Автоматический выключатель. Устройство, схемы включения, характеристики, выбор автоматических выключателей.
Автоматический выключатель (механический) (МЭС 441-14-20): механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких как токи короткого замыкания.
Механический коммутационный аппарат (МЭС 441-14-02): коммутационный аппарат, предназначенный для замыкания и размыкания одной или более электрических цепей с помощью разъединяемых контактов.
Коммутационный аппарат (МЭС 441-14-01): аппарат, предназначенный для включения или отключения тока в одной или более электрических цепях.
Характеристики АВ установлены в следующих терминах:
- тип выключателя;
- номинальные и предельные значения параметров главной цепи;
- категории применения;
- цепи управления;
- вспомогательные цепи;
- расцепители;
- встроенные плавкие предохранители (выключатели со встроенными плавкими предохранителями) по (4.8 МЭК 60947-1);
- коммутационные перенапряжения по (4.9 МЭК 60947-1).
В соответствии с МЭК 60050 (441), применительно к АВ общеприняты нижеследующие термины:
- главная цепь АВ: совокупность всех токопроводящих частей автоматического выключателя, входящих в цепь, которую он предназначен замыкать и размыкать;
- цепь управления АВ: цепь (кроме главной цепи), предназначенная для осуществления замыкания или размыкания, или осуществления обеих функций автоматического выключателя;
- вспомогательная цепь АВ: совокупность токопроводящих частей автоматического выключателя, предназначенных для включения в цепь, кроме главной цепи и цепи управления автоматического выключателя;
- полюс АВ: часть автоматического выключателя, связанная исключительно с одним электрически независимым токопроводящим путем главной цепи и имеющая контакты, предназначенные для замыкания и размыкания главной цепи, и не включающая элементы, предназначенные для монтажа и оперирования всеми полюсами;
- главный контакт: контакт, включенный в главную цепь АВ и предназначенный для проведения в замкнутом положении тока главной цепи;
- дугогасительный контакт (МЭС 441-15-08): контакт, на котором предполагается возникновение дуги;
- контакт управления: контакт, входящий в цепь управления АВ и механически приводимый в действие этим автоматическим выключателем;
- вспомогательный контакт: контакт, входящий во вспомогательную цепь и механически приводимый в действие АВ (например, для указания положения контактов);
- расцепитель: устройство, механически связанное с автоматическим выключателем (или встроенное в него), которое освобождает удерживающее устройство в механизме автоматического выключателя и вызывает автоматическое срабатывание выключателя;
- максимальный расцепитель тока: расцепитель, вызывающий срабатывание автоматического выключателя с выдержкой времени или без нее, когда ток в этом расцепителе превышает заданное значение;
- максимальный расцепитель тока прямого действия: максимальный расцепитель тока, срабатывающий непосредственно от протекающего тока в главной цепи автоматического выключателя;
- расцепитель перегрузки: максимальный расцепитель тока, предназначенный для защиты от перегрузок;
- выключатель со свободным расцеплением: автоматический выключатель, подвижные контакты которого возвращаются в разомкнутое положение и остаются в нем, когда операция автоматического размыкания начинается после начала операции замыкания, даже если сохраняется команда на замыкание;
- ожидаемый ток АВ (МЭС 441-17-01): ток, который протекал бы в цепи, если бы каждый полюс автоматического выключателя был заменен проводником с ничтожно малым сопротивлением;
- ожидаемый пиковый ток (МЭС 441-17-02): пиковое значение ожидаемого тока во время переходного периода после его возникновения;
- наибольшая включающая и отключающая способность: переменная составляющая ожидаемого тока, выраженная его действующим значением, которую АВ может включать, проводить в течение времени отключения и отключать при указанных условиях;
- ток отключения: ток в полюсе выключателя в момент возникновения дуги при отключении;
- время размыкания: время, замеренное от момента, когда в АВ, находящемся в замкнутом положении, ток в главной цепи достигает уровня срабатывания максимального расцепителя тока, до момента разъединения дугогасительных контактов во всех полюсах;
- время горения дуги в полюсе (МЭС 441-17-37): интервал между моментом появления дуги и моментом окончательного гашения дуги в этом полюсе;
- время горения дуги в многополюсном АВ: интервал между моментом первого появления дуги и моментом окончательного гашения дуг во всех полюсах;
- время отключения: интервал между началом размыкания АВ и концом времени горения дуги;
- ∫I²dt (интеграл Джоуля): интеграл квадрата силы тока по данному интервалу времени;
- характеристика I²t автоматического выключателя: кривая, отражающая максимальные значения I²t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации.
Все АВ можно классифицировать по основным параметрам:
1. Тока в цепи: постоянный, переменный, смешанный.
2. Количества полюсов: от одного до четырех.
3. Типа расцепителя:
- электромагнитный или электронный расцепитель максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически независимой от тока скоростью срабатывания;
- электротермический или электронный инерционный расцепитель максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени;
- расцепитель тока утечки;
- расцепитель минимального напряжения;
- расцепитель обратного тока или обратной мощности;
- независимый расцепитель (для дистанционного отключения выключателя).
Первые два типа устанавливают во всех полюсах, остальные расцепители - по одному на автоматический выключатель. Токи уставки, а также выдержки времени токовых расцепителей могут быть регулируемыми. В одном АВ можно применять один или несколько типов токовых расцепителей и дополнительно к ним расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель и электромагнит включения .
Расцепители тока утечки устройства защитного отключения применяют для быстрого отключения участков сети, в которых из-за нарушения изоляции или прикосновения людей к проводникам возникает ток утечки на землю. При этом ток уставки расцепителя выбирают в пределах от 10 до 30 мА, а время, в зависимости от напряжения сети, в пределах от 10 до 100 мс.
Расцепители минимального напряжения применяют в целях отключения источников питания при прекращении ими питания сети, а также в целях отключения электроприемников, самозапуск которых
при автоматическом восстановлении питания нежелателен или недопустим. Напряжение срабатывания расцепителя выбирают в пределах от 0,8 до 0,9 ином, время срабатывания - в соответствии с требованиями систем автоматического восстановления питания сети.
Расцепители обратного тока или обратной мощности применяют для защиты генераторов, работающих на электрическую систему, от выпадения из синхронизма (для синхронных генераторов).
Независимые расцепители применяют для местного дистанционного и автоматического отключения АВ при срабатывании внешних защитных устройств.
4. Тип корпуса: с креплением на DIN-рейку, стационарный.
5. Ограничение по максимальному току: наличие, отсутствие.
6. Время срабатывания: по времени срабатывания электромагнитные и аналогичные им электронные расцепители имеют четыре разновидности:
- расцепители, обеспечивающие срабатывание АВ за время, намного меньшее 0,01 с, и отключение тока КЗ раньше, чем он достигает своего ударного значения. Такие АВ называют токоограничивающими (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Защитные характеристики автоматических выключателей
- расцепители, обеспечивающие отключение тока КЗ при первом прохождении тока через нулевое значение (1с = 0,01 с);
- нерегулируемые расцепители, время срабатывания которых превышает 0,01 с;
- расцепители с регулируемой выдержкой времени (0,1-0,7с), позволяющие добиться замедленной работы относительно других щитков той же сети; их называют селективными.
