proud, který může tripová jednotka nepřetržitě nést při teplotě prostředí pod 40°C. Pro přerušovače s nastavitelnými tripovými jednotkami se jedná o maximální proud, který může tripová jednotka nepřetržitě nést.

Při použití v teplotách nad 40°C, ale nevyšších než 60°C, může přerušovač pracovat s redukovaným zatížením pro dlouhodobou službu.

(3) Nastavení přetížení tripového proudu (Ir)
Když proud přesáhne nastavení tripové jednotky Ir, přerušovač spustí po časovém zpoždění. Tento hodnota také reprezentuje maximální proud, který může přerušovač nést bez spuštění. Tato hodnota musí být větší než maximální zátěžový proud Ib, ale menší než maximální povolený proud Iz obvodu.

Pro tepelně-magnetické tripové jednotky je Ir obvykle nastavitelné v rozsahu 0,7–1,0In. Pro elektronické tripové jednotky je obvykle širší rozsah nastavení, obvykle 0,4–1,0In. Pro přerušovače s nestavitelnými přetíženími tripovými jednotkami platí Ir = In.

(4) Nastavení tripového proudu při zkratu (Im)
Short-circuit tripová jednotka (okamžitá nebo krátkodobá) způsobí, že přerušovač spustí rychle, když dojde k vysokým poruchovým proudům. Práh spuštění je Im.

(5) Jmenovitý krátkodobý odolný proud (Icw)
To je hodnota proudu, který je povolen pro průchod vodičem po určité době bez poškození způsobeného přehřátím.

(6) Přerušovací kapacita
Přerušovací kapacita přerušovače se týká jeho schopnosti bezpečně přerušit poruchové proudy, což není nutně spojeno s jeho jmenovitým proudem. Běžné hodnoty zahrnují 36kA a 50kA. Obvykle se dělí na konečnou přerušovací kapacitu krátkého spojení (Icu) a operační přerušovací kapacitu krátkého spojení (Ics).

Obecné principy výběru přerušovačů

Nejprve vyberte typ a počet pólů podle aplikace; pak vyberte jmenovitý proud podle maximálního pracovního proudu; nakonec zvolte typ tripové jednotky a příslušenství. Konkrétní požadavky jsou následující:

• Jmenovité pracovní napětí přerušovače ≥ jmenovité napětí linky.

• Jmenovitá přerušovací kapacita krátkého spojení přerušovače ≥ vypočtený zátěžový proud linky.

• Jmenovitá přerušovací kapacita krátkého spojení přerušovače ≥ maximální možný přetokový proud v lince (obvykle vypočten jako efektivní hodnota).

• Jednofázový přetok na zem na konci linky ≥ 1,25 násobek okamžitého (nebo krátkodobého) nastavení tripové jednotky přerušovače.

• Jmenovité napětí undervoltage tripové jednotky = jmenovité napětí linky.

• Jmenovité napětí shunt tripové jednotky = napětí ovládacího zdroje.

• Jmenovité pracovní napětí elektrického provozního mechanismu = napětí ovládacího zdroje.

• Při použití v osvětlovacích obvodech je okamžité nastavení elektromagnetické tripové jednotky obvykle 6 násobkem zátěžového proudu.

• Při použití přerušovače pro ochranu před krátkým spojením jednoho motoru je okamžité nastavení 1,35 násobkem startovacího proudu motoru (pro sérii DW) nebo 1,7 násobkem (pro sérii DZ).

• Při použití přerušovače pro ochranu před krátkým spojením několika motorů je okamžité nastavení 1,3 násobkem startovacího proudu největšího motoru plus pracovní proudy zbývajících motorů.

• Při použití přerušovače jako hlavního spínače na nižkovoltové straně distribučního transformátoru by měla jeho přerušovací kapacita převyšovat krátkodobý proud na nižkovoltové straně transformátoru. Jmenovitý proud tripové jednotky by neměl být nižší než jmenovitý proud transformátoru. Nastavení ochrany před krátkým spojením je obvykle 6–10 násobkem jmenovitého proudu transformátoru; nastavení ochrany před přetížením odpovídá jmenovitému proudu transformátoru.

• Po předběžném výběru typu a hodnocení přerušovače je potřeba koordinace s ochrannými zařízeními nadřazenými a podřazenými, aby se zabránilo kaskádovému spouštění a minimalizovala se rozsah havárie.

Selektivita přerušovačů

V distribučních systémech jsou přerušovače děleny na selektivní a neselektivní podle ochranných vlastností. Selektivní nízkovoltové přerušovače mají buď dvoustupňovou, nebo třístupňovou ochranu. Okamžité a krátkodobé zpoždění jsou používány pro ochranu před krátkým spojením, zatímco dlouhodobé zpoždění je používáno pro ochranu před přetížením. Neselektivní přerušovače jsou obvykle okamžité, používají se pouze pro ochranu před krátkým spojením, nebo dlouhodobé zpoždění, používají se pouze pro ochranu před přetížením.

