Автомат с регулировкой тока отсечки – Особенности работы автоматических выключателей с микропроцессорными расцепителями

Содержание

Автоматический выключатель с регулируемыми расцепителями

Я стараюсь быть объективным и при возможности не рекламировать различных производителей, тем более что они мне за это не платят Но в этой статье придется мне отступить от своих принципов и рассказать о силовом автоматическом выключателе серии ВА-99С.

Автомат торговой марки EKF предназначен для нечастых включений и отключений, а также для защиты от перегрузки и токов короткого замыкания. Казалось бы ничего особенного…

В чем же особенность силового автоматического выключателя серии ВА-99С?

Выключатели до 400А комплектуются термомагнитными расцепителями ТМ, а на токи выше 400А предусмотрен электронный расцепитель STR23SE.

Автоматический выключатель с регулируемыми расцепителями серии ВА-99С

Как видим, на картинке снизу видны регуляторы уставок расцепителей, которые позволяют установить нужные нам параметры. Это и есть их особенность.

Термомагнитные расцепители автоматов до 100А не имеют регулируюемую уставку по току короткого замыкания. Тепловой расцепитель имеет регулировку 0,8-0,9-1,0 от номинального тока. Выключатели, выполненные в габарите 250А позволяют отрегулировать  уставку по току в пределах (5-10) Ir.

 

Автоматический выключатель серии ВА-99С с термомагнитным расцепителем ТМ

Стоит также обратить внимание на то, что у данной серии автоматических выключателей имеются аппараты с термомагнитными расцепитялеями на токи 180 и 225А.

Автоматические выключатели с электронными расцепителями STR23SE (200-630)А имеют грубую и тонкую регулировку по защите от перегрузки, что позволит достаточно точно настроить аппарат. По защите от токов короткого замыкания автоматы с электронным расцепителем позволяют установить уставку от 2 до 10.

Автоматический выключатель серии ВА-99С с электронным расцепителем STR23SE

В общем данные аппараты будут полезны для выполнения селективной защиты значительно не завышая номинальные токи автоматических выключателей. Кроме этого, на эти автоматы при необходимости можно установить дополнительные устройства, включая электропривод.

Еще одним немало важным достоиством выключателя серии ВА-99С считаю  его цену.  Предложите аналог по меньшей цене?

 

Советую почитать:

220blog.ru

Ток отсечки автоматического выключателя это

Ток, проходящий через автоматический выключатель, определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата.

На практике напряжение сети, например, 220 вольт поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы ГОСТ считается неисправностью, аварией.

Автоматический выключатель врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Когда от розетки запитывают вначале электробритву, а затем моющий пылесос, то в обоих случаях через автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем.

Но, в первом случае он будет сравнительно небольшим, а во втором — значительным: эти приборы отличаются сопротивлением. Они создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защиты автомата, осуществляя ее отключения при отклонениях от нормы.

Как проходит ток через автоматический выключатель

Конструктивно автомат создан так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы. К ним относятся:

клеммы подключения проводов с зажимными винтами;

силовые контакты с подвижной и стационарной частью;

биметаллическая пластина теплового расцепителя;

электромагнит отсечки токов коротких замыканий;

Путь тока через автоматический выключатель показан на картинке условными стрелками красного цвета.

Силовые подвижные контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь только после поворота рычага управления вручную оператором. Обязательным условием включения является отсутствие аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают работать защиты на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.

А вот разорвать эти контакты, обесточив подачу потенциала фазы к потребителям, можно двумя способами:

вручную, возвратив в исходное положение рычаг управления;

автоматически от срабатывания защит.

Как создаются и работают конструктивные элементы автоматического выключателя

Силовые контакты

Они, как и вся конструкция автоматического выключателя, рассчитаны на передачу строго ограниченной мощности. Превышать ее нельзя, ибо в противной случае автомат выйдет из строя — сгорит.

Технической характеристикой, ограничивающей максимальную мощность, проходящую через силовые контакты, является показатель, называемый «Предельная отключающая способность». Его обозначают индексом «Icu».

Значение предельной отключающей способности автоматического выключателя задается при его проектировании из стандартного ряда токов, измеряемого обычно в килоамперах. Например, Icu может быть равно 4 или 6 либо даже 100 или более кА.

Эта величина указывается прямо на лицевой стороне корпуса автомата, как и другие характеристики настроек значений токов.

Итак, через силовые контакты показанного на картинке автомата может безопасно проходить электрический ток от нуля до 4000 ампер. Сам АВ его нормально выдержит и отключит при возникновении аварийной ситуации внутри подключенной электропроводки с потребителями.

С этой целью введено разграничение протекающих через силовые контакты токов на:

1. номинальные и рабочие;

2. аварийные, включающие перегрузку и короткие замыкания.

Что такое номинальный ток автоматического выключателя

Любой автомат создается для работы при определенных технических условиях. Он должен надежно обеспечивать прохождение рабочего тока нагрузки, протекающего как по электрической проводке, так и по подключенным потребителям.

При выборе автомата для бытовой сети пользователи часто учитывают токопроводящие свойства проводки или только мощность электрических приборов, совершая ошибку: необходимо комплексно анализировать оба этих вопроса. Ибо, выключатель — это автоматическое устройство, которое уже налажено под срабатывание при достижении определённых значений тока.

Когда эти условия еще не наступили, а рабочий ток через автомат меньше. чем нижняя граница отключения, то силовые контакты надежно замкнуты. Верхний предел этого рабочего диапазона принято называть номинальным током, обозначая In.

Показанная на картинке цифра «16» обозначает, что проходящие через силовые контакты токи включительно до 16 ампер будут надежно передаваться автоматическим выключателем к подключённым потребителям через электрические провода.

Это функция самого автомата. А у владельца электроустановки и обслуживающего электрика задача совсем другая — подобрать правильно автоматический выключатель под нагрузку и проводку в комплексе. Ведь при превышении этих 16 ампер будут происходить отключения от защит, которые настраиваются на срабатывание от различных токов, “привязанных” электрическими алгоритмами к номинальному значению. Подробнее об этом читайте здесь — Выбор автоматических выключателей для квартиры, дома, гаража

Как работают защиты

Все токи, большие чем номинальное значение, приводят к срабатыванию защит. Их называют токами срабатывания, обозначают Iср.

Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:

1. нагрева и изгиба биметалла с выводом механической защелки из зацепления;

2. выбиванием защелки механическим ударом сердечником электромагнита.

Тепловой расцепитель

Он работает за счет изгиба биметаллической составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока, а охлаждается за счет отвода тепла в окружающую среду.

К этому расцепителю прикладывается тепловая энергия, создаваемая электрическим током по проходящему биметаллу. Ее величина, как нам известно из закона Джоуля-Ленца, зависит от:

1. электрического сопротивления цепи;

2. силы протекающего тока;

3. и времени его воздействия.

Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:

1. величина электрического тока;

2. время его протекания.

Их учитывают специальными характеристиками, которые называют по этим составляющим — времятоковыми.

По силе протекающего тока через автомат и времени его действия определяют не только зону работы теплового расцепителя, но и электромагнитной отсечки.

За основу расчетов принимают величину номинального тока, выбранного для конструкции выключателя. Срабатывание защит привязывают к его кратности — отношению проходящего действующего тока к номинальному.

Поскольку токовые защиты автоматического выключателя работают на превышение номинального тока, то всегда кратность токов I/In>1.

Электромагнитная отсечка

Работа защиты основана на постоянном учете токов, проходящих по виткам обмоток электромагнита. При величине нагрузок, не превышающих расчетное номинальное значение, токи, протекающие в каждом витке, создают суммарное магнитное поле, не способное преодолеть силу удержания механического штока внутри корпуса соленоида.

