Без автоматических выключателей невозможно представить распределительный щит. Они защищают от аварийных ситуаций – перегрузок и коротких замыканий. Но при проектировании и эксплуатации из-за особенностей время-токовых характеристик аппаратов возникает серьёзная проблема — обеспечение селективности.

Селективность — это свойство защитной аппаратуры обеспечить отключение только того участка цепи, где произошла авария. При этом вводной или автоматический выключатель отходящей линии, на которой повреждения нет, не должен отключиться и продолжить работу в штатном режиме.

Частично эта проблема решаема правильным подбором номинала и типа время-токовой характеристики аппаратов защиты. Но это влечёт за собой другую проблему — ложные срабатывания из-за значительных пусковых токов при включении установки. Чтобы избежать ложных срабатываний, используют аппараты защиты, у которых возможна регулировка уставок срабатывания по току перегрузки и по току КЗ.

Сегодня мы рассмотрим автоматический выключатель ВА88 MASTER торговой марки IEK с электронным расцепителем, у которого есть возможность регулировки уставок срабатывания защит. Благодаря этому можно организовать селективность нескольких последовательно установленных аппаратов, настроив по возрастающей задержку по времени от потребителя к источнику. При этом электронный расцепитель не требует отдельного питания и гарантирует правильную работу защитного устройства при токе не менее 35% от номинального, даже если эта нагрузка только в одной из фаз.

Характеристики

Автоматические выключатели IEK ВА88 MASTER с электронным расцепителем выпускаются с номинальным током от 125 до 800А при номинальном напряжении 400В или 400/690В. Предельная отключающая способность: 25 кА для номинала 125А и 35 кА для всех остальных. Все технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики автоматических выключателей ВА88 MASTER

В зависимости от номинального тока ВА88 MASTER бывают четырёх типоразмеров, условно обозначающихся 32, 35, 39 и 40. На иллюстрациях ниже вы видите внешний вид и габариты линейки автоматических выключателей ВА88 MASTER.

Рисунок 1 — Обозначения габаритов

Таблица 2 — Габариты

Рисунок 2 — Различные габариты автоматических выключателей ВА88 MASTER

Внимание! ВА88 MASTER появились у IEK в 2020 году. Помимо этого, в каталоге можно найти давно знакомые специалистам модели ВА88 как с фиксированными, так и с регулируемыми расцепителями, в том числе электронными.

Краткий обзор

Рисунок 3 — Упаковка автоматического выключателя ВА88-32 MASTER

Внутри коробки лежит сам автоматический выключатель, инструкция к нему, крепёжные винты и межфазные перегородки

Рисунок 4 — Комплектация

Межфазные перегородки устанавливаются в прорези между клеммами для подключения проводов.

Рисунок 5 — Межфазные перегородки

Автоматический выключатель ВА88-32 MASTER монтируется не на DIN-рейку, а на любые плоские поверхности электрощита с помощью 4-х винтов (поставляются в комплекте), через отверстия между клеммами для подключения проводов.

Рисунок 6 — Крепёжные винты

Для регулировки параметров время-токовой характеристики у автомата есть 6 поворотных переключателей. Каждый переключатель вращается на 360° бесконечно, крайних положений нет. При этом каждое положение переключателя фиксировано, неверная настройка уставок из-за попадания в промежуточные положения исключены.

Рисунок 7 — Поворотные переключатели для настройки время-токовой характеристики

Сами переключатели закрываются прозрачной пластиковой крышкой, которая для исключения несанкционированного доступа к переключателям может быть опломбирована.

Рисунок 8 — Проушина для опломбировки переключателей

Провода в клеммах зажимаются винтами М8 под шестигранник.

Рисунок 9 — Клеммы для подключения проводов

На рычаге управления нанесена надпись на русском языке «I ВКЛ» и «O ОТКЛ». Из органов ещё есть кнопка «тест» для проверки работы расцепителя.

Рисунок 10 — Рычаг управления в положениях «ОТКЛ» и «ВКЛ»

На лицевой панели указаны:

номинальный ток In —125 A;

величина и частота номинального напряжения Ue —400В, 50 Гц;

номинальная предельная отключающая способность Icu — 25 кА;

номинальная рабочая отключающая способность Ics — 75%×Icu;

номинальное импульсное выдерживаемое перенапряжение Uimp — 8000 В.

