Jak wybrać wyłączniki automatyczne?

Przy doborze wyłączników należy wybrać kategorię użytkowania w zależności od konkretnych warunków użytkowania i dobrać takie parametry, jak znamionowe napięcie robocze, prąd znamionowy i prąd nastawczy wyzwalacza. Charakterystyki zabezpieczeń należy dobierać w oparciu o krzywą charakterystyki zabezpieczenia podaną na próbkach wyrobów oraz weryfikować charakterystykę zwarciową i współczynnik czułości. Klasyfikacja wyłączników (1) Wyłącznik ochronny ramy (ACB)

Wyłącznik ramowy, zwany także wyłącznikiem uniwersalnym, wszystkie jego części są zainstalowane w izolowanej metalowej ramie, która zwykle jest otwarta i może być wyposażona w różne akcesoria. Wymiana styków i części jest wygodna i często stosowana w wyłączniku głównym po stronie zasilacza. Wyzwalanie nadprądowe obejmuje wyzwalanie elektromagnetyczne, elektroniczne i inteligentne. Wyłącznik ma czterostopniowe zabezpieczenie przed długim opóźnieniem, krótkim opóźnieniem, zwarciem bezzwłocznym i doziemnym, a wartość ustawienia każdego zabezpieczenia jest regulowana w pewnym zakresie w zależności od klasy ramy obudowy.

     (2) wyłącznik kompaktowy (MCCB)

Wyłącznik formowany jest również nazywany wyłącznikiem urządzenia, a zewnętrzny styk końcówki przewodu uziemiającego, komora gaszenia łuku, wyzwalacz i mechanizm napędowy są zainstalowane w plastikowej obudowie. Styki pomocnicze, wyzwalacze podnapięciowe i wyzwalacze wzrostowe mają przeważnie budowę modułową, a ich konstrukcja jest bardzo zwarta. Ogólnie rzecz biorąc, konserwacja nie jest brana pod uwagę, dlatego nadają się do wyłączników zabezpieczających odgałęzienia. Wyłączniki kompaktowe zwykle zawierają wyzwalacze termomagnetyczne, natomiast wyłączniki kompaktowe o dużych rozmiarach są wyposażone w półprzewodnikowe czujniki wyzwalające.

Istnieją dwa rodzaje wyzwalaczy nadprądowych dla wyłączników kompaktowych: elektromagnetyczne i elektroniczne. Ogólnie rzecz biorąc, wyłączniki elektromagnetyczne w obudowie kompaktowej są wyłącznikami nieselektywnymi, posiadającymi tylko dwa tryby ochrony: z długim opóźnieniem i bezzwłoczny. Elektroniczny wyłącznik kompaktowy ma cztery funkcje zabezpieczające: długie opóźnienie, krótkie opóźnienie, bezzwłoczne i zwarcie doziemne. Niektóre nowe produkty elektronicznych wyłączników kompaktowych posiadają również funkcję regionalnej selektywnej blokady.  

Wyłączniki kompaktowe są powszechnie stosowane do sterowania i zabezpieczania pól dystrybucyjnych, wyłączników głównych linii odpływowych po stronie niskiego napięcia małych transformatorów dystrybucyjnych, sterowania zaciskami dystrybucji mocy, a także do wyłączników mocy różnych maszyn produkcyjnych.

Wyłącznik ramowy jest odpowiedni dla sieci dystrybucyjnej AC 50 Hz, o napięciu znamionowym 380 V, 660 V i prądzie znamionowym 200 A-6300 A. Stosowany jest głównie do dystrybucji energii elektrycznej oraz ochrony linii i urządzeń zasilających przed przeciążeniem, zbyt niskim napięciem, zwarciem, uziemieniem jednofazowym i innymi awariami. Wyłącznik ma różne inteligentne funkcje zabezpieczające i może osiągnąć selektywną ochronę. W normalnych warunkach może być stosowany do rzadkiego przełączania linii. Do zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem i zwarciem w sieci o napięciu zmiennym 50 Hz i 380 V można zastosować wyłączniki nadprądowe poniżej 1250 A.

Wyłączniki ramowe są również często stosowane w głównym wyłączniku wylotowym, przełączniku stykowym magistrali, przełączniku zasilania o dużej pojemności i dużym przełączniku sterowania silnikiem po stronie transformatora 400 V.

(3) Wyłącznik nadprądowy (MCB)

Miniaturowy wyłącznik automatyczny jest jednym z najczęściej stosowanych urządzeń zabezpieczających terminale w budowaniu urządzeń do dystrybucji terminali elektrycznych. Służy do ochrony przed zwarciem, przeciążeniem i przepięciem jednofazowych i trójfazowych poniżej 125A, w tym jednobiegunowych 1P, bipolarnych 2P, trójbiegunowych 3P i kwadrupolowych 4P.