Головка подвижного толкателя втянута внутрь, а подвижный силовой контакт автоматического выключателя надежно прижат к стационарной части.

Когда сила проходящего тока превысит номинальный ток уставки, то суммарное магнитное поле, образованное внутри катушки, резко преодолеет силу удержания штока. Он выстреливает и резким ударом бьет по защелке, выдергивает ее из зацепления.

В результате нанесенного удара подвижный силовой контакт автоматического выключателя резко отбрасывается механической энергией от стационарного — электрическая цепь разрывается, а питающее напряжение снимается с подключенной схемы.

Как настраиваются защиты автоматического выключателя

Чтобы автомат четко выдерживал номинальный ток, не создавая ложных срабатываний, его защиты отстраивают на расчетные величины.

Тепловой расцепитель

При выборе нормативной уставки тока учитывают характер подключенной нагрузки и рассчитывают по формуле Iуст=kр∙kн∙In, где kр=1,1, а kн учитывает условия эксплуатации. Его устанавливают в пределах:

1,1÷1,3 для цепей с кратковременными перегрузками от запуска электродвигателей или подобных устройств;

1,1 — у резистивных схем без перегрузки или для работы схем постоянного тока.

В качестве примера рассмотрим защитную характеристику теплового расцепителя старого автоматического выключателя А3120.

На участке тока от 1,3 до 10 крат In характеристика представлена кривой «а», срабатывание производится с выдержкой времени, создающей резерв работы подключенных электроприборов. С увеличением нагрузки время их отключения сокращается от нескольких минут до одной секунды.

При десятикратный нагрузке тепловой расцепитель А3120 выводит из работы силовые контакты со временем порядка 0,01 секунды с небольшим разбросом параметров, показанным на графике зоной светло-красного цвета. Бо́льшие десяти крат возрастания рабочих токов не могут ускорить срабатывание защиты из-за механических свойств конструкции выключателя.

Электромагнитная отсечка

Параметры времятоковой характеристики для электромагнитного органа отсечки тоже настраиваются по номинальному току. У бытовых автоматов ток мгновенного расцепления разделяют на три класса:

1. В, лежащий в пределах 3÷5 In;

Для производственных технических устройств создаются автоматические выключатели с классами:

А, срабатывающими при меньших токах, чем 3In;

E и F — при больших кратностях, чем 20In в различных пределах.

Описанный класс работы отечественных автоматов узаконен требованиями ГОСТа Р 50345—2010. У иностранных производителей тоже применяется подобное деление мгновенных отсечек, но, стандарты токов и времена отключения могут отличаться, оговариваться нормативами своих стран или МЭК 60947—2.

Учет класса токоограничения

Скорость работы мгновенных токовых защит автоматического выключателя привязывают к частоте синусоидальной гармоники промышленной сети и обозначают одной из цифр: 1, 2 или 3. Эта цифра показывает часть полуволны стандартной гармоники, во время которой должно произойти отключение.

Автомат с токоограничением 3 самый быстрый — он отработает за 1/3 полупериода. Характеристика 2 свидетельствует о его половине, а 1 — полной длине полуволны.

Условия ограничения токов, проходящих через автоматический выключатель

Важным моментом при эксплуатации защит автоматов, работающих по токам нагрузок, является учет подключенной к ним схемы, обладающей уже каким-то определённым сопротивлением. Его величина будет ограничивать работу отсечки в аварийном режиме, а в какой-то момент не позволит своевременно снять напряжение питания с повреждаемого оборудования.

Примером такого участка является активное сопротивление обмотки источника питающего трансформатора со всеми подключенными жилами кабелей и проводами электрической сети, собранными на клеммниках и зажимах распределительных коробок и щитков вплоть до контактов квартирной розетки. Ее специалисты называют петлей фаза-ноль.

Для учета его величины при правильной настройке и работе автоматического выключателя используют специальные приборы — измерители сопротивления этой петли.

Их замер позволяет учесть поправку, вносимую дополнительным сопротивлением проводов, а значит — точно учитывать токи, проходящие в аварийном режиме через силовые контакты и защиты автоматического выключателя.

Как автоматический выключатель проверяется на проходящие через него токи

После изготовления на производстве до момента установки в электрическую схему продукция любого производителя может транспортироваться на большие расстояния или длительно храниться на складах. За это время возможно снижение ее качества, связанное с нарушением технических характеристик.

Поэтому автоматические выключатели при монтаже в схему до ввода ее в работу должны подвергаться проверке на исправность, которую принято называть прогрузкой.

Для этого в электролаборатории собирается специальная схема прогрузки автомата или используется одна из многочисленных конструкций стационарных или переносных стендов.

Автоматический выключатель проверяется по номинальному току, указанному на корпусе. Он должен длительно выдерживать его величину.

Затем автомат подвергают перегрузкам и токам коротких замыканий, которые он должен выдерживать при эксплуатации. При этом четко замеряются и фиксируются:

1. токи срабатывания защит теплового расцепителя и токовой отсечки;

2. времена отключения автомата от момента имитации аварийной ситуации.

Некоторые конструкции автоматов позволяют регулировать выходные параметры при прогрузке. Например, отдельные виды тепловых расцепителей имеют винтовое крепление, позволяющее корректировать уставку срабатывания биметаллической пластины в определенных пределах.

Все замеренные характеристики фиксируются с высокой точностью измерительными приборами и заносятся в протокол проверки, сравниваются с требованиями ГОСТ. После их анализа выдается свидетельство с заключением о пригодности.

Прогрузка автомата под нагрузкой позволяет выявить брак, предотвращает случаи возможных пожаров и электрических травм.

Таким образом, токи, проходящие через автоматические выключатели, учитываются при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации. Для этого введены термины, учитываемые требованиями ГОСТ:

Уставка тока Isd селективной токовой отсечки должна быть отстроена (должна быть больше) от пикового тока IПИК. QF1 = 3098 А, который протекает по вводному выключателю QF1. Уставка по току Isd связана с уставкой тока Ir защиты от перегрузок и регулируется в пределах Isd = (1,5-10) •Ir. Для предварительного определения уставки тока определим отношение пикового тока IПИК. QF1 к уставке по току Ir. QF1

Ближайшая большая уставка будет Isd. QF1 = 4•Ir. QF1 = 4•900 = 3600 А.

Рисунок 14 — Переключатели уставок селективной токовой отсечки (3) и мгновенной токовой отсечки (4)

Полученная уставка селективной токовой отсечки выключателя QF1 должна быть проверена на селективность с уставкой по току селективной токовой отсечки выключателя QF3. Условием токовой селективности двух последовательных защит является выполнение соотношения

Isd. QF1/Isd. QF3 = 3600/2160 = 1,67 > КН. СОГЛ = 1,3-1,5.

Условие согласования уставок тока двух селективных токовых отсечек, установленных на автоматических выключателях разных уровней СЭС, выполняется. Окончательно уставку тока селективной токовой отсечки выключателя QF1 примем Isd. QF1 = 3600 А. Точность срабатывания селективной токовой отсечки блока Micrologic

5.0 составляет ±10 % [5, c.25] и находится в пределах (0,9-1,1) Isd. Определим границы ДIsd. QF1 зоны разброса срабатывания

0,9 • 3600 = 3240 А и 1,1 • 3600 = 3960 А.

Отметим, что минимальное значение Isd. QF1 = 3240 А больше максимального значения Isd. QF3 =2160 А, т.е. наложения время-токовых характеристик защит разных уровней системы электроснабжения не будет.

