Shik-v-dom.ru

Шик в Дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как выбрать автоматический выключатель по отключающей способности

Автомат устанавливают в цепи электроснабжения. При чрезмерном увеличении потребляемой мощности происходит нагрев биметаллического элемента. На определенном уровне температуры значительное изменение его формы разрывает контакт линии проводника.

Другое защитное устройство разрывает цепь при появлении сильного тока. Кроме короткого замыкания аналогичную реакцию вызывает подключение слишком мощной реактивной нагрузки, например, сварочного аппарата. В опасной ситуации электромагнитная катушка перемещает приводной механизм выключателя.

Отключающая способность автоматического выключателя – это комплексный параметр. Он характеризует гарантированное выполнение техникой основных функций при возникновении аварийных ситуаций.

Для чего нужна время-токовая характеристика

Время-токовая характеристика автоматического выключателя

Сложности практического применения этого параметра в первую очередь связаны с графиками, которые необходимо правильно читать и применять на практике. Отключение автоматов с одинаковым номиналом будет происходить не одинаково в случае различных превышений тока. Поэтому для каждого типа выключателей существует собственная кривая, отображаемая на графике. Это дает возможность использования автоматических выключателей с разными характеристиками для определенного типа нагрузки.

В результате, автоматический выключатель выполняет защитную токовую функцию и одновременно сводит до минимума ложные срабатывания. Именно в этом и заключается основное практическое значение время-токовой характеристики.

В области энергетики нередко возникают ситуации, при которых увеличение тока на короткое время не связано с возникновением аварийного режима работы. В этих случаях защитные устройства не должны реагировать на подобные изменения. Это происходит при включении электродвигателей, когда наблюдается значительный скачок тока, в несколько раз превышающий номинальное значение. Если следовать логическим выводам, должно произойти обязательное отключение автомата. Например, если устройство установлено на 10 А, а пусковой ток составляет 12 А, это приведет к непременному срабатыванию защиты. Чтобы этого не произошло, требуется увеличить порог срабатывания, например, до 16 ампер. Однако в случае короткого замыкания устройство может и не отключиться.

Слишком низкий уровень срабатывания приведет к тому, что автомат будет реагировать даже на незначительные скачки. Решить данную проблему позволяет время-токовая характеристика, определяющая основной режим работы каждого защитного устройства.

Сергей Гондуров, генеральный конструктор
Михаил Пирогов, начальник отдела системотехники
Илья Иванов, ведущий инженер отдела системотехники
ООО «НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург

Сети 0,4 кВ – важный узел в передаче электроэнергии от источника к потребителю. От его надежности напрямую зависит работа всех промышленных и сельскохозяйственных предприятий, электростанций и подстанций. Еще недавно проблема дальнего резервирования (ДР) сетей 0,4 кВ не имела качественного решения.

Осуществить резервирование в сети 0,4 кВ теми же методами, что и в высоковольтной сети не удавалось из-за существенного снижения тока короткого замыкания (КЗ) по мере удаления точки КЗ от источников питания.

Появление микропроцессорных устройств релейной защиты позволило решить проблему ДР в сетях 0,4 кВ благодаря реализации алгоритма, в основе которого лежит принципиально новая идея, ранее не существовавшая в мировой практике.

Читайте так же:
Ретро выключатели от fontini

ТРАДИЦИОННАЯ МЕТОДИКА ВЫБОРА УСТАВОК

Рассмотрим проблему ДР на примере выбора уставок срабатывания защиты вводного выключателя подстанции 10/0,4 кВ мощностью 1000 кВА (рис. 1). Отметим, что в данном случае нагрузка Н1, Н2, Н3 не содержит в своем составе электродвигатели.

Рис. 1. Схема электроустановки

Уставки срабатывания защит выбираются в соответствии с рекомендациями [1].

Выбор уставок автоматического выключателя QF2 защиты электродвигателя

Токовая отсечка. Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя по выражению:

где K н – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового тока электродвигателя, принимается равным 1,5;
1,05 – коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме напряжение может быть на 5% выше U ном электродвигателя.

Уставка срабатывания токовой отсечки составляет I с.о. ≥ 3528 А. Выдержка времени срабатывания минимальна и составляет 0,1 с.

Защита от перегрузки. Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из условия возврата защиты после окончания пуска или самозапуска электродвигателя по выражению:

, (2)

где K н – коэффициент надежности, учитывающий запас по току, неточности настройки и разброс срабатывания защиты;
K в – коэффициент возврата защиты;
I ном – номинальный ток электродвигателя.

Для автоматических выключателей серии ВА с полупроводниковым расцепителем БПР: K в = 0,97÷0,98, K н =1,19÷1,32. По выражению (2) I с.п. = 1,25 · I ном = 400 А.

