Вибір та налаштування автоматичних вимикачів: Повний гід від основних параметрів до селективної захисти

Класифікація автоматичних вимикачів

(1) Автоматичний вимикач на повітряному засибі (ACB)
Автоматичний вимикач на повітряному засибі, також відомий як формований рамний або універсальний вимикач, містить всі компоненти в ізольованій металевій рамі. Він зазвичай відкритого типу, що дозволяє встановлення різних приладів, і сприяє легкій заміні контактів та деталей. Його зазвичай використовують як головний вимикач живлення. Защитні пристрої від перевантаження включають електромагнітні, електронні та інтелектуальні типи. Вимикач забезпечує чотирьохступеневу захист: довгочасна затримка, короткочасна затримка, моментальний і захист від заземлення. Кожне налаштування захисту можна регулювати в межах, залежно від розміру рами.

Автоматичні вимикачі на повітряному засибі підходять для мереж зі сталим струмом 50 Гц, номінальним напругою 380 В або 660 В, і номінальним струмом від 200 А до 6300 А. Вони використовуються для розподілу електроенергії та захисту кіл і обладнання від перевантаження, недостволення, коротких замикань, однофазного заземлення та інших аварій. Ці вимикачі надають багато інтелектуальних функцій захисту та дозволяють вибирати захист. У нормальних умовах вони можуть використовуватися для рідкісного переключення кіл. ACB з номінальним струмом до 1250 А можна використовувати в мережах зі сталим струмом 50 Гц, 380 В, для захисту двигунів від перевантаження та коротких замикань.

Автоматичні вимикачі на повітряному засибі також часто використовуються як головні вимикачі на стороні 400 В трансформаторів, вимикачі з'єднувального шинопроводу, вимикачі великої потужності та вимикачі контролю великого двигуна.

(2) Формований корпусний вимикач (MCCB)
Також відомий як вставний вимикач, формований корпусний вимикач містить кінцеві, контакти, камери гасіння дуги, защитні пристрої від перевантаження та механізми управління в пластиковому корпусі. Додаткові контакти, пристрої відключення при недостволенні та паралельні пристрої відключення часто модульні. Структура компактна, і технічне обслуговування зазвичай не враховується. Він підходить для захисту бокових кіл. Формовані корпусні вимикачі зазвичай включають тепломагнітні пристрої відключення, а більші моделі можуть бути оснащені твердотільними датчиками відключення.

Защитні пристрої від перевантаження для MCCB доступні в електромагнітному та електронному виконаннях. Зазвичай, електромагнітні MCCB невибіркові та забезпечують лише довгочасну затримку та моментальний захист. Електронні MCCB надають чотири функції захисту: довгочасна затримка, короткочасна затримка, моментальний і захист від заземлення. Деякі нові електронні MCCB також мають зонний вибірковий взаємодію.

Формовані корпусні вимикачі загалом використовуються для керування та захисту кіл живлення, головних вимикачів на нижньовольтовій стороні малих розподільчих трансформаторів, кінцевого розподілу енергії та як вимикачі живлення для різного обладнання виробництва.

(3) Міні-вимикач (MCB)
Міні-вимикач є найпоширенішим пристроєм кінцевого захисту в системах термінального розподілу електроенергії будівель. Він використовується для захисту від коротких замикань, перевантажень та перевищень напруги в однофазних та трифазних кіл з номінальним струмом до 125 А, і має одно-, дво-, три- та чотириполюсні конфігурації.

MCB складається з механізму управління, контактів, защитних пристроїв (різних пристроїв відключення) та системи гасіння дуги. Основні контакти закриваються вручну або електрично. Після закриття, вільний механізм відключення блокує контакти в закритому положенні. Катушка пристрою відключення при перевантаженні та нагрівальний елемент теплового пристрою відключення підключени серійно до основного кола, а катушка пристрою відключення при недостволенні підключена паралельно до живлення.

У цивільному проектуванні електроенергетики, міні-вимикачі використовуються для захисту та управління, таких як перевантаження, короткі замикання, перевищення струму, втрата напруги, недостволення, заземлення, течія, автоматичне переключення подвійного живлення та рідке запускання двигунів.

Основні характеристичні параметри вимикачів

(1) Номінальна робоча напруга (Ue)
Номінальна робоча напруга — це номінальна напруга вимикача, при якій вимикач може безперервно працювати у визначених нормальних умовах служби та виконання.

