Izbora i podešavanja prekidača: Potpuni vodič od osnovnih parametara do selektivne zaštite

Klasifikacija prekidača

(1) Zračni prekidač (ACB)
Zračni prekidač, poznat i kao oblikovani okvirni ili univerzalni prekidač, sadrži sve komponente unutar izolovanog metalnog okvira. Obično je otvorenog tipa, što omogućava montažu različitih dodataka, te lakšu zamenu kontakata i delova. Često se koristi kao glavni prekidač za snabdevanje strujom. Prekidni uređaji za preopterećenje uključuju elektromagnetske, elektronske i inteligentne tipove. Prekidač pruža četvorostepeno zaštitno dejanje: dugoročna odgoda, kratkoročna odgoda, trenutno dejanje i zaštita od zemljajućeg struja. Svako postavljanje zaštite može se podešavati u rasponu na osnovu veličine okvira.

Zračni prekidači su prikladni za AC 50Hz, imenovane napone od 380V ili 660V, i imenovane struje od 200A do 6300A u distributivnim mrežama. Glavno se koriste za raspodelu električne energije i zaštitu krugova i opreme od preopterećenja, niskog napona, kraćih spojeva, jednofaznih zemlja i drugih grešaka. Ovi prekidači nude više inteligentnih funkcija zaštite i omogućavaju selektivnu zaštitu. Pod normalnim uslovima, mogu se koristiti za retko upravljanje krugovima. ACB-ovi sa kapacitetom do 1250A mogu se koristiti u AC 50Hz, 380V mrežama za zaštitu motora od preopterećenja i kraćih spojeva.

Zračni prekidači se takođe često koriste kao glavni prekidači na 400V strani transformatora, prekidači međuspojenja busa, prekidači za visok kapacitet ishodnih voda i kontrolni prekidači za velike motive.

(2) Oblikovani prekidač (MCCB)
Takođe poznat kao ubacivanjski prekidač, oblikovani prekidač sadrži terminal, kontakte, komore za gasenje lukove, prekidne uređaje i mehanizme rukovanja unutar plastikove kućišta. Pomoćni kontakti, prekidni uređaji za niski napon i šunt prekidni uređaji često su modularni. Struktura je kompaktna, a održavanje se obično ne smatra potrebnim. Prikladan je za zaštitu graninih krugova. Oblikovani prekidači obično uključuju termo-magnetske prekidne uređaje, dok veći modeli mogu biti opremljeni solid-state prekidnim senzorima.

Prekidni uređaji za preopterećenje za MCCB-ove dostupni su u elektromagnetskim i elektronskim tipovima. Obično, elektromagnetski MCCB-ovi nisu selektivni i nude samo dugoročnu odgodu i trenutno dejanje. Elektronski MCCB-ovi nude četiri funkcije zaštite: dugoročna odgoda, kratkoročna odgoda, trenutno dejanje i zaštita od zemljajućeg struja. Neki novi elektronski MCCB-ovi takođe poseduju zonalnu selektivnu interlokaciju.

Oblikovani prekidači se obično koriste za kontrolu i zaštitu ishodnih voda, kao glavni prekidači na niskonaponskoj strani malih distributivnih transformatora, za kontrolu terminalnog snabdevanja strujom i kao prekidači snabdevanja različitim proizvodnim mašinama.

(3) Miniaturizovani prekidač (MCB)
Miniaturizovani prekidač je najšire korišćen terminalni zaštitni uređaj u sistemima terminalnog snabdevanja strujom građevina. Koristi se za zaštitu od kraćih spojeva, preopterećenja i previsokog napona u jednofaznim i trofaznim krugovima do 125A, i dolazi u konfiguracijama sa jednim polom (1P), dva pola (2P), tri pola (3P) i četiri pola (4P).

MCB sastoji se od mehanizma rukovanja, kontakata, zaštitnih uređaja (različiti prekidni uređaji) i sistema za gasenje luka. Glavni kontakti se zatvaraju ručno ili električki. Nakon zatvaranja, slobodno-trip mehanizam zaključava kontakte u zatvorenom položaju. Bobina prekidnog uređaja za preopterećenje i grejanje elementa termo prekidnog uređaja su povezani serijalno sa glavnim krugom, dok je bobina prekidnog uređaja za niski napon povezana paralelno sa izvorom snabdevanja.