Miniaturowy wyłącznik automatyczny składa się z mechanizmu napędowego, styków, urządzeń ochronnych (różnych urządzeń wyzwalających) i układu gaszenia łuku. Jego główny styk jest obsługiwany ręcznie lub elektrycznie zamknięty. Po zamknięciu styku głównego mechanizm swobodnego wyzwalania blokuje styk główny w pozycji zamkniętej. Cewka wyzwalacza nadprądowego i element termiczny wyzwalacza termicznego są połączone szeregowo z obwodem głównym, a cewka wyzwalacza podnapięciowego jest połączona równolegle z zasilaczem.

W projektowaniu elektrycznym budynków cywilnych miniaturowe wyłączniki automatyczne są stosowane głównie w przypadku przeciążenia, zwarcia, przetężenia, utraty napięcia, zbyt niskiego napięcia, uziemienia, wycieku, automatycznego przełączania podwójnych źródeł zasilania oraz ochrony i obsługi silników, gdy nie są one często uruchamiane.

Podstawowe parametry charakterystyczne wyłącznika

(1) znamionowe napięcie robocze Ue

Znamionowe napięcie robocze odnosi się do napięcia znamionowego wyłącznika, który może pracować w sposób ciągły w określonych normalnych warunkach użytkowania i wydajności.

W Chinach maksymalne napięcie robocze wynosi 1,15 napięcia znamionowego systemu przy napięciu 220 kV i niższym. Poziom napięcia 330 kV i wyższy jest 1,1 razy większy od napięcia znamionowego jako najwyższe napięcie robocze. Wyłącznik może utrzymywać izolację pod najwyższym napięciem roboczym systemu i może być zamykany i otwierany zgodnie z określonymi warunkami.

(2) Prąd znamionowy In

Prąd znamionowy odnosi się do prądu, który wyzwalacz może przepływać przez długi czas w otoczeniu

temperatura jest poniżej 40 ℃. W przypadku wyłącznika z regulowanym wyzwalaczem jest to maksymalny prąd, jaki wyzwalacz może przepuszczać przez długi czas.

Gdy temperatura otoczenia przekracza 40℃, ale nie więcej niż 60℃, dopuszcza się dłuższą pracę przy zmniejszonym obciążeniu.

(3) Aktualna wartość nastawy Ir wyzwalacza przeciążeniowego

Prąd przekracza ustawioną wartość prądu Ir wyłączenia, a wyłącznik zadziała w odpowiednim czasie. Oznacza także maksymalny prąd, jaki wyłącznik może wytrzymać bez zadziałania. Wartość ta musi być większa niż maksymalny prąd obciążenia Ib, ale mniejsza niż maksymalny prąd Iz dopuszczalny przez linię.

Wartość Ir przekaźnika termicznego można zwykle regulować w zakresie 0,7 ~ 1,0 cala, ale jeśli używany jest sprzęt elektroniczny, jego zakres regulacji będzie większy, zwykle 0,4 ~ 1,0 cala. W przypadku wyłączników wyposażonych w nieregulowany przekaźnik wyzwalający nadprądowy, Ir=In.

(4) Wartość nastawy prądu wyzwalającego zwarcie Im

Przekaźnik wyzwalający zwarcie (bezzwłoczny lub z krótkim opóźnieniem) służy do szybkiego wyłączenia wyłącznika w przypadku pojawienia się dużej wartości prądu zwarciowego, a jego próg zadziałania wynosi Im.

(5) znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany Icw

Odnosi się do aktualnej wartości, która może minąć w uzgodnionym czasie. Wartość prądu przepływa przez przewodnik w ustalonym czasie, a przewodnik nie ulegnie uszkodzeniu w wyniku przegrzania.

(6) zdolność wyłączania

Zdolność wyłączania wyłącznika odnosi się do zdolności wyłącznika do bezpiecznego odcięcia prądu zwarciowego, który niekoniecznie jest związany z jego prądem znamionowym. Istnieją wcześniej specyfikacje 36KA, 50KA i inne. Generalnie dzieli się ją na graniczną zdolność wyłączania zwarciowego Icu i bieżącą zdolność wyłączania zwarcia Ics.

Ogólne zasady doboru wyłączników

Po pierwsze, typ i liczba biegunów wyłącznika dobierane są w zależności od przeznaczenia; Wybierz prąd znamionowy wyłącznika zgodnie z maksymalnym prądem roboczym; Wybierz typ wyzwalacza oraz typy i specyfikacje akcesoriów, zgodnie z wymaganiami. Szczegółowe wymagania są następujące.

