Другие характеристики автоматического выключателя

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Знакомство с приведенными ниже менее важными характеристиками низковольтных автоматических выключателей часто оказывается необходимым при окончательном выборе модели.

Номинальное напряжение изоляции (Ui)

Это величина напряжения, относительно которого выбирается напряжение при испытании электрической прочности изоляции, которое обычно превышает 2 Ui, и определяется длина пути тока утечки через изолятор.

Максимальная величина номинального рабочего напряжения не должна превышать величину номинального напряжения изоляции, т.е. Ue = Ui.


Номинальное выдерживаемое импульсное напряжение (Uimp)

Этот параметр представляет собой величину импульса напряжения (определенной формы и полярности) в кВ, который рассматриваемое оборудование может выдержать в условиях испытаний без повреждения.

Обычно для промышленных автоматических выключателей Uimp = 8 кВ, для бытовых автоматических выключателей Uimp = 6 кВ.


Категория (A или B) и номинальный выдерживаемый кратковременный ток (Icw)

Как уже упоминалось выше (подраздел Основные характеристики автоматического выключателя), стандарт МЭК 60947-2 устанавливает две категории низковольтной промышленной коммутационной аппаратуры, A и B:

  • К категории A относятся аппараты, для которых не предусмотрена преднамеренная задержка срабатывания магнитного расцепителя мгновенного действия при коротком замыкании (рис. H35). Это, как правило, автоматические выключатели в литом корпусе.
  • К категории B относятся аппараты, в которых, с целью согласования их с другими последовательно соединенными автоматическими выключателями по времени срабатывания, предусмотрена возможность задержки отключения автоматического выключателя, в котором значение тока короткого замыкания ниже максимального выдерживаемого им кратковременного тока (Icw) (рис. H36).

Это обычно имеет место в больших воздушных автоматических выключателях и в некоторых типах автоматических выключателей в литом корпусе, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации. Ток Icw – максимальный ток, который автоматический выключатель категории B может выдержать термически и электродинамически без получения повреждений в течение периода времени, указанного изготовителем.


Рис H35.jpg


Рис. H35: Автоматический выключатель категории A



Рис H36.jpg



Рис. H36: Автоматический выключатель категории B

Номинальная включающая способность (Icm)

Icm – величина максимального мгновенного значения тока, который данный автоматический выключатель может включить при номинальном напряжении в оговоренных условиях эксплуатации. В системах переменного тока эта мгновенное пиковое значение связано с Icu (т.е. с предельной отключающей способностью) коэффициентом k, зависящим от коэффициента мощности (cos φ) цепи короткого замыкания (рис. H37).

Icu cos φ Icm = kIcu
6 kA < Icu ≤ 10 kA 0,5 1,7 x Icu
10 kA < Icu ≤ 20 kA 0,3 2 x Icu
20 kA < Icu ≤ 50 kA 0,25 2,1 x Icu
50 kA ≤ Icu 0,2 2,2 x Icu


Рис. H37: Соотношение между предельной отключающей способностью Icu и номинальной включающей способностью Icm при разных величинах коэффициента мощности цепи короткого замыкания (стандарт МЭК 60947-2)


Пример: автоматический выключатель Masterpact NW08H2 имеет предельную отключающую способность Icu = 100 кА. Пиковое значение его номинальной включающей способности Icm составит 100 x 2,2 = 220 кА.


Рабочая отключающая способность (Ics)

В правильно спроектированной электроустановке автоматический выключатель не будет использоваться для отключения тока короткого замыкания, равного предельной отключающей способности Icu. По этой причине была введена новая характеристика Ics. Согласно стандарту МЭК 60947-2, она выражается в процентах от Icu (25, 50, 75, 100%).

Номинальная отключающая способность (Icu) или (Icn) представляет собой максимальный ток короткого замыкания, который автоматический выключатель может успешно отключить без повреждения. Вероятность возникновения такого тока крайне мала, и в нормальных обстоятельствах токи короткого замыкания гораздо ниже предельной отключающей способности (Icu) автоматического выключателя. С другой стороны, важно, чтобы большие токи (имеющие низкую вероятность) отключались так, чтобы этот автоматический выключатель был сразу готов для повторного включения тока после восстановления поврежденной цепи. Именно по этим причинам была введена новая характеристика (Ics), выраженная в процентах от Icu: 25, 50, 75 и 100% для промышленных автоматических выключателей. Стандартная последовательность проверок является следующей:

  • Откл. - Вкл./откл. - Вкл./откл. (при токе Ics);
  • проверки, проводимые после этой последовательности, предназначены для того, чтобы убедиться, что испытуемый автоматический выключатель находится в работоспособном состоянии и готов к нормальной эксплуатации.