U projektiranju građevinskih instalacija, miniaturizovani prekidači se uglavnom koriste za zaštitu i upravljanje svrsama poput preopterećenja, kraćih spojeva, previsokog toka, gubitka napona, niskog napona, zemljanja, curenja, automatskog prebacivanja dvostrukog izvora snabdevanja i retkog pokretanja motora.

Osnovni karakteristični parametri prekidača

(1) Imenovani radni napon (Ue)
Imenovani radni napon je nominalni napon prekidača, pod kojim prekidač može neprekidno da radi pod određenim normalnim uslovima službe i performansi.

U Kini, za naponske nivoje do 220kV, maksimalni radni napon je 1,15 puta imenovani napon sistema; za 330kV i više, maksimalni radni napon je 1,1 puta imenovani napon. Prekidač mora da održi izolaciju i sposobnost zatvaranja i prekidanja pod maksimalnim radnim naponom sistema.

(2) Imenovani tok (In)
Imenovani tok je tok koji prekidni uređaj može neprekidno da nosi pri temperaturi okoline ispod 40°C. Za prekidače sa podešivim prekidnim uređajima, ovo se odnosi na maksimalni tok koji prekidni uređaj može neprekidno da nosi.

Kada se koristi pri temperaturama iznad 40°C, ali ne preko 60°C, prekidač može raditi sa smanjenom opterećenjem za dugoročnu službu.

(3) Postavka prekidnog toka preopterećenja (Ir)
Kada tok premaši postavku prekidnog uređaja Ir, prekidač tripuje nakon odgode. Takođe predstavlja maksimalni tok koji prekidač može da nosi bez tripovanja. Ova vrednost mora da bude veća od maksimalnog opterećenja Ib, ali manja od maksimalno dopuštenog toka Iz kruga.

Za termo-magnetske prekidne uređaje, Ir se obično može podesiti u rasponu 0,7–1,0In. Za elektronske prekidne uređaje, raspon podešavanja je obično širi, tipično 0,4–1,0In. Za prekidače sa nepodešivim prekidnim uređajima za preopterećenje, Ir = In.

(4) Postavka prekidnog toka kraćeg spoja (Im)
Prekidni uređaj za kraći spoj (trenutno ili kratkoročno) dovodi do brzog tripovanja prekidača kada se pojave visoki strujni grešci. Njegov prag tripovanja je Im.

(5) Imenovani kratkoročni otporni tok (Icw)
To je vrednost toka koja se dozvoljava da prođe kroz vodiljak za određeno vreme bez povrede zbog pregrejavanja.

(6) Kapacitet prekidanja
Kapacitet prekidanja prekidača odnosi se na njegovu sposobnost da sigurno prekine grešne struje, što nije nužno vezano za imenovani tok. Uobičajene vrednosti su 36kA i 50kA. Obično se deli na apsolutnu kapacitet prekidanja kraćeg spoja (Icu) i servisnu kapacitet prekidanja kraćeg spoja (Ics).

Opšti principi izbora prekidača

Prvo, izaberite tip i broj polova na osnovu primene; zatim izaberite imenovani tok na osnovu maksimalnog radnog toka; na kraju, izaberite tip prekidnog uređaja i dodataka. Specifični zahtevi su sledeći:

• Imenovani radni napon prekidača ≥ imenovani napon linije.

• Imenovani kapacitet prekidanja kraćeg spoja prekidača ≥ izračunati radni tok linije.

• Imenovani kapacitet prekidanja kraćeg spoja prekidača ≥ maksimalni mogući tok kraćeg spoja u liniji (obično se računa kao efektivna vrednost).

• Jednofazni tok kraćeg spoja na kraju linije ≥ 1,25 puta postavka trenutnog (ili kratkoročnog) tripovanja prekidača.

• Imenovani napon prekidnog uređaja za niski napon = imenovani napon linije.

• Imenovani napon šunt prekidnog uređaja = napon kontrolnog izvora snabdevanja.

• Imenovani radni napon električnog mehanizma rukovanja = napon kontrolnog izvora snabdevanja.

• Kada se koristi u svetlosnim krugovima, postavka trenutnog tripovanja elektromagnetskog prekidnog uređaja obično je 6 puta tok opterećenja.

• Kada se koristi prekidač za zaštitu od kraćeg spoja jednog motora, postavka trenutnog tripovanja je 1,35 puta pokretan tok motora (za DW seriju) ili 1,7 puta (za DZ seriju).

• Kada se koristi prekidač za zaštitu od kraćeg spoja više motora, postavka trenutnog tripovanja je 1,3 puta pokretan tok najvećeg motora plus radni tokovi ostalih motora.

