Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей и зачем они нужны?

Любому автоматическому выключателю необходимо время на срабатывание. Оно может быть составлять сотые доли секунды, а может и несколько минут. Все зависит от тока, который будет протекать через автоматический выключатель. Если правильно выбрали кабель и автомат, то можете не бояться, что при повышенном токе изоляция на ваших проводах не расплавится, например за 30 секунд, которые необходимы, чтобы автоматический выключатель сработал от определенной перегрузки.

Есть такие интересные время-токовые характеристики автоматических выключателей – это такие красивые графики кривых зависимости времени срабатывания от величины тока. Они на автоматах обозначаются буквами B, C и D.

Эти буковки стоят перед значением номинала автомата. Ниже представлены обычные графики, по которым можно определить, через какое время нагрузка будет обесточена при повышенном токе или его скачке. В школу ходили? С графиками работать умеете? Тогда сразу разберетесь. По вертикальной оси стоит время в секундах. По горизонтальной шкале стоит отношение протекающего по проводам тока к номинальному току автомата I/In.

Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей и зачем они нужны?

Чем же различаются время-токовые характеристики автоматических выключателей «B», «C» и «D»? Все просто! Они различаются в значении величины отношения протекающего тока к номинальному току I/In.

№ пп	Время-токовая характеристика автоматического выключателя	Отношение протекающего тока к номинальному току I/In
1	B	3-5
2	C	5-10
3	D	10-20

Если все равно остались вопросы, то идем дальше разбираться вместе. Буду приводить все на конкретных примерах, так как это будет более понятно, чем если буду объяснять «на пальцах».

Допустим, есть у нас автоматический выключатель номиналом 10А с характеристикой В. Мы выбрали на 10А, так как проще будет считать, и они часто используются в быту.

Например, произошло ЧП. Жена попросила повесить ковер, а Вы когда сверлили, попали в провод, идущий от распредкоробки. Бабах! Вокруг тишина и темно. Здесь Вы просто сверлом закоротили жилы провода, и произошло короткое замыкание. Было такое? Признаюсь, что у меня в молодости такое было.

В данной ситуации автоматические выключатели с характеристикой В срабатывают практически мгновенно, когда ток в сети превысит значение номинала автомата в 3-5 раз. В нашем случае это ток лежит в пределах 30-50 ампер. Конечно при коротком замыкании ток увеличивается в сотни раз, но автомату с характеристикой В достаточно 3-5 кратного увеличения. Здесь приходит в действие электромагнитный расцепитель.

Смотрим графики ниже и видим, что при токе 50А автомат сработает через 0,01 секунду. Это получается отсюда. Ток при КЗ делим на номинальный ток автомата, т.е. 50А/10А=5. Теперь на горизонтальной шкале находим цифру 5 и ведем условную линию (на рисунке она выделена красным) вертикально вверх до пересечения с кривой. Ставим точку и от нее ведем условную горизонтальную линию до оси времени. У нас получилось ориентировочно 0,01 секунда. Аналогично при перегрузке сети током 15А у нас отношение составило 1,5 и время задержки на срабатывание составит 30 секунд. Здесь автомат отключится благодаря работе теплового расцепителя. Если сечение провода рассчитано правильно, то его изоляция таким током и за это время не успеет расплавиться. Вы защищены.

Выше мы рассмотрели нижнюю кривую, но на картинке их можно выделить 3 шт. Зачем все это? Давайте разберемся. Эти кривые предназначены для разных состояний автоматических выключателей: «холодного» (верхняя кривая) и «горячего» (нижняя кривая), а сам график составлен для температуры окружающей среды +30С. По пунктирной линии рассчитывается время отключения для автоматом номиналом не выше 32А.

Для холодного состояния автоматического выключателя с характеристикой В для вышеописанного примера, время задержки на срабатывание составит при токе 50А – 0,04 сек. и при токе 15А – 4000 сек. (примерно 67 мин.). На рисунке выше это показано синим цветом.

Еще учтите, что автоматы стоят в разных местах – в квартире, в подъезде, на улице и т.д. Например, зимой дома температура +25, в подъезде +16, на улице -25. Соответственно температура элементов расцепителя разная и ему нужно разное время, чтобы прогреться и заставить автомат сработать.

Еще здесь существуют поправочный коэффициент. Чем ниже температура окружающей среды, тем больший ток через себя будет пропускать автомат и наоборот. При одной и той же нагрузке в жарких и в холодных помещениях один и тот же автомат будет срабатывать при разных значениях тока. Это колебания не значительные и этот вопрос становится актуальным, когда автоматический выключатель сильно нагружен и работает на пределе своего номинала. Стоит повыситься окружающей температуре, как он сможет отключить нагрузку. Часто такой вопрос встает летом в жарких помещениях.

Теперь скажу несколько слов про время-токовые характеристики автоматических выключателей C и D. Суть их заключается в том, что все графики характеристик сдвинуты вправо, т.е. таким образом, увеличивается время их срабатывания. Автомат с характеристикой C при коротком замыкании сработает, когда ток в сети превысит номинальный ток самого автомата в 5-10 раз. Автомат с характеристикой D при коротком замыкании сработает, когда ток в сети превысит номинальный ток самого автомата в 10-20 раз.

Из графиков получаем (смотрим ниже). Для автоматического автомата на 10А характеристики C время срабатывания уже будет: при токе 50А примерно 0,02 сек. и при токе 15А примерно 40 сек. Это для горячего состояния автомата (красный цвет). Для холодного состояния (синий цвет) получаем: при токе 50А примерно 27 сек. и при токе 15А примерно 5000 сек. (83 мин.).

Для автоматического автомата на 10А характеристики D (смотрим графики ниже) время срабатывания уже будет: при токе 50А примерно 1,5 сек. и при токе 15А примерно 40 сек. Это для горячего состояния автомата (красный цвет). Для холодного состояния (синий цвет) получаем: при токе 50А примерно 30 сек. и при токе 15А примерно 6000 сек. (100 мин.).

Вот видите какая разница в значениях времени при перегрузке автоматов. Это тоже нужно знать и учитывать при их выборе.

Как правило, для квартир используют автоматические выключатели с характеристикой B, а на производстве — C и D. Хотя очень часто можно встретить в этажных щитках автоматы с параметром C. Еще автоматы с параметром B в продаже редко встречаются.

Также учтите, что каждый автомат может пропускать через себя ток больший номинального в 1,13 раз. Это видно из графика. Видите на горизонтальной оси значение 1,13 и если вести условную линию вертикально вверх, то она никогда не пересечет кривую времени. Следовательно, автомат при таком токе не сработает. Поэтому выбирайте кабель большего сечения, т.е. с запасом. Лучше перестрахуйтесь.

Смотрите для каких автоматических выключателей какой соответствует ток не отключения. Это тоже учитывайте при выборе автоматического выключателя по номиналу и кабеля.

№ пп	Номинал автоматических выключателей, А	Условный ток не отключения автоматических выключателей, А
1	10	11,3
2	16	18,08
3	20	22,6
4	25	28,25

Например, для нагрузки, потребляющей ток 25А вы выбрали кабель сечением 2,5мм2. Тут жена собралась готовить обед, попутно пить чай, размораживать мясо в микроволновке и еще принесла на кухню фен (который вы не учитывали в своих расчётах), чтобы волосы посушить. Таким образом, вместо 25А вы можете получить в сети 28А, и автомат тут не сработает, так как он сработает при токе 25А*1,13=28,25А.

Из таблицы видно, что для такого тока уже нужен провод сечением минимум 3 мм2. Но у нас провод сечением 2,5 мм2 и поэтому он будет греться и плавиться изоляция.

Да еще возьмите на заметку, что многие производители лукавят при производстве кабеля. Делают его по ТУ (техническим условиям), при которых уменьшают сечение кабеля. Я придерживаюсь такого мнения в выборе кабеля и автоматических выключателей, что лучше все брать с разумным запасом, чем предполагаемая нагрузка.

Не забываем улыбаться:

А не пойти ли мне поработать? — подумал электрик.
И не пошел …

Время — токовые характеристики автоматов

2017-11-23 Статьи  

Время-токовая характеристика автоматического выключателя — это показатель, определяющий время срабатывания защитного устройства в зависимости от величины протекающего через него тока по отношению к номинальному току устройства.

Правильный выбор автомата по время-токовой характеристике позволяет избежать ложных срабатываний при подключении в сеть нагрузки, имеющей высокие пусковые токи. Например это происходит при подключении в сеть электродвигателя, который имеет большой пусковой ток, превышающий номинальный в 3-8 раз. Этого тока будет достаточно чтобы отключился автомат, имеющий характеристику срабатывания не предназначенную для такого типа нагрузок.

Также при правильном подборе автоматических выключателей по их время-токовым характеристикам соблюдается селективность (избирательность), то есть при повреждении какого-либо участка цепи сработает только тот автоматический выключатель, который обеспечивает защиту именно этого участка, а остальные автоматы не отключатся.

Я думаю все обращали внимание на буквенное обозначение рядом с номинальным током на корпусе модульного автоматического выключателя. Так вот эти буквы и указывают время-токовую характеристику, то есть чувствительность автомата.

Чаще всего встречаются автоматы с характеристиками B, C и D. Это стандартные типы характеристик, указанные в ГОСТ Р 50345-99. Кроме этих типов существуют еще типы A, K и Z, но встречаются они гораздо реже, а в жилых зданиях так и вовсе не используются. Различные типы рекомендовано использовать следующим образом:

• А — Для размыкания цепей с большой протяженностью электропроводки и защиты полупроводниковых устройств
• B — Для осветительных и розеточных групп общего назначения
• C — Для осветительных цепей и электроустановок с умеренными пусковыми токами (двигателей и трансформаторов)
• D — Для цепей с активно-индуктивной нагрузкой, а также защиты электродвигателей с большими пусковыми токами
• K — Для индуктивных нагрузок
• Z — Для электронных устройств

Время срабатывания электромагнитного расцепителя для каждой из характеристик выражается в значении величины протекающего тока по отношению к номинальному. Так для B это значение составляет от 3·In до 5·In (In — номинальный ток), то есть его расцепитель сработает при токе, превышающем номинальный в 3-5 раз. Для С пределы составляют уже от 5·In до 10·In, а для D — от 10·In до 20·In. Рассмотрим графики, отображающие время-токовые характеристики для типов B, C и D.

График время-токовой характеристики B

График время- токовой характеристики C

График время- токовой характеристики D

На оси Х отображается значение, показывающее отношение протекающего тока по отношению к номинальному (I/In). На оси Y — время срабатывания в секундах. График для каждой из кривой характеристик разделен на две линии, показывающие время срабатывания электромагнитной защиты (нижняя линия), отвечающей за отключение при коротких замыканиях и тепловой защиты (верхняя линия), отвечающей за отключение от перегрузок.

Верхняя кривая показывает холодное состояние автомата, нижняя кривая характеризует горячее состояние автомата. Пунктирной линией показана верхняя граница время-токовой характеристики для автоматических выключателей с номинальным током In меньше или равно 32 A.

Так например если смотреть график для время-токовой характеристики С автоматический выключатель 16 А при токе 80 А (5·In) должен отключиться в горячем состоянии за 0,02 сек. В холодном состоянии при таком же токе автомат отключится за 11 сек. (если номинал автомата меньше или равен 32 A), если больше 32 А — то отключение произойдет через 25 сек. Если предел отключения будет равен 10·In, то в горячем состоянии отключение произойдет через 0,01 сек, а в холодном — за 0,03 сек.

Таким образом, график время-токовой характеристики позволяет определить правильно автоматический выключатель для конкретных условий эксплуатации. Теперь осталось только разобраться какие типы автоматов предпочтительно использовать в быту.

Понятно, что для городской квартиры, где нагрузка активная либо слабоиндуктивная, выбирать необходимо либо категорию B либо С. По тепловой защите временной интервал срабатывания B и С будет одинаковым, отличаться будет только время срабатывания электромагнитного расцепителя. Раньше повсеместно использовались автоматы с характеристикой С, да и по сей день в магазинах в основном продают именно этот тип, а про другие типы как-то забывают. Однако в настоящее время рекомендуется для линий освещения и розеточных групп применять тип B, имеющий большую чувствительность, а в качестве вводного автомата использовать С. Таким образом будет соблюдаться селективность и при аварийной ситуации отключаться будет именно групповой автомат, а не вводной, тем самым не будет обесточиваться полностью вся квартира.

Время токовая характеристика автоматического выключателя

Автоматические выключатели служат для аварийного размыкания цепи в случае превышения показателей силы тока. Они позволяют уберечь приборы от поломки или выхода из строя при недопустимых нагрузках и предотвратить возгорание.

Автоматические выключатели

Принцип действия

Принцип действия автоматического выключателя достаточно прост. В конструкцию выключатели входят два вида расцепителей: электромагнитный и тепловой. Первый – мгновенно срабатывает при сильном скачке силы тока. Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида со стальным подвижным сердечником, который удерживается пружиной. Если заданный показатель тока превышается, электромагнитное поле в катушке наводится, что приводит к втягиванию катушки. В результате срабатывает механизм сопротивления. Если режим работы стандартный, магнитное поле также наводится, но оно недостаточной силы, чтобы сопротивление пружины было преодолено.

Виды расцепителей

Второй – тепловой расцепитель имеет в своем составе биметаллическую пластину, которая рассчитана на определенную силу тока. Если протекающий ток превышает допустимые показатели, пластина из биметалла нагревается и гнется, благодаря чему также происходит расцепление электросети.