Рисунок 11 — Лицевая панель автоматического выключателя

А теперь о главном: особенности электронного расцепителя

С внешним видом и органами управления разобрались, теперь обсудим особенности электронного расцепителя.

Электронный расцепитель позволяет тонко настраивать форму время-токовой характеристики, чтобы обеспечить селективность защит. У некоторых выключателей с тепловым и электромагнитным расцепителем также есть возможность регулировки уставок, но с меньшими точностью и стабильностью работы.

Электронный расцепитель, установленный в автоматах ВА88 MASTER, не требует наличия всех фаз для работы. Он получает питание не от напряжения подключённой линии, а от протекающего тока. Расцепитель подключён к защищаемой цепи через трансформаторы тока, от которых и получает питание. Для обеспечения нормальной работы защиты необходимо, чтобы хотя бы в одной из фаз протекал ток больше, чем 35% от номинального (In). Такое решение повышает надёжность работы защиты, в случае отгорания фаз или других неисправностей, связанных с частичным отсутствием напряжения.

Рисунок 12 — Электрическая схема выключателей ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Для настройки параметров на автоматическом выключателе есть панель, на которой расположено 6 поворотных регуляторов и 3 светодиода.

Рисунок 13 — Панель индикаторов и органов регулировки электронного расцепителя

Перечислим их назначение:

Индикатор красного цвета «авария» горит, когда ток в цепи превышает установленный рабочий ток I_R на 5% (I>1.05I_R). Когда ток равен или меньше I_R (I≤I_R), индикатор не горит.

Индикатор жёлтого цвета «внимание» горит, когда ток в цепи превышает Ip на 10% (I>Ip), и гаснет, когда ток равен или меньше 90% от Ip (I≤0.9Ip). Ip – это уставка тока предварительной сигнализации.

Индикатор зелёного цвета «работа» мигает 1 раз в секунду при токе больше 40% от номинального (I>0.4In) и 1 раз в 2 секунды при (I≤0.35In).

Установка рабочего тока (I_R). У ВА88 MASTER с электронным расцепителем есть номинальный ток – это максимальный ток, который может проводить в нормальном режиме, и рабочий ток. Рабочий ток – это программно ограниченный номинальный ток. Диапазон и шаг регулировки зависят от номинального тока автомата. Например, для аппарата с номиналом в 125А (In) можно установить такие значения: 50, 56, 63, 70, 75, 80, 90, 100, 110 и 125А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2I_R, обозначается как t_R, устанавливается в секундах. Может быть полностью отключено (OFF) либо принимать значения от 12 до 100 секунд для аппаратов с номинальным током в 125А и 250А и до 150 секунд для 400, 630 и 800 амперных автоматических выключателей.

Ток защиты от КЗ с задержкой (Isd). Определяет превышение относительно рабочего тока (I_R) и может принимать значения: 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 и 12 I_R. То есть если установлено 5, то расцепитель определит короткое замыкание при пятикратном превышении рабочего тока.

Время задержки срабатывания при КЗ при токе 1.5Isd. Обозначается как tsd и измеряется в секундах, его можно отключить полностью (OFF) или установить одно из значений: 0.06, 0.1, 0.2, 0.3 секунды.

Уставка тока мгновенного срабатывания (Ii). Можно отключить эту защиту (OFF) или выбрать одно из значений в диапазоне от 4- до 14-кратной величины рабочего тока I_R.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip, можно отключить (OFF) или выбрать одно из значений в диапазоне от 0.7 до 1 от рабочего тока I_R с шагом 0.05: (0.7; 0,75; …0,95; 1) х I_R.

Обилие настраиваемых параметров позволяет задать практически любую форму время-токовой характеристики, возможные варианты вы видите на рисунке 14.

Рисунок 14 — Время-токовые характеристики автоматических выключателей

ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Подробнее о настройках параметров, их диапазонах и некоторых других нюансах вы можете узнать из паспорта прибора.

Интересно! Если регуляторы t_R, tsd и Ii перевести в положение OFF, то все защитные функции автоматического выключателя полностью отключаются и аппарат станет обычным рубильником.

Стоит отметить, что у выключателей ВА88 MASTER удобнее настраивать параметры электронного расцепителя, чем у классических ВА88, где использовались не поворотные регуляторы, а DIP-переключатели (рис. 15).