Автоматические выключатели могут иметь следующие защитные характеристики (см. рис. 3.1):
- зависимую от тока характеристику времени срабатывания (тепловой расцепитель) (кривая 1);
- независимую от тока характеристику времени срабатывания (электромагнитный расцепитель) (кривая 2);
- ограниченно зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания (комбинированный расцепитель) без выдержки времени (кривая 3) или с выдержкой времени (кривая 4). Эти АВ называют селективными.
Селективные АВ могут иметь и трехступенчатую защитную характеристику (кривая 5); зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ.
Автоматические выключатели, имеющие ограниченно зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания без выдержки времени (рис. 3.1, кривая 3), разделяются на типы и обозначаются буквами A, B, C, D, K, Z, MA.
Тип А. Применение таких АВ (рис. 3.2) рекомендовано в случае нагрузки в виде полупроводниковых приборов и в электроустановках с повышенной протяженностью электрической сети.
Верхняя часть графика (рис. 3.2) показывает зависимость времени отключения теплового расцепителя (биметаллической пластины) от тока перегрузки. Нижняя заштрихованная область графика показывает скорость срабатывания при коротком замыкании.
Весьма широкая зона значений на графике (рис. 3.2) обусловлена сильным разбросом параметров АВ от температуры как от внешней, так и от внутренней.
Внутренний нагрев обусловлен проходящим через АВ электрическим током, который достигает кратных значений в аварийных режимах.
Рис. 3.2. Времятоковая характеристика автоматического выключателя, тип А
Тип B. Применение таких АВ (рис. 3.3) рекомендовано при электромонтажных работах в случае нагрузки в виде бытовых осветительных приборов и для защиты цепей с небольшой величиной кратности токов запуска.
Электромагнитный расцепитель реагирует на 3-5-кратное превышение номинального тока на переменном токе (зона AC) и 3-7,5-кратное на постоянном токе (зона DC).
Разделение на зоны AC и DC обусловлено большим нагревом автоматического выключателя на постоянном токе, чем на переменном.
Тип С. Автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа С (рис. 3.4) применяются для защиты осветительных электрических сетей и электродвигателей с не очень большими пусковыми токами.
Электромагнитный расцепитель реагирует на 5-10-кратное превышение номинального тока на переменном токе (зона AC) и 5-15-кратное на постоянном токе (зона DC).
Рис. З.З. Времятоковая характеристика автоматического выключателя тип В
Тип D. Автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа D (рис. 3.5) применяются для защиты активно-индуктивных электрических цепей и двигателей с тяжелым пуском (например, транспортер на ферме, убирающий навоз).
Электромагнитный расцепитель реагирует на 10-20-кратное превышение номинального тока на переменном токе (зона AC) и 10-30-кратное на постоянном токе (зона DC).
Тип К. Автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа K (рис. 3.6) применяются для защиты индуктивной нагрузки (электродвигатели, трансформаторы и т. п.).
Электромагнитный расцепитель реагирует на 8-12-кратное превышение номинального тока на переменном токе (зона AC) и 8-18-кратное на постоянном токе (зона DC).
Рис. 3.4. Времятоковая характеристика автоматического выключателя тип С
Тип Z. Автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа Z (рис. 3.7) так же, как и с характеристикой типа А, применяются для защиты электронных (полупроводниковых) нагрузок.
Электромагнитный расцепитель реагирует на 2-3-кратное превышение номинального тока на переменном токе (зона AC) и 3-4,5-кратное на постоянном токе (зона DC).
Тип MA. Автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа MA так же, как и с характеристикой типа К, применяются в цепях питания электродвигателей, но оборудованы только электромагнитным элементом защиты.
Независимо от назначения и быстродействия автоматических выключателей в их состав входят следующие основные элементы:
- главная контактная система (главные контакты);
Рис. 3.5. Времятоковая характеристика автоматического выключателя тип D
- дугогасящая система;
- привод;
- расцепляющее устройство;
- расцепители;
- вспомогательные контакты.
Главная контактная система - важнейший элемент АВ, определяющий его основные параметры. Она должна: обеспечивать, не перегреваясь и не окисляясь, продолжительный режим работы при номинальном токе; быть способной, не повреждаясь, включать и отключать большие токи короткого замыкания.
В связи с этим в АВ на средние и большие токи с высокой отключающей способностью применяются многоступенчатые контактные системы, состоящие, например, из основных и дугогасящих контактов.
Рис. 3.6. Времятоковая характеристика автоматического выключателя тип К
Рис. 3.7. Времятоковая характеристика автоматического выключателя тип Z
Дугогасящая система должна обеспечивать отключение больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме. Под воздействием возникающих электродинамических сил дуга быстро растягивается и гаснет, но ее пламя занимает очень большое пространство. Задача дугогасящего устройства заключается в том, чтобы ограничить размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. В связи с этим широкое распространение получили камеры с дугогасящими решетками и камеры с узкими щелями. В современных конструкциях все большее применение находят пламегасящие решетки, что приводит к образованию таких комбинированных устройств, как камера с дугогасящей решеткой плюс пламегасящая решетка, камера с дугогасящей решеткой в узкой щели плюс пламегасящая решетка и т. п.
Привод служит для включения АВ по чей-либо команде (оператора, системы автоматического управления и др.). Автоматические выключатели бывают с ручным или двигательным приводом либо и с тем, и с другим. Под двигательным понимают привод, в котором используется сила, создаваемая любым источником энергии (электромагнитом, электродвигателем, пневматической, гидравлической системами и т. д.), кроме мускульной силы оператора. Отключение выключателя осуществляется пружинами после разъединения расцепляющего устройства.
Расцепляющее устройство предназначено для исключения возможности удерживать контакты АВ во включенном положении рукояткой (дистанционным приводом) при наличии ненормального режима работы в защищаемой цепи; обеспечения моментного отключения, т. е. скорости расхождения контактов, не зависящей от оператора, рода и массы привода.
Расцепляющее устройство представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, соединяющих привод включения с системой подвижных контактов, которые соединены с отключающей пружиной.
Выключатель в зависимости от типа и конструкции имеет дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся на нём снаружи. Ими могут быть независимый расцепитель, нулевой или минимальный расцепители напряжения, свободные или вспомогательные контакты, ручной, электромагнитный или электродвигательный привод, сигнализация автоматического отключения (контакты состояния), устройство для запирания выключателя в положении «Отключено».
Автоматические выключатели производятся многими европейскими, российскими, японскими и китайскими компаниями. Среди основных марок европейских производителей можно выделить ABB, Siemens, SchneiderElectric, Legrand, Moeller и Hager [5, 6, 7, 8, 9, 10]. Среди российских производителей можно отметить ОАО «Дивногорский завод низковольтной аппаратуры», ОАО «ЧЭАЗ» - г. Чебоксары, ОАО «Электроаппарат» - г. Курск, ОАО «Контактор» - г. Ульяновск, IEK, EKF.
Автоматические выключатели от компаний «SchneiderElectric», «АВВ» и «Legrand» являются самыми качественными устройствами такого типа. В их пользу также говорит широкий диапазон номинальных токов, а также высокая механическая и электрическая коммутирующая способность.
Автоматические выключатели от компаний российских производителей, как правило, уступают в технических характеристиках их зарубежным аналогам. Такие устройства характеризуются низкой степенью электрической и механической износостойкости, что делает их не столь долговечными.
