Меню

Номинальный ток включения при коротком замыкании

Основные характеристики автоматического выключателя

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Содержание

  • 1 Номинальное рабочее напряжение (Ue)
  • 2 Номинальный ток (In)
  • 3 Номинальный ток выключателя при использовании расцепителей с разными диапазонами уставок
  • 4 Уставка реле перегрузки по току отключения (Irth или Ir)
  • 5 Уставка по току отключения при коротком замыкании (Im)
  • 6 Гарантированное разъединение
  • 7 Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Icu или Icn)
  • 8 Примечания

Основными характеристиками автоматического выключателя являются:

  • номинальное напряжение Ue;
  • номинальный ток In;
  • диапазоны регулировки уровней тока отключения для защиты от перегрузки Ir [1] или Irth [1] и защиты от короткого замыкания
    Im [1] ;
  • отключающая способность при коротком замыкании (Icu – для промышленных автоматических выключателей и Icn – для бытовых автоматических выключателей).

Номинальное рабочее напряжение (Ue)

Это то напряжение, при котором данный выключатель работает в нормальных условиях.

Для автоматического выключателя устанавливаются и другие значения напряжения, соответствующие импульсным перенапряжениям (см. подраздел Другие характеристики автоматического выключателя).

Номинальный ток (In)

Это – максимальная величина тока, который автоматический выключатель, снабженный специальным отключающим реле максимального тока, может проводить бесконечно долго при температуре окружающей среды, оговоренной изготовителем, без превышения установленных значений максимальной температуры токоведущих частей.

Пример
Автоматический выключатель с номинальным током In = 125 А при температуре окружающей среды 40 °C, оснащенный отключающим реле максимального тока, откалиброванного соответствующим образом (настроенным на ток 125 А). Этот же автоматический выключатель может использоваться при более высоких температурах окружающей среды, но за счет занижения номинальных параметров. Например, при окружающей температуре 50 °C этот выключатель сможет проводить бесконечно долго 117 А, а при 60 °C – лишь 109 А при соблюдении установленных требований по допустимой температуре.

Уменьшение номинального тока автоматического выключателя производится путем уменьшения уставки его теплового реле. Использование электронного расцепителя, который может работать при высоких температурах, обеспечивают возможность эксплуатации автоматических выключателей (с пониженными уставками по току) при окружающей температуре 60 °С
или даже 70 °С.

Примечание: в автоматических выключателях, соответствующих стандарту МЭК 60947-2, ток In равен обычно Iu для всего распределительного устройства, где Iu обозначает номинальный длительный ток.

Номинальный ток выключателя при использовании расцепителей с разными диапазонами уставок

Автоматическому выключателю, который может быть оборудован расцепителями, имеющими различные диапазоны уставок по току, присваивается номинальное значение, соответствующее номинальному значению расцепителя с наивысшим уровнем уставки по току отключения.

Пример:
Автоматический выключатель NS630N может быть оснащен четырьмя электронными расцепителями с номинальными токами от 150 до 630 А. В таком случае номинальный ток данного автоматического выключателя составит 630 А.

Уставка реле перегрузки по току отключения (Irth или Ir)

За исключением небольших автоматических выключателей, которые легко заменяются, промышленные автоматические выключатели оснащаются сменными, т.е. заменяемыми реле отключения максимального тока. Для того чтобы приспособить автоматический выключатель к требованиям цепи, которой он управляет, и избежать необходимости устанавливать кабели большего размера, отключающие реле обычно являются регулируемыми. Уставка по току отключения Ir или Irth (оба обозначения широко используются) представляет собой ток, при превышении которого данный автоматический выключатель отключит цепь. Кроме того, это максимальный ток, который может проходить через автоматический выключатель без отключения цепи. Это значение должно быть обязательно больше максимального тока нагрузки Iв, но меньше максимально допустимого тока в данной цепи Iz (см. Практические значения для схемы защиты).

Термореле обычно регулируются в диапазоне 0,7-1,0 In, но в случае использования электронных устройств этот диапазон больше и обычно составляет 0,4-1,0 In.