Работа автоматического выключателя основывается на этих двух расцепителях, поскольку порознь они малоэффективны.

Электромагнитный расцепитель быстро срабатывает при небольшом скачке. Но если взять во внимание, что некоторые высокопроизводительные моторы нуждаются в более сильном токе во время пуска, чем в обычном рабочем состоянии, то нет необходимости в срабатывании выключателя. В бытовых условиях такими мощными приборами являются пылесос, электрочайник, микроволновая печь. Для теплового расцепителя нужно некоторое время для нагревания и плавки пластины, которое может быть критичным для бытовых или промышленных приборов, подвергшихся высокому скачку тока. В жилом доме очень пагубным окажется влияние сильного тока на холодильник, компьютер и оргтехнику.

Строение электромагнитного расцепителя

Именно поэтому два вида расцепителя применяются в автоматических выключателях сообща, а за отрезок времени от скачка силы тока до аварийного выключения отвечает времятоковая характеристика автоматического прибора.

Типы характеристик

Времятоковая характеристика определяет взаимосвязь между нарастанием силы тока и моментом аварийного отключения посредством защитного автомата. Поскольку различные условия потребления тока в бытовых и промышленных условиях требуют различного напряжения сети, автоматы для защиты также обладают различной мощностью и характеристиками срабатывания. Автоматические выключатели выпускают с номиналами силы тока от 6 до 125 ампер. В быту же наиболее часто применяются защитные автоматы на 16 или 20 ампер. Для большого частного дома подойдет устройство в 25А. Что касается времятоковой характеристики, ее обозначают латинскими буквами на маркировке выключателя. Наиболее распространены три типа: B, C, D. Данная маркировка обозначает чувствительность электромагнитного расцепителя или же скорость мгновенного срабатывания при граничном повышении силы тока.

Диапазон срабатывания для этих трех типов следующий:

B – 3-5ХIn,

С – 5-10ХIn,

D – 10-20ХIn.

Расшифровка параметров разных типов автоматов выглядит так: если автомат рассчитан на силу тока в 20 ампер, то этот показатель умножается на данные диапазона срабатывания, и получается характеристика чувствительности автоматического выключателя.

20*(3…5) =60…100А

Таким образом, автомат типа В на 20 ампер выключится мгновенно при силе тока свыше 100 ампер. Граничным показателем для его срабатывания является 60А, а при силе тока от 60 до 100А скорость выключения будет зависеть от скорости нагревания биметаллической пластины теплового датчика.

При выборе электрического защитного автомата для дома или промышленных целей следует не только рассчитывать его мощность, исходя из потребляемого тока в помещении, но и обращать внимание на тип времятоковой характеристики.

Автоматы идентичной мощности, но разного типа времятоковой характеристики ведут себя по-разному. В ситуации, когда автомат типа В сработает с доли секунды, такой же предохранитель типа С отреагирует только через 5-7 секунд, что может негативно сказаться на приборах и электросети в целом. В жилой квартире, где много высокочувствительных приборов с малым потреблением тока, необходимо устанавливать выключатели типа В. Для больших коммерческих, полупромышленных или офисных помещений, где есть мощные приборы, можно применить автомат типа С. Тип D используется исключительно на промышленных объектах, где есть моторы с мощными пусковыми характеристиками.

Кривая времятоковой характеристики

Для описания времятоковой характеристики предохранительных автоматических выключателей часто используют график функций, где вертикально на оси ординат прописано время расцепления электросети в секундах и десятых секунд, а горизонтально на оси абсцисс обозначены показатели роста силы тока. На данном графике рост определяется делением тока в сети на номинальный ток автомата I/In.

График функции кривой времятоковой характеристики

Изображенные две кривые отвечают за показатели в холодном состоянии (сверху) и разогретом состоянии (снизу).

Дополнительная информация: Условно также нижнюю часть кривой, резко устремляющуюся вправо, считают зоной срабатывания электромагнитного расцепителя, а левую ее часть, плавно спускающуюся вниз, – зоной теплового расцепителя.

Слева от кривой размещается отрезок времени до срабатывания автоматического выключателя, а справа – после расцепления. Сама кривая представляет момент выключения. Традиционно времятоковые характеристики в виде графика функций изображаются для работы автоматов при температуре окружающей среды +30 градусов.

Если просмотреть характеристику для автомата типа В, диапазоном срабатывания которого является показатели от 3 до 5 In, то можно увидеть следующее: время отключения сети при проходящем токе в 3 In составляет 0,02 секунды в разогретом состоянии и до 35 секунд в холодном состоянии. Для автоматов мощностью свыше 32А показатель в холодном состоянии может достигать 80 секунд.

Если же проходящий ток для того же типа автомата будет равен 5In, то в горячем состоянии автомат сработает за 0,01 секунду и за 0,04 секунды в холодном.

График функции автомата типа С

Автомат типа С не сработает при токе в 3In, а при токе 5In он отключится за 0,02 секунды в разогретом и за 11 секунд в охлажденном состоянии. По этой причине не стоит устанавливать предохранители типа С в жилом доме, где бытовые приборы не рассчитаны на большое потребление тока и резкие перепады. Автомат типа В с высокой чувствительностью обеспечит надежную защиту проводки и электрооборудования. Если же в большом частном доме используется распределительный автомат, на входе можно разместить выключатель типа С правильно рассчитанной мощности, а для отдельных точек использовать автоматы типа В.

Устройство. Видео

Об особенностях устройства автоматического выключателя АВВ расскажет видео ниже.

Оцените статью:

Время токовые характеристики автоматических выключателей

Автоматический выключатель (АВ) – защитное электротехническое устройство, срабатывающее при коротких замыканиях или превышении допустимой нагрузки по сети. Современный рынок заполнен аппаратами немецкого (АВВ, Siemens), французского (Schneider, Legrand), японского (Terasaky), российского (IEK) производства. Они различаются между собой конструкцией, качеством и ценой. Но время токовые характеристики автоматических выключателей от разных изготовителей соответствуют действующим нормам и стандартам. Этот показатель дает возможность подобрать АВ под конкретные условия.

Что показывает время токовая характеристика

В электрических системах при возникновении аварии отключение электропитания следует производить очень быстро, чтобы свести к минимуму негативные последствия. Человек неспособен достаточно быстро отреагировать. Поэтому устанавливаются автоматические выключатели.

Для энергетической сферы существует деление на системы постоянного и переменного напряжения. Оборудование классифицируется на низковольтное (до 1000 В), высоковольтное (более 1000 В). Соответственно применяются различные типы автоматов.

Во всех случаях АВ предназначен для разрывания цепи при различных токовых величинах короткого замыкания (КЗ) и перегрузках. Первые безошибочно отсекаются электромагнитным расцепителем мгновенно. Вторые протекают по цепи определенное время, без каких-либо последствий, а лишь потом сработает тепловая защита.

Современные автоматические защитные аппараты содержат три вида расцепителей:

1. механический – эта ручка предназначена для включения, выключения автомата;
2. электромагнитный – отсекает нагрузку КЗ;
3. тепловой – предохраняет электрические цепи от перегрузки.

Рабочие параметры последних двух определяют время токовые характеристики для автоматических выключателей. Которые показывают зависимость времени отключения аппарата от соотношения между протекающим по нему током и его номинальным значением. Они сложны тем, что требуют графического выражения.

Благодаря тому, что автоматы с одинаковым номиналом имеют различные характеристики срабатывания, при одном и том же токовом значении их можно применять под разные типы нагрузки. Это обеспечивает минимальное число ложных отключений и защищает от токовых перегрузок.

Получается, что время токовая характеристика (ВТХ) показывает:

1. диапазон срабатывания защиты от короткого замыкания (максимально-токовой), который определяется параметрами встроенной электромагнитной катушки;
2. диапазон срабатывания при превышении нагрузки, определяемый встроенной биметаллической пластиной.

Общий вид ВТХ можно представить нижеприведенным графиком. Цифрой 1 отмечен участок срабатывания при определенном токовом соотношении теплового расцепителя, а цифрой 2 – время реакции электромагнитного.

Общий вид время токовой характеристики АВ

Распространенные виды характеристик

Характеристики срабатывания автоматических выключателей указываются буквами латинского алфавита на их корпусе: А, B, C, D, Z, К. Они показывают на отношение уставки электромагнитного расцепителя к номинальному току данного аппарата, то есть чувствительность.

Рассмотрим их детально в таблице.

Время токовые характеристики АВ типа B, C, D представлены на рисунке.

Время токовые характеристики выключателей по типу B, C, D

У автоматических выключателей разные технические характеристики. Правильный выбор автомата по токовой нагрузке и время токовой характеристике позволяет установить защитное устройство, реагирующее на перегрузки сети должным образом. Это избавит от ложных отключений. Для домашних условий оптимальным вариантом будет использование автоматов типа В и С.

%d0%b2%d1%80%d0%b5%d0%bc%d1%8f-%d1%82%d0%be%d0%ba%d0%be%d0%b2%d0%b0%d1%8f%20%d1%85%d0%b0%d1%80%d0%b0%d0%ba%d1%82%d0%b5%d1%80%d0%b8%d1%81%d1%82%d0%b8%d0%ba%d0%b0 — с русского на все языки

Все языкиАнглийскийРусскийКитайскийНемецкийФранцузскийИспанскийШведскийИтальянскийЛатинскийФинскийКазахскийГреческийУзбекскийВаллийскийАрабскийБелорусскийСуахилиИвритНорвежскийПортугальскийВенгерскийТурецкийИндонезийскийПольскийКомиЭстонскийЛатышскийНидерландскийДатскийАлбанскийХорватскийНауатльАрмянскийУкраинскийЯпонскийСанскритТайскийИрландскийТатарскийСловацкийСловенскийТувинскийУрдуФарерскийИдишМакедонскийКаталанскийБашкирскийЧешскийКорейскийГрузинскийРумынский, МолдавскийЯкутскийКиргизскийТибетскийИсландскийБолгарскийСербскийВьетнамскийАзербайджанскийБаскскийХиндиМаориКечуаАканАймараГаитянскийМонгольскийПалиМайяЛитовскийШорскийКрымскотатарскийЭсперантоИнгушскийСеверносаамскийВерхнелужицкийЧеченскийШумерскийГэльскийОсетинскийЧеркесскийАдыгейскийПерсидскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)МикенскийКвеньяЮпийскийАфрикаансПапьяментоПенджабскийТагальскийМокшанскийКриВарайскийКурдскийЭльзасскийАбхазскийАрагонскийАрумынскийАстурийскийЭрзянскийКомиМарийскийЧувашскийСефардскийУдмурдскийВепсскийАлтайскийДолганскийКарачаевскийКумыкскийНогайскийОсманскийТофаларскийТуркменскийУйгурскийУрумскийМаньчжурскийБурятскийОрокскийЭвенкийскийГуараниТаджикскийИнупиакМалайскийТвиЛингалаБагобоЙорубаСилезскийЛюксембургскийЧерокиШайенскогоКлингонский

 

Все языкиАнглийскийТатарскийКазахскийУкраинскийВенгерскийТаджикскийНемецкийИвритНорвежскийКитайскийФранцузскийИтальянскийПортугальскийТурецкийПольскийАрабскийДатскийИспанскийЛатинскийГреческийСловенскийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

Зависимые времятоковые характеристики защит.

Часть 2

В прошлой статье мы рассмотрели основные виды зависимых защитных кривых. Сегодня научимся их строить.

 

 

1. Как построить зависимую характеристику?

Давайте отложим в сторону Гридис и разберемся с принципами построения зависимых кривых. Для этой цели будем использовать EXCEL.

Будем строить нормально инверсную кривую по стандартной формуле. Будем считать, что уставки срабатывания и ток и время согласования мы знаем. Сейчас нас интересует только механика построения кривой

Чтобы построить зависимую характеристику, помимо коэффициентов наклона, требуется знать начальный ток срабатывания защиты Iс.з. и точку (ток Iсогл. и время tсогл.) согласования защит, через которую должна пройти наша кривая. При этом существует два способа построения. Рассмотрим каждый из них.

1-ый способ. Построение через коэффициент К

Данный способ подробно описан в [1]

Начальная формула нормально инверсной кривой (INV):

Порядок построения следующий:

1. Находим ток срабатывания защиты (Iс.з.)

Он выбирается максимальным из следующих

С учетом проверки чувствительности

Названия и назначение коэффициентов в этих формулах вы можете самостоятельно уточнить в [1]. Здесь мы их приводить не будет для того, чтобы не уходить в сторону от основной темы

Для примера примем, что Iс.з. = 100 А

2. Находим ток согласования защит (Iсогл.) и время срабатывания вышестоящей защиты (tсогл.).

Ток согласования для зависимой характеристики выбирается как максимальный ток КЗ в начале смежного участка. Время согласования получается из суммы времени срабатывания предыдущей защиты при токе согласования и ступени селективности. Подробнее об этом вы можете узнать в одном из моих видео

Рис. 1. Согласование защит с зависимыми характеристиками

Для примера примем, Iсогл. = 300 А, tсогл. = 5 с

3. Подставляем ток и время согласования в формулу и вычисляем К:

 

Этот коэффициент обеспечивает начало кривой в точке 100 А (асимптота) и ее прохождение через точку 300 А, 5 с.

4. Подставляем найденное значение К в начальную формулу, берем несколько произвольных значений тока и получаем времена срабатывания на каждом из них.

Например, при токе 150 А получим

5. По полученной таблице строим график в EXCEL.

Рис. 2. График искомой защитной характеристики (INV, 100А; 300А, 5с)

 

2-ой способ. Построение через точку (Iсогл., tсогл.)

Этот способ используется в программе Гридис-КС.

Принципы построения кривой аналогичные, только исключается этап 3 — нахождение К. Дело в том, что вычисление К — это лишняя математическая процедура, не несущая в себе конкретного физического смысла. Релейщику важно определить точку согласования и наклон кривой. Остальные преобразования может сделать программа.

Для этого мы должны исключить К из формулы, сразу заменив его током и временем согласования. Сделаем следующие преобразования:

Исходная формула кривой по МЭК:

 

Исходная формула кривой при токе и времени согласования (расчетная точка):

Перепишем вторую формулу в виде

Подставим это выражение в исходную формулу кривой, чтобы можно было определить любые токи и время (при этом кривая должна проходить через точку расчетную)

Итоговая формула без коэффициента К, аналогичная исходной

Для этой формулы вы можете действовать по упрощенной процедуре:

1. Находим ток срабатывания защиты (Iс. з.)
2. Находим ток согласования защит (Iсогл.)
3. Находим время срабатывания вышестоящей защиты (tсогл.)
4. Берем несколько произвольных значений тока получаем времена срабатывания на каждом из них.
5. По полученной таблице строим график в EXCEL.

Рис. 3. График искомой защитной характеристики, построенной по второму способу

Из Рис. 2 и 3 видно, что они идентичны. Остальные зависимые кривые (VERY, EXT, LONG) строятся аналогично. Кстати, если хотите скачать файл EXCEL с этими графиками — загляните в конец статьи.

Теперь посмотрите еще раз на формулу без коэффициента К.

Вы заметили, что в ней также исчез коэффициент β? При этом формула осталась верна. Здесь нет ничего удивительного — коэффициент β не влияет на наклон характеристики, только на смещение всей кривой по оси времени. Если вы сразу указываете точку согласования, то β исчезает потому, что больше не нужен.

Именно по этой причине сильно инверсная (VERY) и инверсная характеристика с длительным временем (LONG) — это одна и та же кривая, просто разнесенная по времени. Если строить их по второму способу, то формула будет одна.

Может возникнуть следующий вопрос: практически во всех современных терминалах РЗА зависимые характеристики задаются коэффициентом К (буква на самом деле может быть другая). Если все равно К нужно вычислить для задания уставок, то зачем применять второй способ?

Ответ может дать как раз Гридис-КС (PRO), который самостоятельно вычисляет К по введенным точкам и показывает его значение на экране.

Рис. 4. Автоматическое вычисление коэффициента К в Гридис-КС

В 21-ом веке не нужно делать то, что можно спихнуть на программу)

 

2. МТЗ или защита от перегрузки?

До этого момента мы рассматривали построение зависимой характеристики МТЗ, назначение которой — защита от коротких замыканий. Однако, не только МТЗ может иметь зависимую характеристику. Еще одной является защита от перегрузки.

Например, первая ступень современных автоматических выключателей 0,4 кВ почти всегда выполняется зависимой.

Рис. 5. Типовая время-токовая характеристика автомата 0,4 кВ

Для этой защиты могут быть использованы те же самые характеристики по МЭК, что и для МТЗ. Разница будет только в выборе уставок.

Также зависимые характеристики защиты от перегрузки могут быть выбраны для сетей среднего напряжения, например, защиты трансформатора 10/0,4 кВ. У силовых машин есть перегрузочная время-токовая характеристика, которая приводится в паспорте или руководстве по эксплуатации

Рис. 6. Перегрузочные характеристики трансформаторов Trihal пр-ва Schneider Electric (информация с сайта www.schneider-electric.ru)

В этом случае вы должны построить характеристику вашей защиты левее и ниже перегрузочной кривой трансформатора, чтобы она отключала трансформатор до критических значений.

Рис. 7. Защита от перегрузки силового трансформатора (пример)

При этом, чем ближе ваша характеристики к перегрузочной кривой оборудования, тем эффективнее вы будете его использовать.

 

Ну, а теперь, как обещал выкладываю файл с расчетами.

Вы можете менять ток срабатывания и точку согласования, а также задавать различные зависимые кривые и получать результат в виде графика. Там же будут видны формулы для построения.

Построение зависимых кривых (2 способа)

В следующей статье мы поговорим о том, когда именно стоит применять зависимые характеристики и что это дает.

Список литературы.

1. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография./ М.А. Шабад. — СПб. ПЭИПК. 2003 — 4-е изд. перераб и доп. — 350 стр.

A, B, C, D, K и Z

На сегодняшний день автоматические выключатели стали незаменимым частью электрической цепи как на производстве, так и в быту. Все автоматические выключатели обладают множеством параметров, один из которых – время токовая характеристика. В данной статьи мы рассмотрим, чем отличаются автоматы с время токовой характеристиками категории A, B, C, D и где данные выключатели применяются.

---

Работа автоматического выключателя

Независимо от того к какому классу относится автоматический выключатель, его основная задача — это срабатывание в случае появления чрезмерного тока в сети, и прежде, чем произойдет повреждение защитного оборудования и кабеля автомат должен обесточить сеть.

 В сети бывают 2 вида опасных для сети токов:

Сверхтоки вызванный КЗ. Причиной возникновения короткого замыкания является замыкание нейтрального и фазного проводника между собой. В обычном состоянии фазный и нейтральный провод подключены к нагрузке отдельно друг от друга.

Токи перегрузки. Появление таких токов зачастую происходит в том случае, если суммарная мощность подключенных устройств к линии превышает предельно допустимую норму.

 Токи перегрузки

Токи перегрузки зачастую бывают немного больше номинального значения тока автомата, поэтому токи перегрузки как правило не вызывают повреждение цепи в случае недолговременной продолжительности действия. Следовательно, нам не нужно мгновенно отключать сеть в данном случае (зачастую величина тока быстро приходит в норму). В каждом автоматическом выключателе предусмотрено определенное превышение силы тока, которое приводит к срабатыванию автомата.

Время срабатывания автоматического выключателя связано с величиной перегрузки. При значительном превышении номинала выключение автомата происходит за считанные секунды, а при небольшом превышении нормы, срабатывание автомата может произойти в течении часа и больше. Данная особенность обусловлена использованием в автомате биметаллической пластины, которая изгибается при нагреве током превышающего норму и тем самым приводит к срабатыванию автомата. Чем большее значение тока, тем быстрее изгибается пластина и тем раньше срабатывает автомат.

Токи КЗ

При правильном выборе автомата, ток КЗ должен приводить к его мгновенному срабатыванию. За обнаружение и немедленную реакцию автомата отвечает электромагнитный расцепитель. Конструктивно расцепитель представляет собой соленоид с сердечником. Под воздействием сверхтока сердечник вызывает мгновенное срабатывание автомата и данное отключение должно происходить в течении доли секунд.

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Теперь мы плавно переходим к главному вопросу связанному с срабатыванием автоматических выключателей в зависимости от его времятоковой характеристики. Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

 Автоматы типа МА

Главная особенность подобных устройств – отсутствие в них теплового расцепителя. Обычно подобные устройства ставят для защиты электрических моторов и прочих мощных устройств.

Устройства класса А

Автоматы класса А имеют самый высокий порог чувствительности. В устройствах с времятоковой характеристикой А, тепловой расцепитель, как правило срабатывает в случае превышении воздействующей силы тока на 30% больше номинала выключателя.

Стоит учесть, что подобные автоматы устанавливаются в линии, в которой не допустимы даже кратковременные перегрузки. К примеру, это может быть цепь с полупроводниковыми элементами.

Защитные устройства класса B

Все устройства категории В имеют меньшую чувствительность, в сравнении с устройствами категории А. Срабатывание электромагнитного расцепителя в них происходит при превышении номинала автомата на 200%. При этом время срабатывания данных устройств составляет 0,015 сек.

Устройства категории В используются для установки в линиях, в которые включены приборы освещения, розетки и также в других цепях, в которых отсутствует пусковые токи или они имеют минимальное значение.

Устройства категории С

Устройства типа С весьма распространены в бытовых сетях. Устойчивость к перегрузкам у данных устройств выше, нежели у всех вышеперечисленных. Чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепителя, требуется превышение проходящего через расцепитель тока в 5 раз выше номинального значения. Тепловой расцепитель срабатывает в случае превышения номинала в 5 раз через 1,5 сек.

Как упоминалось ранее выключатели с времятоковой характеристикой С обычно устанавливаются в бытовых сетях. Данные устройства отлично работают в роли вводных устройств для защиты общей сети.

Вы можете купить автоматические выключатели категории С от лучших производителей:

Автоматы CHINT

Автоматы IEK

Автоматические выключатели категории D

Выключатели категории D имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Электромагнитная катушка в устройстве срабатывает при превышении номинала автомата, как минимум в 10 раз.

Тепловой расцепитель срабатывает через 0,4 сек.

Зачастую устройства категории D применяются в общих сетях зданий и сооружений в роли страховки. Данные устройства срабатывают в том случае, если не произошло своевременное срабатывание автоматов защиты цепи в отдельных помещениях. Также автоматы категории D могут устанавливаться в цепях с большими пусковыми токами.

Вы можете купить автоматические выключатели категории D здесь:

Автоматы CHINT

Автоматы IEK

 Защитные устройства категории K и Z

Автоматы категории K и Z встречаются довольно редко. Устройства категории К имеют большой разброс в значениях тока, требуемых для электромагнитного расцепителя. К примеру, для цепи переменного тока данный показатель должен превышать номинал в 12 раз, а в случае применения в цепи постоянного тока, в 18 раз. Электромагнитный соленоид срабатывает через 0,02 сек. Тепловой расцепитель может сработать при превышении номинала всего на 5%.

Из-за своих свойств устройства категории К применяются в цепях с исключительно индуктивной нагрузкой.

Устройства категории Z также имеют различные токи срабатывания соленоида электромагнитного расцепителя, но разброс для данного варианта, не настолько большой, как в выключателях с категорией К. В цепи постоянного тока величина тока должна быть в 4,5 раза выше номинала, а в сетях переменного тока для срабатывания автомата, ток должен превысить автомат в 3 раза. Устройства категории Z обычно используют для защиты электроники.

Кривые характеристики времени и тока для выборочной координации

Характеристические кривые

время-ток играют важную роль в достижении надлежащей координации защиты между устройствами электробезопасности. Узнайте больше, поскольку мы рассмотрим основы защиты энергосистемы, TCC для твердотельного и термомагнитного отключения, важность, процедуру и правила выборочной координации здесь.

Цель защиты энергосистемы:

Основная цель защиты энергосистемы — определить неисправность или любое ненормальное состояние, которое может вызвать сбой в работе системы или полное отключение питания, и изолировать ее от исправной части.

Необходимы исследования для защиты критически важного оборудования энергосистемы. Селективная координация и координация защиты осуществляется с помощью кривых времени и тока (TCC). В этой статье обсуждается значение координации защиты по мощности и то, как кривые времени и тока используются для селективной координации.

Принципы защиты энергосистемы:

При разработке схемы защиты энергосистемы инженер должен обратить внимание на следующие характеристики, чтобы наша система защиты обеспечивала оптимальную функциональность.

• Чувствительность: Защитное оборудование должно быть чувствительным при точном обнаружении всех видов неисправностей.
• Скорость: Скорость при отключении (отключение питания из здорового региона)
• Экономика: Дешевле. Стоимость не должна превышать 25% от общей стоимости.
• Простота: не должно делать систему в целом сложной
• Селективность: идентификация правильной неисправной детали, чтобы затронуть наименьшую часть.Например, в университете есть свой главный выключатель, и у каждого отдела есть свои собственные выключатели. Предположим, что если в отделе возникает неисправность, он не должен отключать главный выключатель университета, вместо этого должен отключиться главный выключатель этого отдела.

Кривые времени и тока (TCC)

Интенсивность повреждения в энергосистемах пропорциональна величине тока. Желательно, чтобы по мере увеличения тока повреждения уменьшалось время устранения неисправности или FCT.Чтобы гарантировать, что все защитные устройства на входе и выходе согласованы, используется кривая зависимости тока от времени (I от t), также известная как TCC или временная кривая тока.

Ниже приведены характеристики TCC:

• В TCC ток указывается по оси x, а время — по оси y.
• TCC нанесен на график в логарифмической шкале, так что все значения тока и времени легко учесть. Например: в системе минимальная ошибка 100 A должна быть устранена в течение 10 с, а для системы с максимальной ошибкой 5000 A она должна быть устранена в течение 50 мс.Логарифмическая шкала в TCC гарантирует, что присутствуют как экстремальные значения тока, так и времени.
• Изгибы реле более резкие и тонкие, чем предохранители и автоматические выключатели, потому что реле используются только для обнаружения неисправности и затем подачи сигнала отключения на выключатели. Обычно они используются в системах среднего и высокого напряжения. Ознакомьтесь с курсом «Основы защиты энергосистемы» , в котором мы кратко обсудили «Типы реле защиты и требования к конструкции».

TCC автоматического выключателя:

Твердотельное отключение:

Ниже приведены некоторые ключевые моменты, которые отражены на приведенном выше графике.

• Долговременный номинальный ток в амперах : Это номинальный длительный ток, при котором выключатель не срабатывает. Например, автоматический выключатель рассчитан на 1000 А, а максимальный ток, который будет протекать через выключатель, составляет 800 А. Следовательно, длительная установка силы тока будет изменена на 800 А.
• Long Time Delay : Этот параметр относится к задержке из-за пускового тока трансформатора и пускового тока двигателя. Эта задержка дана в виде наклона.
• Кратковременный датчик: Это от 1,5 до 10 раз больше долговременного номинального тока. Настройка, при которой выключатель имеет тенденцию срабатывать после некоторой задержки.
• Кратковременная задержка : Задержка, заданная из-за того, что нижестоящие устройства устранили неисправность, чтобы не было проблем с отключением, или после достижения задержки срабатывания выключателя. Доступны две настройки
• Мгновенное срабатывание : Используется, когда отключение требуется без задержки. Его настройка может варьироваться от 2 до 40 раз от долговременного номинального тока.

Термомагнитный расцепитель:

Как видно на графике ниже, кривая прерывателя имеет большую толщину. Эта толщина на графике имеет собственное значение, которое описывается двумя терминами, известными как:

• Минимальное время отключения: Это время, в которое выключатель обнаруживает неисправность.
• Максимальное время отключения: Это время, в которое выключатель выдает сигнал отключения.

Термомагнитные выключатели имеют несколько другие графики характеристик, чем электронные (твердотельные) выключатели, так как у них всего две настройки:

• Отключение с задержкой: Это отключение вызвано перегрузкой по току тепловой частью выключателя.Биметаллическая полоса в выключателе нагревается высоким током, что приводит к разрыву контактов после задержки. По мере увеличения тока нагрев продолжается, и время отключения от сверхтока уменьшается.
• Мгновенное отключение: Нет преднамеренной задержки отключения. Магнитная часть выключателя определяет высокий ток перегрузки или короткое замыкание и выдает сигнал отключения.

Что такое выборочная координация?

Полная селективность означает, что защитные устройства минимизируют влияние короткого замыкания или другого нежелательного события на энергосистему.Предохранитель или автоматический выключатель, ближайший к месту повреждения, размыкается без размыкания предохранителя или автоматического выключателя, который его питает (со стороны входа). Таким образом, у вас не будет отключения электроэнергии, если где-то ниже по течению возникнет неисправность.

Согласно статье 100 NEC, выборочная координация определяется как:

“ Локализация состояния перегрузки по току для ограничения перебоев в цепи или затронутом оборудовании, достигается выбором устройств защиты от перегрузки по току и их номиналов или настроек .”

Чтобы понять, как согласованы защитные устройства, возьмем пример:

Рисунок 1: Неисправность ниже CB5

На приведенном выше рисунке показана неисправность, которая возникает под выключателем 5 (C.B-5). В этом случае C.B-5 должен иметь возможность устранить повреждение в кратчайшие сроки, и никакой другой выключатель (в данном случае C.B-2 и C.B-1) не должен отключиться в течение этого времени. В случае, если выключатель C.B-5 по какой-либо причине не устраняет неисправность, то C.B-2 устраняет ее после некоторой задержки, а если по какой-либо причине, C.B-2 не может устранить неисправность, тогда C.B-1 выдает отключение (что может быть наихудшим сценарием).

Как осуществляется выборочная координация?

Защитные устройства должны срабатывать только при неисправностях, которые находятся в их «зоне защиты». При возникновении неисправности в определенной зоне устройство, предназначенное для ее защиты, распознает ток и изолирует неисправность от остальной системы.

Однако, если отказ происходит вне зоны защиты устройства, то это устройство только обнаружит его, но не отключит.Следовательно, регулируя и перестраивая кривые тока времени защитных устройств таким образом, чтобы их настройки или кривые имели минимальное перекрытие или не имели никакого перекрытия, может быть достигнута избирательная координация.

Достижение выборочной координации с помощью ETAP:

Например, показанная выше простая часть системы, для которой мы сначала получим кривые TCC, а затем настроим кривые, чтобы мы могли достичь координации между всеми устройствами защиты.

1. Выберите часть системы, для которой требуется получить TCC.Затем из показанной ниже панели модулей (Рис. 01) мы выберем Star Protective Protection Затем, как показано на Рис. 2, мы выберем Create Star View.
2. После щелчка на всплывающем экране появится указанный ниже график. Нижеприведенный график относится к CB 2, который закрашен красным. В данном случае это самый нижний прерыватель, поэтому согласно правилам он должен находиться в крайнем левом положении, потому что мы хотим, чтобы он сработал первым.

   Рисунок 2: Координационный CB1

3. Поскольку CB-1 (заштриховано красным ниже) является вторым последним защитным устройством, его график должен быть справа от выключателя CB-2, потому что мы хотим, чтобы он сработал в случае сбоя CB-1 или если неисправность возникает в свою зону.Эта ситуация показана на рисунке ниже.

   Рисунок 3: Координация CB2

Правила избирательности:

Корпус 1:

Использование настроек срабатывания срабатывания На Рис. 2 показано, как кривые с разными значениями срабатывания могут быть избирательными, и показано первое правило селективности, а именно: два устройства являются избирательными, если кривая устройства ниже по потоку расположена слева от кривой устройства выше по потоку. Это может произойти только в том случае, если уставка срабатывания срабатывания последующего устройства установлена ​​на ток, который меньше, чем настройка срабатывания срабатывания вышестоящего устройства.Обратите внимание, что по соглашению для кривых временного тока крайняя правая часть кривой должна заканчиваться на максимальном токе короткого замыкания, который устройство будет ощущать в энергосистеме, в которой оно работает. При увеличении настройки срабатывания срабатывания кривая смещается к правому краю графика. В этом примере для любого тока вплоть до максимального тока короткого замыкания левой кривой, кривая слева сработает раньше, чем кривая справа. Токи, превышающие максимальный ток левой кривой, физически невозможны и воспринимаются только устройством, представленным правой кривой.

Рис. 2 — Создание селективности правильным подбором настроек датчика.

Дело 2:

Использование настроек задержки (рис. 3) показывает, как изменение временных задержек может обеспечить избирательность. Увеличение времени задержки сдвигает кривую на графике вверх. Обратите внимание, что для всех токов в пределах диапазона кривых кривая внизу сработает раньше, чем кривая над ней. Итак, второе правило селективности состоит в том, что нижестоящее устройство должно быть расположено на графике ниже, чем вышестоящее, чтобы два устройства работали избирательно.

Рис. 3 — Создание избирательности за счет правильного выбора настроек задержки.

Корпус 3:

Определить избирательность набора кривых время-ток довольно просто. Кривые должны совпадать слева направо или снизу вверх в последовательности от нагрузки к источнику. Кривые не должны перекрывать друг друга и не должны пересекать друг друга. Между кривыми должно быть достаточно места (подробнее об этом позже). Кривые также могут указывать, обеспечивают ли вышестоящие устройства резервную защиту.Это происходит, когда крайняя левая часть резервного устройства выходит за пределы диапазона токов предпочтительного устройства.

На рис. 4 устройства выстроены в соответствии с рекомендациями. Обратите внимание, что по мере того, как вы отслеживаете три уровня тока короткого замыкания во времени, устройство, ближайшее к нагрузке, сначала завершит свою задержку по времени и отключится раньше других выключателей. Если устройство, ближайшее к нагрузке, не работает, следующее устройство в восходящем направлении отключится после указанной дополнительной временной задержки и раньше, чем другое оставшееся устройство.

Рис. 4 — Определение полной избирательности

На рисунке 5 показан пример системы, которая не является избирательной на определенных текущих уровнях. Три места повреждения и соответствующие уровни тока показаны с помощью цветных символов и стрелок. Каждый показанный выключатель находится в распределительном щите или панели, которая может содержать другие фидеры или ответвления. Таким образом, срабатывание выключателя 1 или выключателя 2 изолирует гораздо больше, чем одиночная нагрузка, показанная на однолинейной схеме.

Начнем с повреждения, расположенного у зеленого креста, с током повреждения, обозначенным зеленой стрелкой.Место повреждения вызывает протекание тока через все три выключателя. Но величина тока достаточно высока, чтобы сработать только выключатели 1 и 3. Прерыватель 3 сработает первым и изолирует повреждение, поэтому система выглядит избирательной. Однако обратите внимание, что в ситуации резервного копирования сработает выключатель 1, а не выключатель 2, что приведет к отключению большей части энергосистемы, чем необходимо.

Рис. 5 — Пример неселективной системы

Повреждение, показанное синим крестиком, расположено на входной стороне выключателя 3, поэтому через этот выключатель не будет протекать ток.Автоматические выключатели 1 и 2 распознают эту неисправность. Из-за пересечения кривых выключателей 1 и 2 выключатель 1 сработает первым при этой неисправности, что нежелательно, так как это приведет к отключению большей части системы, чем необходимо.

Короткое замыкание, показанное желтым крестиком, имеет очень высокий ток, который воспринимается обоими выключателями 1 и 2. В этом случае уровень тока достаточно высок, чтобы пройти через кривые, где выключатели 1 и 2 являются селективными, т. Е. Справа от пересечение их кривых.Следовательно, мы можем видеть, что выключатель 2 обнаружит ток до выключателя 1 и сработает до него. Таким образом, в этом сценарии сохраняется избирательность.

TCC предохранителя:

Рисунок 4: TCC предохранителя

Каждый предохранитель представлен полосой: минимальная характеристика плавления (сплошная линия) и полная чистая характеристика (штриховая линия). Полоса между двумя линиями показывает допуск этого предохранителя в определенных условиях испытаний. При заданном перегрузке по току определенный предохранитель при тех же обстоятельствах сработает одновременно в пределах его временного диапазона.Кроме того, предохранители имеют обратнозависимую время-токовую характеристику, что означает, что чем выше ток перегрузки, тем быстрее они срабатывают.

Кривые повреждения кабеля:

Кривая повреждения кабеля показывает, какой ток может выдержать кабель без повреждения изоляции и как долго он может выдерживать различные значения токов.

Рисунок 5: Типичная кривая повреждения кабеля

Ампер полной нагрузки: Это постоянный ток или номинальный ток, который будет протекать по кабелю, величина зависит от нагрузки, и кабель должен быть такого размера, чтобы он мог легко переносить этот ток.

Допустимая нагрузка кабеля: Также известная как допустимая нагрузка по току, это максимальный ток в амперах, который кабель может непрерывно переносить без повреждения его изоляции или без превышения его номинальной температуры.

Рисунок 6: Защита кабеля

В идеале мы хотим, чтобы наш автоматический выключатель срабатывал и изолировал входящие кабели до того, как они будут повреждены током короткого замыкания. Поэтому при рисовании TCC мы корректируем наши кривые выключателя слева от кривых повреждения кабеля.Это указывает на то, что прерыватель сработает до того, как ток короткого замыкания повредит какой-либо из кабелей.

Кабель, выбранный не в соответствии с уровнями тока короткого замыкания в системе, может быть легко поврежден, а кабель неправильного размера может также перегреться. Таким образом, выбор правильного размера и типа кабеля очень важен с точки зрения затрат на техническое обслуживание, безопасности и надежности.

TCC трансформатора:

Высокий пусковой ток, который трансформатор потребляет для возбуждения самого себя, называется пусковым током трансформатора.Отключение из-за пускового тока действительно является неприятностью, потому что мы хотим, чтобы трансформатор продолжал работать после этого, а не отключался.

Мы также можем нанести эту характеристику на TCC. В идеале автоматический выключатель должен располагаться справа и выше кривой броска тока трансформатора. Это указывает на то, что автоматический выключатель не сработает при пусковом токе. Если кривая выключателя находится слева от кривой броска тока, это будет указывать на ложное отключение.

Рисунок 7: Согласование с кривыми броска тока и повреждения трансформатора

Моментальное отключение из-за пускового тока:

Иногда в нашей системе возникают временные высокие токи или условия перегрузки, такие как пусковой ток трансформатора, пусковой ток двигателя, токи от моторных приводов или даже случайные скачки напряжения.Они сохраняются в течение короткого времени, в среднем около 10 мс для броска тока трансформатора и нескольких секунд для двигателей.

Однако недопустимо, чтобы наша система рассматривала их как неисправности. Отключение в этих условиях известно как ложное срабатывание, потому что эти условия часто возникают в энергосистемах, и мы не хотим, чтобы наша система срабатывала каждый раз, когда это происходит.

Кривая повреждения трансформатора:

IEEE Guide C57.109-1993 (R2008) рассматривает как тепловые, так и механические воздействия на внешний трансформатор в результате неисправностей.

Способность трансформатора противостоять этим воздействиям показана на рисунке ниже.

Рисунок 8: Кривая тепловой мощности трансформатора

I2t (I = амперы, t = время) с единицей измерения Ампер в квадрате секунд (A2S) пропорционально увеличению тепловой энергии в проводнике в результате постоянного тока с течением времени. В трансформаторах значение I2t определяется, чтобы показать пределы теплового режима их обмоток до того, как произойдет повреждение.

Кривые повреждения также известны как кривые устойчивости.Прерыватель должен быть согласован с кривой повреждения на TCC, чтобы он защищал устройство от токов, которые могут его повредить. Следовательно, кривая выключателя должна располагаться слева от кривой устойчивости и не перекрываться с ней, чтобы наш трансформатор был полностью защищен от всех значений токов, превышающих его номинальные характеристики повреждения.

кривые время-ток

Скорость срабатывания выключателя

Кривые время-ток используются, чтобы показать, насколько быстро выключатель сработает при любой величине тока.На следующем рисунке показано, как работает кривая время-ток. Цифры внизу (горизонтальная ось) представляют ток в амперах. Цифры слева (вертикальная ось) представляют время в секундах.