Для бытовых автоматических выключателей Ics = k Icn. Значения коэффициента k приведены в стандарте МЭК 60898 (таблица XIV).

В Европе обычной практикой в промышленности является использование k = 100%, и поэтому Ics = Icu.


Ограничение тока короткого замыкания

Многие типы низковольтных автоматических выключателей обладают способностью ограничивать ток короткого замыкания, благодаря которой этот ток снижается и не достигает своего максимального пикового значения (рис. H35). Токоограничивающая способность таких автоматических выключателей представляется в форме кривых, показанных на рис. H39.

Способность автоматического выключателя ограничивать ток короткого замыкания заключается в том, что с большей или меньшей эффективностью он может предотвращать протекание максимального ожидаемого тока короткого замыкания и допускать лишь ограниченный ток (рис. H38).



Рис H38.jpg



Рис. H38: Ожидаемый и фактический токи


Токоограничивающая способность указывается изготовителем автоматических выключателей в форме кривых (рис. H39).

  • Диаграмма a показывает ограниченное пиковое значение тока в зависимости от действующего значения периодической составляющей ожидаемого тока короткого замыкания. Ожидаемый ток короткого замыкания представляет собой ток короткого замыкания, который протекал бы, если бы данный автоматический выключатель не обладал токоограничивающей способностью.
  • Ограничение тока значительно снижает температурные напряжения (пропорциональные I2t), что отражено на рис. H39 на кривой b, построенной тоже в зависимости от действующего значения переодической составляющей ожидаемого тока короткого замыкания.

В некоторых стандартах, например в европейском стандарте EN 60 898, классифицируются низковольтные автоматические выключатели для бытовых и аналогичных применений. Токоограничевающие автоматические выключатели имеют стандартные величины I2t, предусмотренные для этого класса.

В этих случаях изготовители, как правило, не указывают кривые токоограничения.


Рис H39.jpg


Рис. H39: Кривая токоограничения (а) и кривая ограничения тепловыделения (b)


Преимущества ограничения тока

Ограничение тока снижает температурные и электродинамические напряжения во всех элементах цепи, через которые этот ток проходит, благодаря чему продлевается срок их эксплуатации. Кроме того, токоограничивающая функция дает возможность использовать методы «каскадного» включения(см. подраздел Согласование характеристик автоматических выключателей), что позволяет значительно снизить затраты на проектные и монтажные работы.

Использование токоограничивающих автоматических выключателей дает много преимуществ:

  • улучшенная сохранность цепей электроустановки: такие автоматические выключатели резко ослабляют все нежелательные последствия, связанные с протеканием токов короткого замыкания;
  • снижение термических эффектов: значительно снижается нагрев проводников и, соответственно, изоляции, благодаря чему удлиняется срок службы кабелей;
  • снижение механических эффектов: силы, обусловленные электромагнитным отталкиванием, оказываются меньше, в результате чего снижается риск деформации, возможного разрушения, чрезмерного выгорания контактов и др;
  • снижение влияния электромагнитных помех:

  -  меньшее негативное влияние на измерительные приборы и соответствующие цепи, телекоммуникационные системы и др.

Таким образом, такие автоматические выключатели способствуют более эффективной эксплуатации:

  • кабелей и проводки;
  • кабелепроводов заводского изготовления;
  • коммутационных аппаратов.

Тем самым они замедляют старение данной электроустановки.

Пример
В системе, имеющей ожидаемый ток короткого замыкания 150 кА, автоматический выключатель Compact ограничивает ток до величины, менее чем 10% от расчетного ожидаемого пика тока, а термические эффекты снижаются до уровня, менее 1% от расчетного.

Каскадное включение нескольких коммутационных аппаратов в электроустановке, расположенных ниже токоограничивающего автоматического выключателя, также приведет к значительной экономии средств.

Фактически, метод каскадирования, описанный в подразделе Согласование характеристик автоматических выключателей, обеспечивает значительную экономию (до 20%) на коммутационной аппаратуре (ниже токоограничивающего автоматического выключателя или выключателей могут применяться аппараты с пониженными эксплуатационными характеристиками).

Использование автоматических выключателей серии Compact NS позволяет реализовать схемы селективной защиты и каскадирования и обеспечить необходимую отключающую способность коммутационной аппаратуры.