Время срабатывания защиты от перегрузки принимается из условия несрабатывания защиты при пуске или самозапуске электродвигателя и определяется по выражению:

где t с.п. – время срабатывания защиты при токе, равном пусковому;
t пуск – длительность пуска электродвигателя.

Время срабатывания защиты от перегрузки t с.п. = 4,5 с.

Выбор уставок срабатывания защит автоматических выключателей QF4, QF5

Токовая отсечка. Ввиду отсутствия на данном присоединении двигательной нагрузки, уставка срабатывания отсечки определяется по следующему выражению:

где K н – коэффициент надежности, для автоматических выключателей серии ВА составляет 1,5;
I раб.макс – максимальный рабочий ток присоединения, равный в данном случае I ном .

По выражению (4) находим I с.о. = 1,5 · I раб.макс =108 А.

Согласование с отсечками выключателей отходящих линий не производим ввиду их отсутствия.
Уставка времени срабатывания токовой отсечки выбирается минимальная – 0,1 с.

Защита от перегрузки. На данных присоединениях защита от перегрузки не используется, в связи с этим установлены автоматические выключатели, имеющие только электромагнитные расцепители.

Выбор уставок срабатывания защит автоматического выключателя QF3

Токовая отсечка. Определяется по двум условиям, из которых принимается наибольшее значение.
1-е условие: несрабатывание при максимальном рабочем токе. Определяется по выражению (4) и составляет:

2-е условие: согласование с отсечками выключателей отходящих линий. Определяется по выражению:

где K н.с. – коэффициент надежности согласования, равный 1,4;
I с.о.л. – наибольший из токов срабатывания отсечек выключателей отходящих линий, составляющий 108 А.

По выражению (5) I с.о. = 151 А.
Таким образом, наибольшее значение I с.о. =216 А.
Выдержка времени срабатывания отсечки определяется по выражению:

Читайте так же:
Прибор для проверки вакуумных выключателей

где t с.о.л. – выдержка времени срабатывания отсечки выключателя отходящей линии;
Δt – ступень селективности, равная 0,15 с.
Уставка выдержки времени срабатывания токовой отсечки t с.о. = 0,25 с.

Защита от перегрузки. На данном присоединении защита от перегрузки не используется.

Выбор уставок срабатывания защит автоматического выключателя QF1

Токовая отсечка. Выбор уставки срабатывания отсечки вводного автоматического выключателя определяется при полной нагрузке секции и электродвигателя с наибольшим пусковым током:

, (7)

где K н – коэффициент надежности, равный 1,5;
– сумма максимальных рабочих токов электроприемников, кроме двигателя с наибольшим пусковым током;
I пуск.макс – наибольший пусковой ток.

По выражению (7) ток срабатывания отсечки вводного выключателя составляет I с.о. = 4356 А.
Согласование с отсечками выключателей отходящих линий определяется по выражению (5) и составляет I с.о. = 4939 А.
Из полученных значений выбираем максимальное I с.о. = = 4939 А.
Выдержка времени срабатывания отсечки определяется по выражению (6) и составляет t с.о. = 0,4 с.

Защита от перегрузки. Уставка защиты от перегрузки рассчитывается так же, как и для электродвигателя (2), однако вместо I ном используется максимальный рабочий ток, который с учетом допустимой перегрузки трансформатора 1,2 составляет I раб.макс = 1,2 · I н.т. = 1734 А.
По выражению (2) уставка срабатывания защиты от перегрузки I с.п. = 1,25 · I раб.макс =2167,5 А.
Время срабатывания защиты в 2 раза больше длительности пуска электродвигателей и составляет t с.п. = 2 · t пуск = 6 с.

Анализ выбранных уставок

Рассчитав токи КЗ [2], представим их в виде графика (рис. 2), где кривая указывает значение тока дугового двухфазного КЗ на кабельной линии ВВГ 3×70 + 1×35 по мере удаления от шин подстанции. Значения I с.о. и I с.п соответствуют значениям уставок срабатывания защит вводного выключателя QF1. На графике видно, что токовая отсечка вводного выключателя QF1, начиная с 84 м, не выполняет резервирование защит отходящего выключателя QF3. Защита от перегрузки также не удовлетворяет выбору проводников по условиям нагрева при КЗ [4] и нарушает требования п.1.4.16 ПУЭ [3]. Это означает, что при возникновении КЗ вне зоны резервирования защиты вводного выключателя QF1 и при отказе отходящего выключателя QF3 произойдет термическое повреждение кабеля по всей его длине, а в наихудшем случае – пожар в кабельных каналах.