Пример (рис. H30):
Автоматический выключатель NS630N, оснащенный расцепителем STR23SE на 400 А, который отрегулирован на 0,9 In, будет иметь уставку тока отключения:
Ir = 400 x 0,9 = 360 А.

Примечание: для цепей, оборудованных нерегулируемыми расцепителями, Ir = In.
Пример: для автоматического выключателя C60N на 20 А Ir = In = 20 А.

Рис H30.jpg

Рис. H30: Пример автоматического выключателя NS630N с расцепителем STR23SE, отрегулированным на 0,9In (Ir = 360 А)

Уставка по току отключения при коротком замыкании (Im)

Расцепители мгновенного действия или срабатывающие с небольшой выдержкой времени предназначены для быстрого выключения автоматического выключателя в случае возникновения больших токов короткого замыкания. Порог их срабатывания Im:

  • для бытовых автоматических выключателей регламентируется стандартами, например МЭК 60898;
  • для промышленных автоматических выключателей указывается изготовителем согласно действующим стандартам, в частности МЭК 60947-2.

Для промышленных выключателей имеется большой выбор расцепителей, что позволяет пользователю адаптировать защитные функции автоматического выключателя к конкретным требованиям нагрузки (см. рис. H31, H32 и H33).

— нижняя уставка: 2 — 5 In
— стандартная уставка: 5 — 10 In

1,5 Ir ≤ Im ≤ 10 Ir
Мгновенное срабатывание (I), время не регулируется:
I = 12 — 15 In

Читайте также:  Электрический ток в полупроводниках физика задачи

[2] 50 In в стандарте МЭК 60898, что по мнению большинства европейских изготовителей является нереально большим значением (M-G = 10-14 In).

[3] Для промышленного использования значения не регламентируются стандартами МЭК. Указанные выше значения соответствуют тем, которые обычно используются.

Рис. H31: Диапазоны токов отключения устройств защиты от перегрузки и короткого замыкания для низковольтных автоматических выключателей

Рис H32.jpg

Рис. H32: Кривая срабатывания термомагнитного комбинированного расцепителя автоматического выключателя

Рис H33.jpg

Ir: уставка по току отключения при перегрузке (тепловое реле или реле с большой выдержкой времени)
Im: уставка по току отключения при коротком замыкании (магнитное реле или реле с малой выдержкой времени)
Ii: уставка расцепителя мгновенного действия по току отключения при коротком замыкании
Icu: отключающая способность

Рис. H33: Кривая срабатывания электронного расцепителя автоматического выключателя

Гарантированное разъединение

Автоматический выключатель пригоден для гарантированного разъединения цепи, если он удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к разъединителю (при его номинальном напряжении) в соответствующем стандарте (см. Функции низковольтной аппаратуры: изолирование (отключение)). В таком случае его называют автоматическим выключателем-разъединителем и на его фронтальной поверхности наносят маркировку в виде символа

Рис H59.jpg

К этой категории относятся все низковольтные коммутационные аппараты компании Schneider Electric: Multi 9, Compact NS и Masterpact.

Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Icu или Icn)

Отключающая способность низковольтного автоматического выключателя связана с коэффициентом мощности (cos φ) поврежденного участка цепи. В ряде стандартов приводятся типовые значения такого соотношения.

Отключающая способность автоматического выключателя – максимальный (ожидаемый) ток, который данный автоматический выключатель способен отключить и остаться в работоспособном состоянии. Упоминаемая в стандартах величина тока представляет собой действующее значение периодической составляющей тока замыкания, т.е. при расчете этой стандартной величины предполагается, что апериодическая составляющая тока в переходном процессе (которая всегда присутствует в наихудшем возможном случае короткого замыкания) равна нулю. Эта номинальная величина (Icu) для промышленных автоматических выключателей и (Icn) для бытовых автоматических выключателей обычно указывается в кА.

Icu (номинальная предельная отключающая способность) и Ics (номинальная эксплуатационная отключающая способность) определены в стандарте МЭК 60947-2 вместе с соотношением Ics и Icu для различных категорий использования A (мгновенное отключение) и B (отключение с выдержкой времени), рассмотренных в подразделе Другие характеристики автоматического выключателя.