Автоматические выключатели SchneiderElectricMulti 9 (Acti 9) для сетей низкого напряжения на токи 0,25-125 А предназначены:
- для коммутации и защиты цепей от перегрузок и коротких замыканий в административных, промышленных и жилых зданиях;
- защиты кабелей и пусковых устройств двигателей от коротких замыканий;
- защиты двигателей от коротких замыканий;
- управления и защиты цепей с глухо заземленной нейтралью (TT) или с заземленной нейтралью у источника питания (TNS) от перегрузок и коротких замыканий в жилых, общественных и сельскохозяйственных сооружениях;
- защиты цепей постоянного тока от короткого замыкания и перегрузки, а также для управления и секционирования.
Рекомендации по выбору автоматических выключателей Multi 9 приведены в таблице 3.1.
| Назначение | Номинальный ток, А | Напряжение, В | Тип | Кривые | Ток отключения, кА |
| Коммутация и защита цепей от пеpегpузок и кз в административных, промышленных и жилых зданиях | 2 ... 40 | 230 .... 400 | C60А | B/C | 4,5 |
| 0,5 ... 63 | 230 .... 400 | C60N | B/C/D | 4,5 … 6 | |
| 0,5 ... 63 | 230 .... 400 | C60H | B/C/D | 4,5 ... 10 | |
| 0,5 ... 63 | 240 .... 415 | C60L | B/C/Z/K | 4,5 ... 15 | |
| 10 ... 125 | 230 ... 400 | C120H | B/C/D | 4,5 ... 15 | |
| 63 ... 125 | 230 ... 400 | C120N | B/C/D | 4,5 ... 10 | |
| Защита кабелей и пусковых устройств двигателей от кз | 1,6 ... 40 | 230... 440 | C60LMA | MA | 4,5 ... 25 |
| Защита двигателей от кз | 4 ... 80 | 500 | NG125L MA | MA | 4,5 ... 50 |
| Коммутация и защита цепей от перегрузок и кз в зданиях c повышенной отключающей способностью | 10 ... 125 10 ... 80 10 ... 80 | 500 500 500 | NG125N NG125H NG125L | B/C/D B/C/D B/C/D | 4,5 ... 25 4,5 ... 36 4,5 ... 50 |
| Убавление и защита цепей с заземленной нейтpалью у источника питания (TNS) от пеpегpузок и кз в жилых, общественных и с/х сооpужениях | 1 ... 40 | 230 | DPN N | B/C | 6 |
В зависимости от назначения и условий применения АВ Multi 9 комплектуются различного типа вспомогательными электрическими устройствами. Вспомогательные электрические устройства позволяют осуществлять дистанционное отключение и сигнализацию состояния АВ C60, C120 и DPN N. Они монтируются с левой стороны от АВ (рис. 3.8).
От компаний российских производителей наибольшее распространение получили следующие типы АВ, применяемые в сельскохозяйственных установках: А63, АЕ1000, АЕ2000, А3100, А3700 и ВА.
Рис. 3.8. Вспомогательные электрические устройства для C60, C120 и DPN N
Необходимо отметить, что АВ серии ВА (торговая марка IEK - производитель Интер электро комплект) на номинальные токи от 25 до 400 А предназначены для замены автоматических выключателей АЕ2000, А3100, А3700 и «Электрон», а их габариты и вес на 10-20 % меньше аналогичных выключателей других отечественных производителей.
Автоматические выключатели ВА88 предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузке, недопустимых снижениях напряжения, а также для оперативных включений и отключений участков электрических цепей и рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным рабочим напряжением до 400 В частотой 50 Гц. Серийный ряд состоит из 6 габаритов (типоразмеров) на номинальные токи от 12,5 до 1600 А и отключающей способностью от 12,5 до 50 кА.
Стандартная комплектация каждого автоматического выключателя состоит из переходных шин или кабельных наконечников, межфазных перегородок, комплекта винтов и гаек для подсоединения проводников, комплекта винтов для крепления автоматического выключателя к монтажной панели.
Структура обозначения выключателя:
ВА-88 -ХХ1 -ХХ2 -ХХ3 -ХХ4 -Х5 -Х6 -Х7:
- ХХ1: обозначение серии;
- ХХ2: условное обозначение максимального номинального тока: 32 - 125 А; 33 - 160 А; 35 - 250 А; 37 - 400 А; 40 - 800 А; 43 - 1600 А;
- XX3: число полюсов: 3, 3+N, 4;
- ХХ4: способ установки и монтажа проводников: СП - стационарный передним присоединением; СЗ - стационарный с задним присоединением; ВП - втычной с передним присоединением; ВЗ - втыч- ной с задним присоединением; КП - выдвижной с передним присоединением; КЗ - выдвижной с задним присоединением;
- X5: привод управления: Р - ручной; П - ручной поворотный; Д - электропривод;
- X6: дополнительные расцепители: О - отсутствуют; Н - независимый расцепитель; М - минимальный расцепитель;
- X7: вспомогательные контакты: О - отсутствуют; С - аварийные; В - дополнительные; К - аварийные и дополнительные.
Автоматический выключатель ВА88 выполнен в виде моноблока (рис. 3.9, а) и состоит из основания и крышки с фальшпанелью, в которой имеется окно для рукоятки управления и толкатель кнопки «Тест» проверки механизма отключения выключателя. Основание является несущей конструкцией для присоединительных (винтовых) зажимов (рис. 3.9, а, 1), неподвижных силовых контактов (рис. 3.9, а, 2) с системой дугогашения (рис. 3.9, а, 3), механизма управления с системой подвижных контактов (рис. 3.9, а, 4), блока защиты от сверхтоков. Основание выполнено из термореактивного пластика (рис. 3.9, а, 5), способного выдерживать высокие температуры и сильные электродинамические воздействия, возникающие в выключателе при протекании и отключении сверхтоков. Крышка закрывает все подвижные элементы механизма управления и внутренние токоведущие части.
Механизм управления (взвода) выключателя (рис. 3.9, а, 6) построен на принципе переламывающегося рычага и снабжен мощной возвратной пружиной. При взведении рукоятки механизма управления приводится в движение изолирующая рейка (рис. 3.9, а, 7), на которой закреплены подпружиненные подвижные силовые контакты с гибкими соединениями. Рейка поворачивается в боковых направляющих, обеспечивая не только замыкание подвижных и неподвижных силовых контактов, но и необходимые провалы для увеличения и выравнивания давления на подвижные контакты.
Рис. 3.9. Внутреннее устройство (а) выключателя ВА88 и дугогасительной камеры (б) в исполнении ВА88 -35: 1 - винтовые зажимы; 2 - неподвижные силовые контакты; 3 – блок системы дугогашения; 4 - подвижные силовые контакты; 5 - корпус из термостойкой АБС-пластмассы; 6 - механизм взвода; 7 – изолирующая рейка; 8 - плоская рейка; 9 - регулировочные винты теплового расцепителя; 10 - узел теплового и электромагнитного расцепителя
Действие возвратной пружины блокируется элементами переламывающегося рычага, находящимися в этот момент на одной прямой линии и опирающимися одним коленом на выступ поворотного элемента «сброса» механизма управления. Сброс механизма управления осуществляется посредством плоской рейки (рис. 3.9, а, 8), на которую воздействуют через регулировочные винты (рис. 3.9, а, 9) толкатели биметаллических пластин тепловых расцепителей и электромагнитов защиты (рис. 3.9, а, 10) от коротких замыканий.
Система дугогашения АВ в исполнениях ВА88-32, 33 состоит из дугогасительных решеток со стальными никелированными вкладышами; в исполнении ВА88-35 и выше применены дополнительные распылители дуги в виде толстых перфорированных стальных пластин (рис. 3.9, б), вставленных в крышку. Все АВ ограничивают ток короткого замыкания. Увеличенная скорость разрыва контактов, динамическое действие магнитного поля и структура дугогасящей камеры способствуют гашению дуги в кратчайшее возможное время, ограничивая величину интеграла Джоуля и пик тока.
Подвижные контакты находятся в состоянии покоя только в замкнутом или разомкнутом положении, даже когда органы управления находятся в промежуточном положении. Действие механизма не зависит от давления на рукоятку и скорости включения. Рукоятка АВ имеет три положения (включено, отключено и промежуточное после срабатывания от расцепителей). Для включения после срабатывания необходимо рукоятку перевести из промежуточного положения в положение «Откл», а затем - «Вкл».
Проверка и профилактические работы могут быть проведены в выключенном состоянии без отсоединения подводящих проводников. Доступ к дугогасящим камерам, подвижным и неподвижным контактам обеспечивается после снятия крышки АВ, что ускоряет и облегчает обслуживание.
Автоматические выключатели серии ВА88 оснащены, в зависимости от модели, тепловым и электромагнитным или электронным расцепителями. Тепловой и электромагнитный расцепитель предназначен для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания соответственно. Защита от перегрузки обеспечивается с помощью биметаллического теплового элемента с возможностью регулировки для ВА88-35, 37, 40. Защита от короткого замыкания обеспечивается с помощью электромагнитного элемента. Уставка электромагнитного расцепителя имеет фиксированный порог срабатывания. Времятоковые характеристики теплового и электромагнитного расцепителей приведены на рисунке 3.10. Температура настройки расцепителей 40 °С.
Автоматический выключатель серии ВА13 (рис. 3.10) предназначен для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках и коротких замыканиях или только при коротких замыканиях, а также для оперативных включений и отключений электрических цепей.
Основное назначение АВ серии ВА13 - защита кабелей и проводов, а также электродвигателей. К особенностям АВ данного типа относятся:
- наличие электромагнитного расцепителя с гидравлическим замедлением срабатывания в зоне токов перегрузки, который сочетает функции двух классических расцепителей максимального тока: для защиты от перегрузки - функции тепловых; для защиты от коротких замыканий - функции электромагнитных;
Рис. 3.10. Времятоковые характеристики срабатывания ВА88 с тепловым и электромагнитным расцепителем: 1, 2 - времятоковая характеристика теплового расцепителя с холодного и нагретого состояния, соответственно; 3 - зона срабатывания электромагнитного расцепителя сверхтока
- высокая вибро- и ударостойкость по сравнению с АВ с тепловыми расцепителями, высокая сейсмостойкость (9 баллов по MSK-64);
- малая зависимость время - токовых характеристик от температуры среды. Начальный ток расцепления неизменен в диапазоне температур от -40°С до +60°С;
- более высокая термостойкость при токах короткого замыкания, чем у АВ с тепловымирасцепителями. Благодаря этому предельная отключающая способность данных АВ едина для всех номинальных токов расцепителей;
- контактная система «мостикового» типа обеспечивает двойной разрыв электрической цепи в каждом полюсе.
При правильно выполненной системе заземления , АВ предотвращают поражение человека электрическим током при косвенных прикосновениях. АВ выпускаются в двух- и трехполюсном исполнениях и могут работать в цепях постоянного или переменного тока. Соответствуют требованиям ГОСТ В 9098-78. Износостойкость АВ при его отключении независимым расцепителем составляет 6 300 циклов, а при отключении максимальными расцепителями - 200 циклов.
Структура условного обозначения:
ВА13 - ХХ1-Х1 Х2 ХХ2 ХХ3
ХХ1- обозначение номинального тока аппарата:
25-25 А; 29-63 А;
Х1 - число полюсов: 2, 3.
Х2- вид максимального расцепителя:
2 - защита в зоне токов короткого замыкания;
3 - защита в зоне токов короткого замыкания и в зоне токов перегрузки.
ХХ2 - обозначение независимого расцепителя и свободных контактов:
00 - без независимого расцепителя и свободных контактов;
11- свободные контакты;
12 - независимый расцепитель;
18 - независимый расцепитель и свободный контакт 1Р.
ХХ3 - климатическое исполнение и категория размещения:
У3, Т3 - ВА13-29; О5 - ВА13-25.
Автоматические выключатели типов ВА16-21, ВА16-23, ВА16-25, ВА16-27 предназначены для защиты электрических цепей переменного тока до 40 А включительно с номинальным напряжением 230 В частотой 50 и 60 Гц при перегрузках и коротких замыканиях и для
нечастых (до 6 в час) оперативных включений и отключений указанных цепей вручную . Номинальный ток расцепителей: 21-10 А; 23-16 А; 25-25 А; 27-40 А.
АВ изготовляются с комбинированными (электромагнитными и тепловыми расцепителями); по способу присоединения проводников - механическими креплениями; по способу монтажа - панельнощитового типа (для установки на рейках); по защите от внешних воздействий - закрытого исполнения, встраиваемые.
АВ оснащены выводами, допускающими присоединение алюминиевых и медных проводов и шин с сечением от 1,5 до 6 мм2.
Разработаны взамен выключателя АЕ 1031 и имеет согласованные с ним установочные размеры.
Структура условного обозначения и значения параметров для выключателя ВА 16-26-140010-20УХЛ4 приведены в таблице 3.2.
Условное обозначение | Значение параметра | Параметр |
ВА 16-26 | ВА 16-26 | Серия |
ВА 16-26-1 | 1п | Число полюсов |
ВА 16-26-12 | Рэ | Исполнение максимальной токовой защиты |
ВА 16-26-14 | РэРт | |
ВА 16-26-1400 | Нет | Наличие свободных контактов |
ВА 16-26-14001 | Стационарный, ручной привод | Исполнение привода и установки |
ВА 16-26-140010 | Нет | Наличие дополнительных механизмов |
ВА 16-26-140010-20 | IP20 | Степень защиты |
ВА 16-26-140010- 20УХЛ4 | УХЛ4 | Климатическое исполнение, категория размещения |
Автоматические выключатели серии ВА 47-29 и ВА 47-100 - электрические коммутационные аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), а также для осуществления оперативного управления участками электрических цепей . Выключатели, снабженные двумя системами защиты от сверхтока: электротепловой и электромагнитной, с взаимосогласованными характеристиками B, С, D
(ВА 47-100 только С, D). Предусмотрено одно-, двух-, трех- и четырехполюсное исполнение, монтаж АВ производят на 35 мм монтажную DIN-рейку.
ВА 47-29 (рис. 3.11) предназначен для защиты распределительных и групповых цепей, имеющих различную нагрузку: электроприборы; освещение; АВ с характеристикой В; двигатели с небольшими пусковыми токами (компрессор, вентилятор); АВ с характеристикой C; двигатели с большими пусковыми токами (подъемные механизмы, насосы); АВ с характеристикой D. ВА47-29 рекомендуются к применению в вводно-распределительных устройствах для жилых и общественных зданий (ВА47-29М на производстве). Номенклатура выключателей включает в себя 200 типоисполнений на 18 номинальных токов от 0,5 до 63 А.
АВ серии ВА 47-100 (рис. 3.12) предназначены для защиты распределительных и групповых цепей, имеющих активную и индуктивную нагрузки. Рекомендуются к применению во вводнораспределительных устройствах бытовых и промышленных электроустановок. Номенклатура АВ включает в себя 80 типоисполнений на 10 номинальных токов. АВ серии ВА47 -100 отличаются более высокой предельной отключающей коммутационной способностью - 10 кА.