Рисунок 15 — Переключатели для настройки параметров защиты у новой (сверху) и старой (снизу) версии ВА88

Выбор уставок для ВА88 MASTER с электронным расцепителем

Для иллюстрации приведём пример выбора и настройки автоматических выключателей. Допустим, у нас есть линия, которая питает определённую нагрузку с такими параметрами:

электрическая мощность потребителя Pпот — 50 кВт = 50 000 Вт;

коэффициент мощности cosФ — 0,8;

к ратность пускового тока — 2;

нагрузка равномерная без кратковременных перегрузок;

Известные параметры защищаемой линии:

измеренный ток короткого замыкания — 1100А;

Допустим, у нас 2 аналогичных линии, защищённые индивидуальными автоматическими выключателями, назовём их групповыми АВ. Они подключены к одному автоматическому выключателю, назовём его вводным АВ.

Вариантов согласования устройств может быть множество. К примеру, настройки вводного и групповых АВ можно выставить так, что аппараты буду работать согласно время-токовым характеристикам, изображенным на рисунке 16. Для тех, кому интересно, далее привожу расчёты, которые позволили определить настройки для приведённого примера.

Рисунок 16 — Пример настройки расцепителей автоматических выключателей для селективной работы двух ступеней защиты, красной линией отмечена ВТХ групповых АВ, зелёной — вводного

Выбор уставок для групповых АВ

Выберем групповые АВ и рассчитаем их параметры.

Сначала считаем рабочий ток IB:

В соответствии с п.433.2 ГОСТ 30331.5-95 согласованность проводников и защитных устройств должна отвечать следующим условиям:

Где Iв — рабочий ток цепи, Iz – допустимый длительный ток кабеля, In – номинальный ток аппарата защиты, I2 – ток, обеспечивающий надёжное срабатывание аппарата защиты, принимается равным току срабатывания при заданном времени срабатывания для автоматических выключателей.

Согласно таблице 6 из ГОСТ Р 50030.2-2010, по которому изготавливаются ВА88 MASTER, условный ток расцепления равен 1,3In. При этом расцепитель должен сработать до истечения условного времени. Условное время для автоматических выключателей с номинальным током более 63А равно 2 часа.

Соответственно, I2=1,3In и условие 2 примет вид — 1,3In ≤ 1,45Iz.

То есть при перегрузке на 30% автоматический выключатель должен отключиться не позже чем через 2 часа.

Сейчас мы выберем уставки для автоматического выключателя, а затем проверим, выполняются ли эти условия.

Примем условие, что кабель проложен открыто и, согласно таблице 1.3.6 ПУЭ, для линии выберем кабель с сечением токопроводящих жил 25 мм² с допустимым длительным током в 95 А.

Согласно пункту 3.1.4 ПУЭ, номинальные токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчётным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников. Но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках.

Так как номинальный ток рассматриваемого электроприемника составляет 90.3А, выбираем автоматический выключатель типа ВА88-32 с номинальным током 125А, а рабочий ток I_R установим на 100 ампер.

Примечание. Рабочий ток у ВА88 MASTER с электронным расцепителем – это то же, что и номинальный ток, но ограниченный с помощью доступных регулировок электронного расцепителя.

Время задержки выключения t_R устанавливается для токов 2I_R, то есть для двукратной перегрузки относительно установленного рабочего тока. Для токов, отличных от 2IR, рассчитывается по формуле:

где Iф – предполагаемый ток перегрузки, А; I_R – устанавливаемый рабочий ток, А; tR — время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2I_R, с.

Так как длительность пусковых токов в условиях не оговорена, то для расчётов выберем tr 60 секунд, а условный ток отключения согласно ГОСТ определим как 1,3I_R=130А, рассчитаем, через сколько сработает расцепитель при таком токе по формуле из паспорта:

При перегрузке в 1.3I_R автоматический выключатель отключится примерно за 142 секунды. Расчётное время входит в пределы, указанные в таблице 6 из ГОСТ Р 50030.2-2010, ток 130А

Выбор уставок вводного АВ

Теперь выберем вводной автоматический выключатель, так как он будет питать 2 групповых линии с током: 2хI_Rгруп. = 2×100 = 200 А.

Выберем автоматический выключатель типа ВА88-35 с электронным расцепителем и номинальным током в 250А. Выберем рабочий ток I_R по сумме токов отходящих линий – 200А. Время отключения при двукратной перегрузке групповых линий t_R мы выбрали 60 секунд.

Значит, выбираем время отключения вводного АВ при перегрузке t_R равным 80 секунд, то есть вводной автоматический выключатель при токе в 400 отключится через 80 секунд. При двукратной перегрузке одной из линий при токе в 200А он отключаться не будет. В случае двукратной перегрузки сразу двух линий (в каждой по 200А) при токе через вводной АВ в 400А групповые АВ отключатся через 60 секунд, то есть непреднамеренных срабатываний вводного происходить не будет.

Единственный случай, когда вводной АВ сработает при перегрузке и отключится, – если один групповых АВ выйдет из строя и на этой линий произойдёт перегрузка. Рассчитаем время отключения для подобной ситуации, приняв следующие условия:

одна из линий нагружена номинальным током в 90А;

вторая линия по какой-то причине оказалась перегруженной в 2 раза, и ток в ней составляет порядка 200А.

Тогда ток через вводной автоматический выключатель составит: Iобщ = Iгр1+Iгр2 = 90+200 = 290А

Для примера рассчитаем время, через которое расцепитель вводного АВ разомкнёт цепь при токе в 290А по приведённой в паспорте формуле:

В рассматриваемой ситуации вводной автоматический выключатель отключит цепь примерно через 152 секунды.

Выберем уставки для отключения при коротких замыканиях, напомню, что у групповых автоматов они следующие:

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 4×I_R = 400А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (600А) = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 10×I_R = 1000А.

Следовательно, для обеспечения селективности вводной автоматический выключатель не должен срабатывать при таких токах с указанной задержкой. Но при этом он должен срабатывать при токе КЗ, в нашем случае равном 1100А.

Для корректной работы защиты ток короткого замыкания должен быть выше, чем ток расцепителя. Также следует учесть, что ток КЗ может изменяться под воздействием таких факторов, как нагревание проводов, ухудшение контактов на линии и прочее. Поэтому для запаса ток мгновенного отключения вводного АВ сделаем меньше на 10% чем ток КЗ — 1000А.

Так как I_R вводного АВ мы выбрали 200А, то чтобы он отключился при токе в 1000А, нужно задать Ii равным 5×I_R. Но переключатель тока мгновенного срабатывания Ii можно установить в положения 4, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14 ×I_R. Ближайшее значение в сторону уменьшения у нас 4×I_R, то есть при 4×200=800А вводной АВ отключится мгновенно.

Однако групповые АВ при токе в 800А отключатся через:

При текущих настройках селективность обеспечиваться не будет. При коротких замыканиях вводной АВ отключится раньше, чем групповые (мгновенно). Здесь нам и понадобится возможность настройки уставок электронного расцепителя.

Изменим у групповых автоматов уставку тока мгновенного срабатывания на 7×I_R, то есть они мгновенно отключатся при КЗ при токе в 700А.

Следовательно, конечные уставки расцепителей групповых АВ изменятся и станут такими:

Рабочий ток I_R = 100А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×I_R, tr = 60 секунд.

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 4×I_R = 400А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (600А), tsd = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 7×I_R = 700А.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip — off (отключена).

Рисунок 17 — Выставленные в указанные положения переключатели

Тогда вводной АВ настраиваем на:

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 3×I_R = 600А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd (900А) = 0.3 секунды (нужно для дальнейших расчётов и проверки селективности).

Ток мгновенного срабатывания Ii = 4×I_R = 800А.

Проверим время отключения при токе Isd (3×I_R = 600А):

И для тока в 700А вводной автомат отключится за:

Подведём итоги: при токе в 600А вводной АВ отключится за 0.675 с, а групповые АВ отключатся за 0.3 секунды (задержка отключения в 2 раза короче, чем у вводного АВ). Вводной АВ отключится мгновенно* при токе КЗ в 800А, а групповые АВ — при токе в 700А, тогда как вводной АВ будет работать ещё 0.5 с. Селективность при КЗ обеспечена.

* Согласно графику ВТХ в паспорте, максимальное время мгновенного срабатывания составляет примерно 0.03 с.

У групповых АВ время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×Ir = 60 секунд, у вводного — 80 секунд. То есть он обеспечит даже протекание пусковых токов при одновременном включении двух отходящих линий.

Таким образом, устанавливаем на вводном автоматическом выключателе следующие уставки:

Рабочий ток I_R = 200А.

Время задержки срабатывания при перегрузке для тока 2×I_R, tr = 80 секунд.