Рис. 2. Токи КЗ на кабельной линии ВВГ 3×70 + 1×35 по мере удаления от шин подстанции

Пример расчета дан для простой схемы, в которой преобладает нагрузка с малой кратностью пускового тока. В более сложных случаях (наличие групп электродвигателей средней и большой мощности) уставки вводного выключателя увеличатся и, как следствие, зона ДР резко сократится (до 60–70 м).

Существующие автоматические выключатели различных производителей не способны решить эту проблему, так как принцип действия их защит одинаков: сравнение действующего значения тока с уставкой, которая должна быть отстроена от токов пуска и самозапуска. Основная причина появления зон, в которых защита вводного выключателя не способна резервировать отходящие выключатели, – резкое, в отличие от сетей среднего и высокого напряжения, снижение токов КЗ по мере удаления от источника питания, а также большие пусковые токи электродвигателей.

Читайте так же:
Производство автоматических выключателей электрон

Защита ДР должна быть построена с учетом этих явлений и выполняться на принципах, точно определяющих факт возникновения КЗ, а не факт превышения током КЗ уставки. Благодаря появлению блоков цифровой релейной защиты это стало осуществимо.

АЛГОРИТМ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

Впервые алгоритм ДР отказов защит выключателей был реализован А. В. Беляевым и М. А. Эдлиным в блоках БМРЗ-0,4 в 2000 г.

Многолетний опыт эксплуатации показал, что ДР в БМРЗ-0,4 надежно срабатывает при всех видах КЗ, достоверно определяет и не срабатывает при пусках или самозапусках электродвигателей, а также при повреждениях в высоковольтной сети. Алгоритм ДР основан на анализе переходного процесса, возникающего при КЗ, пусках или самозапусках электродвигателей. В основу алгоритма заложен анализ активного тока при возникновении КЗ в кабельных линиях и реактивного в случае пуска или самозапуска электродвигателей.

Особенность алгоритма ДР – анализ не абсолютных величин токов, а их производных, что существенно увеличивает зоны резервирования, ограниченные минимальным диапазоном измерения цифрового устройства, и позволяет с высокой точностью определить границу зоны ДР вне зависимости от нормируемых погрешностей измерений. Принцип функционирования данного алгоритма требует детального рассмотрения в отдельной статье.

Сегодня БМРЗ-0,4 – это единственное в мире устройство, которое проверено эксплуатацией и натурными испытаниями с реальными КЗ, выполняющее ДР отказов защит выключателей 0,4 кВ. Блоки БМРЗ-0,4 широко применяются на объектах нефтегазовой промышленности и в процессе эксплуатации зарекомендовали себя как надежное и качественное комплексное решение по защите и автоматике подстанции.

ВЫВОДЫ

В каждом проектном или эксплуатационном случае требуется проверка зон ДР для предотвращения пожаров в кабельных каналах. Проверку необходимо проводить для всех схем с кабельными линиями длиной более 60 метров.
Существующие модели автоматических выключателей не могут обеспечить ДР по принципу действия защиты.
Многолетний опыт эксплуатации доказал, что блоки БМРЗ-0,4 позволяют решить актуальную проблему ДР благодаря применению принципиально нового алгоритма.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Беляев А. В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. СПб.: ПЭИПК, 2008.
  2. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. Минск, 1994.
  3. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп.
  4. О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания: Циркуляр № Ц-02-98(Э). М., 1998.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Требования к воздушным линиям 0,4 кВ:

ВЛ 0,4 кВ должна выполняться в трехфазном 4-проводном исполнении по радиальной схеме проводами одного сечения по всей длине линии (магистрали) от подстанций 10/0,4 кВ.
ВЛ 0,4 кВ выполняются только с использованием самонесущих изолированных проводов.

Читайте так же:
Характеристики бытового автоматического выключателя

Протяженность линий должна ограничиваться техническими условиями по критерию качества напряжения, надежности электроснабжения потребителя и экономическими показателями (техническими потерями электроэнергии в линии и затратами на ее распределение).

На вводах к абонентам устанавливать устройства для ограничения потребляемой мощности (совместная работа с энергосбытовой организацией). Устройства ограничения мощности должны обеспечивать автоматическое отключение абонента от электрической сети в случае превышения мощности его электроустановок и обратное включение с выдержкой времени.

Нормированные циклы операций включения и отключения

Для выключателей, предназначенных для работы с АПВ, нормированы следующие циклы:

1) О — tбт — ВО — 180 с — ВО;

2) О — 180 с — ВО — ВО,

где О — операция отключения КЗ; ВО — операция включения на КЗ и немедленно (без преднамеренной выдержки времени) следующая за ней операция отключения; tбт — нормированная бестоковая пауза при АПВ, значение которой для разных типов выключателей может находиться в пределах от 0,3 до 1,3 с.

Для выключателей, не предназначенных для работы с АПВ, установлен только второй цикл.