1) Znamionowe napięcie robocze wyłącznika jest większe lub równe napięciu znamionowemu linii.

2) Znamionowa zdolność załączania i wyłączania wyłącznika jest większa lub równa prądowi obciążenia obliczonego dla linii.

3) Znamionowa zdolność zwarciowa wyłącznika jest większa lub równa maksymalnemu prądowi zwarciowemu, jaki może wystąpić w linii (zwykle obliczany na podstawie wartości skutecznej).  

4) Pojedynczy prąd zwarcia faza-ziemia na końcu linii jest ≥1,25 razy większy od nastawionego prądu zadziałania natychmiastowego (lub z krótkim opóźnieniem) wyłącznika.

5) Napięcie znamionowe wyzwalacza podnapięciowego wyłącznika jest równe napięciu znamionowemu linii.

6) Napięcie znamionowe wyzwalacza napięciowego wyłącznika jest równe napięciu zasilania sterującego.

7) Znamionowe napięcie robocze elektrycznego mechanizmu przekładniowego jest równe napięciu zasilania sterującego.  

8) Gdy w obwodzie oświetleniowym używany jest wyłącznik automatyczny, chwilowy prąd wyzwalacza elektromagnetycznego jest zazwyczaj 6-krotnością prądu obciążenia.  

9) Jeżeli wyłącznik automatyczny jest używany jako zabezpieczenie zwarciowe pojedynczego silnika, ustawiony prąd wyzwolenia bezzwłocznego wynosi 1,35 razy (wyłącznik serii DW) lub 1,7 razy (wyłącznik serii DZ) prądu rozruchowego silnika.  

10) Gdy wyłącznik automatyczny jest używany jako zabezpieczenie zwarciowe wielu silników, ustawiony prąd wyzwalacza bezzwłocznego jest 1,3 razy większy od prądu rozruchowego największego silnika plus prąd roboczy pozostałych silników.

11) Gdy wyłącznik automatyczny jest używany jako główny wyłącznik po stronie niskiego napięcia transformatora rozdzielczego, jego zdolność wyłączania powinna być większa niż wartość prądu zwarciowego po stronie niskiego napięcia transformatora, prąd znamionowy wyzwalacza nie powinien być mniejszy niż prąd znamionowy transformatora, a prąd nastawczy zabezpieczenia zwarciowego jest zwykle 6-10 razy większy od prądu znamionowego transformatora; Nastawiony prąd zabezpieczenia przeciążeniowego jest równy prądowi znamionowemu transformatora.

12) Po wstępnym wybraniu typu i klasy wyłącznika należy współpracować z charakterystykami ochronnymi górnego i dolnego wyłącznika, aby uniknąć zadziałania typu „przeskok” i zwiększyć zakres wypadków.

Selektywność wyłącznika

Wyłączniki stosowane w systemach dystrybucji energii można podzielić na typy selektywne i nieselektywne, zgodnie z ich skutecznością zabezpieczeniową. Istnieją dwa rodzaje selektywnych wyłączników niskiego napięcia: ochrona dwustopniowa i ochrona trzystopniowa. Wśród nich charakterystyki chwilowe i charakterystyki krótkiego opóźnienia są odpowiednie do działania zwarciowego, natomiast charakterystyki długiego opóźnienia są odpowiednie do zabezpieczenia przed przeciążeniem. Wyłączniki nieselektywne są zazwyczaj bezzwłoczne i używane wyłącznie do ochrony przed zwarciami. Niektóre z nich to działania o dużym opóźnieniu, które są wykorzystywane wyłącznie do ochrony obciążenia. W systemie dystrybucji energii, jeśli wyłącznik górnego poziomu wykorzystuje wyłącznik selektywny, a wyłącznik dolnego poziomu przyjmuje wyłącznik nieselektywny lub wyłącznik selektywny, w celu uzyskania selektywności należy głównie wykorzystać różnicę w działaniu opóźnienia lub czasie działania opóźnienia wyzwalacza o krótkim opóźnieniu. Podczas przechodzenia przez działanie opóźniające wyłącznika na wyższym poziomie należy zwrócić uwagę na następujące problemy.

1) Niezależnie od tego, czy następny stopień jest wyłącznikiem selektywnym, czy nieselektywnym, prąd nastawczy bezzwłocznego wyzwalacza nadprądowego wyłącznika poprzedniego stopnia nie powinien być mniejszy niż 1,1-krotność maksymalnego trójfazowego prądu zwarciowego na końcu wylotowym wyłącznika następnego stopnia.