Ток защиты от КЗ с задержкой Isd = 3×I_R = 600А.

Время задержки при КЗ при токе 1.5Isd, tsd = 0.3 секунды.

Ток мгновенного срабатывания Ii = 4×I_R = 800А.

Уставка тока предаварийной сигнализации Ip — off (отключена).

В результате настройки время-токовая характеристика групповых (а) и вводного (б) АВ будет следующей:

Для проверки правильности построения ВТХ давайте проверим значения расчётного времени срабатывания tsd или t_R, которые мы получили выше для проверки селективности и других параметров. Для вашего удобства я обозначу их отдельными линиями на графике.

Расчётное время срабатывания группового АВ при перегрузке 1.3In (130А) = 142 с.

Расчётное время отключения группового АВ при КЗ при токе 400А = 0.675 с.

Расчётное время срабатывания вводного АВ при перегрузке для тока 1,45In (290 А) = 152 с.

Расчётное время отключения вводного АВ при КЗ при токе 600А = 0.675 с.

Рисунок 19 — Расчётные точки на построенных ВТХ

Как вы можете видеть, расчётные значения совпали с аналогичными точками на графике ВТХ.

Изобразим ВТХ групповых автоматов (красная линия) и вводного (зелёная линия) на одном графике. Как видите, характеристики не пересекаются, что ещё раз демонстрирует селективность работы автоматов.

Рисунок 20 — Пример настройки расцепителей автоматических выключателей для селективной работы двух ступеней защиты

Внимание, вышеизложенное приведено для примера и демонстрации возможности настройки расцепителей автоматических выключателей с целью обеспечения их селективной работы. Расчёт электрощита выполняется сложнее и с учётом большего количества условий работы линии и оборудования.

Нужны ли автоматы с электронным расцепителем

Допустим, что мы собираем такой же щит, но с автоматами ВА88 MASTER с нерегулируемыми тепловым и электромагнитным расцепителями, нам понадобятся те же ВА88-32 MASTER для групповых линий и ВА88-35 MASTER на ввод.

Рисунок 21 — Внешний вид ВА88-32 MASTER и ВА88-35 MASTER

Рассмотрим их время-токовые характеристики.

Рисунок 22 — Время-токовые характеристики ВА88 MASTER с тепловым и электромагнитным расцепителем

Уставка электромагнитного расцепителя 10 In с погрешностью в 20% (данные из паспорта), то есть он будет срабатывать при токе КЗ в диапазоне токов от 8 до 12 ×In.

На групповые линии выберем также ВА88-32 MASTER с номинальным током 100А, а на ввод – ВА88-35 MASTER на 200А. Напомню, что измеренный ток КЗ у нас 1100А, соответственно, групповые АВ при КЗ будут отключать нагрузку в течение 0,02-0,04 секунд. Тогда как электромагнитный расцепитель вводного АВ вообще не будет реагировать на такой ток КЗ. Для срабатывания электромагнитного расцепителя в 200-амперном автомате ток короткого замыкания должен быть 1600-2400А.

При перегрузке линии током 2×In групповые ВА88-32 MASTER отключатся примерно через 200 секунд, то есть они обеспечат протекание пусковых токов и токов кратковременных перегрузок во время работы. В то же время вводной ВА88-35 MASTER при перегрузке в 2×In отключится примерно через 80 секунд (в обоих случаях время указано для горячего состояния), то есть возможны срабатывания расцепителя вводного АВ при одновременном включении двух отходящих линий или в других ситуациях.

То есть нужно выбирать на ввод автоматический выключатель с другой уставкой (чувствительностью) теплового и электромагнитного расцепителя, но, например, в каталоге IEK такого мне найти не удалось.

Рисунок 23 — Точки на ВТХ, соответствующие пусковому току

Безусловно, рассмотренная ситуация не в полной мере раскрывает вопрос обеспечения селективности, а лишь иллюстрирует возможные проблемы. На обсуждение читателям оставляю случаи, когда нужно обеспечить селективность защит при большем количестве автоматических выключателей «по вертикали». То есть когда есть один общий вводной, после него идут АВ питающие распределительные щиты, в которых установлено ещё по несколько групповых АВ.

Рассказывайте в комментариях, с какими ситуациями вы сталкивались в своей практике и как их решали, используете ли вы автоматические выключатели с электронными расцепителями.

Источник