Всего комментариев: 0

Схемы и методы поверки максимальной токовой защиты отходящей линии (Лабораторная работа № 10)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Максимальная токовая защита

1. Цель работы. Ознакомление с условиями  расчета,  основными схемами и методами поверки максимальной токовой защиты (МТЗ)  отходящей линии, выполненной на постоянном оперативном токе.

2. Краткая теория

2.1.Основные условия расчета МТЗ линий

Защита от КЗ линий  напряжением  6  и  10  кВ  распределительных сетей осуществляется  преимущественно  с  помощью  максимальных токовых защит. В соответствии с применяемыми типами реле  МТЗ  могут  иметь независимое от тока время срабатывания (реле тока типа РТ-40  или РСТ и реле времени типа РВ или РВМ) или зависимое от  тока  время срабатывания (реле тока типов РТ-80, цифровые реле).  Цифровые реле  имеют зависимую характеристику t = f(Ip) (рис.1,а), причем  переход  на независимую часть характеристики происходит у разных  типов  реле при различных кратностях тока Ip по отношению к  току  срабатывания реле Iср Более пологие характеристики  позволяют лучше обеспечить селективность защиты с плавкими предохранителями и автоматами. Более крутые характеристики  позволяют  наилучшим образом произвести согласование  с  независимыми  защитами питающих элементов.

а)                                                                 б)

Рис.1. Зависимые (а) и независимая (б) от тока характеристики  срабатывания максимальной  токовой  защиты.

Расчет уставок МТЗ с  независимой  характеристикой заключается в  выборе  тока  срабатывания  защиты (первичного), тока срабатывания реле (для принятой схемы защиты и типа реле), времени срабатывания защиты. Для защиты с зависимой характеристикой  расчет уставок МТЗ состоит в выборе характеристики срабатывания токовых реле.

А. Выбор тока срабатывания

Уставки по току МТЗ должны обеспечивать:

1. Несрабатывание защиты на отключение защищаемой линии при  послеаварийных перегрузках.

Для того чтобы обеспечить это  условие,  следует  рассмотреть все возможные послеаварийные режимы:

а. Отключение с выдержкой времени близкого трехфазного  КЗ на отходящем элементе (рис.2). В момент  КЗ одновременно  срабатывают токовые реле защит АК2 и АК1, но из-за  разного  времени  действия прежде срабатывает защита АК2. Ток, проходящий через защиту АК1 после отключения КЗ, может оказаться значительно  большим,  чем перед аварией. Это объясняется тем, что двигатели нагрузки Н подстанции 2, затормозившиеся или остановившиеся во  время  снижения напряжения при КЗ, начинают  запускаться  после  восстановления напряжения. Такой процесс называется самозапуском, а коэффициент, показывающий, во сколько раз при этом может  увеличиться  рабочий ток питающего элемента, называется коэффициентом  самозапуска (К_СЗП). Процесс  самозапуска  может продолжаться 10-15 с., и поэтому  целесообразно  обеспечивать несрабатывание защиты  АК1  путем увеличения ее времени действия. Несрабатывание МТЗ на  отключение  достигается  выбором  тока возврата токовых реле, большим, чем наибольший ток в режиме самозапуска. Обозначив  отношение тока возврата к току срабатывания реле коэффициентом  возврата  К_{В получаем  выражение  для  выбора тока срабатывания ICЗМТЗ:}                                                               

,                                           (1)

где К_Н — коэффициент надежности, обеспечивающий надежное  несрабатывание (отстройку) защиты путем учета погрешности реле с необходимым запасом, в зависимости от типа  реле  принимается  равным:

При реле РТ-40, РСТ, РТ-80  К_Н = 1,1…1,2; при реле  РТВ   К_Н = 1,2…1,4.  

К_В  — коэффициент возврата реле, в зависимости от типа реле принимается  равным: при реле РТ-40, РТ-80  К_В = 0,8 при реле РСН К_В = 0.9;

при реле РТВ К_В = 0,6…0,7. 

К_СЗП — коэффициент самозапуска, значение которого зависит от вида нагрузки и  ее  параметров,  от схемы и параметров питающей сети.

I_{РАБ МАКС}  —  максимальный  рабочий ток (ток нагрузки) защищаемого элемента, значение которого  определяется в конкретных условиях в зависимости от вида  защищаемого объекта (ВЛ, КЛ, трансформатор и т.п.) и  возможных  режимов  его работы.

Рис.2. Схема сети с односторонним питанием и одиночными линиями. АК1 и АК2 — защиты линий, Н – нагрузка

Рис.3. Схема сети с одним источником питания и параллельными линиями.        АК1 и АК2 —  ненаправленные защиты линий; АК3 и АК4 — направленные защиты линий; Н — нагрузка.

