Brytarens val och inställning: En komplett guide från grundläggande parametrar till selektiv skydd

Brytarens klassificering

(1) Luftbrytare (ACB)
En luftbrytare, även känd som en formad ram- eller universell brytare, innehåller alla komponenter inuti en isolerad metallram. Den är vanligtvis öppen typ, vilket tillåter installation av olika tillbehör och underlättar enkel byte av kontakter och delar. Den används vanligtvis som huvudströmförsörjningsswitch. Överströmskyddsenheter inkluderar elektromagnetiska, elektroniska och intelligenta typer. Brytaren ger fyra steg skydd: långtidsförsening, korttidsförsening, omedelbar och jordfelsskydd. Varje skyddsinställning kan justeras inom ett intervall baserat på rammstorlek.

Luftbrytare är lämpliga för växelström 50 Hz, nominella spänningar på 380 V eller 660 V, och nominella strömmar från 200 A till 6300 A i distributionsnät. De används främst för att distribuera elektrisk energi och skydda kretsar och strömförbrukande utrustning mot överbelastning, undervoltage, kortslut, enfasig jordning och andra fel. Dessa brytare erbjuder flera intelligenta skydds funktioner och möjliggör selektiv skydd. Under normala förhållanden kan de användas för sällsynta omkopplingar av kretsar. ACB med kapacitet upp till 1250 A kan användas i växelströmsnät 50 Hz, 380 V för att skydda motorn mot överbelastning och kortslut.

Luftbrytare används också vanligtvis som huvudswitchar på 400 V-sidan av transformatorer, buskupplingsventiler, högkapacitets försörjningsventiler och stora motorstyrningsventiler.

(2) Formad kassettbrytare (MCCB)
Även känd som en pluggbar brytare, formad kassettbrytare innehåller terminaler, kontakter, bågsläckningskammare, skyddsenheter och driftmekanismer inuti en plastomhölje. Hjälpkontakter, undervoltage skyddsenheter och parallellkopplade skyddsenheter är ofta modulära. Strukturen är kompakt, och underhåll behövs generellt inte. Den är lämplig för grenkretsskydd. Formade kassettbrytare inkluderar vanligtvis termomagnetiska skyddsenheter, medan större modeller kan utrustas med fasta tillstånds skyddssensorer.

Överströmskyddsenheter för MCCB finns i elektromagnetiska och elektroniska typer. Vanligtvis är elektromagnetiska MCCB icke-selektiva och ger endast långtidförsening och omedelbart skydd. Elektroniska MCCB erbjuder fyra skyddsfunktioner: långtidförsening, korttidförsening, omedelbart och jordfelsskydd. Några nyligen introducerade elektroniska MCCB har också zonselektiv länkning.

Formade kassettbrytare används vanligtvis för matningskrets kontroll och skydd, huvudswitchar på lågspänningssidan av små distributionstransformatorer, terminal energidistribution kontroll och som strömkällor för olika produktionssmaskiner.

(3) Miniaturbrytare (MCB)
Miniaturbrytaren är den mest använda slutpunktsskyddsenheten i byggnads elektriska slutpunkt distributionsystem. Den används för skydd mot kortslut, överbelastning och överspänning i enfas- och trefas-kretsar upp till 125 A, och finns i enpolig (1P), tvåpolig (2P), trepolig (3P) och fyrapolig (4P) konfigurationer.

En MCB består av en drivmekanism, kontakter, skyddsutrustning (olika skyddsenheter) och ett bågsläckningssystem. De huvudsakliga kontakterna stängs manuellt eller elektriskt. Efter stängning låser en fri-släpp mekanism kontakterna i stängd position. Spolen i överströmskyddsenheten och värmeelementet i termoskyddsenheten är seriekopplade med huvudkretsen, medan spolen i undervoltage skyddsenheten är parallellkopplad med strömförsörjningen.

I civila byggnaders elektriska design används miniaturbrytare främst för skydd och drift som överbelastning, kortslut, överström, spänningstillbakagång, undervoltage, jordning, läckage, automatisk övergång mellan dubbla strömkällor och sällsynta motorstarter.

Grundläggande Karakteristiska Parametrar för Brytare

(1) Nominell driftspänning (Ue)
Nominell driftspänning är den nominella spänningen för brytaren, under vilken brytaren kan fungera kontinuerligt under angivna normala drift- och prestandaförhållanden.

I Kina, för spänningsnivåer upp till 220 kV, är den maximala driftspänningen 1,15 gånger systemets nominella spänning; för 330 kV och högre, är den maximala driftspänningen 1,1 gånger nominella spänningen. Brytaren måste bibehålla isolering och vara kapabel att stänga och avbryta under systemets maximala driftspänning.

(2) Nominell ström (In)
Nominell ström är strömmen som skyddsenheten kan bära kontinuerligt vid en omgivningstemperatur under 40°C. För brytare med justerbara skyddsenheter refererar det till den maximala strömmen som skyddsenheten kan bära kontinuerligt.

När den används vid omgivningstemperaturer över 40°C men inte överstiger 60°C, kan brytaren fungera vid minskad belastning för långvarig drift.

(3) Överbelastningsskyddsinriktning (Ir)
När strömmen överskrider skyddsenhetens inställning Ir, trippar brytaren efter en tidsfördröjning. Det representerar också den maximala strömmen som brytaren kan bära utan att trippa. Detta värde måste vara större än den maximala belastningsströmmen Ib men mindre än den maximala tillåtna strömmen Iz i kretsen.

För termomagnetiska skyddsenheter är Ir vanligtvis justerbar inom 0,7–1,0 In. För elektroniska skyddsenheter är justeringsintervallet vanligtvis bredare, vanligtvis 0,4–1,0 In. För brytare med icke-justerbart överströmskydd, är Ir = In.

(4) Kortslutsskyddsinriktning (Im)
Kortslutsskyddsenheten (omedelbart eller korttidförsening) orsakar att brytaren trippar snabbt vid höga felströmmar. Trippgränsen är Im.

(5) Nominell korttidshållbar ström (Icw)
Detta är strömvärdet som tillåts passera genom ledaren under en angiven tid utan att orsaka skador på grund av överhettning.

(6) Brottkapacitet
Brytarens brottkapacitet hänvisar till dess förmåga att säkert avbryta felströmmar, vilket inte nödvändigtvis är relaterat till dess nominella ström. Vanliga betygelser inkluderar 36 kA och 50 kA. Det indelas vanligtvis i yttersta kortslutsbrottkapacitet (Icu) och drift kortslutsbrottkapacitet (Ics).

Generella principer för val av brytare

Först väljer du typ och antal poler baserat på tillämpning; sedan väljer du nominell ström baserat på maximal driftström; slutligen väljer du typ av skyddsenhet och tillbehör. Specifika krav är följande:

• Brytarens nominell driftspänning ≥ linjens nominella spänning.

• Brytarens nominell kortslutsgöring/brottkapacitet ≥ beräknad belastningsström i linjen.

• Brytarens nominell kortslutsgöring/brottkapacitet ≥ maximal möjlig kortslutsström i linjen (vanligtvis beräknad som effektivvärde).

• Enfasig jordningsström i slutet av linjen ≥ 1,25 gånger omedelbart (eller korttidförsening) skyddsinriktning av brytaren.

• Nominell spänning för undervoltage skyddsenhet = linjens nominella spänning.

• Nominell spänning för parallellkopplad skyddsenhet = styrspänning.

• Nominell driftspänning för elektrisk driftmekanism = styrspänning.

• När den används i belysningskretsar är omedelbart skyddsinriktning av elektromagnetiska skyddsenheter vanligtvis 6 gånger belastningsströmmen.

• När en brytare används för kortslutsskydd av en enskild motor, är omedelbart skyddsinriktning 1,35 gånger motorstartströmmen (för DW-serien) eller 1,7 gånger (för DZ-serien).

• När en brytare används för kortslutsskydd av flera motorer, är omedelbart skyddsinriktning 1,3 gånger startströmmen för den största motorn plus driftströmmarna för de återstående motorerna.