Видео по теме

О расчете номинального тока автоматических выключателей в видео:

Без понимания значения номинального тока невозможно правильно не только проектировать, но и эксплуатировать электросеть.

Важно помнить, что превышение силы тока в проводах сверх номинальной при отсутствии или ошибочном выборе автоматов защиты, может повлечь за собой пожар или выход из строя оборудования. Пример — импортные котлы и газовые колонки, в которых при скачках напряжения перегорают платы.

Категории контакторов

В первую очередь обратите внимание на категорию применения и цикл активации расцепителя. Стоит отметить, что любой электродвигатель представляет собой достаточно сложный агрегат, который функционирует при поступлении пусковых токов и повторно-кратковременных включений. В такой электрической цепи, работающей нестандартно, механизм расцепления должен отвечать за четкое и своевременное срабатывание. Обращайте внимание на маркировку, нанесенную на корпус устройства. Для сетей с переменным током подходят контакторы с маркировкой от АС1 до АС4, а для постоянного – от DC1 до DC5. Для промышленных пусковых электромоторов оптимальными считаются модели категории АС3, АС4, DC3, DC4 и DC5.

Значение номинального тока и напряжения

Значение номинального тока является значимым параметром, на который следует обращать внимание. При этом потребитель должен учитывать исключительно номинальную мощность, которую можно рассчитать по простой формуле:

где Р – это мощность, измеряемая в Ваттах;

U – напряжение, измеряемое в Вольтах;

сosφ – коэффициент мощности электродвигателя.

Коэффициент мощности двигателя заноситься в паспорт, который идет вместе с электрооборудованием.

Что касается подбора электропитания катушки управления, то в данном случае внимание следует обратить на два критерия: тип электрического тока и напряжение. Прибор может функционировать в сети с постоянным либо переменным током. При этом значение напряжения может быть следующим:

  • при постоянном токе – 12В–440В;
  • при переменном токе: 12В–660В частота 50Гц, 24В – 660В частота 60Гц.
Читайте так же:
Оборудование для проверки автоматических выключателей

Также на рынке в широком ассортименте представлены универсальные контакторы, управляющая катушка которых способна работать и при постоянном, и при переменном токе.

Степень износостойкости устройства

Коммутационная износостойкость указывает на количество циклов включения и выключения, на которые рассчитан расцепитель. Выбирайте устройство, у которого цикл срабатываний самый большой. К примеру, контакторы категории АС3 рассчитаны на 1,7 миллиона цикла, а АС4 на 200 миллионов циклов. От данного показателя напрямую зависит срок эксплуатации устройства. Устройства, в зависимости от коммутационной износостойкости, подразделяются на следующие классы:

  • А – рассчитан на 1,5–4 миллиона циклов в режиме работы;
  • Б – способен выдержать от 630 тысяч до 1,5 миллиона циклов;
  • В – рассчитан на 100–500 тысяч циклов.

Механическая износостойкость указывает на количество запусков и отключений при отсутствующем напряжении. Стандартные механизмы способны выдержать примерно 10 – 20 миллионов операций. Информация о количестве допустимых циклов указывается в техническом паспорте устройства.

Частота включений

Подобная характеристика является очень важной для электрического двигателя с частым запуском. По частоте включения устройства подразделяют на разные классы.

Частота включений

Время сработки

На скорость сработки контактора влияет:

  • момент запуска устройства – промежуток времени от начала сигнала до замыкания основных контактов;
  • момент выключения устройства – период с момента обесточивания электрического магнита до полного отсоединения от линии.

В сети с постоянным током время сработки контактора длиться несколько сотен миллисекунд, а в сети с переменным – десятки миллисекунд.

Вышеперечисленные характеристики являются важными при подборе контактора по мощности. Однако существуют и другие параметры, которые способны повысить эффективность работы устройства. Поэтому подбирая оптимальную модель прибора обращайте внимание на следующие моменты:

Коэффициент возврата. Данная характеристика рассчитывается по простой формуле

Коэффициент возврата

У электромагнитных катушек, запитанных от постоянного тока, коэффициент возврата составляет 0,2–0,3. У приборов, катушка которых запитана от переменного тока, коэффициент возврата равен 0,6–0,7.

Наличие реверса. Реверсивные контакторы необходимо выбирать для управления реверсивным электродвигателем. При этом у устройства должно присутствовать в корпусе два пускателя, которые вместе соединены.

Степень защиты от пыли и влаги. В данном случае следует учитывать параметры помещения, в котором будет размещаться контактор. Если монтаж планируется проводить в защищенном шкафу, тогда подойдет модель со степенью защиты IP20. Если прибор будет установлен в запыленном помещении либо в условиях повышенной влажности, тогда выбирайте модель со степенью защиты IP54 либо IP65.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector