Селективность на модульных автоматах: как достичь невозможного?

Эта статья – последняя в цикле статей про КЗ (но это не точно). Сначала я подробно рассказал, что такое ток короткого замыкания и какое значение он имеет для всех, кто причастен к электротехнической науке. Что касается практической электротехники, в следующей статье я на примере своей квартиры и дачи измерил реальный ток короткого замыкания тремя способами.

Сегодня я расскажу, что такое селективность, и как на нее влияет значение тока короткого замыкания. Рассмотрим, когда можно, а когда невозможно обеспечить селективность, и чем это может грозить. Приготовьтесь – для полноты изложения пришлось детально разобрать некоторые теоретические вопросы.

В реальной жизни отсутствие селективности может привести к очень неприятным последствиям. Например, из-за замыкания в удлинителе, передавленного шкафом, может произойти отключение всей квартиры. Далее зависит от ситуации. Если никого дома нет, возможно размораживание холодильника с порчей продуктов. Могут быть последствия ещё хуже – если дело происходит зимой в частном доме, из-за остановки насоса вполне вероятна заморозка воды в отопительной системе со всеми вытекающими последствиями…

А может быть ещё хуже, если автомат не сработает, но это уже совсем другая история, о которой я пишу в статье Зачем я поменял советские автоматы в подъездном электрощите.

К чему КЗ может привести в промышленности, в нескольких десятках метрах от ТП, я фантазирую на реальном примере здесь.

Итак, после ссылочной массы, начинаем.

Что такое селективность?

Применительно к автоматическим выключателям (АВ), включенным в последовательную цепь, селективностью называется способность отключения только аварийной линии, без отключения вышестоящего (вводного) выключателя.

Вместо термина «селективность» иногда используют понятие «избирательность».

Иными словами, в двухступенчатой схеме защиты, которая используется в подавляющем большинстве случаев, при возникновении сверхтока должен отключиться только нижестоящий выключатель, питающий проблемную линию, а вводной выключатель, через который питаются другие линии, которые «ни в чем не виноваты», должен продолжить исправно работать и пропускать через себя ток.

Привожу схему, поясняющую селективную работу последовательно включенных автоматических выключателей:

Схема для иллюстрации селективной работы автоматических выключателей

При возникновении сверхтока в линии, которая питается через автоматический выключатель АВ2, вводной АВ1 должен продолжать работать во включенном состоянии, питая остальные линии (АВ3).

Как обычно, гладко бывает только на бумаге, поскольку на практике такая селективность зависит от нескольких факторов:

Кроме того, следует учитывать, что на практике мы имеем дело не с графиками и нормами ГОСТ, а с реальными устройствами, которые по разным причинам могут иметь разброс параметров в определенном диапазоне.

Что такое сверхток?

Сверхток, как известно – это любой ток, который превышает номинальный. Максимальное его значение на практике можно считать равным току КЗ.

Обычно номинальным током цепи считают номинальный ток «нижнего» по схеме автоматического выключателя, который ограничивает ток в этой цепи. Разумеется, если расчет схемы проведён верно, и автоматический выключатель является тем самым слабым звеном, которое разорвет цепь при сверхтоке.

Все значения сверхтока условно делят на две части – ток перегрузки и ток короткого замыкания. Это деление пошло из-за того, что за каждый из этих токов «отвечает» свой расцепитель внутри автоматического выключателя. Током перегрузки принято называть ток, от которого срабатывает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина), который работает сравнительно инерционно. Током короткого замыкания называют такие величины сверхтока, при которых защиту цепи обеспечивает электромагнитный (ЭМ) расцепитель, работающий гораздо быстрее теплового.

Где официальное определение этих токов? Может, кто-то подскажет? Меня посылали к ГОСТ IEC 60050, но не нашел там подобного пункта.

Следует отличать три понятия –

Ох уж эти вольности в терминологии!

А вы знали? При однофазном КЗ происходит перекос фаз, который может вывести из строя технику, которая питается на других фазах! Поэтому резкое повышение напряжения (до 300 В и выше, за несколько миллисекунд) может произойти не только при обрыве трехфазного нуля (нейтрали), но и при КЗ у соседа. Сосед поставил автоматы С25, и у него закоротила переноска, а проблема у вас! Реле напряжения в этом случае – лучшее решение!

Что такое время-токовые характеристики?

Надеясь на подготовленность читателя, буду краток, и расскажу только то, что касается темы статьи. Тем более, что ссылки я давал в начале.

Буквы В, С и D – это главная характеристика электромагнитного расцепителя. Буквой обозначается диапазон токов мгновенного расцепления. В начале этого диапазона ЭМ расцепитель не должен сработать, в пределах диапазона – может сработать, а при сверхтоке, равном верхнему краю диапазона (и больше) – должен сработать. Границы диапазонов можно проиллюстрировать на упрощенных графиках для трёх АВ с одинаковым номинальным током 10 А, но с разными характеристиками отключения:

Графики для одного номинального тока и разных характеристик расцепления. График и синяя область продолжаются вправо!

График работы теплового расцепителя, показанный плавной жирной линией, одинаков для всех трёх автоматических выключателей. А вот диапазоны токов мгновенного расцепления (закрашены синим) – разные.

При сверхтоке до 11,3 А три наших выключателя выключаться не должны никогда. При увеличении тока время выключения уменьшается вплоть до секунд, а при работе в так называемой зоне токов КЗ (“синяя зона”) время выключения может составлять десятки и даже единицы миллисекунд. Все токи, которые превышают отмеченные диапазоны, должны приводить к мгновенному расцеплению.

Подробно и официально о время-токовых характеристиках автоматических выключателей можно узнать в ГОСТ IEC 60898-1-2020 (скачать можно в конце статьи).

Селективность и сверхток – какая связь?

Селективность может быть полной, когда вышестоящий АВ не отключится при любом токе КЗ, который ограничен отключающей способностью нижестоящего АВ.

На практике при использовании модульных автоматических выключателей удается достичь только частичной селективности, которая обеспечивается лишь в некотором диапазоне значений сверхтока. Верхняя граница зоны частичной селективности называется предельным током селективности Is. Частичная селективность по току будет обеспечена, если сверхток не будет больше тока селективности Is.

Максимальный сверхток в конкретной точке схемы равен току КЗ Iкз. Поэтому на практике можно считать, что полная селективность работы последовательно включенных АВ обеспечивается при Iкз ≤ Is, а частичная – при Iкз > Is.

Когда селективность обеспечена, то в случае возникновения сверхтока ничего страшного не произойдет – просто сработает автомат проблемной линии, а остальные линии продолжат работать, как ни в чем не бывало.

В зоне токов перегрузки можно говорить о времятоковой селективности, поскольку на селективность влияет и уровень сверхтока, и время его действия. Но в зоне токов КЗ имеется только токовая селективность, поскольку время срабатывания электромагнитных расцепителей всех характеристик одинаково.

Официальные определения по теме селективности можно прочитать в ГОСТ Р 50030.2-2010 (в частности, в п.2.17).

Пример обеспечения селективности

Для примера посмотрим, как будут выглядеть на одном графике время-токовые характеристики двух АВ – с номинальным током 10 А и характеристикой «В» (В10, мы про него говорили выше) и с номинальном током 25 А и характеристикой «С» (С25). Если эти автоматические выключатели включить последовательно, зона селективности будет располагаться между их диапазонами токов мгновенного расцепления. То есть, селективность и нормальная работа схемы будет обеспечиваться при сверхтоках от 50 до 125 А:

Формирование зоны селективности между время-токовыми характеристиками В10 и С25

Благодаря графическому представлению ВТХ мы видим, что предельный ток селективности равен минимальному току мгновенного расцепления – 125 А. В случае, если ожидаемый ток КЗ (максимально возможный сверхток) в точке замыкания меньше 125 А, можно говорить о полной селективности – при любом сверхтоке от 50 до 125 А нижестоящий автомат (В10) отключится мгновенно, а вышестоящий (С25) останется включенным. Тут всё ясно.

Но что же будет при сверхтоках менее 50 А? Тут изменится лишь то, что время отключения может быть больше – это ясно из графика. Однако, такие сверхтоки на практике встречаются редко, а ток КЗ 50 А говорит о том, что проводку надо менять – она не может обеспечить нормальное электропитание и пожаробезопасность.

Тут может возникнуть закономерный вопрос – а для чего же выключателю С25 электромагнитный расцепитель, если он при токах менее 125 А не функционирует? Ответ можно дать, посмотрев на такую схему:

Схема для пояснения того, что токи КЗ в электроустановке могут существенно отличаться

До сих пор мы говорили о токе КЗ в конце кабельной линии, в районе нагрузки. Этот ток обозначен как Iкз2. Но в электрощитке, где установлены оба автоматических выключателя, ток КЗ, обозначенный как Iкз1, может быть ощутимо выше. В нашем случае в щитке он может быть более 200 А. И если замыкание происходит в щитке после вводного АВ (а это бывает в основном из-за человеческого фактора), он мгновенно выключится.

Иными словами, каждый АВ отвечает за свой участок линии до нижестоящего АВ. И только самый последний защищает линию вплоть до нагрузки.

Кстати, если устроите КЗ в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что выбило оба автомата – ведь условие селективности не выполняется.

Иногда в некоторые светлые головы, изучающие тему селективности, приходит гениальная идея – установить на вводе автомат с характеристикой «D». Да, селективность будет прекрасной – примерно такой же, как если установить на вводе рубильник. Ведь в случае низкого тока КЗ такой автомат при КЗ внутри электрощита будет бесполезен.

Графики селективности

Графики ВТХ, которые я привел для наглядной демонстрации зоны селективности, относятся только к двум определенным автоматическим выключателям – С25 и В10. Предлагаю пойти дальше, и построить универсальные графики, по которым можно определить зоны селективности для любых пар автоматов.

График “взаимной” селективности для двух автоматов разного номинала и характеристики. Графики позволяют определить зону селективности

Оранжевая зона на графиках – диапазон токов мгновенного расцепления для характеристики «С», синяя – для характеристики «В». Графиком пользоваться просто. Например, выбираем уже известную нам пару С25-В10. На графиках красными отрезками обозначены их «зыбкие зоны», до которых они не должны сработать при КЗ, а после которых – должны. Между этими зонами проводим пунктиры, которые и будут обозначать зону селективности.

График универсален – по нему можно графически определить зону селективности пары автоматов любых номиналов.

Таблицы селективности

Я бы мог построить более подробный график селективности с учетом ряда номиналов выпускаемых АВ. Но большинство производителей уже позаботились об этом вопросе, и привели на своих сайтах таблицы селективности. Эти таблицы удобнее графиков из-за обилия информации.

В таблицах селективности приводятся все модели и номиналы выпускаемых автоматических выключателей. Зная номинальные токи и характеристики отключения, можно определить предельный ток селективности. Можно решить и обратную задачу – зная ток КЗ в электрощите и ток КЗ в конце защищаемой линии, выбрать по таблицам модели вводного и группового АВ, которые смогут обеспечить селективность в данном случае.

Выводы

Стоит помнить о том, что если вопрос селективности между модульными АВ стоит остро, нужно выполнение условий:

На практике селективность при коротких замыканиях при помощи модульных АВ обеспечить удается далеко не всегда. Этот пессимизм оправдан несколькими уважительными причинами:

На промышленных предприятиях, где отсутствие селективности может привести к остановке технологического процесса и большим материальным потерям, используют автоматические выключатели категории В (не путайте с характеристикой отключения «В»!) либо с электронными расцепителями. В результате, если соответствующие измерения и настройки произведены правильно, в зоне токов короткого замыкания появляется возможность обеспечения полной селективности.

Дополнение. Когда моя статья будет бесполезной?

Смотрите, прекрасный пример, как узнать, что ток КЗ очень высокий, даже без измерений и расчетов:

Высокий ток КЗ из-за близкого расположения ТП

Скрутка на вводе в старый дом

Будет ли ток КЗ в этом доме низким? Да. Учитывая, что провода, подходящие к дому, ковали ещё при Петре 1, скрутка никакая, а в доме скорее всего такие же картины. Но будет ли при этом селективность? Скорее всего нет, поскольку ток КЗ имеет неуловимое, плавающее значение…

Видео про селективность

Пожалуй, лучшее видео на тему статьи, от моего коллеги Дмитрия:

Скачать

Респект и уважение, если дочитали досюда и намереваетесь скачать документы и книги по этой теме! Вы серьёзный человек!

• ГОСТ IEC 60898-2-2011 / 2-я часть ГОСТ Р 50345-2010 (IEC 60898-1:2003) на автоматические выключатели, направленная на коррекцию ошибок в первой части. До сих пор действует, ссылаясь на недействующий документ., pdf, 374.83 kB, скачан: 131 раз./

• ГОСТ IEC 60898-1-2020 / Новый ГОСТ на автоматические выключатели, вступивший в действие с 1 марта 2021 г. Несёт в себе ошибки старого., pdf, 13.13 MB, скачан: 130 раз./

Какие ошибки допущены в ГОСТ по автоматическим выключателям, читайте подробно здесь.

Статья была впервые опубликована в журнале “Электротехнический рынок” и на электротехническом интернет-портале “Элек.ру”.

Скачать журнальную версию статьи можно прямо здесь и сейчас:

• Селективность в домашнем электрощите: как достичь невозможного / Журнальная версия статьи от СамЭлектрик.ру, pdf, 497.19 kB, скачан: 155 раз./

Источник

Настройка расцепителей автоматических выключателей ABB Tmax

2021-04-24 Промышленное 2 комментария

Все автоматы в литом корпусе ABB Tmax могут оснащаться одним из нескольких типов расцепителей — термомагнитным расцепителем TMF c фиксированными тепловым и магнитным порогом срабатывания, термомагнитными расцепителями TMD с регулируемым тепловым и фиксированным электромагнитным порогами срабатывания, термомагнитными расцепителями TMA с регулируемыми тепловым и электромагнитным порогами срабатывания, электронными расцепителями PR221DS, PR222DS/P,PR222DS/PD,PR231/P, PR232/P.

Если с блоками TMD или TMA, все понятно — они имеют минимум настроек, а точнее один или два регулятора, то с электронными расцепителями дело обстоит несколько иначе. Так как они обладают расширенным функционалом диапазонов различных регулировок, иногда у людей возникают сложности с их настройкой.

Поэтому предлагаю рассмотреть те функции, которыми обладают данные расцепители, а также рассмотрим как правильно выставлять необходимые уставки.

На рис. ниже показан электронный расцепитель PR222DS/PD.

Данным расцепителем оснащаются автоматические выключатели ABB серий Т4, Т5 и Т6. Электропитание, необходимое для правильной работы расцепителя, обеспечивается трансформаторами тока, которые расположены прямо в корпусе расцепителя. Для работы расцепителя достаточно минимальной однофазной нагрузки. Также в расцепитель встроен электромагнит отключения с размагничиванием, который воздействует непосредственно на механизм автоматического выключателя и в случае срабатывания защиты, отключает его.

Как видно на фото, расцепитель имеет широкий выбор настроек защитных функций, которые задаются с помощью DIP-переключателей, а также дополнительных функций. Благодаря этому достигается возможность полного соответствия характеристик защиты требованиям конкретных электроустановок.

К основным функциям защиты данного расцепителя относятся защита от перегрузки (L), защита от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием (I) и с задержкой по времени (S), защита от замыкания на землю (G). Также есть функция установки защиты нейтрали N. Для нее можно выбрать значение OFF (отключено), 50%, либо 100% от уставки защиты фаз.

Из дополнительных функций можно отметить возможность местной и дистанционной настройки параметров. Также есть выбор ручной/электронной установки параметров.

Помимо этого, в расцепитель встроен разъем Test/Prg для подключения устройства тестирования, которое позволяет проводить тесты основных функций, считывать параметры расцепителей и осуществлять контроль за работой микропроцессора расцепителя.

Для подключения блока тестирования SACE TT1 на расцепителе имеется гнездо Test. С помощью него можно проверять срабатывание электронных расцепителей защиты, а также отключающих катушек.

Функции защиты расцепителя

Защита от перегрузки (L)

Защита от перегрузки представляет собой тепловую защиту. При протекании тока выше допустимого значения защита срабатывает и приводит в действие механизм расцепления.

Функция защиты от перегрузки является неотключаемой и может выставляться вручную в диапазоне I1=0,4. 1 x In, где In — номинальный ток расцепителя. Также есть возможность настроить время-токовые характеристики.

Для настройки защиты от перегрузки необходимо знать максимальный рабочий ток нагрузки (lb) и разделить его на номинальный ток расцепителя In. Уставка L должна быть больше или равна полученному значению:

L =Ib/In

Источник

Обзор автоматического выключателя IEK ВА88 Master с электронным расцепителем: селективность на выбор

Без автоматических выключателей невозможно представить распределительный щит. Они защищают от аварийных ситуаций – перегрузок и коротких замыканий. Но при проектировании и эксплуатации из-за особенностей время-токовых характеристик аппаратов возникает серьёзная проблема — обеспечение селективности.

Селективность — это свойство защитной аппаратуры обеспечить отключение только того участка цепи, где произошла авария. При этом вводной или автоматический выключатель отходящей линии, на которой повреждения нет, не должен отключиться и продолжить работу в штатном режиме.

Частично эта проблема решаема правильным подбором номинала и типа время-токовой характеристики аппаратов защиты. Но это влечёт за собой другую проблему — ложные срабатывания из-за значительных пусковых токов при включении установки. Чтобы избежать ложных срабатываний, используют аппараты защиты, у которых возможна регулировка уставок срабатывания по току перегрузки и по току КЗ.

Сегодня мы рассмотрим автоматический выключатель ВА88 MASTER торговой марки IEK с электронным расцепителем, у которого есть возможность регулировки уставок срабатывания защит. Благодаря этому можно организовать селективность нескольких последовательно установленных аппаратов, настроив по возрастающей задержку по времени от потребителя к источнику. При этом электронный расцепитель не требует отдельного питания и гарантирует правильную работу защитного устройства при токе не менее 35% от номинального, даже если эта нагрузка только в одной из фаз.

Характеристики

Автоматические выключатели IEK ВА88 MASTER с электронным расцепителем выпускаются с номинальным током от 125 до 800А при номинальном напряжении 400В или 400/690В. Предельная отключающая способность: 25 кА для номинала 125А и 35 кА для всех остальных. Все технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики автоматических выключателей ВА88 MASTER

В зависимости от номинального тока ВА88 MASTER бывают четырёх типоразмеров, условно обозначающихся 32, 35, 39 и 40. На иллюстрациях ниже вы видите внешний вид и габариты линейки автоматических выключателей ВА88 MASTER.

Рисунок 1 — Обозначения габаритов

Таблица 2 — Габариты

Рисунок 2 — Различные габариты автоматических выключателей ВА88 MASTER

Внимание! ВА88 MASTER появились у IEK в 2020 году. Помимо этого, в каталоге можно найти давно знакомые специалистам модели ВА88 как с фиксированными, так и с регулируемыми расцепителями, в том числе электронными.

Краткий обзор

Рисунок 3 — Упаковка автоматического выключателя ВА88-32 MASTER

Внутри коробки лежит сам автоматический выключатель, инструкция к нему, крепёжные винты и межфазные перегородки

Рисунок 4 — Комплектация

Межфазные перегородки устанавливаются в прорези между клеммами для подключения проводов.

Рисунок 5 — Межфазные перегородки

Автоматический выключатель ВА88-32 MASTER монтируется не на DIN-рейку, а на любые плоские поверхности электрощита с помощью 4-х винтов (поставляются в комплекте), через отверстия между клеммами для подключения проводов.

Рисунок 6 — Крепёжные винты

Для регулировки параметров время-токовой характеристики у автомата есть 6 поворотных переключателей. Каждый переключатель вращается на 360° бесконечно, крайних положений нет. При этом каждое положение переключателя фиксировано, неверная настройка уставок из-за попадания в промежуточные положения исключены.

Рисунок 7 — Поворотные переключатели для настройки время-токовой характеристики

Сами переключатели закрываются прозрачной пластиковой крышкой, которая для исключения несанкционированного доступа к переключателям может быть опломбирована.

Рисунок 8 — Проушина для опломбировки переключателей

Провода в клеммах зажимаются винтами М8 под шестигранник.

Рисунок 9 — Клеммы для подключения проводов

На рычаге управления нанесена надпись на русском языке «I ВКЛ» и «O ОТКЛ». Из органов ещё есть кнопка «тест» для проверки работы расцепителя.

Рисунок 10 — Рычаг управления в положениях «ОТКЛ» и «ВКЛ»

На лицевой панели указаны:

номинальный ток In —125 A;

величина и частота номинального напряжения Ue —400В, 50 Гц;

номинальная предельная отключающая способность Icu — 25 кА;

номинальная рабочая отключающая способность Ics — 75%×Icu;

номинальное импульсное выдерживаемое перенапряжение Uimp — 8000 В.

Рисунок 11 — Лицевая панель автоматического выключателя

А теперь о главном: особенности электронного расцепителя

С внешним видом и органами управления разобрались, теперь обсудим особенности электронного расцепителя.

Электронный расцепитель позволяет тонко настраивать форму время-токовой характеристики, чтобы обеспечить селективность защит. У некоторых выключателей с тепловым и электромагнитным расцепителем также есть возможность регулировки уставок, но с меньшими точностью и стабильностью работы.

Электронный расцепитель, установленный в автоматах ВА88 MASTER, не требует наличия всех фаз для работы. Он получает питание не от напряжения подключённой линии, а от протекающего тока. Расцепитель подключён к защищаемой цепи через трансформаторы тока, от которых и получает питание. Для обеспечения нормальной работы защиты необходимо, чтобы хотя бы в одной из фаз протекал ток больше, чем 35% от номинального (In). Такое решение повышает надёжность работы защиты, в случае отгорания фаз или других неисправностей, связанных с частичным отсутствием напряжения.

Рисунок 12 — Электрическая схема выключателей ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Для настройки параметров на автоматическом выключателе есть панель, на которой расположено 6 поворотных регуляторов и 3 светодиода.

Рисунок 13 — Панель индикаторов и органов регулировки электронного расцепителя

Перечислим их назначение:

Индикатор красного цвета «авария» горит, когда ток в цепи превышает установленный рабочий ток I_R на 5% (I>1.05I_R). Когда ток равен или меньше I_R (I≤I_R), индикатор не горит.

Индикатор жёлтого цвета «внимание» горит, когда ток в цепи превышает Ip на 10% (I>Ip), и гаснет, когда ток равен или меньше 90% от Ip (I≤0.9Ip). Ip – это уставка тока предварительной сигнализации.

Индикатор зелёного цвета «работа» мигает 1 раз в секунду при токе больше 40% от номинального (I>0.4In) и 1 раз в 2 секунды при (I≤0.35In).

Установка рабочего тока (I_R). У ВА88 MASTER с электронным расцепителем есть номинальный ток – это максимальный ток, который может проводить в нормальном режиме, и рабочий ток. Рабочий ток – это программно ограниченный номинальный ток. Диапазон и шаг регулировки зависят от номинального тока автомата. Например, для аппарата с номиналом в 125А (In) можно установить такие значения: 50, 56, 63, 70, 75, 80, 90, 100, 110 и 125А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2I_R, обозначается как t_R, устанавливается в секундах. Может быть полностью отключено (OFF) либо принимать значения от 12 до 100 секунд для аппаратов с номинальным током в 125А и 250А и до 150 секунд для 400, 630 и 800 амперных автоматических выключателей.