Чтобы определить, сколько времени потребуется выключателю для отключения при заданном токе, найдите уровень тока в нижней части графика. Проведите вертикальную линию до точки, где она пересекает кривую. Затем проведите горизонтальную линию с левой стороны графика и найдите время до поездки.Например, на этом рисунке автоматический выключатель сработает, когда ток останется на уровне 6 ампер в течение 0,6 секунды.

Видно, что чем выше ток, тем короче время, в течение которого автоматический выключатель остается включенным. Из кривой время-ток на следующей странице видно, что фактические кривые время-ток нарисованы на журнальной бумаге, а горизонтальная линия кратна номинальному постоянному току выключателя.
В информационном окне в верхнем правом углу обратите внимание, что кривая время-ток, показанная на следующей странице, определяет работу автоматического выключателя CFD6.

В этом примере выбран расцепитель на 200 ампер.

Компонент защиты от перегрузки на кривой время-ток

Верхняя часть кривой время-ток показывает характеристики компонента отключения по перегрузке автоматического выключателя. Кривые время-ток показаны в виде полос, и фактическая производительность любого выключателя может упасть в любом месте в пределах диапазона. Используя приведенный в качестве примера автоматический выключатель CFD6 и расцепитель на 200 ампер, время срабатывания автоматического выключателя при любой заданной перегрузке можно легко определить, используя ту же процедуру, что описана ранее.

Например, выключатель сработает от 25 до 175 секунд при токе 600 ампер и температуре окружающей среды 40 ° C, что в 3 раза превышает номинал расцепителя.

Это проиллюстрировано приведенной ниже кривой время-ток.

Компонент мгновенного отключения на кривой время-ток

Нижняя часть кривой время-ток показывает характеристики компонента мгновенного отключения (короткое замыкание) автоматического выключателя. Максимальное время отключения (время, необходимое для полного размыкания выключателей) уменьшается с увеличением тока.Это происходит из-за конструкции контактов с раздувом, в которой используется магнитное поле, создаваемое вокруг контактов.

По мере увеличения тока увеличивается напряженность магнитного поля, что помогает размыкать контакты. Этот автоматический выключатель имеет регулируемую мгновенную точку срабатывания от 900 до 2000 А, что в 4,5–10 раз превышает номинал расцепителя 200 А. Если настройка точки срабатывания установлена ​​на минимум (900 А), и происходит ток короткого замыкания 900 ампер или больше, выключатель сработает в течение 1 цикла (16.8 мс). Если установка точки срабатывания установлена ​​на максимум (2000 А), и происходит ток короткого замыкания в 900 ампер, прерыватель сработает примерно через 12–55 секунд.

Чем больше ток короткого замыкания, тем быстрее срабатывает выключатель.

ИСТОЧНИК: Siemens

Соответствующее содержимое EEP с рекламными ссылками

Характеристики кривых отключения и координации автоматического выключателя

Рисунок 1: Упрощенная кривая времени и тока. Фото: TestGuy

Время-токовые кривые используются для отображения времени, необходимого для отключения автоматического выключателя при заданном уровне перегрузки по току.

Время-текущие кривые обычно отображаются в виде графика журнала. Цифры по горизонтальной оси кривой представляют номинальный длительный ток (In) для автоматического выключателя, цифры по вертикальной оси представляют время в секундах.

Чтобы определить, сколько времени потребуется выключателю для отключения: найдите текущее значение, кратное (In), внизу графика. Затем нарисуйте вертикальную линию до точки, где она пересекает кривую, а затем проведите горизонтальную линию с левой стороны графика, чтобы найти время поездки.

Общее время отключения автоматического выключателя — это сумма времени срабатывания выключателя, времени отключения, времени механической срабатывания и времени дуги.

Кривые

разработаны с использованием заранее определенных характеристик, таких как работа при температуре окружающей среды 40 ° C, поэтому имейте в виду, что фактические условия эксплуатации автоматического выключателя могут вызвать отклонения в его характеристиках.

Большинство кривых имеют информационное окно, в котором будет указано, к какому выключателю применяется кривая.Это информационное окно может также содержать важные примечания от производителя, такие как допустимое отклонение от времени поездки.

Пример кривой тока времени автоматического выключателя в реальном мире с основными моментами. Фото: TestGuy

---

Защита от перегрузки

Верхняя часть кривой время-ток показывает тепловую реакцию выключателя, изогнутая линия указывает номинальную производительность выключателя.

В термомагнитных выключателях тепловая перегрузка возникает, когда биметаллический проводник внутри автоматического выключателя отклоняется после нагрева током нагрузки, освобождая рабочий механизм и размыкая контакты.

Чем больше перегрузка, тем быстрее биметаллическая полоса нагревается и отклоняется для устранения перегрузки. Это то, что известно как обратная временная кривая.

Долговременная функция

В электронных автоматических выключателях функция длительного действия (L) имитирует эффект термического биметаллического элемента. Номинальная точка срабатывания, в которой электронный расцепитель определяет перегрузку, составляет примерно 10% от выбранного номинального тока. После срабатывания автоматический выключатель сработает по истечении времени, заданного настройкой длительной задержки.

---

Защита от короткого замыкания

Нижняя часть кривой время-ток отображает реакцию автоматического выключателя на короткое замыкание. В термомагнитных выключателях в месте срабатывания при значительных токах сверхвысокой величины срабатывает магнитный якорь внутри автоматического выключателя, который отключает механизм.

Мгновенная функция

В электронных автоматических выключателях функция мгновенного действия (I) имитирует магнитную характеристику термомагнитного выключателя.Это достигается с помощью микропроцессора, который много раз в секунду берет выборки из формы волны переменного тока для вычисления истинного среднеквадратичного значения тока нагрузки. Мгновенное отключение происходит без преднамеренной задержки по времени.

Рисунок 3: Комбинированная кривая LSIG. Фото: TestGuy.

Кратковременная функция

Некоторые электронные автоматические выключатели могут быть оборудованы функцией короткого замыкания (S), которая дает автоматическому выключателю задержку перед срабатыванием значительного перегрузки по току.Это позволяет осуществлять избирательную координацию между защитными устройствами, чтобы гарантировать, что только устройство, ближайшее к месту повреждения, отключается, не затрагивая другие цепи (см. Координацию автоматического выключателя ниже) .

Характеристика I ² t кратковременной функции определяет тип задержки. I ² t IN приведет к обратнозависимой задержке, которая напоминает временные / токовые характеристики предохранителей. Это похоже на функцию длительного времени, за исключением гораздо более быстрой задержки.I ² t OUT обеспечивает постоянную задержку, обычно 0,5 секунды или меньше, как указано на кривой время-ток.

Функция блокировки зоны

Автоматические выключатели, оборудованные блокировкой зон по короткой задержке без сигнала ограничения от нижестоящего устройства, будут иметь минимальную временную полосу, применяемую независимо от настройки, это иногда называется максимальной неограниченной задержкой.

Когда мгновенная функция отключена, используется коррекция кратковременной задержки для мгновенного отключения автоматических выключателей в случае значительного короткого замыкания.Это называется кратковременной стойкостью и отображается на кривой срабатывания как абсолютное значение в амперах.

Связанные: Основные принципы селективной блокировки зон (ZSI)

---

Защита от замыканий на землю

Как и функция защиты от замыканий на землю, элемент защиты от замыкания на землю (G) состоит из установки срабатывания и задержки. Когда происходит замыкание фазы на землю, сумма фазных токов перестает быть равной, потому что ток замыкания на землю возвращается через шину заземления.В 4-проводной системе четвертый трансформатор тока устанавливается на нейтральную шину для обнаружения этого дисбаланса.

Когда происходит дисбаланс тока, автоматический выключатель срабатывает, если величина превышает уставку срабатывания замыкания на землю. Если выключатель остается включенным в течение времени, заданного задержкой замыкания на землю, автоматический выключатель сработает. Защита от замыкания на землю иногда поставляется с функцией I ² t, которая работает по тому же принципу, что и кратковременная задержка.

Пример 4-проводной системы защиты от замыканий на землю.Фото: TestGuy.

Защита от замыкания на землю требует наименьшего количества энергии для отключения автоматического выключателя, часто со значениями отключения, установленными значительно ниже уставки срабатывания длительного срабатывания. При проверке функции перегрузки или короткого замыкания автоматического выключателя защиту от замыкания на землю необходимо отключить или «убрать с дороги» для срабатывания других функций.

Использование испытательного комплекта изготовителя или изменение проводки входа трансформатора тока нейтрали является предпочтительным методом испытания первичной инжекции на выключателе низкого напряжения с защитой от замыкания на землю, в противном случае два полюса могут быть соединены последовательно для обеспечения сбалансированных вторичных токов на расцепитель. .

Связано: Системы защиты от замыканий на землю: основы тестирования производительности

---

Координация автоматического выключателя

Время-токовые кривые необходимы для правильного согласования автоматических выключателей. В случае неисправности должен срабатывать только ближайший к неисправности автоматический выключатель, не затрагивая другие цепи.

В приведенном ниже примере три автоматических выключателя скоординированы таким образом, чтобы время отключения каждого выключателя было больше, чем время отключения выключателя (ей), расположенного ниже по цепи, независимо от величины повреждения.

Упрощенный пример координации отключения выключателя. Фото: TestGuy.

Автоматический выключатель CB-3 настроен на отключение, если перегрузка 2000A или выше происходит в течение 0,080 секунд . Автоматический выключатель CB-2 сработает, если перегрузка сохраняется в течение 0.200 секунд, и автоматический выключатель CB-1 , если неисправность сохраняется в течение 20 секунд .

Если отказ происходит ниже выключателя CB-3 , он срабатывает первым и сбрасывает неисправность.Автоматические выключатели CB-2 и CB-1 будут продолжать обеспечивать питание цепи.

Каждая функция расцепителя должна быть скоординирована для предотвращения ложных срабатываний. Например, если автоматический выключатель питает часть оборудования большими пусковыми токами, значение мгновенного срабатывания должно быть выше, чем значение кратковременного срабатывания, чтобы предотвратить отключение, когда оборудование находится под напряжением.

Связано: Разъяснение исследований по координации электроэнергетической системы

---

Артикул:

Комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.

Данные время-токовых характеристик (TCC)

Данные время-токовых характеристик (TCC)

Большинство данных время-текущих характеристик (TCC) вводятся в библиотеку как время-текущие точки. Кривая TCC может быть представлена ​​рядом временных и текущих координат. При построении кривых EasyPower создает сглаженные линии, проходящие через эти точки. TCC некоторых реле основаны на формулах.

Время-Текущие точки

Пример 1: Реле данных TCC

На рисунке ниже представлена ​​кривая TCC реле GEC IAC-51 для тока срабатывания 1 ампер и настройки шкалы времени 1 секунда.Вдоль кривой отмечены десять точек. Координаты или текущие значения этих точек указаны в скобках.

Рисунок 1: Время-текущие точки реле GEC IAC-51 для набора времени 1

Эти значения вводятся в электронные таблицы в разделе 2 (Time Dial) библиотеки, как показано на рисунке ниже. Значения в самой верхней желтой строке — текущие значения. Соответствующие значения времени вводятся в белые ячейки.Значения времени для точек, показанных на рисунке выше, были введены в строку 2 таблицы ниже. Значения времени для других настроек шкалы времени вводятся в последовательные строки. Обратите внимание, что есть только одна строка для текущих значений. Следовательно, значения времени для разных настроек шкалы времени должны соответствовать одному и тому же набору текущих значений.

Рисунок 2: Секция 2 (шкала времени) реле

Пример 2: Автоматические выключатели MCCB Данные TCC

Кривая TCC MCCB Square D KAL 70Amp показана на рисунке ниже.Единицы измерения текущих координат кратны номинальному продолжительному току. Для любого заданного значения тока MCCB может отключиться в любое время между временами, показанными Минимальной кривой очистки и максимальной кривой очистки. Текущие моменты времени показаны в скобках. Для каждой кривой можно получить любое количество точек. Обычно для представления кривой достаточно от 8 до 10 точек.

Текущие моменты времени вводятся в электронную таблицу в разделе 1 информации MCCB библиотеки.Первые два столбца предназначены для минимальной кривой клиринга, а последние два столбца — для максимальной кривой клиринга. Вам нужно будет указать метод расчета самовывоза. В этом примере расчет срабатывания: «Ipu * Trip Amps», потому что TCC дается кратно номинальному току. Если TCC указывается в фактических токах отключения, тогда для расчета срабатывания срабатывания будет «Ток в амперах».

Рисунок 3: Время-текущие точки квадрата D KAL 70A MCCB

Рисунок 4: Вкладка Секции 1 (Тепловая) MCCB

Время-текущие точки мультисегмента TCC

Устройства, такие как MCCB, твердотельные и нетвердотельные отключения, имеют несколько сегментов в своих TCC.В случае MCCB данные теплового отключения вводятся как время-текущие точки, а данные магнитного отключения обычно вводятся отдельно как мгновенный ток отключения. Однако для MCCB с фиксированным (не регулируемым) магнитным расцепителем данные теплового и магнитного TCC могут быть введены как единый набор точек времени и тока. В таком случае в точке, где тепловая кривая пересекается с магнитной кривой, получаются повторяющиеся точки время-ток. Точно так же дублирующиеся точки берутся на любом пересечении прямых линий с изогнутыми линиями.

Пример 3: Многосегментный TCC квадратного D MCCB EH 100A

Рисунок 5: TCC MCCB с фиксированным магнитным расцепителем: квадрат D EH 100A

Для TCC, показанного выше, точки пересечения вводятся как повторяющиеся точки в таблице, показанной ниже. Данные для них выделены серым цветом.

Рисунок 6: Время-текущие точки квадрата D EH 100A

TCC на основе формул

В некоторых цифровых реле формулы используются для генерации TCC.EasyPower включает в библиотеку следующие формулы:

Чтобы ввести данные TCC для формул, выберите соответствующее имя формулы в поле «Модель» в разделе 2 «Информация о реле», как показано на рисунке ниже.

Рисунок 7: Модель коробки для реле

На приведенном ниже рисунке показан пример формулы Basler. Формула, используемая для расчета TCC, отображается под названием модели. Значения, используемые в формуле, вводятся в электронную таблицу и поля редактирования.

Рисунок 8: Basler Formula

Регулируемый диапазон настроек

Защитные устройства могут иметь регулируемые настройки тока срабатывания или задержки по времени. Вы можете указать любой регулируемый диапазон данных как непрерывный или дискретный.

Дискретный: диапазон считается дискретным, если имеется конечное число дискретных значений, до которых можно отрегулировать настройки. Если вы выбираете какой-либо диапазон как дискретный, вы должны указать все возможные настройки, доступные в строках электронной таблицы.Например, если диапазон ответвлений реле равен {0,5, 0,6, 0,8, 1, 1,2, 1,5, 2}, тогда выберите диапазон данных как «Дискретный» и введите различные значения ответвлений в отдельных строках электронной таблицы под названием « Значения.» Точно так же, если шкала времени реле дискретная, выберите «Дискретный» в диалоговом окне. Все значения дискретного набора времени должны вводиться отдельно в последовательные строки в электронной таблице для набора времени.

Непрерывный: диапазон регулируется плавно, если он делится на значение шага.При выполнении регулировок значение параметра увеличивается или уменьшается на кратное значение шага. Когда вы выбираете любой диапазон как непрерывный, вы также должны указать значение шага. Для непрерывных диапазонов достаточно предоставить только две настройки: минимальное и максимальное значения в диапазоне. Например, если срабатывание реле плавно регулируется от 0,5 до 2 с наименьшим шагом 0,01, введите 0,5 как минимум, 2 как максимум, тип настройки как непрерывный и значение шага как 0.01. Когда вы вводите любой диапазон данных как непрерывный, EasyPower вычисляет промежуточные значения для выбранной настройки путем интерполяции.

Дополнительная информация

Защита от перегрузки по току, часть 1 — журнал IAEI

Время чтения: 14 минут

Эта статья предоставляет читателям важную информацию об основных принципах работы и основных время-токовых характеристиках низковольтных предохранителей и автоматических выключателей, рассчитанных на параллельную цепь. Эти устройства защиты от сверхтоков (OCPD) обычно используются в главных сетевых разъединителях, фидерах и ответвленных цепях жилых, коммерческих, институциональных и промышленных электрических систем.Используются и другие OCPD, такие как реле и дополнительные OCPD, которые в данной статье напрямую не рассматриваются. Однако многие из этих представленных принципов применимы и к другим типам устройств. В этой статье объясняются основы, и, как вы могли догадаться, существуют конструкции предохранителей и автоматических выключателей, в которых принципы работы более сложны и могут отличаться от представленных. Однако перед бегом нужно пройтись. Часть II, которая будет в номере за май / июнь, будет охватывать важную информацию, касающуюся рейтингов OCPD, применения в проектах и ​​аспектов соответствия требованиям NEC.

Почему так важна максимальная токовая защита?

Рисунок 1. Осциллографическое представление неисправности

Автор вспоминает, как несколько лет назад он беседовал с известным отраслевым экспертом, который хорошо разбирается в Национальном электротехническом кодексе . Этот эксперт рассматривает заземление, соединение и защиту от перегрузки по току как два наиболее важных принципа защиты в Кодексе. Заземление и соединение важны по двум причинам: (1) ненадлежащее заземление и соединение могут привести к гибели людей и создать опасность пожара и (2) надлежащее заземление и соединение помогают обеспечить срабатывание устройств защиты от сверхтоков в разумные сроки, обеспечивая низкое сопротивление и эффективность. путь для тока короткого замыкания.Защита от сверхтоков важна для достижения общей цели электробезопасности. Если проектировщик, установщик, обслуживающий персонал или инспектор не получит должной защиты от перегрузки по току, может возникнуть угроза пожара и угроз личной безопасности из-за (1) длительного теплового воспламенения материалов из-за неправильной защиты от перегрузки, (2) взрывного воспламенения и опасность вспышки из-за ненадлежащей защиты от короткого замыкания или (3) опасность взрыва и вспышки из-за ненадлежащих устройств защиты от перегрузки по току с номинальным напряжением или с ненадлежащим номиналом прерывания.

Рисунок 2. Пример времени-токовых характеристик предохранителя

Правильный выбор устройств защиты от перегрузки по току требует множества соображений, некоторые из которых являются обязательными, а некоторые — произвольными. Обязательные соображения включают соблюдение требований NEC и обеспечение применения OCPD в пределах их рейтингов и пределов их возможностей, что обычно подтверждается списком и маркировкой конкретных продуктовых стандартов [110.3 (A) (1)].

Тип Максимальный ток

OCPD

предназначены для защиты от воздействия потенциально опасных сверхтоков.Перегрузка по току — это либо ток перегрузки, либо ток короткого замыкания, который часто называют током повреждения. Ток перегрузки — это чрезмерный ток по сравнению с нормальным рабочим током, но он ограничен нормальным токопроводящим путем, обеспечиваемым проводниками и другими компонентами и нагрузками распределительной системы. Как следует из названия, ток короткого замыкания — это ток, который течет за пределы нормального проводящего пути. В статье 100 есть определения сверхтока и перегрузки. Один из важных принципов защиты от перегрузки по току, который обычно остается верным, заключается в том, что чем выше величина перегрузки по току, тем быстрее должно быть отключено перегрузка по току.

Перегрузки

Рисунок 3. Пример минимального плавления предохранителя и общей прозрачной полосы

Чаще всего перегрузки составляют от одного до шести раз больше нормального уровня тока. Чаще всего они вызваны безопасными временными импульсными токами, которые возникают при запуске двигателей или подаче напряжения на трансформаторы. Вредные длительные перегрузки могут быть результатом неисправных двигателей (например, изношенных подшипников двигателя), перегрузки оборудования или слишком большого количества нагрузок в одной цепи. Такие устойчивые перегрузки разрушительны и должны быть отключены с помощью защитных устройств, прежде чем они повредят систему распределения или нагрузку системы.Однако, поскольку они имеют относительно низкую величину, снятие тока перегрузки в течение от нескольких секунд до многих минут обычно предотвращает повреждение цепи или оборудования. Длительный ток перегрузки приводит к перегреву проводов и других компонентов и вызывает ухудшение изоляции, что в конечном итоге может привести к серьезным повреждениям и коротким замыканиям, если их не прервать.

Токи короткого замыкания или замыкания на землю

В то время как токи перегрузки возникают на довольно скромных уровнях, токи короткого замыкания или замыкания на землю возникают в широком диапазоне значений тока.Например, короткое замыкание может быть замыканием на землю более низкого уровня (замыкание на землю с высоким сопротивлением между фазой и землей), замыканием на землю высокого уровня (замыкание на землю с низким импедансом между фазой и землей), замыканием на высокий уровень трехфазного замыкания с болтовым соединением ( короткое замыкание с низким импедансом между всеми тремя фазами) или трехфазное дуговое замыкание от умеренного до высокого уровня (короткое замыкание со средним или низким импедансом по воздуху между всеми тремя фазами). Поскольку нагрузка отключена от цепи, сопротивление цепи резко снижается. Поскольку I (ток) = E (напряжение), деленное на Z (импеданс), результирующее более низкое сопротивление вызывает немедленное увеличение тока (см. Рисунок 1).Токи повреждения могут во много сотен раз превышать нормальный рабочий ток. Ошибка высокого уровня может быть 50 000 А (или больше). Если его не отключить в течение нескольких тысячных долей секунды, разрушение и разрушение могут стать безудержными; может произойти серьезное повреждение изоляции, оплавление проводов, испарение металла, ионизация газов, искрение и возгорание. В то же время токи короткого замыкания высокого уровня могут создавать огромные напряжения магнитного поля. Магнитные силы между шинами и другими проводниками могут составлять многие сотни фунтов на погонный фут; даже сильные распорки могут оказаться недостаточными для предотвращения их деформации или деформации, не подлежащей ремонту.Примерно за последние 10 лет промышленность начала осознавать серьезную опасность вспышки и опасность взрыва для персонала из-за тока дугового замыкания.

Время-токовые характеристики

Рис. 4. Типичный двухэлементный предохранитель с выдержкой времени на 100 А, 600 В, класс RK1

Если вы разбираетесь в физических свойствах и принципах работы устройств, вы можете лучше запоминать информацию и понимать причины конкретных требований. Ниже приводится краткая упрощенная версия.Существует много типов автоматических выключателей и предохранителей, но все они следуют общим основным принципам.

Рисунок 5. Работа с перегрузкой

Давайте начнем с принципа, согласно которому OCPD предназначены для непрерывного проведения тока нагрузки, и в случае перегрузки по току их цель — вовремя размыкаться, чтобы предотвратить серьезное повреждение компонентов схемы. Это требование при возникновении неисправности в Разделе 110.10. Допустимая скорость срабатывания устройства защиты от перегрузки по току может варьироваться в зависимости от величины перегрузки по току.Если перегрузка по току представляет собой небольшую перегрузку, можно позволить току течь в течение многих минут. Фактически, некоторые компоненты схемы, такие как двигатели, первичная обмотка трансформаторов и конденсаторы, имеют безвредный высокий пусковой или возбуждающий пусковой ток, который может быть во много раз больше, чем нормальный ток полной нагрузки. Таким образом, применение OCPD в этих цепях требует, чтобы OCPD допускал преднамеренные токи перегрузки в течение определенного периода времени без размыкания. Если перегрузка по току является неисправной цепью, желательно быстрое реагирование OCPD, чтобы минимизировать повреждение компонентов цепи или оборудования.Примеры на рисунках 2 и 3 иллюстрируют время-токовые характеристики OCPD посредством принципиальной схемы с показаниями амперметра и временем открытия OCPD для различных сверхтоков. Для более высоких уровней перегрузки по току OCPD работает быстрее. Кроме того, этот пример показывает, что характеристики OCPD могут быть представлены кривыми время-ток. См. Рисунки 2 и 3, и для значений сверхтоков, изображенных на рисунке 2, определите время размыкания по кривой на рисунке 3. На кривой время-ток по горизонтальной оси отложена величина тока в амперах, а по вертикальной оси — время в секундах. .Примечание: как текущая ось, так и временная ось имеют логарифмическую шкалу, которая является типичным представлением время-токовых характеристик OCPD. Время-токовая характеристика предохранителя правильно представлена ​​полосой допуска с минимальной кривой плавления в качестве границы слева и полной сплошной кривой в качестве границы справа. Таким образом, для данного значения максимального тока время срабатывания предохранителя представлено диапазоном. Например, на рисунке 2, пример с перегрузкой по току 500 А, предохранитель сработает где-то между 10 и 17 секундами (см. Рисунок 3).Большинство производителей предохранителей предоставляют минимальные кривые плавления и общие четкие кривые плавких предохранителей на отдельных страницах. Для простоты некоторым пользователям просто нужен предохранитель, представленный однолинейной кривой, а не полосой, поэтому производители также могут представлять предохранители через среднюю кривую плавления. Средняя кривая плавления, если ее наложить, будет находиться между кривыми минимального плавления и общими четкими кривыми.

Срабатывание предохранителя

Рисунок 6. Во время короткого замыкания

Работа предохранителя основана на основных тепловых принципах.Поскольку ток течет через предохранитель, сопротивление элемента предохранителя создает тепло. Если ток ниже номинала предохранителя, предохранитель будет постоянно пропускать ток (в зависимости от номинала согласно NEC). В этом случае предохранитель работает в термически стабильном состоянии, и внутренняя температура не достигает точки, при которой предохранитель срабатывает. Тепловая энергия, создаваемая током, протекающим через плавкий элемент, рассеивается в окружающую среду. В условиях перегрузки по току внутренняя температура предохранителя повышается; рассеивание тепловой энергии меньше, чем создаваемая тепловая энергия.Откроется ли предохранитель или как быстро он откроется, зависит от величины перегрузки по току и продолжительности состояния перегрузки по току. Ниже приводится серия иллюстраций, поясняющих, как работают предохранители. Показан двухэлементный предохранитель с выдержкой времени. Есть и другие типовые конструкции, но принципы аналогичны. На Рисунке 4 показан типичный двухэлементный предохранитель с выдержкой времени 100 А, 600 В, класса RK1, который имеет отключающую способность 300 000 А. Художественная свобода проиллюстрировала внутреннюю часть этого предохранителя.Настоящий предохранитель имеет непрозрачную трубку и специальный мелкозернистый материал для гашения дуги, полностью заполняющий внутреннее пространство (см. Рисунок 4).

Рисунок 7. После пропадания тока короткого замыкания

На рис. 5 показано, как двухэлементный предохранитель работает в диапазоне перегрузки. В условиях длительной перегрузки пружина спускового крючка разрушает откалиброванный плавкий сплав и освобождает «соединитель». Вставки представляют собой модель элемента перегрузки до и после.Калиброванный плавкий сплав, соединяющий элемент короткого замыкания с элементом защиты от перегрузки, разрушается при определенной температуре из-за постоянного тока перегрузки. Витая пружина отталкивает разъем от закорачивающего элемента, и электрическая цепь прерывается.

Рисунок 8. Пример ограничения тока короткого замыкания

На рисунках 6 и 7 показано срабатывание предохранителя в диапазоне токов короткого замыкания. Ток короткого замыкания вызывает испарение ограниченных частей элемента короткого замыкания, и возникает дуга (рисунок 6: дуга изображена в виде анимации).Дуги сжигают элемент в точках образования дуги. В результате возникают более длинные дуги, которые помогают снизить ток. Кроме того, специальный присадочный материал для гашения дуги способствует гашению дугового тока. Время срабатывания предохранителя в условиях тока короткого замыкания — это время, необходимое для расплавления или испарения ограниченных участков плавкого элемента, плюс время горения дуги. Время плавления или испарения зависит от конструкции предохранителя и величины тока. Время от момента плавления или испарения плавкого элемента до момента отключения тока довольно велико.Обычно это время составляет долю полупериода. Для токоограничивающих предохранителей в их токоограничивающем диапазоне общее время отключения составляет ½ цикла или меньше (плавление плюс отключение).

Рис. 9. Показаны различные кривые характеристик предохранителей

Особый мелкозернистый материал для гашения дуги играет важную роль в процессе прерывания. На Рисунке 7 показана фактическая фотография внутреннего предохранителя после устранения неисправности. Наполнитель способствует гашению дуги; наполнитель поглощает тепловую энергию дуги, склеивается и создает изолирующий барьер.Этот процесс помогает обнулить ток. Именно весь этот процесс позволяет предохранителям ограничивать ток. Что это значит? Когда ток короткого замыкания находится в диапазоне ограничения тока предохранителя, предохранитель отключает ток до того, как он достигнет своего первого пикового значения тока, испаряя ограниченные части элемента предохранителя. Затем ток принудительно обнуляется посредством процесса искрения и гашения дуги наполнителем перед первым ½ цикла тока короткого замыкания. Ограничение тока значительно снижает энергию, выделяемую в цепи (см. Рисунок 8).

Процесс прерывания критичен для предохранителя. Для обеспечения достаточного номинального напряжения и отключающей способности предохранитель должен быть правильно спроектирован. Решающее значение для достижения определенного номинального напряжения имеет количество последовательно соединенных ограниченных участков или секций с перемычкой. Для предохранителя, показанного в этом примере, есть пять ограниченных участков, соединенных последовательно, и этот предохранитель рассчитан на 600 В переменного тока. Если бы этот предохранитель был неправильно вставлен в цепь 1500 В и предохранитель попытался бы прервать работу, искрение на ограниченных участках, вероятно, продолжалось бы до тех пор, пока не высвободилось бы столько энергии, что предохранитель мог бы сильно взорваться.Для этого предохранителя на 600 В нет достаточного количества ограниченных частей, чтобы отключить 1500 В. Точно так же, когда предохранитель пытается прервать сильные токи короткого замыкания, предохранитель должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать огромное давление, создаваемое внутри корпуса предохранителя в результате срабатывания предохранителя. быстрое испарение и искрение части плавкого элемента. Если предохранитель попытается прервать ток короткого замыкания, превышающий его номинальное значение отключения, предохранитель может сильно взорваться. Раздел 110.9 требует, чтобы доступный ток короткого замыкания на линейных выводах не превышал номинал отключения предохранителя или номинала отключения автоматического выключателя.Это вопрос безопасности.

Рисунок 10. Рабочие функции выключателя

За прошедшие годы появилось несколько различных типов предохранителей, каждый из которых имеет разные время-токовые характеристики и разную степень ограничения тока в условиях короткого замыкания. Например, есть предохранители без выдержки времени (для неиндуктивных нагрузок), предохранители с выдержкой времени (для нагрузок двигателя и теперь используются для большинства приложений общего назначения и даже для статических нагрузок), быстродействующие предохранители (часто называемые полупроводниковыми. предохранители, используемые для защиты силовой электроники).На рисунке 9 показана кривая минимального времени плавления и тока для трех типов предохранителей на 100 А, 600 В:

1. Быстродействующий предохранитель
2. Предохранитель с выдержкой времени, класс J
3. Предохранитель с выдержкой времени класса RK5

Срабатывание выключателя

Автоматические выключатели — это механические устройства защиты от сверхтоков. Все автоматические выключатели имеют три общие рабочие функции:

1. Средства измерения тока:
   A. Тепловой
   B. Магнитный
   C. Электронный
2. Механизм разблокировки: механический
3. Средство прерывания тока / напряжения (оба)
   A.Контактный разъем: механический
   B. Дуговые камеры

Цепочка событий для прерывания перегрузки по току существенно отличается от таковой для предохранителя. Сначала автоматический выключатель определяет перегрузку по току. Если перегрузка по току сохраняется слишком долго, средство обнаружения вызывает или сигнализирует о разблокировке контактного механизма. Функция разблокировки позволяет механизму начать разъединение контактов. Когда контакты начинают разъединяться, ток протягивается по воздуху, и между контактами возникает электрическая дуга.Чем дальше разделяются контакты, тем длиннее дуга, что помогает прервать перегрузку по току. Однако в большинстве случаев, особенно для тока короткого замыкания, одних контактов недостаточно для прерывания. Дуга попадает в дугогасительные камеры, которые способствуют растяжению и охлаждению дуги, так что ее можно прервать. На рисунке 10 показана упрощенная модель с тремя рабочими функциями, показанными для термомагнитного выключателя, который является наиболее часто используемым автоматическим выключателем. Также следует отметить, что существуют различные конструкции контактных механизмов, которые могут существенно повлиять на процесс прерывания.

Срабатывание выключателя при перегрузке

На рисунках 11A и 11B показано срабатывание выключателя при обнаружении термическим биметаллическим элементом постоянной перегрузки. Биметаллический элемент определяет условия перегрузки аналогично датчику биметаллического термостата HVAC. В некоторых автоматических выключателях функция определения перегрузки выполняется электронными средствами. В любом случае процесс разблокировки и прерывания такой же, как показано на рисунках 11A и 11B. На Фигуре 11A показано, что при сохранении перегрузки биметаллический чувствительный элемент изгибается.Если перегрузка сохраняется слишком долго, сила, прикладываемая биметаллическим датчиком к переключающей планке, становится достаточной для разблокировки автоматического выключателя. На рис. 11В показано, что, как только автоматический выключатель разблокирован, он готовится к размыканию. Подпружиненные контакты разъединяются, и перегрузка устраняется. При размыкании контактов может возникнуть дуга, но она не так заметна, как при прерывании тока короткого замыкания.

Рисунок 11а. Автоматический выключатель обнаруживает перегрузку и отключает защелку

Рисунок 11b.Контакты выключателя размыкаются и размыкаются при перегрузке

Срабатывание мгновенного отключения автоматического выключателя

На рисунках 12A, 12B и 12C показано мгновенное отключение автоматического выключателя из-за тока короткого замыкания. Магнитный элемент определяет условия перегрузки по току более высокого уровня. Этот элемент часто называют мгновенным отключением, что означает отключение автоматического выключателя без намеренной задержки. В некоторых автоматических выключателях функция мгновенного отключения выполняется электронными средствами.В любом случае процесс разблокировки и прерывания такой же, как показано на рисунках 12B и 12C.

Рисунок 12а. Обнаружение и разблокировка мгновенного отключения автоматического выключателя

Рисунок 12b. Автоматический выключатель контакты части и дуги

Рисунок 12c. Контакты выключателя разомкнуты и неисправность сброшена

На рисунке 12A показана работа в условиях короткого замыкания. Высокая скорость изменения тока заставляет тягу срабатывания тянуть к магнитному элементу.Если ток короткого замыкания достаточно высок, сильная сила заставляет переключающую планку прикладывать достаточное усилие, чтобы разблокировать автоматический выключатель. Это быстрое событие, называемое мгновенным отключением.

На рисунке 12B показано, что после разблокировки контакты могут начать размыкаться. Важно понимать, что если автоматический выключатель разблокирован, он предназначен для размыкания; однако прерывание тока не начинается до тех пор, пока контакты не начнут разъединяться. Когда контакты начинают разъединяться, ток продолжает течь через воздух (ток дуги) между неподвижным контактом и подвижным контактом.В какой-то момент дуга переходит в дугогасительные камеры, которые растягивают и охлаждают дугу. Скорость размыкания контактов зависит от конструкции выключателя. Общее время прерывания тока для мгновенного отключения автоматического выключателя зависит от конкретной конструкции и состояния механизмов. Автоматические выключатели на меньший ток могут сработать за от ½ до 1 цикла. Автоматические выключатели с большим номинальным током могут отключаться в диапазоне от 1 до 3 циклов в зависимости от конструкции. Автоматические выключатели, указанные в списке и помеченные как токоограничивающие, могут отключиться за ½ цикла или меньше, когда ток короткого замыкания находится в пределах токоограничивающего диапазона автоматического выключателя.

С помощью дугогасительных камер ток прерывается, когда ток приближается к нулю при нормальном прохождении переменного тока и контакты проходят достаточное расстояние (см. Рисунок 12C). Во время процесса прерывания тока на пути прерывания контакта и дугогасительных камерах может выделяться огромное количество энергии. Автоматические выключатели рассчитаны на определенные отключающие характеристики при определенных номинальных значениях напряжения. Например, автоматический выключатель может иметь отключающую способность 14000 А при 480 В переменного тока и 25000 А при 240 В переменного тока.Если автоматический выключатель неправильно установлен из-за его установки в цепи с доступным током короткого замыкания, превышающим номинальное значение отключения автоматического выключателя, автоматический выключатель может сильно разорваться при попытке прерывания.

Типовая характеристика время-токовой характеристики автоматического выключателя

Рисунок 13. Время-токовая характеристика автоматического выключателя в литом корпусе на 400 А

Кривые автоматического выключателя представлены в различных форматах как время-токовые кривые. На рисунке 13 показана кривая автоматического выключателя в литом корпусе на 400 А.Это более старое представление кривой время-ток автоматического выключателя, и в последнее время автор не видел кривых, опубликованных с такими подробностями. Новые кривые не предоставляют время разблокировки или кривую разблокировки для мгновенного отключения. Однако этот формат кривой хорош для изучения того, как работает автоматический выключатель. Как только вы поймете, что существует кривая расцепления, вы можете интерпретировать современные кривые для проведения оценок, если это необходимо.

Заштрихованная часть «Работа от перегрузки» представляет характеристики защиты от перегрузки с биметаллическим элементом, как показано на рисунках 11A и 11B.Обратите внимание, что изображение — это полоса допуска, а не кривая. Это похоже на диапазон допуска предохранителя. Если перегрузка сохраняется достаточно долго, автоматический выключатель должен отключиться в какой-то момент в пределах диапазона «Работа при перегрузке». Например, ожидается, что ток перегрузки 1000 А будет прерван между 70 и 300 секундами (см. Рисунок 13).

Рисунок 14. Автоматический выключатель с защитой от перегрузки и уставкой кратковременной задержки

Заштрихованная часть «Мгновенное отключение» представляет характеристики защиты от короткого замыкания с помощью магнитного элемента, как показано на рисунках 12A, 12B и 12C.Полоса для определенного уровня тока представляет время разблокировки, разъединения контактов и гашения тока / дуги. Среднее время разблокировки для функции мгновенного отключения показано диагональной линией; это соответствует разблокировке, показанной на рисунке 12A. После разблокировки автоматического выключателя необходимо разъединить его контакты и погасить дугу; это соответствует рисункам 12B и 12C. Например, на этой кривой автоматического выключателя на 400 А ток короткого замыкания 10000 А отключит автоматический выключатель в 0.0025 секунд. Затем контакты разъединяются и ток гаснет в течение 0,028 секунды (примерно 1½ цикла). Примечание: на рисунке 13 показаны характеристики от 0,001 до 0,01 секунды, чтобы проиллюстрировать характеристики отключения автоматического выключателя. Большинство кривых предохранителей и автоматических выключателей показывают характеристики от 0,01 секунды и выше.

Рис. 15. Автоматический выключатель с защитой от перегрузки, кратковременной задержкой и блокировкой мгновенного отключения

Существует множество типов автоматических выключателей для различных областей применения.Например, есть автоматические выключатели мгновенного срабатывания, предназначенные для защиты от короткого замыкания в параллельной цепи двигателя. Существуют автоматические выключатели с настройкой кратковременной задержки, которые используются либо вместо элемента мгновенного отключения (см. Рисунок 14), либо в сочетании с блокировкой мгновенного отключения (см. Рисунок 15).

Заключение и часть II

Информация в этой части I «Основы защиты от сверхтоков» дает понимание того, как работают предохранители и автоматические выключатели, а также основы считывания кривых время-ток.В следующем выпуске, Основы защиты от сверхтоков, часть II, мы используем этот материал, чтобы рассмотреть важные характеристики предохранителей и автоматических выключателей, а также другие ключевые важные критерии, которые закладывают основу для лучшего понимания защиты от сверхтоков и соответствия нормам.