Рис. 3.11. Автоматический выключатель серии ВА47-29
Рис. 3.12. Особенности конструкции АВ серии ВА 47-100
Конструкция выключателя предусматривает два типа защиты от перегрузки и короткого замыкания, что существенно повышает защищённость распределительных и групповых цепей.
Наплавка из серебросодержащего композита повышает износостойкость контактной группы и снижает переходное сопротивление.
Защита механизма теплового расцепителя плексигласовой вставкой от изменения заводских настроек.
Индикатор состояния главной цепи предоставляет точную информацию о состоянии контактов независимо от положения рукоятки.
Унифицированный корпус с возможностью подключения дополнительных устройств не требует разбора, возможность - самостоятельное подключение.
Защёлка с двойным фиксированным положением ускоряет процесс монтажа и демонтажа выключателя.
Подключение шины к автоматическому выключателю позволяет снизить переходное сопротивление и обеспечивает 2- или 3-проводное присоединение линии для равномерного распределения нагрузки шины.
Насечки на контактных зажимах снижают тепловые потери и увеличивают механическую устойчивость соединения.
Преимущества АВ серии ВА 47-29 и ВА 47-100:
- два типа защиты от перегрузки и короткого замыкания;
- полный комплект дополнительных устройств с возможностью простой самостоятельной установки:
- контакт состояния КС47;
- контакт состояния КСВ47;
- расцепитель минимального напряжения РМ47;
- расцепитель независимый РН47;
- независимый индикатор положения контактов;
- защёлка на DIN-рейку с двойным фиксированным положением;
- усовершенствованная более широкая рукоятка АВ с увеличенной площадью контакта;
- насечки на контактных зажимах снижают тепловые потери и увеличивают механическую устойчивость соединения;
- увеличенная коммутационная способность до 10 кА позволяет устанавливать ВА 47-100 в качестве вводных АВ;
- широкий диапазон рабочих температур от - 40 °С до +50 °С.
Автоматические выключатели серии ВА51, ВА52 (рис. 3.13) на
номинальные токи от 16 до 630 А предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 6 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей .
Рис. 3.13. Автоматический выключатель серии ВА51
Автоматические выключатели рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным напряжением до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц и до 440 В постоянного тока.
Допускается использовать АВ для нечастых прямых пусков и защиты асинхронных электродвигателей в режиме АС-3. АВ соответствуют категории применения А. Автоматические выключатели классифицируются по номинальному току АВ, числу полюсов и количеству максимальных расцепителей тока, исполнениям максимальных расцепителей тока в зоне защиты, степени защиты, климатическому исполнению и категории размещения.
Структура условного обозначения ВА5[*] - [*]М -
[*][*][*][*][*][*] - [*][*][*][*]:
ВА - выключатель автоматический;
[*] - исполнение выключателя по коммутационной способности: 1 - серия АВ со средней коммутационной способностью; 2(7) - серия АВ с повышенной коммутационной способностью;
[*] - условное обозначение номинального тока АВ: 35-250 А; 37-400 А; 39-630 А;
М - модификация;
[*] - обозначение исполнения по числу полюсов и количеству максимальных расцепителей тока:
1 - однополюсный с максимальным расцепителем тока;
3 - трехполюсный с максимальным расцепителем тока в каждом полюсе; 8 - двухполюсный с максимальным расцепителем тока в каждом из двух полюсов;
[*] - исполнение максимальных расцепителей тока в зоне защиты: 3 - расцепитель в зоне токов КЗ; 4 - расцепитель в зоне токов КЗ и перегрузки;
[*][*] - обозначение исполнения по дополнительным сборочным единицам:
00 (45) - без дополнительных узлов; 11 (46) - свободные контакты (вк); 12 (62) - расцепитель независимый (РН); 13 (52) - расцепитель минимального напряжения (РМН); 15 (49) - расцепитель нулевого напряжения (РНН);18 (47) - свободные контакты и расцепитель независимый (вк РН); 23 (56) - свободные контакты и расцепитель минимального напряжения (вк РМН); 25 (54) - свободные контакты и расцепитель нулевого напряжения (вк РНН). Цифры в скобках - обозначение соответствующего исполнения дополнительных сборочных единиц, имеющее дополнительно вспомогательный контакт сигнализации автоматического отключения (вкс).
[*] - обозначение вида привода и способа установки АВ:
1 - ручной привод, стационарный; 3 - электромагнитный привод, стационарный; 5 - ручной дистанционный привод, выдвижное исполнение; 7 - электромагнитный привод, выдвижное исполнение.
[*] - обозначение по дополнительному механизму: 0 - отсутствует; 5 - ручной дистанционный привод; 6 - устройство для блокировки «отключено».
[*][*] - степень защиты по ГОСТ 14255-69: 20 - IP20; 00 - IP00; [*][*] - климатическое исполнение и категория размещения (УХЛ3.1, УХЛ3, Т3) по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.
Высококачественные автоматические выключатели серии ВА101, ВА102, ВА103, ВА201 предназначены для защиты низковольтных электрических сетей от длительных перегрузок и токов короткого замыкания . Могут использоваться для оперативного включения, отключения.
Структура условного обозначения АВ серии ВА103
Условное обозначение выключателя Тип корпуса: 1- ширина 18 мм Номер разработки Разделительный знак Количество полюсов Номинальный ток, А
Корпуса автоматических выключателей сделаны из прочной, не поддерживающей горение пластмассы, снабжены замками для установки на DIN-рейку. Выпускаются в одно-, двух-, трех- и четырехполюсном исполнении. Оснащены медными токовыми расцепителями с посеребренными контактами и снабжены многопластинчатыми дугогасительными камерами, что обусловливает высокие характеристики коммутационной износостойкости и предельной коммутационной способности. Комбинированные зажимы из посеребренной меди и анодированной стали обеспечивают надежный контакт с медными и алюминиевыми проводниками.
АВ имеют два типа защиты:
- тепловую, выполненную на биметаллической пластине, предназначенную для защиты от длительных токовых перегрузок;
- динамическую, выполненную на электромагнитной катушке, предназначенную для защиты от токов короткого замыкания.
Автоматические выключатели серий ВА101 и ВА102 отличаются лишь возможностью соединения ВА102 с помощью контактной шины.
Автоматические выключатели серии ВА 103 имеют усовершенствованную конструкцию по сравнению с АВ серий ВА101 и ВА102.
В частности, АВ серии ВА103 снабжен двенадцатипластинчатой четырехсторонней дугогасительной камерой (в отличие от десяти пластинчатой у других типов), благодаря чему обладает более высокими характеристиками коммутационной износостойкости и предельной коммуникационной способности. Усовершенствованная конструкция контактов обеспечивает более эффективное сцепление / расцепление. В конечном счете, это обеспечивает большую надежность, долговечность эксплуатации и повышает безопасность АВ серии ВА103 по сравнению с ВА101 и ВА102.
В свою очередь, АВ серии ВА201 имеют усовершенствованную конструкцию механизма управления и механизма свободного расцепления для снижения эффекта дребезжащего контакта, вследствие чего, во время включения, замыкание контактов происходит мгновенно независимо от скорости движения рукоятки управления. Технические характеристики АВ серий ВА101, ВА102, ВА103 и ВА201 приведены в таблице 3.3.