Коэффициент чувствительности селективной токовой отсечки к минимальному току КЗ на сборных шинах РПН

Это говорит о недостаточной чувствительности защиты секционного выключателя QF1 к удаленным токам КЗ. Выбор уставки времени tsd селективной токовой отсечки выключателя QF1 необходимо производить также с учетом защитных ВТХ нижестоящего выключателя QF3. Следовательно, учитывая выражение (9.33), уставка должна быть tsd. QF1 = tsd. QF3 + Дt = 0,2 +0,1 =0,3 с. Диапазон изменения времени срабатывания селективной токовой отсечки составит

Дtsd. QF1 = 0,23-0,32 с [2, с.25].

Мгновенная токовая отсечка

Уставка тока Ii связана с номинальным током выключателя и регулируется в диапазоне Ii = (2-15) •In.

Примем 6-ти кратную уставку Ii. QF1 = 6•1000 = 6000 А.

Точность срабатывания мгновенной токовой отсечки блока Micrologic 5.0 составляет ±10 % [5, с.25]. Тогда границы ДIi. QF1 зоны разброса срабатывания будут

0,9 • 6000 = 5400 А и 1,1 • 6000 = 6600 А.

Проверка селективности мгновенных токовых отсечек автоматических выключателей QF1 и QF3. Ток несрабатывания Ii. QF1 = 5400 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF1 должен быть больше тока срабатывания Ii. QF3 = 4800 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF3. Условие выполняется, следовательно, ВТХ этих двух защит накладываться друг на друга не будут.

Диапазон срабатывания по времени Дti мгновенной токовой отсечки составляет: время несрабатывания 20 мс; максимальное время отключения 50 мс.

Проверим чувствительность мгновенной токовой отсечки к минимальному току КЗ в месте установки выключателя QF1

Проверка выключателя по предельной коммутационной стойкости при отключении КЗ. Номинальная предельная отключающая способность выбранного выключателя при напряжении сети 380 В составляет Icu = 100 кА, что значительно больше предельного тока трехфазного КЗ в месте установки выключателя.

Результаты расчетов всех выключателей занесем в таблицу 7

Защита от перегруза

Время срабатывания, с при значениях тока, кА,

отнесенного к току Ir

QF1, QF2,Masterpact NW10h2,Micrologic 5.0 A

QF3,Masterpact NW08h2,Micrologic 5.0 А

Выключатель отходящих линий

Селективная токовая отсечка

Мгновенная токовая отсечка

Рис. 15 — Время-токовые характеристики вводных и секционного выключателя ТП и выключателя и предохранителя, защищающих отходящие линии анализ результатов рассмотренного примера:

1.1 Плавкая вставка предохранителя F3 имеет достаточную чувствительность и отвечает требованиям ПУЭ. Также предохранитель F3 для рассматриваемого примера обеспечивает и дальнее резервирование. Плавкая вставка предохранителя F1 имеет не достаточную чувствительность по отношению к минимальному току короткого замыкания в точке З. Также выбранные плавкие вставки отвечают требованиям селективности срабатывания.

1.2 Сделаем оценку времени срабатывания выбранных плавких предохранителей при возникновении КЗ в разных точках СЭС:

Ток однофазного КЗ на землю кА на сборных шинах РПН предохранитель F3 отключит примерно через 1.6 с, а предохранитель F1 не чувствителен к току однофазного КЗ на землю в этой точке.

Ток двухфазного КЗ на землю кА на низкой стороне трансформатора F1 отключит примерно через 0,2-0,4 с.

Ток трехфазного КЗ кА в конце линии ВЛ7 предохранитель F1 отключит примерно через 0,07-0,1с.

1.3 Выбранные предохранители удовлетворяет требованиям по отключающей способности

1.4 На рис.15 видно, что защитные ВТХ электронных расцепителей выключателей QF1, QF2 и предохранителя F1 в области действия защит от перегрузки пересечений не имеют. Таким образом, обеспечивается селективность между защитами выключателей QF1, QF2 и предохранителем F1 установленных на разных ступенях СЭС.

2.1 На карте селективности рис.15 обозначены токи КЗ .

2.2 Защитные время-токовые характеристики электронных расцепителей Micrologic 5.0 A и STR22SE, установленные соответственно в выключателях QF1, QF2, QF и QF4:

2.3 Уставки тока Ir. QF1, Ir. QF3 и Ir. QF4 защит от перегрузки и их зависимые от тока характеристики времени срабатывания.

2.4 Уставки тока Isd. QF1, Isd. QF3 и Isd. QF4 селективных токовых отсечек с зонами разброса срабатывания.

2.5 Уставки тока Ii. QF1, Ii. QF3и Ii. QF4 мгновенных токовых отсечек с зонами разброса срабатывания.

3. Защитные время-токовые характеристики расцепителей выключателей QF1, QF3 и QF4 построены по точкам, координаты которых были определены выше и сведены в табл.7.

4. Защита от перегрузки выключателя QF1 имеет недостаточную чувствительность (КЧ. ЗП = 0,885) к минимальному току КЗ на сборных шинах РПН. Это говорит о том, что для резервирования предохранителя F3 нужно рассмотреть другие способы защиты.

5. Секционный выключатель QF3 также имеет недостаточную чувствительность (КЧ. ЗП = 1,07) к минимальному току КЗ .

6. ВТХ расцепителей выключателей QF1, QF2 распологаются выше и правее характеристик секционного выключателя QF3. Это обусловлено тем что секционный выключатель QF3 в послеаварийном режиме пропускает через себя меньшие токи по сравнению с выключателями QF1 и QF2.

7. Выбранные автоматические выключатели QF3 и QF1, QF2 имеют соответственно предельно отключаемые токи ICU 36 и 100 кА, что больше предельного тока трёхфазного КЗ на стороне низшего напряжения ТП, что говорит о достаточной коммутационной способности выключателей.

8. Защитные ВТХ разных аппаратов, установленных на одном уровне СЭС (например, QF4 и F3, защищающих отходящие от ТП линии), могут пересекаться.

9. Для максимального приближения защитных ВТХ выключателя QF4 и предохранителя F3 к защитным ВТХ секционного QF3 и вводных QF1 выключателей можно использовать «сглаживание» ВТХ селективных токовых отсечек — для этого используется функция «On». На рис.13 видно, что ВТХ селективных токовых отсечек выключателей QF1-QF3 «сглажены» или «срезаны» под углом 45 0 , что позволяет приблизить ВТХ предохранителя F3 к ВТХ выключателя QF3, а затем ВТХ выключателя QF1 согласовать с ВТХ выключателя QF3.

Электромеханические расцепители типа Т, М, ТМ, ТМД обеспечивают следующие типы защит:

  • Т — Ir — защита от перегрузок — тепловая защита.
  • M — Im — защита от коротких замыканий — электромагнитная защита
  • TM — Ir, Im — защита от перегрузок и коротких замыканий — комбинированная защита
  • TMД — Ir, Im, IΔn — защита от перегрузок и коротких замыканий, а также от токов утечек

Ir — защита от перегрузок — тепловая защита.
Механизм, реализующий Ir, представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока (времятоковая характеристика) и может изменяться от секунд до часа.

Примечание: ΔIr — тоже что и Ir, только с возможностью регулировки порога срабатывания потребителем (на рисунке верхняя синяя стрелка) — данное обозначение установлено только на портале Profsector.com

Im — защита от коротких замыканий — (электромагнитная защита, электромагнитный расцепитель).

Механизм, реализующий Im, представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога тока. Защита от коротких замыканий, в отличие от защиты от перегрузок, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 2÷20 раз от номинала, в зависимости от типа автоматического выключателя.

Примечание: ΔIm — тоже, что и Im, только с возможностью регулировки порога срабатывания потребителем (на рисунке синяя стрелочка) — данное обозначение установлено только на портале Profsector.com.

IΔn — дифференциальная защита — это защита от токов утечек. Она защищает персонал от повреждения током и оборудование от возможных возгараний. Обычно реализуется специальными блоками, тороидальные трансформаторы которых обнаруживают непосредственно слабые токи замыкания на землю, возникающие в результате повреждения изоляции.