Определение продолжительности дуги согласно IEEE 1584-2018 | Инженеры Edge

Связанные ресурсы: калькуляторы

Определение продолжительности дуги согласно IEEE 1584-2018

Разработка и проектирование электротехники и электроники

Определение продолжительности дуги согласно IEEE 1584-2018

Связанный:

Процедура расчета опасности дугового разряда и соображения для системы среднего напряжения

Определение продолжительности вспышки дуги — наиболее важная информация для прогнозирования ее силы.Продолжительность обычно зависит от того, насколько быстро сработает вышестоящее защитное устройство. Чем больше времени потребуется, тем больше будет падающая энергия и, соответственно, опасность. Обычно используются временные кривые тока (TCC) устройств максимальной токовой защиты схемы.

Предохранители : следует использовать информацию из кривых времени-тока производителя. Эти кривые могут включать как время плавления, так и общее время очистки. Если доступны оба варианта, следует использовать общее время очистки, которое представляет собой продолжительность наихудшего случая.Если кривая состоит только из среднего времени плавления, следует добавить 10% времени плюс дополнительные 0,004 с, чтобы определить общее время очистки. Если общее время отключения при токе дугового замыкания меньше 0,01 с, тогда можно использовать 0,01 с. Для токоограничивающих предохранителей, если ток дуги больше, чем порог ограничения тока [полученный из кривых пропускания пикового тока (пикового пропускания)], используйте рекомендации производителя по общему времени отключения и эффективному току дуги.

Низковольтные автоматические выключатели : Для низковольтных автоматических выключателей со встроенными расцепителями время-ток кривые производителя в большинстве случаев включают время отключения устройства и время отключения. Обратите внимание, что некоторые силовые выключатели низкого напряжения могут быть оснащены дополнительными расцепителями. Кривые время-ток, прилагаемые к заменяемому расцепителю, могут включать, а могут и не включать время срабатывания выключателя. Если кривые показывают только время срабатывания расцепителя, время срабатывания автоматического выключателя (обычно 0.05 с или три цикла).

Реле максимального тока и автоматические выключатели : Для получения подробной информации о рабочих характеристиках и кривых времени-тока необходимо проконсультироваться с производителем (-ями) защитного (-ых) реле (-ей) и автоматического выключателя (-ов). Для схем защиты, использующих реле максимальной токовой защиты и автоматические выключатели, время-токовые кривые реле показывают время срабатывания реле. Время отключения автоматического выключателя добавляется ко времени срабатывания реле плюс любые дополнительные временные задержки, такие как для реле блокировки, допуск производителя и другие дополнительные соображения по задержке времени.Время отключения автоматического выключателя можно проверить, просмотрев литературу производителя или данные паспортной таблички автоматического выключателя. Время отключения — это сумма времени отключения автоматического выключателя и времени возникновения дуги. См. Дополнительную информацию в IEEE Std C37.010-2016 и IEEE Std 551-2006.

Продолжительность дуги определяется как время, которое требуется вышестоящему источнику (ам) дугового тока, чтобы прекратить подачу тока или энергии на дуговое замыкание. Как правило, время отключения устройств защиты от сверхтоков зависит от величины и / или направления тока дуги, проходящего через их измерительное оборудование (трансформаторы тока, реле и т. Д.).). При наличии нескольких источников продолжительность дуги зависит от времени, которое требуется последнему защитному устройству для сброса тока дуги. При особых обстоятельствах продолжительность дуги не зависит полностью от времени срабатывания защитного устройства или времени срабатывания, но также от времени, которое требуется накопленной энергии для разряда через дугу. Примеры этого состояния включают в себя, но не ограничиваются, неисправности возле клемм генератора на линейной стороне автоматического выключателя генератора.

Пример «

»

На рисунке T ниже показано, как длительность дуги может быть получена на основе типовой кривой зависимости тока времени (TCC) силового предохранителя среднего напряжения.

Обычно после расчета конечного тока дуги получают характеристическую кривую тока электрической составляющей (TCC) и определяют продолжительность дуги.

Окончательный ток дуги можно рассчитать с помощью формул Интерполяция тока дуги и калькулятора .

Предполагая:

I _arc = 12,979 кА при 4,16 кВ,

Пересечение TCC Время дуги = 0,197 секунды или 197 мс

Рисунок T

© Авторские права 2000-2021, Engineers Edge, LLC www.Engineersedge.com
Все права защищены
Заявление об ограничении ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Дата / Время:

Общие сведения о кривых отключения — c3controls

Введение

Кривые отключения, также известные как кривые времени и тока, могут быть пугающей темой. Цель этой короткой статьи — познакомить вас с концепцией кривых срабатывания и объяснить, как их читать и понимать.

Что такое UL?

Underwriters Laboratories (UL) была основана в 1894 году как Бюро андеррайтеров по электротехнике, бюро Национального совета андеррайтеров.UL была основана в первую очередь для проведения независимых испытаний и сертификации электротехнической продукции на пожарную безопасность. Эти продукты включают устройства защиты цепей, обсуждаемые в этой статье.

Устройства защиты цепей

Защита цепей используется для защиты проводов и электрического оборудования от повреждений в случае электрической перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю. Грозы, перегрузка розеток или внезапный скачок напряжения могут привести к возникновению опасной ситуации, которая может привести к пожару, повреждению оборудования или травмам.Защита цепи предназначена для устранения этого риска до того, как он возникнет, путем отключения питания цепи.

Что такое кривая отключения?

Проще говоря, кривая срабатывания — это графическое представление ожидаемого поведения устройства защиты цепи. Устройства защиты цепей бывают разных видов, включая предохранители, миниатюрные автоматические выключатели, автоматические выключатели в литом корпусе, дополнительные устройства защиты, автоматические выключатели для защиты двигателя, реле перегрузки, электронные предохранители и воздушные автоматические выключатели.

Кривые отключения отображают время отключения устройств максимального тока в зависимости от заданного уровня тока. Они предоставляются производителями устройств защиты цепей, чтобы помочь пользователям выбрать устройства, которые обеспечивают надлежащую защиту и производительность оборудования, избегая при этом ложных срабатываний.

Различные типы кривых срабатывания

Зачем нам нужны разные кривые срабатывания?

Автоматические выключатели должны срабатывать достаточно быстро, чтобы избежать отказа оборудования или проводки, но не так быстро, чтобы давать ложные или ложные срабатывания.

Во избежание ложных срабатываний автоматические выключатели должны иметь соответствующие размеры для компенсации пускового тока. NEMA определяет мгновенный пиковый бросок тока как мгновенный переходный процесс тока, который возникает немедленно (в пределах половины цикла переменного тока) после замыкания контакта .

Пусковой ток — это то, что заставляет свет в доме тускнеть, когда запускается двигатель, например, на сушилке для одежды или пылесосе.

На рисунке 2 (ниже) показан пример пускового тока для двигателя переменного тока.

Как видно из графика, пусковой ток, вызванный включением двигателя, составляет 30 А. Он намного выше, чем рабочий или установившийся ток. Пусковой ток достигает пика, а затем начинает спадать по мере раскрутки двигателя.

Нам нужны разные кривые отключения, чтобы сбалансировать правильную величину максимальной токовой защиты и оптимальную работу машины. Выбор автоматического выключателя с кривой срабатывания, которая срабатывает слишком рано, может привести к ложному срабатыванию. Выбор автоматического выключателя, который срабатывает слишком поздно, может привести к катастрофическому повреждению машины и кабелей.

Как работает MCB?

Чтобы понять кривую срабатывания, полезно понять, как работает миниатюрный автоматический выключатель или устройство защиты от перегрузки по току. На рисунке 3 ниже показан вид изнутри миниатюрного автоматического выключателя (MCB).

Как с биметаллической полосой (2), так и с магнитной катушкой / соленоидом (6), миниатюрный автоматический выключатель может представлять собой два отдельных типа устройства защиты цепи в одном. Биметаллическая полоса обеспечивает защиту от перегрузки в ответ на меньшие сверхтоки, обычно в 10 раз превышающие рабочий ток.Металлическая полоса состоит из двух сформированных вместе полос разных металлов, которые расширяются с разной скоростью при нагревании. В случае перегрузки биметаллическая полоса изгибается, и это движение приводит в действие механизм отключения и размыкает (размыкает) цепь. Полоса преобразует изменение температуры в механическое смещение.

Магнитная катушка или соленоид (6) реагирует на быстрые, более высокие токи перегрузки, вызванные короткими замыканиями, обычно более чем в 10 раз превышающими рабочий ток — до десятков или сотен тысяч ампер.Сильный ток вызывает магнитное поле, создаваемое катушкой, быстро перемещая внутренний поршень (в течение микросекунд), чтобы привести в действие исполнительный механизм и разорвать цепь.

Кривая отключения

Рисунок 4 (ниже) представляет собой график кривой отключения.

• Ось X представляет кратный рабочий ток автоматического выключателя.
• Ось Y представляет время отключения. Логарифмическая шкала используется для отображения времени от 0,001 секунды до 10,000 секунд (2.77 часов) при кратном рабочем токе.

На рисунке 5 (ниже) показана кривая отключения B, наложенная на график. Три основных компонента кривой отключения:

1. Кривая отключения по температуре. Это кривая срабатывания биметаллической ленты, которая рассчитана на более медленные сверхтоки, чтобы учесть ускорение / запуск, как описано выше.
2. Кривая магнитного срабатывания. Это кривая срабатывания катушки или соленоида. Он разработан, чтобы быстро реагировать на большие перегрузки по току, например, на короткое замыкание.
3. Идеальная кривая срабатывания. Эта кривая показывает желаемую кривую срабатывания биметаллической полосы. Из-за органической природы биметаллической полосы и меняющихся условий окружающей среды трудно точно предсказать точную точку срабатывания.

Как кривая срабатывания связана с фактическим выключателем?

На рисунке 6 (ниже) показано, как внутренние компоненты MCB соотносятся с кривой отключения.

В верхней части диаграммы показана кривая теплового срабатывания биметаллической ленты.Он говорит нам, что при 1,5-кратном номинальном токе самое быстрое срабатывание автоматического выключателя составляет сорок секунд (1). Сорок секунд при 2-кратном номинальном токе — это самое медленное срабатывание автоматического выключателя (2).

Нижняя часть таблицы предназначена для магнитного отключения катушки / соленоида; 0,02–2,5 секунды при 3-кратном номинальном токе — это самое быстрое срабатывание автоматического выключателя (3). Такая же продолжительность, от 0,02 до 2,5 секунд при 5-кратном номинальном токе, является наибольшей продолжительностью срабатывания автоматического выключателя (4).

Зона, заштрихованная между ними, — это зона срабатывания.

ВАЖНО: Кривые отключения представляют собой прогнозируемое поведение автоматического выключателя в холодном состоянии (температура окружающей среды). Холодное состояние — это когда биметаллическая полоса находится в пределах указанной для выключателя рабочей температуры окружающей среды. Если выключатель недавно испытал тепловое срабатывание и не остыл до температуры окружающей среды, он может сработать раньше.

Собираем все вместе

На Рисунке 7 (ниже) эти концепции представлены в более ясной картине.

Обратите особое внимание на Зону срабатывания, в которой выключатель может сработать, а может и не сработать.Думайте об этом как о кошачьем районе Шредингера. В пределах зоны до тех пор, пока не произойдет событие перегрузки по току, мы не знаем точно, когда / если выключатель сработает (кот Шредингера = мертв) или выключатель не сработает (кот Шредингера = жив).

Теперь, когда мы собрали все это вместе, становится ясно, что выбор автоматического выключателя 10A, B Curve может привести к ложным срабатываниям, поскольку выключатель входит в зону отключения при 30A. (См. Рис. 8 ниже.) D Прерыватели кривой — наиболее распространенный выбор для электродвигателей, хотя иногда можно выбрать прерыватель кривой С для приложений, в которых в одной цепи имеются смешанные нагрузки.

Три наиболее распространенных кривых отключения для миниатюрных автоматических выключателей — это B, C и D. Поместив все три на одну диаграмму (рисунок 9, ниже), мы можем увидеть, насколько тепловые части кривых похожи друг на друга, но Есть различия в том, как работает магнитная характеристика (катушка / соленоид) и, следовательно, автоматический выключатель.

Вкратце:

Защита цепей используется для защиты проводов и электрического оборудования от повреждений в случае электрической перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю.Грозы, перегрузка розеток или внезапный скачок напряжения могут привести к возникновению опасной ситуации, которая может привести к пожару, повреждению оборудования или травмам. Защита цепи предназначена для устранения этого риска до того, как он возникнет, путем отключения питания цепи.

• Устройства защиты цепей включают предохранители, автоматические выключатели, автоматические выключатели в литом корпусе, дополнительные устройства защиты, автоматические выключатели для защиты двигателя, реле перегрузки, электронные предохранители и воздушные автоматические выключатели.
• Кривые отключения предсказывают поведение устройств защиты цепей как в более медленных, меньших условиях перегрузки по току, так и в более высоких и более быстрых условиях перегрузки по току.
• Выбор правильной кривой срабатывания для вашего приложения обеспечивает надежную защиту цепи, ограничивая при этом ложные срабатывания или ложные срабатывания.

Этот документ представляет собой краткий обзор кривых срабатывания. Он не претендует на окончательный ответ по этой теме. Нам предстоит еще многое узнать, в том числе о других типах кривых отключения и координации выключателя.Изучив основы, можно уверенно подходить к этим темам.

Заявление об отказе от ответственности:
Содержимое, представленное в этом техническом документе, предназначено исключительно для общих информационных целей и предоставляется при том понимании, что авторы и издатели не участвуют в предоставлении технических или других профессиональных консультаций или услуг.