В Китаї, для напруги до 220 кВ, максимальна робоча напруга становить 1,15 разів номінальну напругу системи; для 330 кВ і вище, максимальна робоча напруга становить 1,1 разів номінальну напругу. Вимикач має зберігати ізоляцію та мати можливість закриття та роз’єднання при максимальній робочій напрузі системи.

(2) Номінальний струм (In)
Номінальний струм — це струм, який пристрій відключення може безперервно проводити при температурі оточуючого середовища нижче 40°C. Для вимикачів з регульованими пристроями відключення, це максимальний струм, який пристрій відключення може безперервно проводити.

При використанні при температурі оточуючого середовища вище 40°C, але не більше 60°C, вимикач може працювати з зменшеною навантаженням для тривалої служби.

(3) Налаштування струму відключення при перевантаженні (Ir)
Коли струм перевищує налаштування пристрою відключення Ir, вимикач відключається після затримки. Це також представляє максимальний струм, який вимикач може проводити без відключення. Це значення має бути більшим за максимальний струм навантаження Ib, але меншим за максимальний допустимий струм Iz кіл.

Для тепломагнітних пристроїв відключення, Ir зазвичай регулюється в межах 0,7–1,0In. Для електронних пристроїв відключення, діапазон регулювання зазвичай ширший, зазвичай 0,4–1,0In. Для вимикачів з нерегульованими пристроями відключення при перевантаженні, Ir = In.

(4) Налаштування струму відключення при короткому замиканні (Im)
Пристрій відключення при короткому замиканні (моментальний або короткочасний) швидко відключає вимикач при високих аварійних струмах. Його поріг відключення становить Im.

(5) Номінальний струм короткочасної витривалості (Icw)
Це значення струму, який дозволено проводити через провідник протягом визначеного часу без пошкодження через перегрів.

(6) Пропускна здатність
Пропускна здатність вимикача означає його здатність безпечно розірвати аварійні струми, що не обов'язково пов'язані з його номінальним струмом. Поширені класифікації включають 36 кА та 50 кА. Зазвичай вона поділяється на максимально допустиму пропускну здатність короткого замикання (Icu) та пропускну здатність короткого замикання при експлуатації (Ics).

Загальні принципи вибору вимикачів

Спочатку виберіть тип та кількість полюсів в залежності від застосування; потім виберіть номінальний струм згідно з максимальним робочим струмом; нарешті, виберіть тип пристрою відключення та аксесуари. Конкретні вимоги наступні:

• Номінальна робоча напруга вимикача ≥ номінальна напруга лінії.

• Номінальна пропускна здатність короткого замикання вимикача ≥ розрахований струм навантаження лінії.

• Номінальна пропускна здатність короткого замикання вимикача ≥ максимальний можливий струм короткого замикання в лінії (зазвичай розраховується як ефективне значення).

• Однофазний струм короткого замикання на кінці лінії ≥ 1,25 разів моментального (або короткочасного) налаштування відключення вимикача.

• Номінальна напруга пристрою відключення при недостволенні = номінальна напруга лінії.

• Номінальна напруга паралельного пристрою відключення = напруга живлення керування.

• Номінальна робоча напруга електричного механізму управління = напруга живлення керування.

• При використанні в освітлювальних кіл, моментальне налаштування відключення електромагнітного пристрою зазвичай становить 6 разів струм навантаження.

• При використанні вимикача для захисту одного двигуна від короткого замикання, моментальне налаштування відключення становить 1,35 разів початковий струм двигуна (для серії DW) або 1,7 разів (для серії DZ).

• При використанні вимикача для захисту декількох двигунів від короткого замикання, моментальне налаштування відключення становить 1,3 разів початковий струм найбільшого двигуна плюс робочі струми решти двигунів.

• При використанні вимикача як головного вимикача на нижньовольтовій стороні розподільчого трансформатора, його пропускна здатність повинна перевищувати струм короткого замикання на нижньовольтовій стороні трансформатора. Номінальний струм пристрою відключення не повинен бути меншим за номінальний струм трансформатора. Налаштування захисту від короткого замикання зазвичай становить 6–10 разів номінальний струм трансформатора; налаштування захисту від перевантаження дорівнює номінальному струму трансформатора.

• Після попереднього вибору типу та класу вимикача, потрібна координація з верхньо-та нижньоплинними защитними пристроями, щоб уникнути каскадного відключення та зменшити масштаб аварії.

