Согласование характеристик автоматических выключателей, каскадирование

Метод каскадирования (filiation – фр) заключается в ограничении тока короткого замыкания с помощью токоограничивающего автоматического выключателя, что позволяет использовать во всех цепях, расположенных ниже места его установки, коммутационные аппараты с гораздо меньшими отключающими способностями и термической и электродинамической устойчивостью (по сравнению с отсутствием токоограничения). Меньшие габариты электрооборудования и сниженные требования к характеристикам приводят к значительной экономии и существенному упрощению монтажных работ. При большой величине тока КЗ токоограничивающий автоматический выключатель разводит контакты и появившаяся дуга увеличивает полное сопротивление цепи КЗ, снижая таким образом ток КЗ.

Место замыкания при этом отключается ближайшим "слабым" автоматом, которому вышерасположенный токоограничивающий автомат "помогает", слегка разводя свои контакты и вновь замыкая их после отключения тока КЗ "слабым" автоматом. Таким образом обеспечивается селективность работы защиты.

Большинство национальных стандартов допускают применение метода каскадного включения коммутационных аппаратов при условии, что количество энергии, проходящей через токоограничивающий автоматический выключатель, меньше того, которое все нижерасположенные автоматические выключатели и элементы цепи способны выдержать без повреждений. На практике это можно проверить только проведением лабораторных испытаний различных комбинаций автоматических выключателей. Такие испытания проводятся изготовителями, которые сообщают их результаты в виде таблиц. Благодаря этому пользователи могут уверенно проектировать схему каскадного включения выключателей, основанную на комбинации рекомендованных типов автоматических выключателей.

Преимущества каскадирования:

- Упрощение расчетов ТКЗ.

- Использование коммутационных аппаратов, рассчитанных на более легкие условия эксплуатации и, следовательно, менее дорогих.

- Более широкий выбор нижерасположенных коммутационных аппаратов.

- Экономия пространства, поскольку оборудование, рассчитанное на меньшие токи, обычно является более компактным.

Селективность отключения

Селективность отключения состоит в том, что короткое замыкание, возникшее в любом месте электроустановки, отключается защитным аппаратом, расположенным непосредственно выше этого места, а все остальные защитные аппараты не отключаются (рис.7.9).

Рис.7.9. Селективность отключения.

В настоящее время различают четыре способа обеспечения селективности: токовая, временная, энергетическая и логическая.

7.6.1. Токовая селективностьоснована наразности токовКЗ IкзA и IкзB и выборе соответствующих уставок защит (рис.7.10, 7.11).

Согласование время-токовых характеристик (селективность срабатывания) автоматических выключателей A и B (рис.7.9.а) является полным (полная селективность), если максимальная величина тока короткого замыкания в цепи B (IкзB) не превышает уставку отсечки автоматического выключателя A (ImA). При этом условии только выключатель B будет отключать ток IкзB (рис.7.10).

Согласование характеристик (селективность срабатывания) автоматических выключателей A и B является частичным (частичная селективность), если максимально возможный ток короткого замыкания в цепи B IscB превышает уставку отсечки автоматического выключателя A. В таких условиях оба выключателя A и B будут отключать ток IкзB (рис.7.11). Пределом селективности является ток ImA- ток отсечки выключателя А.

Токовую селективность обычно удается обеспечить лишь на уровнях конечного распределения, где токи КЗ невелики. При этом требуется определенная разность (более, чем в 2 раза) между номинальными токами выключателей А и В.

Рис.7.10. Полное согласование характеристик Рис.7.11. Частичное согласование х -тик

автоматов А и В. автоматов А и В.

Рис.12. Частичное согласование характеристик

предохранителя А и автомата В.

7.6.2. Временная селективность обеспечивается с помощью смещения по времени время-токовых характеристик последовательно расположенных выключателей (рис.7.13).

Рис.7.13. Временная селективность.

Выключатель А имеет две уставки тока отсечки:

- ImAs - с короткой выдержкой времени (CR-court retard (фр)), Δt = 0,1 - 0,5 c;

- ImA - без выдержки времени.

Говорят, что выключатель имеет селективную токовую отсечку.

Предельный ток селективности в данном случае равен уставке мгновенной токовой отсечки ImA вылючателя А: полная селективность будет обеспечена, если ток КЗ в цепи В IcsB будет меньше тока ImA.

Для реализации временной селективности необходимо применение выключателей категории В, для которых характерна высокая термическая стойкость: ток односекундной термической стойкости может быть равен предельной отключающей способности Icu. Такие выключатели обычно устанавливаются на вводах от трансформаторов и в ГРЩ.

7.6.3. Энергетическая селективность основана на различии относительных уровней энергии дуги.

Она реализована, например, в выключателях с литым корпусом серии Compact NS фирмы Шнейдер Электрик.

Каждый полюс выключателя помещен в изолированную оболочку. При возникновении большого тока КЗ подвижный контакт поворачивается за счет электродинамических сил, что приводит к возникновению двух последовательных электрических дуг, и к увеличению давления газов внутри оболочки. Пружинно-поршневой механизм, использующий это давление, вызывает ускоренное отключение выключателя раньше, чем срабатывает механизм расцепителя. Например, при токе 25 Iном так называемое "рефлексное" отключение наступает через 0,003 с.

Таким образом осуществляется эффективное токоограничение. Если ток КЗ проходит через два выключателя с разными номинальными токами (см. рис.9а), то кратность тока и относительная величина энергии дуги в выключателе В будут выше и он отключится раньше выключателя А. По аналогии с токовой и временной селективностями изложенный принцип получил название "энергетическая селективность".

Логическая селективность

Рис.7.14. Принцип логической селективности.

Для построения системы логической селективности требуются автоматические выключатели, оснащенные микропроцессорными расцепителями, и соединенные цепями управления для обмена данными между ними. Если КЗ произошло в точке К2, ток КЗ обнаруживается обоими автоматами А и В. Расцепитель В при этом посылает сигнал логического ожидания расцепителю А, запрещая его мгновенное срабатывание. Этот сигнал вызовет задержку срабатывания выключателя A, давая время для отключения выключателю В. Если до истечения этой выдержки ток прекратился, то автомат А остается в работе. Если же по истечении этого времени через выключатель А продолжает идти ток КЗ, то он отключается и тем самым обеспечивает резервную защиту при отказе выключателя B.

При КЗ в точке К1 расцепитель А не получает сигнала логического ожидания, свидетельсвующего об обнаружения тока КЗ расцепителем B, и выключатель A отключается мгновенно.