• Kada se koristi prekidač kao glavni prekidač na niskonaponskoj strani distributivnog transformatora, njegov kapacitet prekidanja treba da premaši tok kraćeg spoja na niskonaponskoj strani transformatora. Imenovani tok prekidnog uređaja ne treba da bude manji od imenovanog toka transformatora. Postavka zaštite od kraćeg spoja obično je 6–10 puta imenovani tok transformatora; postavka zaštite od preopterećenja je jednaka imenovanom toku transformatora.

• Nakon preliminarnog izbora tipa i kapaciteta prekidača, potrebno je da se osigura koordinacija sa zaštitnim uređajima iznad i ispod kako bi se izbeglo kaskadno tripovanje i smanjila sfera nesreće.

Selektivnost prekidača

U distributivnim sistemima, prekidači se klasično kao selektivni ili neselektivni na osnovu performansi zaštite. Selektivni niskonaponski prekidači imaju dvostepeno ili trostepeno zaštitno dejanje. Trenutne i kratkoročne karakteristike koriste se za zaštitu od kraćeg spoja, dok dugoročne karakteristike koriste se za zaštitu od preopterećenja. Neselektivni prekidači obično su trenutni, koriste se samo za zaštitu od kraćeg spoja, ili dugoročni, koriste se samo za zaštitu od preopterećenja.

U distributivnim sistemima, ako je prekidač iznad selektivni, a prekidač ispod neselektivni ili selektivni, selektivnost se postiže korišćenjem odgode kratkoročnog prekidnog uređaja ili razlike u postavkama odgode. Kada prekidač iznad radi sa odgodom, potrebno je uzeti u obzir sledeće:

• Bez obzira na to da li je prekidač ispod selektivni ili neselektivni, postavka trenutnog prekomernog toka prekidača iznad obično ne treba da bude manja od 1,1 puta maksimalnog trofaznog toka kraćeg spoja na izlazu prekidača ispod.

• Ako je prekidač ispod neselektivni, kako bi se sprecilo da prekidni uređaj za kratkoročni prekomerni tok prekidača iznad operiše prvi zbog nedovoljne osetljivosti trenutnog prekidnog uređaja prekidača ispod tijekom kraćeg spoja, postavka kratkoročnog prekomernog toka prekidača iznad obično ne treba da bude manja od 1,2 puta postavke trenutnog prekidnog uređaja prekidača ispod.

• Ako je prekidač ispod takođe selektivni, kako bi se osigurala selektivnost, vrijeme radnog dejstva kratkoročnog prekidnog uređaja prekidača iznad treba da bude barem 0,1 sekundi duže od prekidača ispod.

Opšte, kako bi se osigurala selektivna operacija između prekidača iznad i ispod, prekidač iznad treba da ima prekidni uređaj za kratkoročni prekomerni tok, a njegov radni tok treba da bude barem jedan nivo viši od toka prekidnog uređaja ispod. Barem, radni tok Iop.1 prekidača iznad ne treba da bude manji od 1,2 puta radnog toka Iop.2 prekidača ispod, tj. Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.

Kaskadna zaštita prekidača

U projektiranju distributivnih sistema, koordinacija između prekidača iznad i ispod mora da postigne "selektivnost, brzinu i osetljivost". Selektivnost se odnosi na koordinaciju između prekidača, dok su brzina i osetljivost vezane za karakteristike zaštitnog uređaja i način rada kruga.

Pravilna koordinacija između prekidača iznad i ispod omogućava selektivnu izolaciju defektne linije, osiguravajući da ostale ne-defektne linije nastavljaju normalnu operaciju. Loša koordinacija utiče na pouzdanost sistema.

Kaskadna zaštita je praktična primena ograničavajuće karakteristike prekidača. Njen glavni princip je korišćenje ograničavajućeg efekta prekidača iznad (QF1), što omogućava izbor prekidača ispod (QF2) sa nižim kapacitetom prekidanja, time smanjujući troškove. Ograničavajući prekidač iznad QF1 može prekinuti maksimalni prognozirani tok kraćeg spoja na mjestu njegove instalacije. Budući da su prekidači iznad i ispod povezani serijalno, kada se desi kraći spoj na izlazu prekidača ispod QF2, stvarni tok kraćeg spoja je značajno smanjen ograničavajućim efektom QF1, daleko ispod prognoziranog toka kraćeg spoja na tom mestu. Stoga, kapacitet prekidanja QF2 je efektivno povećan QF1, premašujući njegov imenovani kapacitet prekidanja.