IN — защита нейтрали (только для 4-х полюсных автоматов) — это защита от перегрузок и коротких замыканий в нейтральном проводе.

Электронные расцепители типа ЭР в зависимости от исполнения могут обесепчивать следующие типы защит:

  • Ir — защита от перегрузок — тепловая защита, обозначается L
  • tr — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Ir
  • Im — защита от коротких замыканий — очень редко реализуемая защита в электронных расцепителях. Её обычно заменяют защиты выполняющие теже функции Isd и Ii.
  • Isd — селективная токовая отсечка, обозначается S (Short delay = короткая выдержка времени). Дополняет тепловую защиту. Отличается очень малым временем срабатывания, но при этом имеет небольшую задержку включения, обеспечивающую селективность с нижестоящим аппаратом. Уставка Isd может настраиваться пользователями.
  • tsd — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Isd
  • Ii — мгновенная токовая отсечка (I) — эта защита дополняет Isd. Она вызывает мгновенное отключение аппарата. Уставка по току может быть регулируемой или постоянной (встроенной).
  • Ig — защита от замыканий на землю, обозначается G (Ground). Электронные расцепители могут рассчитывать дифференциальные токи утечки на землю с высоким порогом (порядка десятков ампер) на основе измерений фазных токов.
  • tg — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Ig
  • IΔn — дифференциальная защита — это защита от токов утечек. Она защищает персонал от повреждения током и оборудование от возможных возгараний.
  • tΔn — настраиваемое потребителем время выдержки для параметра IΔn
  • IN — защита нейтрали (только для 4-х полюсных автоматов) — это защита от перегрузок и коротких замыканий в нейтральном проводе. Может использоваться настройка для фаз или собственная настройка для нейтрали: пониженная уставка (0,5 фазной уставки) или OSN – защита нейтрали с уставкой, превышающей в 1,6 раза уставку фазной защиты. В случае защиты OSN максимальная настройка аппарата ограничена до 0,63 х In.

Реализация защит у электронных расцепителей следующая. Измерительное устройство, с помощью датчиков тока и напряжения, производит необходимые измерения характеристик протекающих по силовой цепи автомата токов и в случае аварийной ситуации, через исполнительный соленоид, отключает автоматический выключатель.
В большинстве случаев, защиты обеспечиваемые электронными расцепителями, имеют возможность настройки пользователями. Поэтому, при указании типов защит для электронных расцепителей, не применяется символ Δ.

morflot.su

Описание параметра «Поддерживаемые расцепителем защиты»

Электромеханические расцепители типа Т, М, ТМ, ТМД обеспечивают следующие типы защит:

  • Т — Ir — защита от перегрузок — тепловая защита.
  • M — Im — защита от коротких замыканий — электромагнитная защита
  • TM — Ir, Im — защита от перегрузок и коротких замыканий — комбинированная защита
  • TMД — Ir, Im, IΔn — защита от перегрузок и коротких замыканий, а также от токов утечек

Ir — защита от перегрузок — тепловая защита.
Механизм, реализующий Ir, представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока (времятоковая характеристика) и может изменяться от секунд до часа.

Примечание: ΔIr — тоже что и Ir, только с возможностью регулировки порога срабатывания потребителем (на рисунке верхняя синяя стрелка) — данное обозначение установлено только на портале Profsector.com

Im — защита от коротких замыканий — (электромагнитная защита, электромагнитный расцепитель).

Механизм, реализующий Im, представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога тока. Защита от коротких замыканий, в отличие от защиты от перегрузок, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 2÷20 раз от номинала, в зависимости от типа автоматического выключателя.

Примечание: ΔIm — тоже, что и Im, только с возможностью регулировки порога срабатывания потребителем (на рисунке синяя стрелочка) — данное обозначение установлено только на портале Profsector.com.

IΔn — дифференциальная защита — это защита от токов утечек. Она защищает персонал от повреждения током и оборудование от возможных возгараний. Обычно реализуется специальными блоками, тороидальные трансформаторы которых обнаруживают непосредственно слабые токи замыкания на землю, возникающие в результате повреждения изоляции.

IN — защита нейтрали (только для 4-х полюсных автоматов) — это защита от перегрузок и коротких замыканий в нейтральном проводе.

Электронные расцепители типа ЭР в зависимости от исполнения могут обесепчивать следующие типы защит:

 

  • Ir — защита от перегрузок — тепловая защита, обозначается L
  • tr — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Ir
  • Im — защита от коротких замыканий — очень редко реализуемая защита в электронных расцепителях. Её обычно заменяют защиты выполняющие теже функции Isd и Ii.
  • Isd — селективная токовая отсечка, обозначается S (Short delay = короткая выдержка времени). Дополняет тепловую защиту. Отличается очень малым временем срабатывания, но при этом имеет небольшую задержку включения, обеспечивающую селективность с нижестоящим аппаратом. Уставка Isd может настраиваться пользователями.
  • tsd — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Isd
  • Ii — мгновенная токовая отсечка (I) — эта защита дополняет Isd. Она вызывает мгновенное отключение аппарата. Уставка по току может быть регулируемой или постоянной (встроенной).
  • Ig — защита от замыканий на землю, обозначается G (Ground). Электронные расцепители могут рассчитывать дифференциальные токи утечки на землю с высоким порогом (порядка десятков ампер) на основе измерений фазных токов.
  • tg — настраиваемое потребителем время выдержки для включения защиты Ig
  • IΔn — дифференциальная защита — это защита от токов утечек. Она защищает персонал от повреждения током и оборудование от возможных возгараний.
  • tΔn — настраиваемое потребителем время выдержки для параметра IΔn
  • IN — защита нейтрали (только для 4-х полюсных автоматов) — это защита от перегрузок и коротких замыканий в нейтральном проводе. Может использоваться настройка для фаз или собственная настройка для нейтрали: пониженная уставка (0,5 фазной уставки) или OSN – защита нейтрали с уставкой, превышающей в 1,6 раза уставку фазной защиты. В случае защиты OSN максимальная настройка аппарата ограничена до 0,63 х In.

Реализация защит у электронных расцепителей следующая. Измерительное устройство, с помощью датчиков тока и напряжения, производит необходимые измерения характеристик протекающих по силовой цепи автомата токов и в случае аварийной ситуации, через исполнительный соленоид, отключает автоматический выключатель.
В большинстве случаев, защиты обеспечиваемые электронными расцепителями, имеют возможность настройки пользователями. Поэтому, при указании типов защит для электронных расцепителей, не применяется символ Δ.

www.profsector.com

Токовая отсечка. Расчет и принцип действия

Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от мтз в отсутствии у токовой отсечки реле времени.

Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.

Мгновенная токовая отсечка на линии с односторонним питанием

Зона действия токовой отсечки определяется графически. На рисунке наша защищаемая линия между точками АВ. Сначала строится кривая зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до точки КЗ. Точка КЗ в нашем примере – это конец линии, точка А.

Затем строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения прямой и кривой представляет собой зону действия защиты. В нашем примере зона действия защиты – это отрезок ВБ.

Также зону действия токовой отсечки можно определить по выражению:

где:

  • xЛ – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
  • EC – эквивалентная ЭДС генераторов системы
  • xC – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

где:

  • kН – коэффициент надежности
  • IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания в конце линии

Коэффициент надежности учитывает погрешности при расчете тока кз и погрешность срабатывания реле.

Коэффициент чувствительности отсечки рассчитывается по выражению:

где в числителе максимальный ток КЗ в начале защищаемой линии, в примере это точка В, а в знаменателе ток срабатывания защиты.