Ток защиты от КЗ с задержкой (Isd). Определяет превышение относительно рабочего тока (I_R) и может принимать значения: 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 и 12 I_R. То есть если установлено 5, то расцепитель определит короткое замыкание при пятикратном превышении рабочего тока.

Время задержки срабатывания при КЗ при токе 1.5Isd. Обозначается как tsd и измеряется в секундах, его можно отключить полностью (OFF) или установить одно из значений: 0.06, 0.1, 0.2, 0.3 секунды.

Уставка тока мгновенного срабатывания (Ii). Можно отключить эту защиту (OFF) или выбрать одно из значений в диапазоне от 4- до 14-кратной величины рабочего тока I_R.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip, можно отключить (OFF) или выбрать одно из значений в диапазоне от 0.7 до 1 от рабочего тока I_R с шагом 0.05: (0.7; 0,75; …0,95; 1) х I_R.

Обилие настраиваемых параметров позволяет задать практически любую форму время-токовой характеристики, возможные варианты вы видите на рисунке 14.

Рисунок 14 — Время-токовые характеристики автоматических выключателей

ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Подробнее о настройках параметров, их диапазонах и некоторых других нюансах вы можете узнать из паспорта прибора.

Интересно! Если регуляторы t_R, tsd и Ii перевести в положение OFF, то все защитные функции автоматического выключателя полностью отключаются и аппарат станет обычным рубильником.

Стоит отметить, что у выключателей ВА88 MASTER удобнее настраивать параметры электронного расцепителя, чем у классических ВА88, где использовались не поворотные регуляторы, а DIP-переключатели (рис. 15).

Рисунок 15 — Переключатели для настройки параметров защиты у новой (сверху) и старой (снизу) версии ВА88

Выбор уставок для ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Для иллюстрации приведём пример выбора и настройки автоматических выключателей. Допустим, у нас есть линия, которая питает определённую нагрузку с такими параметрами:

электрическая мощность потребителя Pпот — 50 кВт = 50 000 Вт;

коэффициент мощности cosФ — 0,8;

к ратность пускового тока — 2;

нагрузка равномерная без кратковременных перегрузок;

Известные параметры защищаемой линии:

измеренный ток короткого замыкания — 1100А;

Допустим, у нас 2 аналогичных линии, защищённые индивидуальными автоматическими выключателями, назовём их групповыми АВ. Они подключены к одному автоматическому выключателю, назовём его вводным АВ.

Вариантов согласования устройств может быть множество. К примеру, настройки вводного и групповых АВ можно выставить так, что аппараты буду работать согласно время-токовым характеристикам, изображенным на рисунке 16. Для тех, кому интересно, далее привожу расчёты, которые позволили определить настройки для приведённого примера.

Рисунок 16 — Пример настройки расцепителей автоматических выключателей для селективной работы двух ступеней защиты, красной линией отмечена ВТХ групповых АВ, зелёной — вводного

Выбор уставок для групповых АВ

Выберем групповые АВ и рассчитаем их параметры.

Сначала считаем рабочий ток IB:

В соответствии с п.433.2 ГОСТ 30331.5-95 согласованность проводников и защитных устройств должна отвечать следующим условиям:

Где Iв — рабочий ток цепи, Iz – допустимый длительный ток кабеля, In – номинальный ток аппарата защиты, I2 – ток, обеспечивающий надёжное срабатывание аппарата защиты, принимается равным току срабатывания при заданном времени срабатывания для автоматических выключателей.

Согласно таблице 6 из ГОСТ Р 50030.2-2010, по которому изготавливаются ВА88 MASTER, условный ток расцепления равен 1,3In. При этом расцепитель должен сработать до истечения условного времени. Условное время для автоматических выключателей с номинальным током более 63А равно 2 часа.

Соответственно, I2=1,3In и условие 2 примет вид — 1,3In ≤ 1,45Iz.

То есть при перегрузке на 30% автоматический выключатель должен отключиться не позже чем через 2 часа.

Сейчас мы выберем уставки для автоматического выключателя, а затем проверим, выполняются ли эти условия.

Примем условие, что кабель проложен открыто и, согласно таблице 1.3.6 ПУЭ, для линии выберем кабель с сечением токопроводящих жил 25 мм² с допустимым длительным током в 95 А.

Согласно пункту 3.1.4 ПУЭ, номинальные токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчётным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников. Но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках.

Так как номинальный ток рассматриваемого электроприемника составляет 90.3А, выбираем автоматический выключатель типа ВА88-32 с номинальным током 125А, а рабочий ток I_R установим на 100 ампер.

Примечание. Рабочий ток у ВА88 MASTER с электронным расцепителем – это то же, что и номинальный ток, но ограниченный с помощью доступных регулировок электронного расцепителя.