б. Восстановление питания действием АПВ или АВР после бестоковой паузы. При восстановлении напряжения после  перерыва  питания (бестоковой паузы), например подстанции 1 (рис.3) по линии W1  за счет самозапуска нагрузки Н и нагрузки линии

Защита трансформаторов и автотрансформаторов от сверхтоков

Защита трансформаторов и автотрансформаторов от сверхтоков является резервной защитой, предназначенной для отключения их от источников питания как в случаях повреждений самих трансформаторов (автотрансформаторов) и отказа основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей. При отсутствии Специальной защиты шин защита трансформаторов (автотрансформаторов) от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.
В качестве защиты от сверхтоков при междуфазных к. а. используются максимальная токовая защита, максимальная токовая защита с пуском от напряжения, максимальная направленная защита, максимальная токовая защита обратной последовательности. Для защиты от сверхтоков при однофазных к.з. используются максимальная токовая и максимальная направленная защиты нулевой последовательности.
Защита от сверхтоков при междуфазных к.з. устанавливается со стороны источника питания, а при нескольких источниках питания со стороны главных источников.
Защита от сверхтоков при однофазных к.з. устанавливается со стороны обмоток, соединенных в схему звезды с заземленной нулевой точкой.
На рисунке 5 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков повышающих трансформаторов и автотрансформаторов. На двухобмоточном трансформаторе (рисунок 5, а) предусматривается защита от сверхтоков при междуфазных к.з. со стороны шин генераторного напряжения с действием на все выключатели трансформатора и максимальная токовая защита нулевой последовательности со стороны обмотки ВН с действием на выключатель этой обмотки.

Рисунок 5 – Пример размещения защиты от сверхтоков на повышающих трансформаторах, двухобмоточном (а) и трехобмоточном (б):
1T — трансформаторы тока соединены в схему фильтра токов нулевой последовательности; 2Т и 3Т — трансформаторы тока соединены в схему полной или неполной звезды; Т0 — защита нулевой последовательности; Т — защита от междуфазных к.з.

На трехобмоточном трансформаторе при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения (рисунок 5, б) устанавливаются два комплекта защиты от сверхтоков при междуфазных к.з.: один со стороны среднего напряжения с действием на выключатель обмотки этого напряжения и второй со стороны шин генераторного напряжения с двумя выдержками времени. С одной выдержкой времени защита действует на отключение выключателя со стороны обмотки ВН, а с другой (большей) — на отключение всех выключателей трансформатора. Кроме того, со стороны обмотки ВН устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности.
Аналогично выполняется защита от сверхтоков при междуфазных к.з. автотрансформаторов, при отсутствии питания со стороны среднего напряжения. Максимальная защита нулевой последовательности автотрансформаторов устанавливается со стороны высшего и среднего напряжений, причем одна из них выполняется направленной.

Рисунок 6 – Примеры размещения защиты от сверхтоков при междуфазных к.з. на понижающих трансформаторах:
а— двухобмоточном; б — трехобмоточном при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения; в — двухобмоточном, питающем две секции шин; IT, 2T и ЗТ — трансформаторы тока соединены в схему неполной звезды.

На рисунке 6 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков понижающих трансформаторов. На двухобмоточном трансформаторе с односторонним питанием (рисунок 6, а) устанавливается один комплект защиты со стороны источника питания, действующий на отключение всех выключателей. На трехобмоточном трансформаторе с односторонним питанием (рисунок 6, б) устанавливаются два комплекта защиты. Один комплект со стороны обмотки НН, который действует на отключение выключателя этой обмотки. Второй комплект со стороны обмотки ВН действует с двумя выдержками времени, с меньшей — на отключение выключателя обмотки СН и с большей — на отключение всех выключателей трансформатора.
Аналогично выполняется защита понижающих автотрансформаторов при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения.
На двухобмоточном трансформаторе, питающем две секции шин, например, через сдвоенный реактор (рисунок 6, в), устанавливаются три комплекта защиты; один — со стороны источника питания и два — со стороны каждого ответвления к секциям шин.
Для защиты трансформаторов и автотрансформаторов применяется так же максимальная токовая защита с пуском от напряжения и максимальная токовая защита обратной последовательности.

Рисунок 7 – Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском от напряжения.

Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском от напряжения приведена на рисунке 7. Как видно из схемы, плюс оперативного тока подается на контакты токовых реле Т от пускового органа напряжения, который состоит из фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1 (Н2 и ФНОП) и реле минимального напряжения Н. Напряжение на реле Н подается через контакт реле Н2 включенного через фильтр напряжения обратной последовательности ФНОП.
При всех видах двухфазных к.з. вследствие возникновения напряжения обратной последовательности реле Н2 срабатывает и снимает напряжение с реле Н, которое при этом также срабатывает и подает плюс на контакты токовых реле Г (через промежуточное реле П).
При трехфазных к.з. напряжение обратной последовательности отсутствует, и поэтому реле Н2 не работает. Однако в этом случае работает реле Н, включенное на междуфазное напряжение, вследствие снижения напряжения на всех фазах.
Кроме реле напряжения и тока, схема включает в себя промежуточное реле П и реле времени В.
Принципиальная схема максимальной токовой защиты обратной последовательности приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Принципиальная схема максимальной токовой защиты обратной последовательности с приставкой для защиты от трехфазных к.з.

Схема состоит из фильтр-реле тока обратной последовательности типа РТ-2 (Т2 и ФТОП) и реле времени В. В таком виде защита действует только при несимметричных к.з. Поэтому часто для обеспечения действия защити при трехфазных к.з. токовую защиту обратной последовательности дополняют приставкой, состоящей из одного токового реле Т и одного реле минимального напряжения Н (рисунок 8). Приставка действует на то же реле времени.

Защита от перегрузки по току цепи — журнал IAEI

Устройства максимального тока защищают проводники цепи и изоляцию проводов от перегрева. Они также ограничивают ущерб, связанный с перегревом и неисправностями оборудования, расположенного ниже по потоку. Эту функцию выполняли предохранители в первые дни распространения электроэнергии, но с начала 1900-х годов были доступны автоматические выключатели все большей сложности. В этой статье основное внимание уделяется автоматическим выключателям и описывается широкий спектр доступных устройств.Основное внимание уделяется низковольтному жилому, промышленному и коммерческому оборудованию, где напряжение в цепи колеблется от 120 до 600 вольт. Это область, с которой обычно сталкиваются электрические инспекторы. Жилой район в основном обслуживается одно- и двухполюсными автоматическими выключателями в литом корпусе, в то время как промышленный и коммерческий мир в основном обслуживается более мощными одно- и двухполюсными выключателями и трехполюсными автоматическими выключателями в литом корпусе. В статье также обсуждаются силовые выключатели низкого напряжения и вакуумные выключатели среднего напряжения.В конце статьи приводится краткое описание защитных функций, доступных с помощью электронных расцепителей. К ним относятся расцепители с регулируемыми настройками и встроенным датчиком замыкания на землю, а также автоматические выключатели с возможностью связи с удаленными мониторами, в том числе через Интернет. Электроника также привносит дополнительные функции безопасности в промышленную и коммерческую область, такие как блокировка зон между автоматическими выключателями в литом корпусе и силовыми выключателями, а также дополнительные функции безопасности в жилых районах, такие как прерыватели цепи замыкания на землю и прерыватели цепи дуги в сочетании с автоматические выключатели для жилых помещений.

Введение

Рис. 1. Типичный однополюсный автоматический выключатель

Поскольку предметом данной статьи является защита от перегрузки по току, в ней сначала рассматриваются значения слов «перегрузка» и «перегрузка по току». Также имеется краткое описание метода прерывания цепи; а именно гашение дуги в автоматическом выключателе. Затем в документе основное внимание уделяется автоматическим выключателям для жилых помещений, иногда называемым миниатюрными автоматическими выключателями, за которым следует описание промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.Сюда входит обсуждение обслуживания выключателя в литом корпусе. Далее приводится описание силовых выключателей низкого напряжения и вакуумных выключателей среднего напряжения. Документ завершается обсуждением роли электроники в защите цепей, включая ссылки на последние разработки в области коммуникационных возможностей через Интернет и упоминание новых устройств безопасности, таких как прерыватели цепи от дугового замыкания.

Максимальная токовая защита и прерывание дуги

Рисунок 2.Типичный диапазон продолжительного тока составляет 15–225 А, а типичные номинальные значения тока короткого замыкания составляют 10–42 кА. Представлены типичные автоматические выключатели для жилых помещений

Все автоматические выключатели имеют основную функцию защиты проводников цепи путем обнаружения и отключения сверхтоков. Такие повреждения могут включать относительно небольшие токи, такие как перегрузки, или большие сверхтоки короткого замыкания, связанные с замыканиями между проводниками. Определения терминов из Национального электротехнического кодекса1 следующие:

Перегрузка по току. Любой ток, превышающий номинальный ток оборудования или допустимую нагрузку на проводник. Это может быть результатом перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю.

Перегрузка. Эксплуатация оборудования с превышением номинальной номинальной полной нагрузки или проводника с превышением номинальной допустимой токовой нагрузки, которая, если она сохраняется в течение достаточного периода времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев. Неисправность, такая как короткое замыкание или замыкание на землю, не является перегрузкой.

Определение перегрузки2 по МЭК дает дополнительную ясность:

Перегрузка .Условия эксплуатации в электрически неповрежденной цепи, вызывающие перегрузку по току.