• När en brytare används som huvudswitch på lågspänningssidan av en distributionstransformator, bör dess brottkapacitet överstiga kortslutsströmmen på lågspänningssidan av transformatorn. Skyddsenhetens nominella ström bör inte vara mindre än transformatorns nominella ström. Kortslutsskyddsinriktningen är vanligtvis 6–10 gånger transformatorns nominella ström; överbelastningsskyddsinriktningen är lika med transformatorns nominella ström.

• Efter preliminärt val av brytarens typ och kapacitet, krävs samordning med upptreams och nedströms skyddsenheter för att undvika kaskadtrippan och minimera olycksområdet.

Selektivitet hos brytare

I distributionsystem klassificeras brytare som selektiva eller icke-selektiva baserat på skyddsegenskaper. Selektiva lågspänningsbrytare har antingen tvåstegs eller trestegs skydd. Omedelbart och korttidförseningsegenskaper används för kortslutsskydd, medan långtidförseningsegenskaper används för överbelastningsskydd. Icke-selektiva brytare är vanligtvis omedelbart, används endast för kortslutsskydd, eller långtidförsening, används endast för överbelastningsskydd.

I distributionsystem, om upptreamsbrytaren är selektiv och nedströmsbrytaren är icke-selektiv eller selektiv, uppnås selektivitet genom att använda tidsfördröjningen av korttidförseningsskyddsenheten eller skillnader i tidsinställningar. När upptreamsbrytaren fungerar med tidsfördröjning, bör följande beaktas:

• Oberoende av om nedströmsbrytaren är selektiv eller icke-selektiv, bör omedelbart överströmskyddsinriktningen för upptreamsbrytaren generellt sett inte vara mindre än 1,1 gånger den maximala trefasiga kortslutsströmmen vid nedströmsbrytarens utgång.

• Om nedströmsbrytaren är icke-selektiv, för att förhindra att upptreams korttidförsening överströmskyddsenhet fungerar först på grund av brist på känslighet hos nedströms omedelbart skyddsenhet under kortslut, bör korttidförsening överströmskyddsinriktningen för upptreamsbrytaren generellt sett inte vara mindre än 1,2 gånger nedströmsbrytarens omedelbart skyddsinriktning.

• Om nedströmsbrytaren också är selektiv, för att säkerställa selektivitet, bör korttidförsening drifttid för upptreamsbrytaren vara minst 0,1 sekunder längre än för nedströmsbrytaren.

Generellt, för att säkerställa selektiv drift mellan upptreams och nedströms lågspänningsbrytare, bör upptreamsbrytaren helst ha en korttidförsening överströmskyddsenhet, och dess driftström bör vara minst ett steg högre än nedströms skyddsenheten. Minst bör upptreams driftström Iop.1 inte vara mindre än 1,2 gånger nedströms driftström Iop.2, dvs. Iop.1 ≥ 1,2 Iop.2.

Kaskadskydd för brytare

I distributionsystemdesign måste samordning mellan upptreams och nedströms brytare uppnå "selektivitet, hastighet och känslighet." Selektivitet rör samordning mellan brytare, medan hastighet och känslighet är associerade med egenskaperna hos skyddsenheten och kretsens driftläge.

Rätt samordning mellan upptreams och nedströms brytare möjliggör selektiv isolering av felkretsen, vilket säkerställer att andra icke-felkretsar fortsätter sin normala drift. Dålig samordning påverkar systemets tillförlitlighet.

Kaskadskydd är en praktisk tillämpning av brytarnas strömbegränsande egenskaper. Dess huvudsakliga princip är att utnyttja strömbegränsande effekten av upptreamsbrytaren (QF1), vilket möjliggör val av en nedströmsbrytare (QF2) med lägre brottkapacitet, vilket minskar kostnaden. Strömbegränsande upptreamsbrytaren QF1 kan avbryta den maximala förväntade kortslutsströmmen vid dess installationspunkt. Eftersom upptreams och nedströms brytare är seriekopplade, när ett kortslut inträffar vid utgången av nedströmsbrytaren QF2, minskas den faktiska kortslutsströmmen betydligt av strömbegränsande effekten av QF1, långt under den förväntade kortslutsströmmen vid den punkten. Således ökas QF2:s brottningskapacitet effektivt av QF1, vilket överstiger dess nominella brottningskapacitet.