Мгновенная токовая отсечка на линии с двусторонним питанием

Рассмотрим схему линии с двусторонним питанием. По обоим концам расположены генераторы. Вначале необходимо определить максимальные токи короткого замыкания в конце линии с обеих сторон. Тот из токов, величина которого будет больше, и будет принят за максимальный ток короткого замыкания.

На линиях с двусторонним питанием ставится два комплекта отсечек с обеих сторон линии. Зоны действия определяются аналогично, как и для линии с односторонним питанием.

На рисунке у нас одна отсечка защищает при кз в точке А, вторая при кз в точке В. Зона действия первой – ВБ, второй – АГ. Максимальный ток кз в нашем случае больше Ik(A). Его и принимаем за расчетный для обеих отсечек.

Ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух выражений:

Второе выражение используют при расчетах на линиях с двусторонним питанием. При наличии двух источников питания (генераторов), между ними проходят токи качания.

Максимальный ток качания определяется как сумма ЭДС генераторов деленная на сопротивление цепи между двумя генераторами, включая сопротивления генераторов (сверхпереходные x”d).

Мгновенные токовые отсечки являются самыми простыми защитами. К их плюсам можно отнести быстродействие и простоту схемы. К недостаткам относится область действия, так как она не распространяется на всю линию. Кроме линий, токовые отсечки применяются на трансформаторах. Стоит упомянуть и токовые отсечки, с выдержкой времени. А если соединить отсечку с выдержкой времени, мгновенную и максимальную токовую защиту, то получится трехступенчатая защита, которая может заменить более сложные защиты.

Токовая отсечка трансформатора

Токовая отсечка трансформатора является самой простой защитой трансформатора, которая защищает его от однофазных и междуфазных коротких замыканий. Принцип действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.

Отсечка не будет срабатывать при повреждениях, сопровождаемых малыми токами, например, витковые замыкания, замыкания на землю в обмотке. Устанавливается токовая отсечка на трансформаторах мощностью менее 6300кВА. Если на трансформаторе установлена дифференциальная защита, то токовая отсечка не требуется.

Перейдем к расчету параметров защиты. Начнем с тока срабатывания защиты.

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от броска тока намагничивания и от максимального тока короткого замыкания за трансформатором. Бросок тока намагничивания, который появляется при пуске трансформатора, составляет 3-5 от номинального.

где

  • kН – коэффициент надежности, зависит от типа реле
  • IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания за трансформатором
  • IНАМ – ток намагничивания трансформатора, равный 3-5 от номинального тока трансформатора

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

где

  • kСХ – коэффициент схемы
  • IС.З. – ток срабатывания защиты
  • nТТ – коэффициент трансформации ТТ

Коэффициент чувствительности токовой отсечки трансформатора

К преимуществам отсечки относится её быстродействие. Мгновенное отключение позволяет уменьшить возможные повреждения трансформатора и оборудования, запитанного от трансформатора.

К недостаткам можно отнести то, что зона действия отсечки ограничена. Поэтому отсечка вместе с газовой защитой трансформатора и максимальной токовой защитой составляют защиту трансформаторов малой мощности.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями



Последние статьи


Самое популярное

pomegerim.ru

Выбор уставок расцепителей автоматических выключателей в цепях электродвигателей 0,4 кВ

Для защиты электродвигателей 0,4 кВ используются автоматические выключатели с встроенными в них электромагнитными и полупроводниковыми расцепителями.

Номинальный ток катушки расцепителя автоматического выключателя Iном.р. выбирается в соответствии с номинальным током электродвигателя:

Iном.р. > Iном.дв. (1)

Ток срабатывания отсечки автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем:

Iотс. > 2*Iпуск.дв. (2) — для автоматического выключателя с полупроводниковым расцепителем:

Iотс. > 1,3*Iпуск.дв. (3)

Чувствительность отсечки проверяется при металлическом однофазном КЗ на выводах электродвигателя:

Iотс. < I(1)/1,5 (4)

где:

  • Iотс. – действительная величина тока отсечки;
  • I(1)— ток однофазного КЗ на выводах электродвигателя;
  • 1,5 – коэффициент запаса, учитывающий коэффициент разброса автомата и коэффициент надежности 1,1.

Если чувствительность отсечки оказывается недостаточной, то следует увеличить сечение питающего кабеля, либо установить выносную релейную защиту от однофазных КЗ.

Чувствительность отсечки к междуфазным КЗ обеспечивается, если:

Iотс. < I(2)/1,5 (5)

где:
I(2)— минимальный ток металлического двухфазного КЗ на выводах электродвигателя;

Пример выбора уставок расцепителя автоматического выключателя в цепи электродвигателя

Исходные данные:

Электродвигатель (Рном.дв. = 75 кВт; Iном.дв. = 130 А, Iпуск.дв. =780 А) подключен к секции 0,4 кВ кабелем длиной 75 м и сечением 3х95 мм2 через автоматический выключатель типа А3700.

1. Выбираем номинальный ток катушки расцепителя автоматического выключателя серии А3700 с электромагнитным расцепителем по формуле:

Iотс. = 2*Iпуск.дв. = 2*780 = 1560 А

2. Принимаем к установке автоматический выключатель типа А3716Б и Iном.расц. = 160 А и Iотс. = 1600 А.

3. Проверяем чувствительность отсечки к металлическим однофазным КЗ на выводах электродвигателя (I(1)= 3250 А).

4. В соответствии с (4) минимальное значение тока однофазного КЗ равно:

Уставка отсечки автоматического выключателя удовлетворяет требованию чувствительности к однофазным КЗ и, следовательно, к двухфазным в расчетной точке.

Поделиться в социальных сетях

raschet.info

Основные характеристики автоматического выключателя — Руководство по устройству электроустановок

Основными характеристиками автоматического выключателя являются:

  • номинальное напряжение Ue;
  • номинальный ток In;
  • диапазоны регулировки уровней тока отключения для защиты от перегрузки Ir [1] или Irth [1] и защиты от короткого замыкания
    Im [1] ;
  • отключающая способность при коротком замыкании (Icu – для промышленных автоматических выключателей и Icn – для бытовых автоматических выключателей).

Номинальное рабочее напряжение (Ue)

Это то напряжение, при котором данный выключатель работает в нормальных условиях.

Для автоматического выключателя устанавливаются и другие значения напряжения, соответствующие импульсным перенапряжениям (см. подраздел Другие характеристики автоматического выключателя).

Номинальный ток (In)

Это – максимальная величина тока, который автоматический выключатель, снабженный специальным отключающим реле максимального тока, может проводить бесконечно долго при температуре окружающей среды, оговоренной изготовителем, без превышения установленных значений максимальной температуры токоведущих частей.

Пример
Автоматический выключатель с номинальным током In = 125 А при температуре окружающей среды 40 °C, оснащенный отключающим реле максимального тока, откалиброванного соответствующим образом (настроенным на ток 125 А). Этот же автоматический выключатель может использоваться при более высоких температурах окружающей среды, но за счет занижения номинальных параметров. Например, при окружающей температуре 50 °C этот выключатель сможет проводить бесконечно долго 117 А, а при 60 °C – лишь 109 А при соблюдении установленных требований по допустимой температуре.

Уменьшение номинального тока автоматического выключателя производится путем уменьшения уставки его теплового реле. Использование электронного расцепителя, который может работать при высоких температурах, обеспечивают возможность эксплуатации автоматических выключателей (с пониженными уставками по току) при окружающей температуре 60 °С
или даже 70 °С.

Примечание: в автоматических выключателях, соответствующих стандарту МЭК 60947-2, ток In равен обычно Iu для всего распределительного устройства, где Iu обозначает номинальный длительный ток.

Номинальный ток выключателя при использовании расцепителей с разными диапазонами уставок

Автоматическому выключателю, который может быть оборудован расцепителями, имеющими различные диапазоны уставок по току, присваивается номинальное значение, соответствующее номинальному значению расцепителя с наивысшим уровнем уставки по току отключения.