Время задержки выключения t_R устанавливается для токов 2I_R, то есть для двукратной перегрузки относительно установленного рабочего тока. Для токов, отличных от 2IR, рассчитывается по формуле:

где Iф – предполагаемый ток перегрузки, А; I_R – устанавливаемый рабочий ток, А; tR — время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2I_R, с.

Так как длительность пусковых токов в условиях не оговорена, то для расчётов выберем tr 60 секунд, а условный ток отключения согласно ГОСТ определим как 1,3I_R=130А, рассчитаем, через сколько сработает расцепитель при таком токе по формуле из паспорта:

При перегрузке в 1.3I_R автоматический выключатель отключится примерно за 142 секунды. Расчётное время входит в пределы, указанные в таблице 6 из ГОСТ Р 50030.2-2010, ток 130А

Выбор уставок вводного АВ

Теперь выберем вводной автоматический выключатель, так как он будет питать 2 групповых линии с током: 2хI_Rгруп. = 2×100 = 200 А.

Выберем автоматический выключатель типа ВА88-35 с электронным расцепителем и номинальным током в 250А. Выберем рабочий ток I_R по сумме токов отходящих линий – 200А. Время отключения при двукратной перегрузке групповых линий t_R мы выбрали 60 секунд.

Значит, выбираем время отключения вводного АВ при перегрузке t_R равным 80 секунд, то есть вводной автоматический выключатель при токе в 400 отключится через 80 секунд. При двукратной перегрузке одной из линий при токе в 200А он отключаться не будет. В случае двукратной перегрузки сразу двух линий (в каждой по 200А) при токе через вводной АВ в 400А групповые АВ отключатся через 60 секунд, то есть непреднамеренных срабатываний вводного происходить не будет.

Единственный случай, когда вводной АВ сработает при перегрузке и отключится, – если один групповых АВ выйдет из строя и на этой линий произойдёт перегрузка. Рассчитаем время отключения для подобной ситуации, приняв следующие условия:

одна из линий нагружена номинальным током в 90А;

вторая линия по какой-то причине оказалась перегруженной в 2 раза, и ток в ней составляет порядка 200А.

Тогда ток через вводной автоматический выключатель составит: Iобщ = Iгр1+Iгр2 = 90+200 = 290А

Для примера рассчитаем время, через которое расцепитель вводного АВ разомкнёт цепь при токе в 290А по приведённой в паспорте формуле:

В рассматриваемой ситуации вводной автоматический выключатель отключит цепь примерно через 152 секунды.

Выберем уставки для отключения при коротких замыканиях, напомню, что у групповых автоматов они следующие:

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 4×I_R = 400А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (600А) = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 10×I_R = 1000А.

Следовательно, для обеспечения селективности вводной автоматический выключатель не должен срабатывать при таких токах с указанной задержкой. Но при этом он должен срабатывать при токе КЗ, в нашем случае равном 1100А.

Для корректной работы защиты ток короткого замыкания должен быть выше, чем ток расцепителя. Также следует учесть, что ток КЗ может изменяться под воздействием таких факторов, как нагревание проводов, ухудшение контактов на линии и прочее. Поэтому для запаса ток мгновенного отключения вводного АВ сделаем меньше на 10% чем ток КЗ — 1000А.

Так как I_R вводного АВ мы выбрали 200А, то чтобы он отключился при токе в 1000А, нужно задать Ii равным 5×I_R. Но переключатель тока мгновенного срабатывания Ii можно установить в положения 4, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14 ×I_R. Ближайшее значение в сторону уменьшения у нас 4×I_R, то есть при 4×200=800А вводной АВ отключится мгновенно.

Однако групповые АВ при токе в 800А отключатся через:

При текущих настройках селективность обеспечиваться не будет. При коротких замыканиях вводной АВ отключится раньше, чем групповые (мгновенно). Здесь нам и понадобится возможность настройки уставок электронного расцепителя.

Изменим у групповых автоматов уставку тока мгновенного срабатывания на 7×I_R, то есть они мгновенно отключатся при КЗ при токе в 700А.

Следовательно, конечные уставки расцепителей групповых АВ изменятся и станут такими:

Рабочий ток I_R = 100А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×I_R, tr = 60 секунд.

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 4×I_R = 400А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (600А), tsd = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 7×I_R = 700А.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip — off (отключена).

Рисунок 17 — Выставленные в указанные положения переключатели

Тогда вводной АВ настраиваем на:

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 3×I_R = 600А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (900А) = 0.3 секунды (нужно для дальнейших расчётов и проверки селективности).

Ток мгновенного срабатывания Ii = 4×I_R = 800А.

Проверим время отключения при токе Isd (3×I_R = 600А):

И для тока в 700А вводной автомат отключится за:

Подведём итоги: при токе в 600А вводной АВ отключится за 0.675 с, а групповые АВ отключатся за 0.3 секунды (задержка отключения в 2 раза короче, чем у вводного АВ). Вводной АВ отключится мгновенно* при токе КЗ в 800А, а групповые АВ — при токе в 700А, тогда как вводной АВ будет работать ещё 0.5 с. Селективность при КЗ обеспечена.