2) Jeżeli kolejnym stopniem jest wyłącznik nieselektywny, to aby zapobiec wystąpieniu prądu zwarciowego w obwodzie chronionym przez wyłącznik kolejnego stopnia, czułość działania bezzwłocznego tego stopnia jest niewystarczająca, przez co wyzwalacz nadprądowy krótkozwłoczny poprzedniego stopnia zadziała jako pierwszy i straci swoją selektywność. Ogólnie rzecz biorąc, prąd nastawczy krótkozwłocznego wyzwalacza nadprądowego wyłącznika górnego poziomu jest nie mniejszy niż 1,2 razy większy od bezzwłocznego wyzwalacza nadprądowego dolnego poziomu.

3) Jeżeli kolejnym stopniem jest także wyłącznik selektywny, to w celu zapewnienia selektywności czas działania krótkozwłocznego wyłącznika na kolejnym stopniu jest o co najmniej 0,1 s dłuższy niż wyłącznika na kolejnym stopniu. Ogólnie rzecz biorąc, aby zapewnić selektywne działanie pomiędzy górnym i dolnym wyłącznikiem niskiego napięcia, wyłącznik górnego poziomu powinien wybrać zabezpieczenie nadprądowe

wyzwalacz z krótkim opóźnieniem, a jego prąd działania powinien być o więcej niż jeden poziom wyższy niż prąd zadziałania wyzwalacza nadprądowego dolnego poziomu, a przynajmniej prąd zadziałania Iop.1 wyłącznika górnego poziomu nie powinien być mniejszy niż 1,2 razy większy od wyłącznika dolnego poziomu, tj. iop1 ≥ 1,2 iop.2.

Ochrona kaskadowa wyłącznika

Przy projektowaniu systemu dystrybucji mocy selektywna współpraca między górnym i dolnym stopniem wyłączników musi mieć „selektywność, szybkość i czułość”.

Selektywność związana jest ze współpracą wyłączników górnego i dolnego, natomiast szybkość i czułość związane są odpowiednio z charakterystyką urządzeń ochronnych i trybem pracy linii.

Jeśli górny i dolny wyłącznik automatyczny są odpowiednio dopasowane, obwód powodujący usterkę można selektywnie usunąć, aby zapewnić, że inne wolne od usterek obwody w systemie dystrybucyjnym będą nadal działać normalnie. W przeciwnym razie wpłynie to na niezawodność systemu dystrybucyjnego.

Ochrona kaskadowa to konkretne zastosowanie właściwości ograniczających prąd wyłączników. Jego główną zasadą jest wykorzystanie funkcji ograniczania prądu wyłączników nadrzędnych w celu wybrania wyłączników o niższej zdolności wyłączania w celu zmniejszenia kosztów i oszczędności wydatków.

Nadrzędny wyłącznik automatyczny QF1 ograniczający prąd może przerwać maksymalny oczekiwany prąd zwarciowy w miejscu instalacji. Ponieważ wyłączniki nadrzędne i podrzędne są instalowane szeregowo w systemie dystrybucji mocy, w przypadku wystąpienia zwarcia na wyjściu wyłącznika dolnego poziomu QF2 rzeczywista wartość prądu zwarciowego jest znacznie mniejsza niż oczekiwany prąd zwarciowy w tym miejscu ze względu na ograniczający prąd efekt nadrzędnego wyłącznika QF1. Oznacza to, że zdolność wyłączania wyłącznika niższego poziomu QF2 jest znacznie zwiększona za pomocą nadrzędnego wyłącznika QF1, który przekracza jego znamionową zdolność wyłączania. Ten rodzaj zabezpieczenia kaskadowego również spełnia pewne warunki, np. sąsiednie obwody nie mogą mieć ważnych obciążeń (ponieważ w przypadku zadziałania QF1 obwód QF3 również straci moc), a jednocześnie wartość nastawy chwilowej QF1 i QF2 powinna być odpowiednio dopasowana. Dane kaskadowe można określić wyłącznie eksperymentalnie, a odpowiedni dobór górnego i dolnego wyłącznika może określić wyłącznie producent wyłącznika.

Czułość wyłącznika

Aby zapewnić niezawodne działanie natychmiastowego lub krótkotrwałego wyzwalacza nadprądowego wyłącznika, gdy w jego zakresie ochronnym w minimalnym trybie pracy systemu wystąpi najmniejsze zwarcie. Czułość zabezpieczenia wyłącznika musi spełniać wymagania Kodeksu projektowania dystrybucji niskiego napięcia (CB50054-95), zgodnie z którymi jego czułość nie powinna być mniejsza niż 1,3, czyli Sp=lk.min/Iop≥1,3. Gdzie lop to prąd działania bezzwłocznego lub krótkotrwałego wyzwalacza nadprądowego, Ik.Min to jednofazowy prąd zwarciowy lub dwufazowy prąd zwarciowy na końcu linii chronionej przez wyłącznik w minimalnym trybie pracy systemu, a Sp to czułość wyłącznika.