Kaskadskydd har vissa villkor: till exempel bör intilliggande kretsar inte ha kritiska belastningar (eftersom tripning av QF1 skulle också avenergisera QF3:s krets), och omedelbart inställningarna för QF1 och QF2 måste vara korrekt matchade. Kaskaddata kan endast fastställas experimentellt, och samordning mellan upptreams och nedströms brytare måste ges av tillverkaren.

Känslighet hos brytare

För att säkerställa tillförlitlig drift av omedelbart eller korttidförsening överströmskyddsenhet under minimala systemdriftförhållanden och under den mildesta kortslutfel inom dess skyddsområde, måste brytarens känslighet uppfylla kraven i "Low-Voltage Electrical Distribution Design Code" (GB50054-95), vilket anger en känslighet på minst 1,3, dvs. Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Här är Iop driftströmmen för omedelbart eller korttidförsening överströmskyddsenhet, Ik.min är enfasig eller tvåfasig kortslutsström i slutet av skyddad linje under minimala systemdriftförhållanden, och Sp är brytarens känslighet.

När du väljer en brytare bör dess känslighet också verifieras. För selektiva brytare med både korttidförsening och omedelbart överströmskyddsenhet, behöver endast känsligheten för korttidförsening skyddsenhet kontrolleras; känsligheten för omedelbart skyddsenhet behöver inte verifieras.

Val och inställning av brytarens skyddsenheter

(1) Inställning av omedelbart överströmskyddsenhets driftström
Vissa elektriska utrustningar skyddade av brytaren har höga toppströmmar vid start, flera gånger den nominella strömmen, vilket gör att brytaren upplever höga toppströmmar under kort tid. Driftströmmen Iop(o) för omedelbart överströmskyddsenhet måste överstiga kretsens toppström Ipk, dvs. Iop(o) ≥ Krel·Ipk, där Krel är tillförlitlighetsfaktorn. När du väljer en brytare, se till att dess omedelbart överströmskyddsinriktning överstiger toppströmmen för att förhindra onödiga trippningar.

(2) Inställning av korttidförsening överströmskyddsenhets driftström och tid
Driftströmmen Iop(s) för korttidförsening överströmskyddsenhet bör också överstiga kretsens toppström Ipk, dvs. Iop(s) ≥ Krel·Ipk, där Krel är tillförlitlighetsfaktorn. Korttidförsening drifttider är vanligtvis 0,2 s, 0,4 s eller 0,6 s, fastställd baserat på selektivitet med upptreams och nedströms skyddsenheter, för att säkerställa att upptreams enhet fungerar senare än nedströms enhet med ett tidssteg.

(3) Inställning av långtidförsening överströmskyddsenhets driftström och tid
Långtidförsening överströmskyddsenhet används främst för överbelastningsskydd. Dess driftström Iop(l) behöver bara överstiga kretsens maximala belastningsström (beräknad ström I30), dvs. Iop(l) ≥ Krel·I30, där Krel är tillförlitlighetsfaktorn. Drifttiden bör överstiga varaktigheten av tillåtna korttidsöverbelastningar för att förhindra onödiga trippningar.

(4) Samordningskrav mellan överströmskyddsenhets driftström och skyddad krets
För att förhindra isoleringsbeskädning eller brand på grund av överbelastning eller kortslut utan att brytaren trippar, måste överströmskyddsenhets driftström Iop uppfylla villkoret: Iop ≤ Kol·Ial. Här är Ial den tillåtna strömföringskapaciteten för isolerad kabel; Kol är den tillåtna korttidsöverbelastningsfaktorn—vanligtvis 4,5 för omedelbart och korttidförsening skyddsenheter, 1,1 för långtidförsening skyddsenheter som används för kortslutsskydd, och 1,0 när de endast används för överbelastningsskydd. Om detta samordningskrav inte uppfylls, bör skyddsenhetens inställning justeras, eller ledarens eller kabelförbindelsens tvärsnitt ska ökas lämpligt.