Пример:
Автоматический выключатель NS630N может быть оснащен четырьмя электронными расцепителями с номинальными токами от 150 до 630 А. В таком случае номинальный ток данного автоматического выключателя составит 630 А.

Уставка реле перегрузки по току отключения (Irth или Ir)

За исключением небольших автоматических выключателей, которые легко заменяются, промышленные автоматические выключатели оснащаются сменными, т.е. заменяемыми реле отключения максимального тока. Для того чтобы приспособить автоматический выключатель к требованиям цепи, которой он управляет, и избежать необходимости устанавливать кабели большего размера, отключающие реле обычно являются регулируемыми. Уставка по току отключения Ir или Irth (оба обозначения широко используются) представляет собой ток, при превышении которого данный автоматический выключатель отключит цепь. Кроме того, это максимальный ток, который может проходить через автоматический выключатель без отключения цепи. Это значение должно быть обязательно больше максимального тока нагрузки Iв, но меньше максимально допустимого тока в данной цепи Iz (см. Практические значения для схемы защиты).

Термореле обычно регулируются в диапазоне 0,7-1,0 In, но в случае использования электронных устройств этот диапазон больше и обычно составляет 0,4-1,0 In.

Пример (рис. h40):
Автоматический выключатель NS630N, оснащенный расцепителем STR23SE на 400 А, который отрегулирован на 0,9 In, будет иметь уставку тока отключения:
Ir = 400 x 0,9 = 360 А.

Примечание: для цепей, оборудованных нерегулируемыми расцепителями, Ir = In.
Пример: для автоматического выключателя C60N на 20 А Ir = In = 20 А.

Рис. h40: Пример автоматического выключателя NS630N с расцепителем STR23SE, отрегулированным на 0,9In (Ir = 360 А)

Уставка по току отключения при коротком замыкании (Im)

Расцепители мгновенного действия или срабатывающие с небольшой выдержкой времени предназначены для быстрого выключения автоматического выключателя в случае возникновения больших токов короткого замыкания. Порог их срабатывания Im:

  • для бытовых автоматических выключателей регламентируется стандартами, например МЭК 60898;
  • для промышленных автоматических выключателей указывается изготовителем согласно действующим стандартам, в частности МЭК 60947-2.

Для промышленных выключателей имеется большой выбор расцепителей, что позволяет пользователю адаптировать защитные функции автоматического выключателя к конкретным требованиям нагрузки (см. рис. h41, h42 и h43).

  Тип расцепителя Защита от перегрузки Защита от короткого замыкания
Бытовые автоматические
выключатели (МЭК 60898)
Термомагнитный (комбинирован.) Ir = In Нижняя уставка Тип B
3 In ≤ Im ≤ 5 In
Стандартная уставка
Тип C
5 In ≤ Im ≤ 10 In
Верхняя уставка
Тип D
10 In ≤ Im ≤ 20 In [2]
Модульные промышленные авт. выключатели [3] Термомагнитный (комбинирован.) Ir = In
(не регулируется)
Нижняя уставка Тип B или Z
3,2 In ≤ постоянная ≤ 4,8 In
Стандартная уставка
Тип C
7 In ≤ постоянная ≤ 10 In
Верхняя уставка Тип D или K
10 In ≤ постоянная ≤ 14 In
Промышленные автоматические выключатели (МЭК 60947-2) [3] Термомагнитный (комбинирован.) Ir = In (не регул.) Постоянная: Im = 7 — 10 In
Регулируется:
0,7 In ≤ Ir ≤ In
Регулируемая:

— нижняя уставка: 2 — 5 In
— стандартная уставка: 5 — 10 In

Электронный Большая выдержка времени
0,4 In ≤ Ir ≤ In
Короткая выдержка времени, регулируемая:

1,5 Ir ≤ Im ≤ 10 Ir
Мгновенное срабатывание (I), время не регулируется:
I = 12 — 15 In

[2] 50 In в стандарте МЭК 60898, что по мнению большинства европейских изготовителей является нереально большим значением (M-G = 10-14 In).

[3] Для промышленного использования значения не регламентируются стандартами МЭК. Указанные выше значения соответствуют тем, которые обычно используются.


Рис. h41: Диапазоны токов отключения устройств защиты от перегрузки и короткого замыкания для низковольтных автоматических выключателей

Рис. h42: Кривая срабатывания термомагнитного комбинированного расцепителя автоматического выключателя

Ir: уставка по току отключения при перегрузке (тепловое реле или реле с большой выдержкой времени)
Im: уставка по току отключения при коротком замыкании (магнитное реле или реле с малой выдержкой времени)
Ii: уставка расцепителя мгновенного действия по току отключения при коротком замыкании
Icu: отключающая способность


Рис. h43: Кривая срабатывания электронного расцепителя автоматического выключателя

Гарантированное разъединение

Автоматический выключатель пригоден для гарантированного разъединения цепи, если он удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к разъединителю (при его номинальном напряжении) в соответствующем стандарте (см. Функции низковольтной аппаратуры: изолирование (отключение)). В таком случае его называют автоматическим выключателем-разъединителем и на его фронтальной поверхности наносят маркировку в виде символа

К этой категории относятся все низковольтные коммутационные аппараты компании Schneider Electric: Multi 9, Compact NS и Masterpact.

Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Icu или Icn)

Отключающая способность низковольтного автоматического выключателя связана с коэффициентом мощности (cos φ) поврежденного участка цепи. В ряде стандартов приводятся типовые значения такого соотношения.

Отключающая способность автоматического выключателя – максимальный (ожидаемый) ток, который данный автоматический выключатель способен отключить и остаться в работоспособном состоянии. Упоминаемая в стандартах величина тока представляет собой действующее значение периодической составляющей тока замыкания, т.е. при расчете этой стандартной величины предполагается, что апериодическая составляющая тока в переходном процессе (которая всегда присутствует в наихудшем возможном случае короткого замыкания) равна нулю. Эта номинальная величина (Icu) для промышленных автоматических выключателей и (Icn) для бытовых автоматических выключателей обычно указывается в кА.

Icu (номинальная предельная отключающая способность) и Ics (номинальная эксплуатационная отключающая способность) определены в стандарте МЭК 60947-2 вместе с соотношением Ics и Icu для различных категорий использования A (мгновенное отключение) и B (отключение с выдержкой времени), рассмотренных в подразделе Другие характеристики автоматического выключателя.

Проверки для подтверждения номинальных отключающих способностей автоматических выключателей регламентируются стандартами и включают в себя:

  • коммутационные циклы, состоящие из последовательности операций, т.е. включения и отключения при коротком замыкании;
  • фазовый сдвиг между током и напряжением. Когда ток в цепи находится в фазе с напряжением питания (cos φ = 1), отключение тока осуществить легче, чем при любом другом коэффициенте мощности. Гораздо труднее осуществлять отключение тока при низких отстающих величинах cos φ,при этом отключение тока в цепи с нулевым коэффициентом мощности является самым трудным случаем.

На практике все токи короткого замыкания в системах электроснабжения возникают обычно при отстающих коэффициентах мощности, и стандарты основаны на значениях, которые обычно считаются типовыми для большинства силовых систем. В целом, чем больше ток короткого замыкания (при данном напряжении), тем ниже коэффициент мощности цепи короткого замыкания, например, рядом с генераторами или большими трансформаторами.

В таблице, приведенной на рис. h44 и взятой из стандарта МЭК 60947-2, указано соотношение между стандартными величинами cos φ для промышленных автоматических выключателей и их предельной отключающей способностью Icu.