Рисунок 3. Схема трехфазного выключателя в литом корпусе

Все автоматические выключатели прерывают ток, разделяя токоведущие контакты. Электрическая дуга возникает в последней точке контакта, и в цепи переменного тока эта дуга проводит ток в цепи до тех пор, пока волна тока не пройдет через ноль. Плазма дуги состоит из ионизированного окружающего материала, например воздуха и паров металла, и имеет температуру, превышающую 5000 ° C.Дуга непрерывно получает мощность от цепи, измеряемую напряжением дуги, умноженным на ток дуги, и постоянно теряет мощность из-за теплопроводности, излучения и конвекции. При нулевом токе потребляемая мощность отключается, полярность контактов меняется на противоположную, и существует гонка между факторами, которые имеют тенденцию охлаждать плазму дуги, и факторами, такими как напряжение цепи, которые имеют тенденцию вызывать повторное зажигание дуги. Следует отметить, что управляемые дуги в устройствах максимального тока выполняют чрезвычайно полезную функцию.Если дуга не возникнет во время разъединения контактов, ток в цепи мгновенно упадет до нуля, вызывая высокие перенапряжения в индуктивных элементах, таких как двигатели и трансформаторы. Автоматические выключатели предназначены для прерывания токов короткого замыкания в диапазоне от 10 кА в электрических цепях жилого помещения до 200 кА в промышленных и коммерческих цепях, и большая часть этой конструкции включает управление соответствующей сильноточной дугой внутри автоматического выключателя с гашением дуги и прерывание цепи при нулевом токе.

Автоматические выключатели в литом корпусе для жилых помещений

Бытовые устройства защиты от сверхтоков, такие как миниатюрные автоматические выключатели, предназначены для защиты проводников цепи путем автоматического размыкания до того, как повреждение проводника будет вызвано чрезмерным омическим нагревом в квадрате I. Защита достигается за счет того, что кривая срабатывания выключателя, время-токовая кривая, ниже соответствующих характеристик теплового повреждения проводника. Как и в большинстве автоматических выключателей, заряженная пружина вызывает разъединение контактов при срабатывании механизма.

Рис. 4. Ассортимент промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе

Автоматические выключатели для жилых помещений — это термомагнитные устройства. При слаботочных перегрузках выключатель срабатывает из-за нагрева внутреннего биметалла. На токи короткого замыкания автоматический выключатель должен срабатывать быстрее, а выключатель срабатывает «мгновенно» из-за внутренних магнитных сил. Типичный однополюсный автоматический выключатель изнутри показан на рисунке 1.

Действие теплового отключения достигается за счет использования биметалла, нагреваемого током нагрузки. Биметалл состоит из двух скрепленных вместе металлических полос. Каждая полоса имеет разную скорость теплового расширения. Нагревание биметалла из-за тока перегрузки приведет к изгибу или деформации биметалла. Металл с большей скоростью расширения будет находиться за пределами кривой изгиба. При длительной перегрузке отклоняющий биметалл физически толкает переключающую планку, вызывая разблокировку рабочего механизма.Время, необходимое для изгиба биметалла, разблокировки механизма и отключения автоматического выключателя, изменяется обратно пропорционально току.

Действие магнитного отключения достигается за счет магнитных сил, связанных с высокими токами короткого замыкания. Якорь перемещается в ответ на эти силы, освобождает механизм и вызывает срабатывание прерывателя.

для жилых помещений соответствуют требованиям UL 4893 и относятся к общей категории4, включающей одно- и двухполюсные автоматические выключатели с длительным током не более 225 А и номинальным напряжением 120 В, 127 В, 120/240 В.Эти выключатели могут также использоваться в промышленных / коммерческих приложениях. Типичный диапазон продолжительного тока составляет 15–225 А, а типичные номинальные значения тока короткого замыкания составляют 10–42 кА. Типичные автоматические выключатели для жилых помещений показаны на рисунке 2.

Автоматические выключатели в литом корпусе промышленного / коммерческого назначения

Схема трехфазного автоматического выключателя в литом корпусе показана на рисунке 3. Функция литого корпуса (рамы) заключается в обеспечении изолированного корпуса для установки всех компонентов.Приводной механизм одновременно размыкает и замыкает три набора контактов (обычное размыкание) и приводится в действие подпружиненным механизмом. Пружины заряжаются при перемещении рукоятки сначала в положение «выключено», а затем в положение «включено». Движение расцепителя отключает механизм, а в термомагнитном выключателе это движение снова инициируется либо биметаллом, либо магнитным расцепителем. На рисунке 3 каждый полюс содержит электромагнит, обмотка которого включена последовательно с током нагрузки. Когда происходит короткое замыкание, ток, проходящий через проводник цепи, вызывает быстрое увеличение напряженности магнитного поля электромагнита в выключателе и притягивает якорь.Когда якорь притягивается к электромагниту, якорь вращает расцепляющий стержень, вызывая расцепление механизма и срабатывание автоматического выключателя.

В каждом полюсе обычно есть один неподвижный и один подвижный контакт. При отключении между разделительными контактами возникает дуга, и затем эта дуга регулируется дугогасителями (дугогасителями) с прерыванием при нулевом токе. Промышленные / коммерческие автоматические выключатели в литом корпусе могут быть оснащены множеством функций. Корпуса большего размера часто оснащаются электронными расцепителями, позволяющими лучше контролировать время-токовые отключающие характеристики.Это позволяет, например, точно согласовать между собой последовательно подключенные устройства максимального тока. Электронные расцепители также могут быть разработаны для обнаружения замыканий на землю и токов утечки на землю, а устройства, оснащенные возможностями связи, могут отправлять информацию о состоянии автоматического выключателя и дополнительную информацию, такую ​​как потребление энергии в цепи, на удаленные мониторы или системы удаленного сбора данных.

Все трехполюсные автоматические выключатели, а также одно- и двухполюсные выключатели с номинальным током более 225 А и номинальным напряжением выше 240 В обычно классифицируются4 как промышленные / коммерческие автоматические выключатели.Эти автоматические выключатели также соответствуют требованиям UL 4893. Важной подкатегорией являются автоматические выключатели с ограничением тока, которые спроектированы так, чтобы вызывать чрезвычайно быстрое нарастание дугового напряжения. Эти выключатели4 при работе в пределах своего диапазона ограничения тока ограничивают пропускаемый квадрат I до значения, меньшего, чем квадрат I полупериода симметричного предполагаемого тока короткого замыкания.

Типовые размеры корпуса промышленных / коммерческих автоматических выключателей находятся в диапазоне от 125 до 3000 А, типичное напряжение составляет от 120 до 600 В, а номинальный ток короткого замыкания — от 10 кА до 200 кА.На рис. 4 показан ряд промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.

Три основных особенности автоматических выключателей: 1) они являются общими срабатываниями и, следовательно, изолируют все фазы цепи, 2) они могут быть снабжены электронными усовершенствованиями, и 3) их можно многократно сбрасывать без замены. Поскольку автоматические выключатели в литом корпусе не предназначены для размыкания для проверки и технического обслуживания, срок службы и техническое обслуживание этих переустанавливаемых автоматических выключателей будет рассмотрено.

Необходимо техническое обслуживание всех устройств защиты от сверхтоков. Их необходимо содержать в подходящей среде, и их состояние необходимо периодически проверять. В частности, когда устройство защиты от перегрузки по току срабатывает автоматически, надлежащая практика требует, чтобы источник перегрузки по току был локализован, и что состояние устройства защиты от перегрузки по току должно быть проверено до повторного включения цепи. Конкретные требования к обслуживанию выключателя в литом корпусе и связанные с этим соображения относительно срока службы выключателя следующие.

Рис. 5. Типичные рамки силовых выключателей низкого напряжения

При надлежащем обслуживании автоматические выключатели в литом корпусе обеспечивают надежную защиту в течение многих лет. Однако точный срок службы выключателя зависит от его режима работы и окружающей среды. Что касается рабочего режима, для большинства цепей будут периодические условия перегрузки или условия слаботочного замыкания. Здесь срок эксплуатации составит десятки лет.В других цепях время от времени будут возникать сильные замыкания, связанные с током короткого замыкания. Это сократит срок службы автоматического выключателя и может потребовать замены автоматического выключателя. Здесь отмечается, что автоматические выключатели в литом корпусе при оценке в соответствии со стандартом UL 489 «Автоматические выключатели в литом корпусе, переключатели в литом корпусе и корпуса автоматических выключателей» 3 подвергаются условиям замыкания на болтах при максимальном коротком замыкании — текущий рейтинг в двух отдельных тестах. Таким образом, автоматические выключатели имеют ограниченную отключающую способность, а выключатели, которые испытывают несколько коротких замыканий, должны пройти тщательный осмотр с заменой при необходимости.

Что касается воздействия окружающей среды, автоматические выключатели иногда подвергаются воздействию высоких температур окружающей среды, высокой влажности и других условий окружающей среды, которые препятствуют длительной работе. Например, промышленные предприятия могут иметь агрессивную среду или могут быть связаны с запыленной средой, которая может повлиять на рабочие части.

Не предполагается, что автоматические выключатели в литом корпусе разбираются для проверки. Однако состояние автоматических выключателей в литом корпусе можно оценить с помощью NEMA AB4 «Руководства по проверке и профилактическому обслуживанию автоматических выключателей в литом корпусе, используемых в промышленных и коммерческих целях».”5

На этот документ следует обращаться во время периодического технического обслуживания или во время специальной проверки после неисправности, связанной с большим током короткого замыкания. Документ предназначен для обеспечения надлежащего технического обслуживания автоматических выключателей в литом корпусе и содержит рекомендации по замене автоматического выключателя.

NEMA AB4 разделен на отдельные разделы, посвященные:

• Инспекционные процедуры
• Профилактическое обслуживание
• Процедуры испытаний
• Процедуры тестирования вспомогательного устройства

В разделе, посвященном процедурам проверки, описываются тепловые и визуальные проверки состояния выключателя.Перегрев автоматического выключателя потребует дальнейшего исследования, а трещины в литом корпусе, безусловно, потребуют замены автоматического выключателя.

Раздел, посвященный профилактическому обслуживанию, гарантирует, что срок службы выключателя не зависит от внешних условий. Цели заключаются в том, чтобы автоматический выключатель работал в чистой окружающей среде, чтобы соединения на выводах были затянуты должным образом и находились в хорошем состоянии, а также чтобы автоматический выключатель был правильно подключен.

Рис. 6. Как показано в разрезе на рис. 6, два контакта расположены напротив друг друга внутри вакуумной оболочки

Раздел, посвященный процедурам испытаний, посвящен неразрушающим испытаниям, которые могут использоваться для проверки конкретных рабочих характеристик автоматических выключателей в литом корпусе: испытание механической работы, испытание сопротивления изоляции, испытание сопротивления отдельных полюсов (испытание на падение милливольт), перегрузка по току с обратнозависимой выдержкой времени. Испытание, испытание на срабатывание при мгновенной перегрузке по току и испытание на удержание номинального тока.Несоблюдение одного или нескольких из этих тестов может привести к замене автоматического выключателя.

Таким образом, после автоматического отключения по току состояние любого защитного устройства должно быть проверено до повторного включения цепи. Для автоматических выключателей в литом корпусе состояние выключателя оценивается без размыкания или разборки выключателя. Для событий отключения, вызванных перегрузками и слаботочными неисправностями, оценка обычно принимает форму визуального осмотра и механической работы.Однако автоматические выключатели, которые испытали несколько коротких замыканий с высоким током, о чем свидетельствуют условия в источнике сбоев, должны пройти тщательную проверку в соответствии с руководящими принципами NEMA AB4. Этот документ также следует использовать для рекомендуемого периодического профилактического обслуживания.

Силовые автоматические выключатели

В целом автоматические выключатели в литом корпусе применяются после силовых выключателей низкого напряжения и предназначены для подключения к цепям, состоящим из изолированных проводов и изолированных кабелей, а не из неизолированных шин.Как упоминалось ранее, основной функцией этих автоматических выключателей в литом корпусе является защита проводника и изоляции проводника, поэтому испытания в стандарте UL 489 включают провод в процедуры испытаний. Напротив, силовые выключатели низкого напряжения обычно подключаются через шинную сеть в распределительном устройстве. Поэтому стандарты ANSI6 включают проводники шин в процедуры тестирования. Другое общее отличие состоит в том, что силовые выключатели низкого напряжения, расположенные выше по цепи, обычно имеют «кратковременную нагрузку» по току, которая позволяет этим выключателям оставаться включенными во время устранения неисправности с помощью выключателя, расположенного ниже по цепи.Это оптимизирует доступность питания для параллельных цепей ниже по потоку, защищенных одним выключателем на входе.

Для силовых выключателей типичные диапазоны постоянного тока составляют 800–5000 А, типичные диапазоны напряжения 240–600 В и типичные диапазоны тока короткого замыкания 40–100 кА. На Рисунке 5 показаны типичные корпуса силовых выключателей низкого напряжения.

Основные различия между силовыми выключателями низкого напряжения и автоматическими выключателями в литом корпусе следующие 7:

Силовые выключатели низкого напряжения проходят испытания на «кратковременный рабочий цикл».Это испытание демонстрирует, что силовой выключатель низкого напряжения может оставаться замкнутым (или «удерживаться») в течение не менее 0,5 секунды, в то время как выключатель, расположенный ниже по цепи (фидер), имеет возможность устранить неисправность. Кроме того, главный автоматический выключатель должен продолжать «удерживаться» в том случае, если последующий выключатель впоследствии снова замыкается, неисправность все еще присутствует, и последующий выключатель должен снова размыкаться, чтобы изолировать неисправность.

также проходят испытание на «рабочий цикл по току короткого замыкания».Испытание демонстрирует, что главный выключатель низковольтной цепи питания может оставаться включенным в течение не менее 0,5 секунды, в то время как выключатель цепи ниже по цепи (фидер) имеет возможность устранить неисправность, но если ток повреждения сохраняется, главный прерыватель цепи должен отключиться и прерывать. Опять же, продолжающееся замыкание главного выключателя обеспечивает бесперебойное питание незатронутых нижестоящих цепей и оптимизирует координацию.

Рис. 7. Типовые выключатели среднего напряжения, использующие технологию вакуумных прерывателей

Силовые выключатели низкого напряжения оснащены механизмами накопления энергии.Это позволяет выполнять последовательности размыкания контактов, повторного замыкания контактов и повторного размыкания контактов, которые могут быть активированы удаленно или локально.

Силовые выключатели низкого напряжения могут обслуживаться и ремонтироваться. Это важно для приложений, в которых замена автоматического выключателя неудобна и важен продленный срок службы. Кроме того, эти выключатели используются в основном в выкатных распределительных устройствах. Таким образом, силовые выключатели низкого напряжения обычно конструируются с установленными сзади контактами отключения первичной обмотки, чтобы выключатель можно было подключать и отключать от штырей первичной цепи в распределительном устройстве.

проходят однополюсные испытания при 87% номинального тока отключения при линейном напряжении. Это отражает возможность возникновения высоких однополюсных токов короткого замыкания в верхней части цепи. В частности, такие автоматические выключатели подходят для трансформаторов с заземленным треугольником.

Оба стандарта UL 1066 и UL 489 охватывают аналогичные диапазоны постоянного тока. Однако, поскольку силовые выключатели низкого напряжения применяются перед выключателями в литом корпусе, и поскольку они обычно питают несколько параллельных цепей ниже по потоку, силовые выключатели низкого напряжения обычно представляют собой устройства с большим постоянным током.

рассчитаны на 100 процентов номинального постоянного тока в распределительном устройстве. Для автоматических выключателей в литом корпусе в шкафах максимальный ток цепи составляет 80 процентов от номинального тока, хотя доступны автоматические выключатели со 100-процентным номинальным током.

Вакуумные силовые выключатели среднего напряжения

В низковольтных цепях величина тока короткого замыкания в цепи ограничена напряжением, возникающим на дуге между разделительными контактами.Это дуговое напряжение в десятки или, возможно, сотни вольт может приближаться к напряжению цепи, что приводит к ограничению тока. Однако в цепях среднего напряжения от 2,3 кВ до 38 кВ напряжение дуги мало по сравнению с напряжением цепи, и автоматический выключатель испытывает полный доступный ток короткого замыкания.

Для максимальной токовой защиты среднего напряжения предпочтительной является вакуумная технология. Здесь каждый полюс трехфазного выключателя содержит вакуумный прерыватель обманчиво простой конструкции.Как показано в разрезе на фиг. 6, два контакта расположены напротив друг друга внутри вакуумной оболочки.

В условиях перегрузки по току токоведущие контакты разъединяются, и возникает дуга в парах металла, испаряемых из локальных горячих точек, возникающих на контактах. Ток в цепи проходит через плазму дуги, образованную из паров ионизированного металла. Во время протекания тока происходит постоянное испарение из локальных горячих точек на контактах с постоянной конденсацией ионизированного пара металла на более широких контактных поверхностях и на экране конденсации пара.При нулевом токе подвод энергии к дуге прекращается, и испарение прекращается. Однако потеря межконтактного ионизированного пара продолжается, и состояние вакуума восстанавливается. Далее полярность контактов меняется. Это приводит к быстрому изменению области межконтактного контакта с электрического проводника на изолятор в течение микросекунд при нулевом токе.

Ключевыми моментами в конструкции вакуумного прерывателя являются выбор и создание материала контактов, конструкция контактов для управления дугой и создание вакуумной оболочки, которая поддерживает состояние высокого вакуума в течение десятков лет.На рисунке 7 показаны типичные выключатели среднего напряжения, использующие технологию вакуумных прерывателей.

Электроника в защите цепи

Термомагнитные расцепители экономичны и компактны. Они используются эффективно и результативно на протяжении многих лет. Их функцию также могут выполнять электронные расцепители. Первое использование электроники в 1960-х годах было связано с защитными реле для автоматических выключателей среднего напряжения. С начала 1970-х годов электронные расцепители все чаще применялись в силовых автоматических выключателях и больших типоразмерах промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.Настоящее стремление состоит в том, чтобы сделать электронные расцепители доступными до типоразмера 250 А и ниже. Преимущество электронных расцепителей состоит в том, что кривые время-ток можно легко регулировать; как для уставок фазного тока, так и для уставок встроенных устройств защиты от замыканий на землю 4. Эта гибкость обеспечивает координацию между последовательно соединенными устройствами защиты от перегрузки по току, так что в условиях неисправности только устройство, находящееся непосредственно перед повреждением, отключает цепь. Еще одним преимуществом является то, что характеристика срабатывания не зависит от температуры окружающей среды.

Электронные схемы автоматических выключателей также могут иметь средства связи. Сначала это ограничивалось такими приложениями, как зонно-селективная блокировка. Здесь силовой выключатель на входе настроен на отключение без преднамеренной задержки, но сигнал ограничения срабатывания от автоматического выключателя может заставить силовой выключатель оставаться включенным в течение настроек до 0,5 секунды, максимальной кратковременной продолжительности. Когда неисправность происходит на стороне нагрузки селективно скоординированного выключателя, расположенного ниже по цепи, этот выключатель ниже по цепи сообщает, что неисправность обнаружена, а выключатель питания выше по цепи затем позволяет выключателю ниже по цепи отключить неисправность.Однако, если неисправность возникает между силовым выключателем и последующим выключателем, сигнал ограничения не поступает от нижнего автоматического выключателя, и силовой выключатель устраняет неисправность без какой-либо преднамеренной задержки.

Коммуникационные возможности теперь используются8 для передачи данных на удаленные мониторы или системы сбора данных. Первоначальная информация ограничивалась статусом открытия / закрытия. За этим последовала информация о «причине отключения», а совсем недавно — данные электрических измерений и полные данные о качестве электроэнергии.Фактически, теперь возможно удаленно контролировать и диагностировать электрическую ситуацию на промышленном предприятии в целом на основе информации, передаваемой через Интернет.

Достижения в области электроники также повысили безопасность автоматических выключателей для жилых помещений. Прерыватели цепи замыкания на землю доступны уже много лет9, и эти прерыватели цепи, помимо защиты проводки параллельной цепи от сверхтоков, обеспечивают защиту персонала от поражения электрическим током в шнурах и оборудовании, подключенном к розеткам.Прерыватели цепи от дугового замыкания10 были внедрены в течение последних пяти лет. Эти устройства распознают специфические характеристики дугового замыкания и затем прерывают цепь. В сочетании с автоматическими выключателями для жилых помещений и расположенными в начале ответвления цепи, эти AFCI уменьшают влияние электрических дуг в проводке ответвленной цепи и в шнурах, подключенных к розеткам. Также доступны автоматические выключатели для жилых помещений с комбинированной защитой GFCI / AFCI.

Сводка

Автоматические выключатели защищают проводники цепи от перегрузки по току.Для этого сначала обнаруживается перегрузка по току, а затем отключается перегрузка по току с последующей изоляцией. Термомагнитные расцепители или электронные расцепители определяют перегрузку по току. Прерывание и изоляция достигаются путем зажигания дуги между разделяющими контактами с последующим гашением дуги. Автоматические выключатели в целом можно разделить на низковольтные автоматические выключатели в литом корпусе для жилых помещений, низковольтные промышленные / коммерческие автоматические выключатели в литом корпусе, силовые выключатели низкого напряжения и выключатели среднего напряжения.Можно ожидать, что общая система распределения электроэнергии будет включать в себя выключатели всех классов. Электроника повысила уровень сложности расцепителей, включая возможности связи, и позволила использовать дополнительные функции безопасности, такие как защита от ударов с помощью GFCI и усиленная противопожарная защита с помощью AFCI.

1 NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс 2002, статья 100, (Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс, 2002), стр. 70-37.

2 «Международный стандарт на низковольтные распределительные устройства и устройства управления, часть 1: Общие правила», Стандарт Международной электротехнической комиссии IEC 60947-1, третье издание, 1999-02.

3 «Стандарт UL по безопасности для автоматических выключателей в литом корпусе, переключателей в литом корпусе и кожухов автоматических выключателей», UL-489, (Underwriters Laboratories, девятое издание), 31 октября 1996 г.

4 «Автоматические выключатели в литом корпусе и их применение», NEMA AB3-2001, (Национальная ассоциация производителей электрооборудования).

5 «Рекомендации по проверке и профилактическому обслуживанию автоматических выключателей в литом корпусе, используемых в промышленных и коммерческих целях», NEMA AB4-2000, (Национальная ассоциация производителей электрооборудования).Признан американским национальным стандартом (ANSI).

6 «Стандарт UL по безопасности для силовых выключателей низкого напряжения переменного и постоянного тока, используемых в корпусах», UL 1066, (Underwriters Laboratories, третье издание), 30 мая 1997 г. Признан американским национальным стандартом (ANSI).

7 Кимблин, К. В. и Лонг, Р. В., «Сравнение требований к испытаниям для низковольтных автоматических выключателей», IEEE Industry Applications Magazine, январь / февраль 2000 г., стр. 45-52.

8 Энгель, Дж. К., Мерфи, В. Д., Оравец, Д.М., «Дистанционный мониторинг автоматических выключателей», Протокол конференции IEEE Industry Applications Conference 1999 г., Феникс, Аризона, октябрь 1999 г., стр.2344-2347

9 «Сверхтоки и минимальные токи — все о GFCI и AFCI», Эрл У. Робертс, (Reptec, Mystic, CT), 2000.

10 Кимблин, К.У., Энгель, Дж. К., и Клэри, Р. Дж., «Прерыватели цепей от дугового замыкания, новая технология электробезопасности в жилых помещениях», Новости IAEI, том 72, номер 4, июль / август 2000 г., с. 26-31.

Печать

% PDF-1.4 % 2 0 obj [/ Separation / PANTONE # 20485 # 20C / DeviceCMYK>] эндобдж 3 0 obj [/ Separation / PANTONE # 20430 # 20C / DeviceCMYK>] эндобдж 6 0 obj > поток заявка / постскриптум