Кривая B - АВ срабатывает при появлении в цепи тока в 3-5 раз больше номинального (т. е. АВ на 16 А отключит цепь при токе 4880 А). Применяются для защиты цепей большой протяженности.
Кривая С - ток в цепи в 5-10 раз больше номинального (т. е. АВ на 16 А отключит цепь при токе 80-160 А). Применяются для стандартной защиты цепей розеток и освещения.
Модель | ВА101 | ВА102 | ВА201 | ВА103 |
Род тока | Переменный, частота 50 (60) Гц | |||
Номинальное напряжение, В | 1-полюсные - 230; 2-, 3-, 4-полюсные - 400 | |||
Номинальный ток выключателя (расцепителя), А | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 | 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 | |
Тип защитной характеристики | ^ ^ ^ В , С , D | С, D | В, C , D | |
Число полюсов | 1,2 ,3,4 | |||
Коммутационная износостойкость, не менее | 4000 циклов | 10000 циклов | ||
Предельная коммутационная способность, А | 3000 | 6000 | ||
Степень защиты | IP20 | |||
Номинальные поперечные сечения подключаемых проводников, мм2 | 1-25 | 1-16 | 2,5-50 | 1-25 |
Примечание: *Кривая отключения - отражает порог срабатывания при защите от короткого замыкания.
Кривая D - ток в цепи в 10-14 раз больше номинального (т. е. АВ на 16 А отключит цепь при токе 160-224 А). Применяются для защиты двигателей, трансформаторов и пр.
По умолчанию, АВ серий ВА101 и ВА102 имеют характеристику С, АВ серии ВА201 - характеристику D. В зависимости от установки электромагнитного расцепителя АВ серии ВА103 могут иметь защитную характеристику типа В, С или D.
Маркировка АВ серий ВА101, ВА102, ВА103 и ВА201
Номинальный ток - величина тока в амперах (А), которую АВ способен пропускать бесконечно долго без отключения цепи. Должна соответствовать сечению провода и планируемой нагрузке на цепь.
Кривая отключения отражает порог срабатывания при защите от короткого замыкания. Кривая С - ток в цепи в 5-10 раз больше номинального.
Количество полюсов - по сути, несколько АВ - от 1 до 4, объединенных в единый корпус. При срабатывании одного полюса размыкаются все подключенные к аппарату цепи сразу. 1Р автоматический выключатель используется в однофазных сетях.
Номинальное напряжение - напряжение переменного тока (знак ~), при котором аппарат работает в нормальных условиях.
Номинальная отключающая способность - максимальный ток короткого замыкания, который данный АВ способен отключить и остаться в работоспособном состоянии.
Для АВ серии ВА101 разработаны дополнительные устройства, в число которых входят: независимые расцепители, дополнительные и сигнальные контакты. Данные изделия предназначены для дистанционного отключения 1-4-полюсного АВ серии ВА-101, что позволяет использовать данные АВ в системах автоматизации. Контакт дополнительный ДК-101 и контакт сигнальный служат для получения нформации о состоянии ВА-101.
Расцепитель независимый c дополнительным контактом серии НД-101 выполнен в габарите однополюсного АВ серии ВА -101. Конструктивно представляет собой электромагнит, который через рычаг воздействует на механизм сброса независимого расцепления АВ. Независимый расцепитель оснащен встроенным контактом. При срабатывании расцепителя от импульса напряжения произойдет автоматическое отключение расцепителя от питания. Это значит, что на зажимах может присутствовать постоянно напряжение без риска повреждения независимого расцепителя. Контакт сигнальный серии СК-101 выполняет функцию сигнализации состояния ВА-101. Переключение контактов произойдет только при срабатывании АВ от сверхтоков (перегрузки или короткого замыкания).
Контакт дополнительный серии ДК-101 выполняет функцию контакта состояния АВ: включен/выключен. Переключение контактов ДК-101 происходит, даже если рукоятка управления АВ удерживается во взведенном положении. Контакт состояния серии СК-101 и
контакт дополнительный серии ДК-101 содержат по одной группе переключающихся контактов.
АВ серии ВА102 имеют возможность соединения между собой и с УЗО-01 с помощью U-образной контактной шины.
Технические характеристики НД-101:
Номинальное напряжение - 220 В;
Напряжение срабатывания - 70-110 % от номинального;
Номинальный ток дополнительного контакта - 3 А;
Механическая износостойкость - 5-105циклов;
Диапазон сечений присоединяемых проводов - 25 мм2;
Присоединение к автоматическому выключателю - справа;
Ширина модуля - 18 мм.
АВ серии ВА75 выпускаются промышленностью с целью замены в дальнейшем устаревших серий АВМ и «Электрон» с токами до 1600 А . При заказе для дистанционного включения некоторые типы АВ серии ВА75 поставляются с электродвигательным приводом. Электроприводы включения поставляются на напряжение постоянного тока 220 В или переменного тока 220-240 В и надежно действуют при отклонениях напряжения от 0,85 до 1,1 ином.
Выбор автоматических выключателей
Выбор автоматических выключателей должен вестись исходя из параметров проводов и кабелей, по условиям защиты от перегрузок, по режиму короткого замыкания, по селективности, по типу времятоковой характеристики.
Выбору автоматических выключателей должен предшествовать расчет электрических нагрузок и выбор сечений проводников.
Поскольку автоматические выключатели защищают линии электрических сетей (провода и кабели) от перегрузок и токов коротких замыканий - расчет и выбор автоматических выключателей в первую очередь должен вестись исходя из параметров проводов и кабелей (тип изоляции, материал и сечение токопроводящей жилы, количество жил, способ прокладки), т. е. из предельно допустимой токовой нагрузки проводника.
Автоматические выключатели рассчитываются и выбираются:
- по условиям защиты от перегрузок;
- типу времятоковой характеристики;
- режиму короткого замыкания;
- селективности.
Выбор автоматических выключателей по условиям защиты от перегрузок
Как указывалось выше, автоматические выключатели имеют следующие виды защиты - электромагнитная, тепловая или комбинированная (электромагнитная и тепловая). В соответствии с СП31-110-2003 во внутренних сетях жилых зданий, как правило, следует применять автоматические выключатели с комбинированными расцепителями.
Для защиты от перегрузок предназначена тепловая защита. Параметром, определяющим ток срабатывания теплового расцепителя, является номинальный ток автоматического выключателя.
Рабочая характеристика автоматического выключателя должна отвечать условиям:
I р. max < I н.а. < I д.н.,
где I д.н. - предельно допустимый номинальный ток нагрузки проводника при расчетной температуре, А;
I р. max - максимальный расчетный ток нагрузки, А.
I н.а. - номинальный ток автоматического выключателя, защищающего проводник, А.
Пример 1. Выбор вводного автоматического выключателя при защите от перегрузок.
Расчетные данные:
- максимальный расчетный ток на вводе I р. max = 27,5 А;
- марка кабеля ВВГнг 3х10.
Согласно таблице 1.3.4 ПУЭ , кабель ВВГнг 3х10 выдерживает при расчетной температуре длительный номинальный ток, равный 50 А. Это значение тока совпадает со стандартным значением номинальных токов выключателей. Поэтому в соответствие с первым условием выбора автоматических выключателей выбираем номинальный ток автоматического выключателя, равным 50 А. Для вводного автоматического выключателя выбираем ВА47-29 D50.
Пример 2. Выбор автоматического выключателя для групповой розеточной сети.