Przy wyborze wyłącznika należy zwrócić także uwagę na sprawdzenie jego czułości. W przypadku wyłącznika selektywnego, wyposażonego zarówno w wyzwalacz nadprądowy z krótkim opóźnieniem, jak i z bezzwłocznym wyzwalaczem nadprądowym, należy zweryfikować jedynie czułość działania wyzwalacza nadprądowego z krótkim opóźnieniem, a czułość działania bezzwłocznego wyzwalacza nadprądowego nie wymaga sprawdzania.

Wybór i ustawienie wyzwalacza wyłącznika

(1) Ustawienie prądu działania bezzwłocznego wyzwalacza nadprądowego

Wśród obiektów chronionych przez wyłącznik znajdują się urządzenia elektryczne, które podczas procesu rozruchu w krótkim czasie wytworzą wysoki prąd szczytowy, kilkakrotnie większy od prądu znamionowego, powodując w ten sposób, że wyłącznik wytrzymuje duży prąd szczytowy w krótkim czasie. Prąd działania lop(o) bezzwłocznego wyzwalacza nadprądowego musi unikać prądu szczytowego Ipk linii,

to znaczy IOP (o) ≥ krel ipk. Gdzie Krel jest współczynnikiem niezawodności. Przy wyborze wyłącznika należy zwrócić uwagę na uniknięcie prądu szczytowego w przypadku natychmiastowego wyzwalania nadprądowego wyłącznika, aby uniknąć nieprawidłowego działania wyłącznika.

(2) Ustawienie prądu działania i czasu działania wyzwalacza nadprądowego z krótkim opóźnieniem.

Loop(y) prądu działania wyzwalacza nadprądowego z krótkim opóźnieniem powinny także unikać prądu szczytowego Ipk linii, to znaczy IOP(s) ≥ krel ipk. Gdzie Krel jest współczynnikiem niezawodności. Czas działania wyzwalacza nadprądowego z krótkim opóźnieniem dzieli się ogólnie na trzy typy: 0,2 s, 0,4 s i 0,6 s. Określa się go na podstawie selektywności zabezpieczeń przednich i tylnych urządzeń zabezpieczających, przy czym czas działania pierwszego zabezpieczenia powinien być dłuższy niż drugiego zabezpieczenia o różnicę czasu.

(3) Ustawienie prądu działania i czasu działania wyzwalacza nadprądowego o długim opóźnieniu.

Wyzwalacz nadprądowy o długim opóźnieniu służy głównie do ochrony przed przeciążeniem, więc jego prąd działania Iop(l) musi jedynie unikać maksymalnego prądu obciążenia linii, to znaczy obliczonego prądu I30, to znaczy IOP (L) ≥ Krel I30. Gdzie Krel jest współczynnikiem niezawodności. Czas działania wyzwalacza nadprądowego o długim opóźnieniu powinien unikać czasu trwania krótkotrwałego przeciążenia, aby nie spowodować nieprawidłowego działania wyłącznika niskiego napięcia.

(4) Dopasowanie wymagań pomiędzy prądem działania wyzwalacza nadprądowego i chronioną linią.

Aby zapobiec przegrzaniu izolowanego kabla, uszkodzeniu lub nawet pożarowi spowodowanemu przeciążeniem lub zwarciem i aby wyłącznik nie zadziałał, lop prądu zadziałania wyzwalacza nadprądowego wyłącznika powinien spełniać wymagania wzoru oraz lop≤Kol·Ial. Gdzie Ial jest dopuszczalną obciążalnością prądową izolowanego kabla; Kol jest dopuszczalnym współczynnikiem krótkotrwałego przeciążenia izolowanego kabla i wynosi zazwyczaj 4,5 dla wyzwalania nadprądowego bezzwłocznego i o krótkim opóźnieniu; W przypadku wyzwalacza nadprądowego o długim opóźnieniu należy przyjąć 1,1 dla zabezpieczenia zwarciowego i 1 tylko dla zabezpieczenia obciążenia. Jeżeli powyższe wymagania dopasowujące nie są spełnione, należy ponownie dobrać prąd pracy wyzwalacza lub odpowiednio zwiększyć pole przekroju poprzecznego przewodu lub kabla.