Kaskadna zaštita ima određene uslove: na primer, susjedni krugovi ne bi trebali imati kritične opterećenja (jer bi tripovanje QF1 isto tako isključilo krug QF3), a trenutne postavke QF1 i QF2 moraju biti pravilno podudarne. Kaskadni podaci se mogu odrediti samo eksperimentalno, a koordinacija između prekidača iznad i ispod mora biti obezbeđena proizvođačem.

Osetljivost prekidača

Da bi se osigurala pouzdana operacija trenutnog ili kratkoročnog prekidnog uređaja za prekomerni tok pod minimalnim uslovima rada sistema i tokom najblagijeg kraćeg spoja u njegovoj zaštitnoj sferi, osetljivost prekidača mora da ispuni zahteve "Pravilnika o projektiranju niskonaponskih električnih distributivnih sistema" (GB50054-95), koji navodi osetljivost od barem 1,3, tj. Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Ovdje, Iop je radni tok trenutnog ili kratkoročnog prekidnog uređaja, Ik.min je jednofazni ili dvofazni tok kraćeg spoja na kraju zaštićene linije pod minimalnim uslovima rada sistema, a Sp je osetljivost prekidača.

Pri izboru prekidača, njegova osetljivost takođe treba da bude proverena. Za selektivne prekidače sa kratkoročnim i trenutnim prekidnim uređajima, potrebno je proveriti samo osetljivost kratkoročnog prekidnog uređaja; osetljivost trenutnog prekidnog uređaja ne zahteva proveru.

Izbor i podešavanje prekidnih uređaja prekidača

(1) Podešavanje radnog toka trenutnog prekidnog uređaja
Neki električni uređaji zaštićeni prekidačem imaju visoke vrhunske struje tijekom pokretanja, nekoliko puta veće od imenovane struje, što dovodi do toga da prekidač iskusio visoku vrhunsku struju privremeno. Radni tok Iop(o) trenutnog prekidnog uređaja mora premašiti vrhunski tok kruga Ipk, tj. Iop(o) ≥ Krel·Ipk, gdje je Krel faktor pouzdanosti. Prilikom izbora prekidača, osigurati da njegovo podešavanje trenutnog prekomernog toka premaši vrhunski tok kako bi se sprečilo neželjeno tripovanje.

(2) Podešavanje radnog toka i vremena kratkoročnog prekidnog uređaja
Radni tok Iop(s) kratkoročnog prekidnog uređaja takođe mora premašiti vrhunski tok kruga Ipk, tj. Iop(s) ≥ Krel·Ipk, gdje je Krel faktor pouzdanosti. Vremena radnog dejstva kratkoročnog prekidnog uređaja obično su 0,2s, 0,4s ili 0,6s, određena na osnovu selektivnosti sa zaštitnim uređajima iznad i ispod, osiguravajući da uređaj iznad operiše kasnije od onog ispod za jedan korak vremena.

(3) Podešavanje radnog toka i vremena dugoročnog prekidnog uređaja
Dugoročni prekidni uređaj za prekomerni tok uglavnom se koristi za zaštitu od preopterećenja. Njegov radni tok Iop(l) samo treba premašiti maksimalni radni tok kruga (izračunati tok I30), tj. Iop(l) ≥ Krel·I30, gdje je Krel faktor pouzdanosti. Vrijeme radnog dejstva treba da premaši trajanje dopuštenih kratkoročnih preopterećenja kako bi se sprecilo neželjeno tripovanje.

(4) Zahtevi za koordinaciju između radnog toka prekidnog uređaja i zaštićenog kruga
Da bi se sprecila oštećenja izolacije ili požar zbog preopterećenja ili kraćeg spoja bez tripovanja prekidača, radni tok prekidnog uređaja Iop mora da ispunjava uslov: Iop ≤ Kol·Ial. Ovdje, Ial je dopuštena nosivost izolovane kablovske vodiljke; Kol je dopušteni faktor kratkoročnog preopterećenja—obično 4,5 za trenutne i kratkoročne prekidne uređaje, 1,1 za dugoročne prekidne uređaje za zaštitu od kraćeg spoja, i 1,0 kada se koriste samo za zaštitu od preopterećenja. Ako ovaj zahtev za koordinaciju nije ispunjen, treba prilagoditi podešavanje prekidnog uređaja ili povećati presjek vodiljke ili kabela.