Расчетные данные:
• максимальный расчетный ток розеточной сети I р. max = 6,4 А;
• марка кабеля ВВГнг 3x2,5.
Согласно таблице 1.3.4 ПУЭ , сечению кабеля 3x2,5 соответствует допустимый длительный ток нагрузки I р. max = 21 А. В соответствии с первым условием выбора автоматических выключателей выбираем (в меньшую сторону) ближайшее стандартное значение номинального тока выключателя I н. а. = 20 А.
Для розеточной сети выбираем ВА47-29 С20.
Время отключения теплового расцепителя зависит от значения тока перегрузки и времятоковой характеристики автоматического выключателя.
Для надежного срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя требуется ток, превышающий номинальный ток автоматического выключателя (согласно ГОСТ Р 50571.5-94 и его практически принимают равным току срабатывания при заданном времени срабатывания для автоматических выключателей).
Все то время, которое необходимо для срабатывания теплового расцепителя, провода и кабели будут работать с перегрузкой, значит, нагреваться. Поэтому к выбору аппаратов защиты линий электрических сетей от перегрузок (в соответствии с сечением проводов и кабелей) нужно подходить с особой ответственностью.
Выбор автоматического выключателя по типу времятоковой Характеристики
Выбор автоматических выключателей по типу защитных характеристик производится, как указывалось выше, исходя из характера нагрузки. В электрических сетях жилых зданий в основном используются автоматические выключатели с характеристиками типов В и С. В электроустановках, где нагрузка носит индуктивный характер и имеют место значительные пусковые токи, нужно использовать выключатели с расцеплением типа D.
Выбор автоматического выключателя по режиму короткого замыкания
При выборе автоматических выключателей по режиму короткого замыкания, защитный аппарат проверяется по номинальной отключающей способности и времени отключения полного тока короткого замыкания.
Номинальная отключающая способность - максимальный ток короткого замыкания, который данный автоматический выключатель способен отключить и остаться в работоспособном состоянии.
ГОСТ Р 50345 определяет следующие стандартные значения номинальной отключающей способности: 1500, 3000, 4500, 6000, 10000 А.
В соответствии с ГОСТ Р 50571.5-94 п. 434.3.2:
- время отключения полного тока КЗ в любой точке сети не должно превышать времени, в течение которого температура проводников достигает предельно допустимого значения.
Значения предельно допустимых температур нагрева проводников при кз приведены в ПУЭ, п. 1.4.16:
- для короткого замыкания продолжительностью до 5 с время t, в течение которого превышение температуры проводников от наибольшего значения допускаемой температуры в нормальном режиме до предельно допустимой температуры может быть приблизительно подсчитано по формуле:
√t = K ⋅ S/I,
где t - продолжительность, с;
S - сечение, мм2;
I - действующее значение тока короткого замыкания, А;
K = 115, для медных проводников с поливинилхлоридной изоляцией;
K = 135, для медных проводников с резиновой изоляцией, с изоляцией из сшитого полиэтилена;
K = 74, для алюминиевых проводников с поливинилхлоридной изоляцией;
K = 87, для алюминиевых проводников с резиновой изоляцией, с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Согласно ПУЭ п.1.4.16 ,температура нагрева проводников при кз должна быть не выше следующих предельно допустимых значений, °С:
- шины:
- медные - 300;
- алюминиевые - 200;
- стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами - 400;
- стальные с непосредственным присоединением к аппаратам -
300;
- кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами и изоляцией:
- поливинилхлоридной и резиновой - 150;
- полиэтиленовой - 120;
- медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
- менее 20 - 250;
- 20 и более - 200;
- алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
- менее 10 - 200;
- 10 и более - 160.
- алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов - 200. Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN (ПУЭ, табл. 1.7.1) , составляет:
Номинальное фазное напряжение U0, В | Время отключения, с |
127 | 0,8 |
220 | 0,4 |
380 | 0,2 |
Более 380 | 0,1 |
Пример 3. Проверка выбранного автоматического выключателя на вводе на соответствие расчетным токам КЗ и допустимому времени защитного отключения.
Дано:
- вводной автоматический выключатель ВА47-29 D50 с отключающей способностью 4,5кА (справочные данные);
- расчетный ток КЗ на шине ВРУ - 2,5 кА (результаты расчетов);
- марка кабеля ВВГ нг 3*10.
Отключающая способность выбранного автоматического выключателя 4,5 кА превышает расчетный ток КЗ 2,5 кА.
Время отключения вводного автоматического выключателя при токе КЗ = 2,5 кА определим по формуле:
√t = K ⋅ S/I.
Отсюда t = (KS/I)2 = (115 ⋅ 10/2500) )2) = 0,21 с.
В соответствие с таблицей 1.7.1 ПУЭ , расчетное время отключения не превышает допустимого значения (0,21 с < 0,4 с).
Таким образом, вводной автоматический выключатель по режиму КЗ выбран правильно.
Пример 4. Проверка автоматического выключателя для групповой розеточной сети на соответствие расчетным токам КЗ и допустимому времени защитного отключения.
Дано:
- групповой автоматический выключатель ВА47-29 С20 с отключающей способностью 4,5кА;
- расчетный ток КЗ в конце линии 1,0 кА;
- марка кабеля ВВГнг 3*2,5.
Отключающая способность выбранного автомата соответствует расчетному току КЗ.
Время отключения тока КЗ = 1,0 кА определим по формуле:
√t = K ⋅ S/I; t = (KS/I) 2 = (115 ⋅ 2,5/1000) 2 = 0,1 с.
Расчетное время отключения также не превышает допустимого значения.
Выбор автоматического выключателя по селективности
Селективностью называют свойство аппаратов защиты отключать только поврежденный участок. С учетом этого, селективность должна быть обеспечена между защитными аппаратами высокой стороны питающего трансформатора и вводным автоматом на низкой стороне, между вводным автоматом на низкой стороне и автоматами отходящих линий и т. д.
Решение проблемы селективности сводится к обеспечению отключения защищаемой цепи аппаратом защиты со стороны нагрузки до того, как начнет отключение аппарат защиты со стороны питания.
Между аппаратами на ГРЩ и нижестоящими аппаратами наиболее часто используется временная селективность. Этот вид селективности обеспечивается за счет смещения или сдвига времятоковых характеристик последовательно расположенных автоматических выключателей по оси времени.
Селективность по току обеспечивается путем задания различных уставок автоматических выключателей (максимальной токовой отсечки). Более высокие уставки имеют автоматические выключатели на стороне питания. Эти решения приемлемы для уровней А (ГРЩ) и уровня Б (вторичное распределение) системы электроснабжения, т. е. для больших автоматических выключателей, расцепители которых всегда можно подстроить. При конечном распределении электроэнергии (уровень В), где главным образом используются модульные токоограничивающие автоматы (бюджетные серии), селективность не обеспечивается или возможна только частичная селективность.
Например, в бытовом жилом секторе токи кз на вводе в дом и у самого удаленного потребителя будут отличаться незначительно (сети, как правило, короткие). При токах кз от 1000 до 3000 А, характерных для таких сетей, модульные автоматические выключатели в аварийной групповой сети и на вводе будут срабатывать одновременно. Чтобы этого не происходило, можно установить на вводе вместо вводного автомата выключатель нагрузки. Сделать это несложно, поскольку малогабаритных разъединителей нагрузки с установкой на дин-рейку на рынке предостаточно. В этом случае при кз будет отключаться только аварийная групповая линия.