Вибірковість вимикачів

У розподільних системах, вимикачі класифікуються як вибіркові або невибіркові згідно з характеристиками захисту. Вибіркові низьковольтові вимикачі мають двоступеневий або триступеневий захист. Моментальні та короткочасні характеристики використовуються для захисту від коротких замикань, а довгочасні характеристики — для захисту від перевантажень. Невибіркові вимикачі зазвичай моментальні, використовуються лише для захисту від коротких замикань, або довгочасні, використовуються лише для захисту від перевантажень.

У розподільних системах, якщо верхній вимикач вибірковий, а нижній вимикач невибірковий або вибірковий, вибірковість досягається за допомогою затримки короткочасного пристрою відключення або різниці у налаштуваннях затримки. Коли верхній вимикач працює з затримкою, врахуйте наступне:

• Незалежно від того, чи є нижній вимикач вибірковим або невибірковим, моментальне налаштування відключення верхнього вимикача зазвичай не повинно бути меншим за 1,1 разів максимального трьохфазного струму короткого замикання на виході нижнього вимикача.

• Якщо нижній вимикач невибірковий, щоб уникнути першого відключення короткочасного пристрою відключення верхнього вимикача через недостатню чутливість моментального пристрою відключення нижнього вимикача під час короткого замикання, налаштування короткочасного пристрою відключення верхнього вимикача зазвичай не повинно бути меншим за 1,2 разів моментального пристрою відключення нижнього вимикача.

• Якщо нижній вимикач також вибірковий, щоб забезпечити вибірковість, час роботи короткочасного пристрою відключення верхнього вимикача повинен бути принаймні на 0,1 секунди довшим, ніж час роботи нижнього вимикача.

Зазвичай, щоб забезпечити вибіркову роботу між верхньо-та нижньоплинними низьковольтовими вимикачами, верхній вимикач повинен мати короткочасний пристрій відключення, а його робочий струм повинен бути принаймні на один рівень вищий, ніж робочий струм нижнього пристрою відключення. Як мінімум, робочий струм Iop.1 верхнього вимикача не повинен бути меншим за 1,2 разів робочий струм Iop.2 нижнього вимикача, тобто Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.

Каскадний захист вимикачів

У проектуванні розподільних систем, координація між верхньо-та нижньоплинними вимикачами повинна забезпечувати "вибірковість, швидкість та чутливість". Вибірковість пов'язана з координацією між вимикачами, а швидкість та чутливість пов'язані з характеристиками защитного пристрою та режимом роботи кіл.

Правильна координація між верхньо-та нижньоплинними вимикачами дозволяє вибирати виняткові кіл, забезпечуючи нормальну роботу інших некоротких кіл. Погана координація впливає на надійність системи.

Каскадний захист є практичним застосуванням характеристик обмеження струму вимикачів. Його основний принцип полягає в тому, щоб використовувати ефект обмеження струму верхнього вимикача (QF1), що дозволяє вибирати нижній вимикач (QF2) з нижчою пропускною здатністю, що знижує вартість. Верхній вимикач QF1 з обмеженням струму може розірвати максимальний очікуваний струм короткого замикання в точці його встановлення. Оскільки верхній та нижній вимикачі підключені послідовно, коли коротке замикання відбувається на виході нижнього вимикача QF2, фактичний струм короткого замикання значно зменшується завдяки ефекту обмеження струму QF1, що набагато нижче очікуваного струму короткого замикання в цій точці. Таким чином, пропускна здатність QF2 ефективно підвищується завдяки QF1, перевищуючи його номінальну пропускну здатність.

Каскадний захист має певні умови: наприклад, сусідні кіл не повинні мати критичні навантаження (оскільки відключення QF1 також відключить кіл QF3), а моментальні налаштування QF1 та QF2 повинні бути правильно підібрані. Каскадні дані можна визначити лише експериментально, а координацію між верхньо-та нижньоплинними вимикачами повинен забезпечувати виробник.

Чутливість вимикачів

Щоб забезпечити надійну роботу моментального або короткочасного пристрою відключення при мінімальних умовах роботи системи та при найменшій аварії короткого замикання в межах його захисту, чутливість вимикача повинна відповідати вимогам "Кодексу проектування низьковольтових розподільних систем" (GB50054-95), який встановлює чутливість не менше 1,3, тобто Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Тут Iop — р