* Согласно графику ВТХ в паспорте, максимальное время мгновенного срабатывания составляет примерно 0.03 с.

У групповых АВ время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×Ir = 60 секунд, у вводного — 80 секунд. То есть он обеспечит даже протекание пусковых токов при одновременном включении двух отходящих линий.

Таким образом, устанавливаем на вводном автоматическом выключателе следующие уставки:

Рабочий ток I_R = 200А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×I_R, tr = 80 секунд.

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 3×I_R = 600А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd, tsd = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 4×I_R = 800А.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip — off (отключена).

В результате настройки время-токовая характеристика групповых (а) и вводного (б) АВ будет следующей:

Для проверки правильности построения ВТХ давайте проверим значения расчётного времени срабатывания tsd или t_R, которые мы получили выше для проверки селективности и других параметров. Для вашего удобства я обозначу их отдельными линиями на графике.

Расчётное время срабатывания группового АВ при перегрузке 1.3In (130А) = 142 с.

Расчётное время отключения группового АВ при КЗ при токе 400А = 0.675 с.

Расчётное время срабатывания вводного АВ при перегрузке для тока 1,45In (290 А) = 152 с.

Расчётное время отключения вводного АВ при КЗ при токе 600А = 0.675 с.

Рисунок 19 — Расчётные точки на построенных ВТХ

Как вы можете видеть, расчётные значения совпали с аналогичными точками на графике ВТХ.

Изобразим ВТХ групповых автоматов (красная линия) и вводного (зелёная линия) на одном графике. Как видите, характеристики не пересекаются, что ещё раз демонстрирует селективность работы автоматов.

Рисунок 20 — Пример настройки расцепителей автоматических выключателей для селективной работы двух ступеней защиты

Внимание, вышеизложенное приведено для примера и демонстрации возможности настройки расцепителей автоматических выключателей с целью обеспечения их селективной работы. Расчёт электрощита выполняется сложнее и с учётом большего количества условий работы линии и оборудования.

Нужны ли автоматы с электронным расцепителем

Допустим, что мы собираем такой же щит, но с автоматами ВА88 MASTER с нерегулируемыми тепловым и электромагнитным расцепителями, нам понадобятся те же ВА88-32 MASTER для групповых линий и ВА88-35 MASTER на ввод.

Рисунок 21 — Внешний вид ВА88-32 MASTER и ВА88-35 MASTER

Рассмотрим их время-токовые характеристики.

Рисунок 22 — Время-токовые характеристики ВА88 MASTER с тепловым и электромагнитным расцепителем

Уставка электромагнитного расцепителя 10 In с погрешностью в 20% (данные из паспорта), то есть он будет срабатывать при токе КЗ в диапазоне токов от 8 до 12 ×In.

На групповые линии выберем также ВА88-32 MASTER с номинальным током 100А, а на ввод – ВА88-35 MASTER на 200А. Напомню, что измеренный ток КЗ у нас 1100А, соответственно, групповые АВ при КЗ будут отключать нагрузку в течение 0,02-0,04 секунд. Тогда как электромагнитный расцепитель вводного АВ вообще не будет реагировать на такой ток КЗ. Для срабатывания электромагнитного расцепителя в 200-амперном автомате ток короткого замыкания должен быть 1600-2400А.

При перегрузке линии током 2×In групповые ВА88-32 MASTER отключатся примерно через 200 секунд, то есть они обеспечат протекание пусковых токов и токов кратковременных перегрузок во время работы. В то же время вводной ВА88-35 MASTER при перегрузке в 2×In отключится примерно через 80 секунд (в обоих случаях время указано для горячего состояния), то есть возможны срабатывания расцепителя вводного АВ при одновременном включении двух отходящих линий или в других ситуациях.

То есть нужно выбирать на ввод автоматический выключатель с другой уставкой (чувствительностью) теплового и электромагнитного расцепителя, но, например, в каталоге IEK такого мне найти не удалось.

Рисунок 23 — Точки на ВТХ, соответствующие пусковому току

Безусловно, рассмотренная ситуация не в полной мере раскрывает вопрос обеспечения селективности, а лишь иллюстрирует возможные проблемы. На обсуждение читателям оставляю случаи, когда нужно обеспечить селективность защит при большем количестве автоматических выключателей «по вертикали». То есть когда есть один общий вводной, после него идут АВ питающие распределительные щиты, в которых установлено ещё по несколько групповых АВ.

Рассказывайте в комментариях, с какими ситуациями вы сталкивались в своей практике и как их решали, используете ли вы автоматические выключатели с электронными расцепителями.

Источник