Проверки для подтверждения номинальных отключающих способностей автоматических выключателей регламентируются стандартами и включают в себя:

  • коммутационные циклы, состоящие из последовательности операций, т.е. включения и отключения при коротком замыкании;
  • фазовый сдвиг между током и напряжением. Когда ток в цепи находится в фазе с напряжением питания (cos φ = 1), отключение тока осуществить легче, чем при любом другом коэффициенте мощности. Гораздо труднее осуществлять отключение тока при низких отстающих величинах cos φ,при этом отключение тока в цепи с нулевым коэффициентом мощности является самым трудным случаем.

На практике все токи короткого замыкания в системах электроснабжения возникают обычно при отстающих коэффициентах мощности, и стандарты основаны на значениях, которые обычно считаются типовыми для большинства силовых систем. В целом, чем больше ток короткого замыкания (при данном напряжении), тем ниже коэффициент мощности цепи короткого замыкания, например, рядом с генераторами или большими трансформаторами.

В таблице, приведенной на рис. H34 и взятой из стандарта МЭК 60947-2, указано соотношение между стандартными величинами cos φ для промышленных автоматических выключателей и их предельной отключающей способностью Icu.

  • после проведения цикла «отключение – выдержка времени — включение/ отключение» для проверки предельной отключающей способности (Icu) автоматического выключателя выполняются дополнительные испытания, имеющие целью убедиться в том, что в результате проведения этого испытания не ухудшились:

— электрическая прочность изоляции;
— разъединяющая способность;
— правильное срабатывание защиты от перегрузки.

[1] Величины уставок, которые относятся к термомагнитным (комбинированным) расцепителям для защиты от перегрузки и короткого замыкания.zh:断路器的基本特性

Источник

Нормирование коммутационной способности выключателей

Выбор выключателей

Под коммутационной способностью выключателя понимают eго способность отключать и включать электрические цепи при КЗ. Соответственно установлены понятия номинального тока отключения Iот.ном и номинального тока включения Iвк.ном.

Номинальный ток отключения

Тяжесть процесса отключения (в части, относящейся к току) определяется в основном действующим значением периодической составляющей отключаемого тока. Поэтому условились под номинальным током отключения понимать наибольшее допустимое действующее значение чисто симметричного тока или наибольшее допустимое значение периодической составляющей асимметричного тока к моменту τ размыкания дугогасительных контактов. Выключатель должен надежно отключать эти токи при: асимметрии β=i/(√2 Iпτ) — вплоть до номинального значения βном=iaτном/(√2 Iот.ном); напряжении сети — вплоть до наибольшего рабочего напряжения Uраб.нб; номинальных параметрах восстанавливающегося напряжения; нормированных циклах операций включения и отключения.

Читайте также:  Как рассчитать сопротивление емкости переменному току

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ к некоторому моменту τ определяют по огибающим кривым, как показано на рис.1.

Осциллограмма отключаемого тока КЗ

Рис.1. Осциллограмма отключаемого тока КЗ:
АА’ и ВВ’ — огибающие кривые;
ЕЕ’ — момент размыкания дугогасительных контактов

Расчетное время τ размыкания дугогасительных контактов (в секундах), определяют как сумму собственного времени отключения выключателя tот.сб и минимального времени срабатывания релейной защиты, принимаемого равным 0.01 с:

τ=tот.сб+0,01 (1)

Собственное время отключения выключателя указывают заводы-изготовители. Его исчисляют от момента подачи команды на отключение до момента размыкания дугогасительных контактов.

Обычно номинальная асимметрия выражается в процентах:

Номинальная асимметрия отключаемого тока как функция расчетного времени τ

Рис.2. Номинальная асимметрия отключаемого тока
как функция расчетного времени τ

Согласно ГОСТ 687-78 номинальная асимметрия установлена как функция времени τ (рис.2). Кривая βном(τ) представляет собой экспоненту с показателем τ/Та. Значение принято равным 0,045с, что соответствует среднему значению — в большинстве точек системы. При КЗ вблизи мощных электростанций Та>0,045с, что должно быть учтено при выборе выключателя. При τ>70мс значение βном следует считать равным нулю.