V distribučních systémech, pokud je nadřazený přerušovač selektivní a podřazený přerušovač neselektivní nebo selektivní, selektivita je dosažena využitím časového zpoždění krátkodobého zpoždění tripové jednotky nebo rozdíly v nastavení časového zpoždění. Když nadřazený přerušovač funguje s časovým zpožděním, zvažte následující:

• Bez ohledu na to, zda je podřazený přerušovač selektivní nebo neselektivní, okamžité přetížení tripové jednotky nadřazeného přerušovače by obvykle nemělo být nižší než 1,1 násobek maximálního třífázového přetokového proudu na výstupu podřazeného přerušovače.

• Pokud je podřazený přerušovač neselektivní, aby se zabránilo tomu, že by předčasně spustila nadřazená krátkodobá přetížení tripová jednotka kvůli nedostatečné citlivosti podřazené okamžité tripové jednotky při krátkém spojení, krátkodobé přetížení tripové jednotky nadřazeného přerušovače by obvykle nemělo být nižší než 1,2 násobek podřazené okamžité tripové jednotky.

• Pokud je podřazený přerušovač také selektivní, aby byla zajištěna selektivita, časové zpoždění nadřazeného přerušovače by mělo být alespoň o 0,1 sekundy delší než časové zpoždění podřazeného přerušovače.

Obecně, aby byla zajištěna selektivní operace mezi nadřazenými a podřazenými nízkovoltovými přerušovači, by nadřazený přerušovač měl preferovaně mít krátkodobé přetížení tripové jednotky, a jeho pracovní proud by měl být alespoň o jednu úroveň vyšší než pracovní proud podřazené tripové jednotky. Alespoň by měl nadřazený pracovní proud Iop.1 být nejméně 1,2 násobek podřazeného pracovního proudu Iop.2, tj. Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.

Kaskádová ochrana přerušovačů

V návrhu distribučních systémů musí koordinace mezi nadřazenými a podřazenými přerušovači dosáhnout "selektivity, rychlosti a citlivosti". Selektivita se týká koordinace mezi přerušovači, zatímco rychlost a citlivost jsou spojené s charakteristikami ochranného zařízení a provozním režimem obvodu.

Správná koordinace mezi nadřazenými a podřazenými přerušovači umožňuje selektivní izolaci vadného obvodu, což zajišťuje, že ostatní nefunkční obvody pokračují v normálním chodu. Špatná koordinace ovlivňuje spolehlivost systému.

Kaskádová ochrana je praktické využití proudově omezujících vlastností přerušovačů. Hlavním principem je využití proudově omezujícího efektu nadřazeného přerušovače (QF1), což umožňuje výběr podřazeného přerušovače (QF2) s nižší přerušovací kapacitou, čímž se snižují náklady. Proudově omezující nadřazený přerušovač QF1 může přerušit maximální předpokládaný krátkodobý přetokový proud v jeho instalačním bodě. Protože nadřazený a podřazený přerušovače jsou připojeny v sérii, když dojde k krátkému spojení na výstupu podřazeného přerušovače QF2, skutečný krátkodobý přetokový proud je výrazně snížen díky proudově omezujícímu efektu QF1, což je mnohem nižší než předpokládaný krátkodobý přetokový proud v tomto bodě. Tedy, přerušovací kapacita QF2 je efektivně posílena QF1, přičemž přesahuje jeho jmenovitou přerušovací kapacitu.

Kaskádová ochrana má určité podmínky: například sousední obvody by neměly mít klíčové zatížení (protože spuštění QF1 by také deenergovalo obvod QF3) a okamžité nastavení QF1 a QF2 musí být správně doplněno. Kaskádová data lze určit pouze experimentálně a koordinace mezi nadřazenými a podřazenými přerušovači musí být poskytnuta výrobcem.

Citlivost přerušovačů

Aby bylo zajištěno spolehlivé fungování okamžité nebo krátkodobé přetížení tripové jednotky za minimálních systémových pracovních podmínek a během nejlehčího krátkodobého přetoku v rámci její ochranného rozsahu, musí citlivost přerušovače splňovat požadavky "Návrhu nízkovoltového elektrického distribučního systému" (GB50054-95), který stanovuje citlivost nejméně 1,3, tj. Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Zde, Iop je pracovní proud okamžité nebo krátkodobé přetížení tripové jednotky, Ik.min je jednofázový nebo dvoufázový krátkodobý přetokový proud na konci chráněného obvodu za minimálních systémových pracovních podmínek a Sp je citlivost přerušovače.

Při výběru přerušovače by také měla být ověřena jeho citlivost. Pro selektivní přerušovače s oběma krátkodobou a okamžitou přetížení tripové jednotky stačí zkontrolovat citlivost krátkodobé tripové jednotky; citlivost okamžité tripové jednotky není třeba ověřovat.

Výběr a nastavení tripových jednotek přerušovače

(1) Nastavení pracovního proudu okamžité přetížení tripové jednotky
Některé elektrické zařízení chráněné přerušovačem má vysoké vrcholové proudy během startu, několikanásobně větší než jmenovitý proud, což způsobuje, že přerušovač zaznamenává krátkodobé vysoké vrcholové proudy. Pracovní proud Iop(o) okamžité přetížení tripové jednotky musí přesáhnout vrcholový proud obvodu Ipk, tj. Iop(o) ≥ Krel·Ipk, kde Krel je faktor spolehlivosti. Při výběru přerušovače se ujistěte, že jeho okamžité přetížení tripové nastavení přes