  • после проведения цикла «отключение – выдержка времени — включение/ отключение» для проверки предельной отключающей способности (Icu) автоматического выключателя выполняются дополнительные испытания, имеющие целью убедиться в том, что в результате проведения этого испытания не ухудшились:

  —  электрическая прочность изоляции;
  —  разъединяющая способность;
  —  правильное срабатывание защиты от перегрузки.

Icu cosφ
6 kA < Icu ≤ 10 kA 0,5
10 kA < Icu ≤ 20 kA 0,3
20 kA < Icu ≤ 50 kA 0,25
50 kA < Icu 0,2

Рис. h44: Соотношение между Icu и коэффициентом мощности (cos φ) цепи короткого замыкания (МЭК 60947-2)

Примечания

[1] Величины уставок, которые относятся к термомагнитным (комбинированным) расцепителям для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

ru.electrical-installation.org

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Вы наверное замечали, что на корпусах модульных автоматов изображены латинские буквы: B, C или D. Так вот они обозначают время-токовую характеристику этого автомата, или другими словами, ток мгновенного расцепления.

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.3.5.17 — это наименьшая величина тока, при котором автоматический выключатель сработает (отключится) без выдержки времени, т.е. это его электромагнитная защита.

В этом же ГОСТе Р 50345-99, п.5.3.5, говорится, что всего существует три стандартные характеристики (типы мгновенного расцепления):

  • B — электромагнитный расцепитель (ЭР) срабатывает в пределах от 3 до 5-кратного тока от номинального (3·In до 5·In)
  • C — (ЭР) срабатывает в пределах от 5 до 10-кратного тока от номинального (5·In до 10·In)
  • D — (ЭР) срабатывает в пределах от 10 до 20-кратного тока от номинального (10·In до 20·In, но встречаются иногда и 10·In до 50·In)

In – номинальный ток автоматического выключателя.

Помимо характеристик типа В, С и D, существуют и не стандартные характеристики типа А, К и Z, но о них я расскажу Вам в следующий раз. Чтобы не пропустить выход новых статей, подписывайтесь на рассылку сайта.

Рассмотрим каждый вид характеристики более подробно на примере модульных автоматических выключателей ВМ63-1 серии OptiDin и Optima от производителя КЭАЗ (Курский Электроаппаратный завод).

 

Время-токовая характеристика типа В

Рассмотрим время-токовую характеристику В на примере автоматических выключателей ВМ63-1 от КЭАЗ. Один автомат с номинальным током 10 (А), а другой — 16 (А).

Обратите внимание, что оба автомата имеют характеристику В, что отчетливо видно по маркировке на их корпусе: В10 и В16.

Для наглядности с помощью, уже известного Вам, испытательного прибора РЕТОМ-21 проверим заявленные характеристики данных автоматов.

Но сначала несколько слов о графике.

Вот график время-токовой характеристики (сокращенно, ВТХ) типа В:

На нем показана зависимость времени отключения автоматического выключателя от протекающего через него тока. Ось Х — это кратность тока в цепи к номинальному току автомата (I/In). Ось У — время срабатывания, в секундах.

Запомните!!! Время-токовые характеристики практически всех автоматов изображаются при температуре +30°С. 

График разделен двумя линиями, которые и определяют разброс времени срабатывания зон теплового и электромагнитного расцепителей автомата. Верхняя линия — это холодное состояние, т.е. без предварительного пропускания тока через автомат, а нижняя линия — это горячее состояние автомата, который только что был в работе или сразу же после его срабатывания.

Пунктирная линия на графике — это верхняя граница (предел) для автоматов с номинальным током менее 32 (А).

1. Токи условного нерасцепления (1,13·In)

У каждого автомата есть такое понятие, как «условный ток нерасцепления» и он всегда равен 1,13·In. При таком токе автомат не отключится в течение 1 часа (для автоматов с номинальным током менее 63А) и в течение 2 часов (для автоматов с номинальным током более 63А).

Точку условного нерасцепления автомата (1,13·In) всегда отображают на графике. Если провести прямую, то видно, что прямая уходит как бы в бесконечность и с нижней линией графика пересекается в точке 60-120 минут.

Например, автомат с номинальным током 10 (А). При протекании через него тока 1,13·In = 11,3 (А) его тепловой расцепитель не сработает в течение 1 часа.

Еще пример, автомат с номинальным током 16 (А). При протекании через него тока 1,13·In = 18,08 (А) его тепловой расцепитель не сработает в течение 1 часа.

Вот значения «токов условного нерасцепления» для различных номиналов:

  • 10 (А) — 11,3 (А)
  • 16 (А) — 18,08 (А)
  • 20 (А) — 22,6 (А)
  • 25 (А) — 28,25 (А)
  • 32 (А) — 36,16 (А)
  • 40 (А) — 45,2 (А)
  • 50 (А) — 56,5 (А)

2. Токи условного расцепления (1,45·In)

Есть еще понятие, как «условный ток расцепления» автомата и он всегда равен 1,45·In. При таком токе автомат отключится за время не более 1 часа (для автоматов с номинальным током менее 63А) и за время не более 2 часов (для автоматов с номинальным током более 63А).

Кстати, точку условного расцепления автомата (1,45·In) практически всегда отображают на графике. Если провести прямую, то видно, что прямая пересекает график в двух точках: нижнюю линию в точке 40 секунд, а верхнюю — в точке 60-120 минут (в зависимости от номинала автомата).

Таким образом, автомат с номинальным током 10 (А) в течение часа, не отключаясь, может держать нагрузку порядка 14,5 (А), а автомат с номинальным током 16 (А) — порядка 23,2 (А). Но это при условии, что автоматы изначально были в холодном состоянии, в ином случае время их отключения будет находиться в пределах от 40 секунд до одного часа.

Вот значения «токов условного расцепления» для различных номиналов:

  • 10 (А) — 14,5 (А)
  • 16 (А) — 23,2 (А)
  • 20 (А) — 29 (А)
  • 25 (А) — 36,25 (А)
  • 32 (А) — 46,4 (А)
  • 40 (А) — 58(А)
  • 50 (А) — 72,5 (А)

Вот об этом не стоит забывать при выборе сечения проводов и кабелей для электропроводки (вот Вам таблица в помощь).

Вот представьте себе, что кабель сечением 2,5 кв.мм Вы защищаете автоматом на 20 (А). Вдруг по некоторым причинам Вы перегрузили линию до 29 (А). Автомат 20 (А) может не отключаться в течение целого часа, а по кабелю будет идти ток, который в значительной мере превышает его длительно-допустимый ток (25 А). За это время кабель сильно нагреется и расплавится, что может привести к пожару или короткому замыканию. А если еще учесть то, что в последнее время производители кабельной продукции преднамеренно занижают сечения жил, то ситуация тем более усугубляется.

В принципе, выбор номиналов автоматических выключателей это отдельная тема для статьи. Я лишь привел здесь одну из наиболее распространенных ошибок. Если интересно, то почитайте мою статью, где я подробно разбирал ошибки одного горе-электрика и переделывал за ним его «творчество».

Лично я рекомендую защищать кабели следующим образом:

  • 1,5 кв.мм — защищаем автоматом на 10 (А)
  • 2,5 кв.мм —  защищаем автоматом на 16 (А)
  • 4 кв.мм —  защищаем автоматом на 20 (А) и 25 (А)
  • 6 кв.мм —  защищаем автоматом на 25 (А) и 32 (А)
  • 10 кв.мм — защищаем автоматом 40 (А)
  • 16 кв.мм — защищаем автоматом 50 (А)

Для удобства все данные я свел в одну таблицу:

Проверить рассмотренные автоматы на токи условного нерасцепления и условного расцепления у меня нет времени, поэтому перейдем к их дальнейшей проверке — это форсированный режим проверки при токе, равном 2,55·In.