При выборе выключателя по номинальному току отключения должны быть соблюдены следующие условия:

(2)

где iaτном=√2 Iот.номβном/100 — номинальное значение апериодической составляющей тока отключения.

В левой части этих неравенств указаны номинальные параметры выключателя, в правой — соответствующие расчетные значения.

Если второе требование не выполнено, т.е. расчетное значение апериодической составляющей тока превышает номинальное значение, то в этом случае следует сопоставить условные значения полных токов отключения, а именно:

откуда

Из последнего выражения следует, что выключатель способен отключать ток КЗ при значении i, превышающем номинальное значение, при условии, что номинальный ток отключения превышает расчетный ток Iпτ в отношении

Номинальный ток включения

Под номинальным током включения понимают наибольший ток КЗ, который выключатель способен надежно включить. Заводы-изготовители определяют этот ток наибольшим действующим значением, которое установлено равным номинальному току отключения

и наибольшим мгновенным значением, которое установлено равным

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, способен также включить цепь с номинальным током включения. Поэтому дополнительной проверки не требуется.

Нормированные циклы операций включения и отключения

Для выключателей, предназначенных для работы с АПВ, нормированы следующие циклы:

1) О — tбт — ВО — 180 с — ВО;

2) О — 180 с — ВО — ВО,

где О — операция отключения КЗ; ВО — операция включения на КЗ и немедленно (без преднамеренной выдержки времени) следующая за ней операция отключения; tбт — нормированная бестоковая пауза при АПВ, значение которой для разных типов выключателей может находиться в пределах от 0,3 до 1,3 с.

Для выключателей, не предназначенных для работы с АПВ, установлен только второй цикл.

Проверка выключателя на электродинамическую и термическую стойкость

Условия электродинамической стойкости электрических аппаратов могут быть записаны следующим образом:

Для выключателей номинальные токи электродинамической стойкости установлены равными

(5)

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, отвечает условию электродинамической стойкости.

Условие термической стойкости выключателя может быть записано следующим образом:

I 2 тер.номtтер.ном≥B (6)

где Iтер.ном — номинальный ток термической стойкости выключателя, установленный равным Iот.ном; tтер.ном — номинальное время термической стойкости (3-4с); В — интеграл Джоуля с пределами интегрирования от нуля до tот.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Номинальный ток — включение

Номинальный ток включения — ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений, при 17НОМ и заданном цикле. [1]

Номинальный ток включения — ток короткого замыкания, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при /, и заданном цикле. В каталогах дается действующее значение этого тока / вк. [2]

Номинальный ток включения — ток короткого замыкания, который выключатель с соответствующим ему приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при напряжении сети 1 / р и заданном цикле операций. [4]

Номинальный ток включения — это наибольший ударный ток КЗ, на который выключатель включается без сваривания контактов и других повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной работе. Этот ток определяется либо амплитудой гуд1 8 У 2 / 0Ном, либо действующим значением ударного тока за период после начала КЗ. [5]

Номинальный ток включения выключателя — наибольший ударный ток короткого замыкания, который выключатель способен включить без приваривания контактов и других повреждений при номинальном напряжении сети и при заданном напряжении у зажимов привода или заданном давлении воздуха в резервуаре выключателя. Различают действующее значение номинального тока включения и максимальное мгновенное значение. [6]

Читайте также:  Если акб не берет ток

Величина номинального тока включения выключателя определяется конструкцией контактов выключателя и мощностью привода, служащего для его включения. [7]

Включающую способность выключателя заводы-изготовители характеризуют номинальным током включения : действующим значением периодической составляющей / ВКл и мгновенным значением полного тока / вкл, max — Согласно ГОСТ 683 — 78 ток / вкл должен быть не менее номинального тока отключения; ток / вкл, max должен быть не менее 2 55 / вкл. [8]

Номинальными параметрами корот-козамыкателей являются номинальное напряжение и номинальный ток включения — мгновенное значение гВ1сл и действующее значение периодической составляющей / вкл. Дополнительно указывается полное время включения. [10]

Номинальными параметрами короткозамыкателей являются номинальное напряжение и номинальный ток включения — — мгновенное значение / вкл. Эти величины должны быть сопоставлены с соответствующими расчетными значениями / уд. Дополнительно указывается полное время включения. [12]

Способность выключателя включаться на существующее КЗ характеризуется номинальным током включения . [13]

Основными параметрами высоковольтных выключателей являются: напряжение, номинальный ток отключения, номинальный ток включения , номинальная мощность отключения, собственное время отключения выключателя и полное время отключения выключателя. [15]

Источник



Что такое ток короткого замыкания?

Ток короткого замыкания (short-circuit current) — это сверхток в электрической цепи при коротком замыкании (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013). В некоторой нормативной документации используется сокращение «ток КЗ».

Харечко Ю.В. конкретизировал понятие «ток короткого замыкания» следующим образом [2]:

« Ток короткого замыкания представляет собой одну из разновидностей сверхтока. В отличие от тока перегрузки ток короткого замыкания обычно возникает в условиях повреждений, когда повреждается изоляция каких-либо проводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами, и между ними возникает электрический контакт с пренебрежимо малым полным сопротивлением. В условиях повреждений также возможно замыкание частей, находящихся под напряжением, на открытые и сторонние проводящие части, которые в электроустановках зданий с типами заземления системы TN-S, TN-C-S и TN-C имеют электрическую связь с заземленной нейтралью источника питания. »

« Токи замыкания на землю в системах TN, протекающие по фазным проводникам и защитным или PEN-проводникам, будут сопоставимы с токами однофазных коротких замыканий, которые протекают по фазным проводникам и нейтральным или PEN-проводникам. »

Ток короткого замыкания может также возникнуть в нормальных условиях, когда отсутствуют повреждения, из-за ошибочного соединения проводящих частей с разными электрическими потенциалами, допущенного при монтаже и эксплуатации электроустановки здания. Если ошибочно выполнено электрическое соединение, например, фазного и нейтрального проводников какой-то электрической цепи, то при ее включении по обоим проводникам будет протекать ток однофазного короткого замыкания.

Особенности.

В своей книге [2] Харечко Ю.В. также отразил некоторые особенности, которые касаются понятия «ток короткого замыкания»:

« Величина тока короткого замыкания может многократно (на несколько порядков) превышать значение тока перегрузки и тем более значение номинального тока. Даже кратковременное его воздействие на какие-либо элементы электроустановки зданий может вызвать их механическое повреждение, перегрев, возгорание и, как следствие, явиться причиной пожара в здании. Поэтому электрооборудование в электроустановках зданий, прежде всего – проводники электрических цепей, должно быть надежно защищено от токов короткого замыкания с помощью устройств защиты от сверхтока – автоматических выключателей и плавких предохранителей. »

« Токи короткого замыкания определяют при проектировании электроустановок зданий и учитывают при выборе характеристик электрооборудования. Максимальные токи короткого замыкания всегда соотносят с предельными сверхтоками, которые способны отключить коммутационные устройства и устройства защиты от сверхтока, а также могут пропустить через себя некоторые виды электрооборудования. Минимальные токи короткого замыкания используют для проверки способности устройств защиты от сверхтока выполнить их отключение в течение нормируемого или предпочтительного промежутка времени. »

О методике расчета токов короткого замыкания.

Методики расчета токов короткого замыкания изложены в ГОСТ 28249-93, в стандартах и технических отчетах комплекса МЭК 60909. ГОСТ 28249-93 распространяется на трехфазные электроустановки переменного тока напряжением до 1 кВ, присоединенные к энергосистеме или к автономным источникам электрической энергии. Стандарт устанавливает общую методику расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в начальный и произвольный моменты времени с учетом параметров синхронных и асинхронных машин, трансформаторов, реакторов, кабельных и воздушных линий электропередачи, а также шинопроводов.

Комплекс МЭК 60909 применяют для расчета токов короткого замыкания в низковольтных и высоковольтных электроустановках переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Однако, как указано в стандарте МЭК 60909-0, электрические системы с напряжением 550 кВ и более, имеющие протяженные линии электропередачи, требуют специального рассмотрения.

Источник