При перегрузках селективную работу автоматических выключателей обеспечить просто. Для этого достаточно, чтобы номинальный ток автомата со стороны питания был больше номинального тока автоматического выключателя со стороны потребителей.
Проверка тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей
Схемы испытаний и нагрузочные устройства
Расцепители автоматических выключателей регулируют и калибруют на заводе-изготовителе, после чего их крышки пломбируют. Открывать крышки и регулировать расцепители не допускается. При наружном осмотре проверяют отсутствие повреждений основания кожуха и крышки автоматического выключателя, производят несколько включений и отключений вручную, проверяя действие расцепителей.
Тепловые расцепители проверяют по схеме, приведенной на рисунке 3.14 (а, б).
Рис. 3.14. Схемы испытания расцепителей автоматических выключателей: а - поочередная нагрузка полюсов автоматического выключателя; б - одновременная нагрузка полюсов автоматического выключателя испытательным током
На заводе-изготовителе тепловые расцепители калибруют по начальному току срабатывания.
Проверка этого тока требует больших затрат времени. Поэтому при приемосдаточных и эксплуатационных испытаниях проверку производят в форсированном режиме: при трех-, пятикратном номинальном токе теплового расцепителя.
Для каждого типа выключателя и расцепителя время срабатывания при трех - пяти кратной нагрузке не должно превышать указанного заводом. Заводские данные даются для случая одновременной нагрузки испытательным током всех полюсов выключателя, соединенных последовательно (рис. 3.14, б).
Однако при одновременной нагрузке всех полюсов проверка не дает гарантии исправности каждого расцепителя. Поэтому, кроме проверки при одновременной нагрузке всех полюсов выключателя, целесообразно проверить каждый тепловой расцепитель в отдельности.
При испытании тепловых расцепителей необходимо помнить, если тепловой элемент не сработает и не произойдет отключения автоматического выключателя за максимально допустимое для него время, необходимо отключить испытательный ток во избежание перегрева и порчи расцепителя.
Максимально допустимое время примерно равно двойному времени срабатывания при форсированном режиме испытания.
Электромагнитные расцепители проверяются только при поочередной нагрузке испытательным током каждой фазы автоматического выключателя (рис. 3.14, а). При этом нагрузочный ток повышают до 0,8 значения тока отсечки, указанного в паспортных данных выключателя, или до нижнего предела тока мгновенного расцепления для выключателей типов В, С, D и аналогичных. Электромагнитный расцепитель не должен сработать. После этого нагрузочный ток увеличивается до 1,2 тока отсечки, или до верхнего предела тока мгновенного расцепления для выключателей типов В, С, D.
Электромагнитный расцепитель должен сработать. Это означает, что ток отсечки находится в допустимых пределах.
При проверке комбинированных расцепителей (с тепловыми и электромагнитными элементами) нагрузочный ток необходимо повышать быстро, чтобы не успел сработать тепловой расцепитель. Чтобы убедиться в том, что тепловой расцепитель не сработал, сразу после отключения выключатель включают вручную, при срабатывании теплового расцепителя повторное его включение не произойдет.
Принципиальная схема проверки тепловых и электромагнитных расцепителей автоматического выключателя предусматривает:
- проверку каждого полюса в отдельности (рис. 3.14, а);
- проверку при одновременной нагрузке всех полюсов (рис. 3.14, б);
R - реостат (автотрансформатор);
НТ - нагрузочный трансформатор.
В качестве испытательных устройств в схеме могут быть использованы следующие нагрузочные устройства и трансформаторы:
- ТН-3 (разработчик ЦЛЭМ Мосэнерго), максимальный ток нагрузки 1800 А;
- НТ-10 (разработчик ВНИИПЭМ), максимальный ток нагрузки 10000 А;
- нагрузочное устройство РТ-2048 в комплекте с однофазным нагрузочным трансформатором ТОН-7М2 (Ассоциация наладочных организаций, Санкт-Петербург, завод «Электросила»), максимальный ток нагрузки 11000 А, снабжено электронным секундомером для измерения времени срабатывания расцепителей.
В качестве нагрузочных устройств могут также использоваться сварочные или котельные трансформаторы с регулировкой напряжения по первичной стороне (регулировочные автотрансформаторы типа РНО или регулировочные реостаты). В настоящее время широкое распространение получили разработанные НПО «Радиус» совместно с фирмой ОРГРЭС специализированные испытательные устройства серии «Сатурн» , выполняемые в двух вариантах: «Сатурн-М» и «Сатурн-М1», а также разработанные Ассоциацией наладочных организаций комплекты НТИ-1 с пультом РТ2048М, НТИ-2, НТИ-5 и НТИ-10 с пультом РТ2048 ;
- комплектный источник тока КИТ-10, максимальный ток нагрузки 10000 А ;
- нагрузочное устройство конструкции КрасГАУ, максимальный ток нагрузки 500 А.
В соответствии со стандартом МЭК 60898, устанавливающим требования к автоматическим выключателям бытового и аналогичного назначения, АВ должны нормально расцепляться при протекании испытательного тока в течение установленного для данного типа АВ времени, согласно параметрам, приведенным в таблице 3.4.
Тип мгновенного расцепления | Испытательный ток | Начальное состояние | Предел времени расцепления или нерасцепления | Требуемый результат |
В | 3,00 | Холодное | 0,1c < t < 45c (In < 32 А) 0,1c < t < 90c (In > 32A) | Расцепление |
С | 5,00 | 0,1с | ||
D | 10,00 | 0,1с |
- Собрать схему проверки в соответствии с инструкцией изготовителя используемого нагрузочного устройства.
- Для проверки тепловых расцепителей пропустить через каждый, находящийся в холодном состоянии, полюс выключателя тока, равный 2,55 In (при такой величине тока электромагнитный расцепитель АВ не сработает при любом типе мгновенного расцепителя).
Время расцепления должно составлять не менее 1 с и не более:
60 с - при номинальных токах выключателей до 32 А;
120 с - при номинальных токах выключателей выше 32 А.
- Для проверки электромагнитных расцепителей типа «В» пропустить через каждый полюс ток, равный 3 In. Время расцепления должно быть не менее 0,1 с.
Пропустить через каждый полюс ток, равный 5 In. Время расцепления должно быть менее 0,1 с.
- Для проверки электромагнитных расцепителей типа «С» пропустить через каждый полюс ток, равный 5 In. Время расцепления должно быть не менее 0,1 с.
Пропустить через каждый полюс ток, равный 10 In. Время расцепления должно быть менее 0,1 с.
- Для проверки электромагнитных расцепителей типа «D» пропустить через каждый полюс ток, равный 10 In. Время расцепления должно быть не менее 0,1 с.
Пропустить через каждый полюс ток, равный 50 In. Время расцепления должно быть менее 0,1 с.
Так же, как и при проверке тепловых расцепителей, полюса выключателей перед каждым испытанием должны находиться в холодном состоянии.
Термин «холодное» означает: «Без предварительного пропускания тока при контрольной температуре калибровки» (ГОСТ Р 50345-99). Контрольная температура калибровки - 30 °С.
Испытания проводят при любой температуре, а результаты корректируют к температуре 30 °С на основании поправочных коэффициентов изготовителя. При отсутствии данных изготовителя испытательные токи устанавливают отличными от указанных на 1,2 % на каждый градус изменения температуры, при которой проводятся испытания.
Пример: при проведении испытаний при температуре 20 °С испытательные токи следует увеличивать на 12 %.