3. Проверка теплового расцепителя при токе 2,55·In

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.9.10.1.2 и таблицы №6, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 2,55·In, то он должен отключиться за время не менее 1 секунды из горячего состояния и не более 60 секунд из холодного состояния (для автоматов с номинальным током менее 32А) и не более 120 секунд из холодного состояния (для автоматов с номинальным током более 32А).

На графике ниже Вы можете видеть, что нижний предел по отключению взят с небольшим запасом, т.е. не 1 секунду, а 4 секунды. На то есть право у производителей автоматов. Вот поэтому они всегда к каждому автомату прикладывают свою ВТХ, которая, естественно, что удовлетворяет всем требованиям ГОСТа Р 50345-99.

Проверим!

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 10 (А) при токе 25,5 (А) должен отключиться за время не менее 1 секунды из горячего состояния и не более 60 секунд из холодного состояния.

Первый раз автомат отключился за время 14,41 (сек.), а второй раз — 11,91 (сек.).

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 16 (А) при токе 40,8 (А) должен отключиться за время не менее 1 секунды из горячего состояния и не более 60 секунд из холодного состояния.

Первый раз автомат отключился за время 13,51 (сек.), а второй раз — 7,89 (сек.).

Дополнительно можно проверить тепловой расцепитель, например, при двухкратном токе от номинального, но в рамках данной статьи я этого делать не буду. На сайте имеется уже достаточно статей про прогрузку различных автоматических выключателей, как бытового, так и промышленного исполнения. Вот знакомьтесь:

4. Проверка электромагнитного расцепителя при токе 3·In

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.9.10.2.1 и таблицы №6, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 3·In, то он должен отключиться за время не менее 0,1 секунды. Верхний предел по времени ГОСТом Р 50345-99 не определен, и у автоматов разных производителей здесь может наблюдаться не большой разброс в пределах от 1 до 10 секунд.

Странно, конечно, ведь речь идет об электромагнитном расцепителе и он должен срабатывать без выдержки времени. Но тем не менее, при токе 3·In электромагнитный расцепитель еще не срабатывает и по факту автомат отключается от теплового расцепителя. Вот именно поэтому измеренное значение петли фаза-ноль

сравнивают с током не 3·In, а с 5·In, учитывая коэффициент 1,1.

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 10 (А) при токе 30 (А) должен отключиться за время не менее 0,1 секунды.

Первый раз автомат отключился за время 8,71 (сек.), а второй раз — 8,11 (сек.).

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 16 (А) при токе 48 (А) должен отключиться за время не менее 0,1 секунды.

Первый раз автомат отключился за время 8,16 (сек.), а второй раз — 6,25 (сек.).

5. Проверка электромагнитного расцепителя при токе 5·In

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.9.10.2.1 и таблицы №6, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 10 (А) при токе 50 (А) должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Первый раз автомат отключился за время 7,8 (мсек.), а второй раз — 7,7 (мсек.).

Автомат ВМ63-1 от КЭАЗ с номинальным током 16 (А) при токе 80 (А) должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Первый раз автомат отключился за время 8,5 (мсек.), а второй раз — 8,4 (мсек.).

Как видите, оба автомата полностью соответствуют требованиям ГОСТа Р 50345-99 и заявленным характеристикам завода-изготовителя КЭАЗ.

Кому интересно, как проходила прогрузка автоматов, то смотрите видеоролик:

Автоматы с характеристикой В применяются для защиты распределительных и групповых цепей с большими длинами кабелей и малыми токами короткого замыкания преимущественно с активной нагрузкой, например, электрические печи, электрические нагреватели, цепи освещения.

Но почему-то в магазинах их количество всегда ограничено, т.к. по мнению продавцов наиболее распространенными являются автоматы с характеристикой С. С чего это вдруг?! Вполне логично и целесообразно для групповых линий цепей освещения и розеток применять именно автоматы с характеристикой типа В, а в качестве вводного автомата устанавливать автомат с характеристикой С (это один из вариантов). Так хоть каким-то образом будет соблюдена селективность, и при коротком замыкании где-нибудь в линии вместе с отходящим автоматом не будет отключаться вводной автомат и «гасить» всю квартиру. Но о селективности я еще расскажу Вам более подробно в другой раз.

 

Время-токовая характеристика типа С

Вот ее график:

Автоматы с характеристикой С применяются в основном для защиты трансформаторов и двигателей с малыми пусковыми токами. Также их можно использовать для питания цепей освещения. Нашли они достаточно широкое распространение в жилом фонде, хотя свое мнение об этом я высказал чуть выше.

Внимание! Более подробнее про время-токовую характеристику С читайте в моей отдельной статье.

Время-токовая характеристика типа D

График:

По графику видно следующее:

1. Токи условного нерасцепления (1,13·In) и токи условного расцепления (1,45·In), но о них я расскажу чуть ниже.

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 2,55·In, то он должен отключиться за время не менее 1 секунды в горячем состоянии и не более 60 секунд в холодном состоянии (для автоматов с номинальным током менее 32А) и не более 120 секунд в холодном состоянии (для автоматов с номинальным током более 32А).

3. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за время не менее 0,1 секунды.

4. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 20·In, то он должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Автоматы с характеристикой D применяются в основном для защиты электрических двигателей с частыми запусками или значительными пусковыми токами (тяжелый пуск).

 

Изменение характеристик расцепления автоматов

Как я уже говорил в начале статьи, все характеристики изображаются при температуре окружающего воздуха +30°С. Поэтому, чтобы узнать время отключения автоматов при других температурах, необходимо учитывать следующие поправочные коэффициенты:

1. Температурный коэффициент окружающего воздуха — Кt.

Думаю тут все понятно из графика. Чем ниже температура воздуха, тем значение коэффициента больше, а значит и увеличивается номинальный ток автомата, другими словами, его нагрузочная способность. Или, наоборот, чем жарче, тем нагрузочная способность автомата становится меньше. Ведь не зря, в жарких помещениях или летнюю жару многие замечают частые отключения автоматов, хотя нагрузка вовсе не изменялась. Ответ кроется в этом графике.

2. Коэффициент, учитывающий количество рядом установленных автоматов — Кn.

Здесь тоже никаких премудростей нет. Когда в одном ряду установлено несколько автоматов, то они передают свое тепло рядом стоящим автоматам. Этот график учитывает конвекцию тепла и выдает корректирующий коэффициент, учитывающий этот фактор.

Логика проста. Чем больше в ряду автоматов, тем больше уменьшается их нагрузочная способность.

Далее необходимо найти ток, приведенный к условиям нашего окружающего воздуха и монтажа:

In* = In · Кt · Кn

Как эти два коэффициента применить на практике?

Для этого рассмотрим пример. Щиток стоит на улице, в нем установлены 4 автомата — один вводной (ВА47-29 С40) и три групповых (ВА47-29 С16). Температура окружающего воздуха составляет -10°С.

Найдем поправочные коэффициенты для группового автомата ВА47-29 С16:

Найдем ток, приведенный к нашим условиям:

In* = In · Кt · Кn = 16 · 1,1  · 0,82 = 14,43 (А)

Таким образом, при определении времени срабатывания автомата по характеристике С кратность тока нужно брать не как отношение I/In (I/16), а как I/In* (I/14,43).

 

Заключение

Все вышесказанное в данной статье я представлю в виде общей таблицы (можете смело копировать ее и пользоваться):

Если Вы заметили, то разницей между время-токовыми характеристиками В, С и D являются только значения срабатывания электромагнитного расцепителя. По тепловой защите они работают в одних интервалах времени.

P.S. Надеюсь, что после прочтения данной статьи Вы сможете самостоятельно определять пределы времени срабатывания любых автоматических выключателей, а также правильно рассчитывать сечения проводов под номиналы автоматов.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


zametkielectrika.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о