41. Автоматические выключатели ( а.В.): назначение, основные характеристики, виды выключателей, условия выбора. Карта селективности.

Предназначены для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.

А.В. имеют реле прямого действия, называемые расцепителями. Они могут снабжаться следующими встроенными в них расцепителями:

1. Электромагнитным или электронным расцепителем максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически независимой от тока выдержкой времени;

2. Электротермическим или электронным инерционным расцепителем максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени;

3. Расцепителем тока утечки;

4. расцепителем минимального напряжения;

5. расцепителем обратного тока или обратной мощности;

6. независимый расцепитель (дистанционное отключение выключателя).

Первые два типа устанавливаются во всех трех полюсах, остальные - по одному на выключатель. Токи уставки, а также выдержки времени токовых расцепителей могут быть регулируемыми. В одном выключателе могут применять один или несколько типов токовых расцепителей и дополнительно к ним расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель и электромагнит включения.

По времени срабатывания электромагнитные и аналогичные им электронные расцепители имеют четыре разновидности:

1.расцепители, обеспечивающие срабатывание А.В. за время намного меньше 0,01с, и отключение тока КЗ раньше, чем он достигнет своего ударного значения. Такие А.В. называют токоогораничивающие.

2.расцепители, обеспечивающие отключение тока КЗ при первом прохождении тока через нулевое значение tc=0,01с.

3.нерегулируемые расцепители, время срабатывания которых превышает 0,01с;

4.расцепители с регулируемой выдержкой времени (0,1-0,7с), позволяющие добиться замедленной работы относительно других А.В. той же сети, называют селективными.

Расцепители тока утечки применяют для быстрого отключения участков сети, в которых из-за нарушения изоляции или прикосновения людей к проводникам возник ток утечки на землю. При этом ток уставки расцепителя выбирают в пределах от 10 до30 мА, а время зависимости от напряжения в пределах от 10 до100мс. Эту защиту в наст. время считают более эффективной от защиты людей от поражения электрическим током.

Расцепители минимального напряжения применяют в целях отключения источников питания при прекращении ими питания сети ( перед АВР), а также в целях отключения электроприемников, самозапуск которых при автоматическом восстановлении напряжения нежелателен. Напряжение срабатывания расцепителя выбирают в пределах от 0,8 до 0,9 Uном, время срабатывания – в соответствии с требованиями систем автоматического восстановления питания сети.

Независимые расцепители применяют для местного дистанционного и автоматического отключения А.В. при срабатывании внешних защитных устройств.

Расцепители обратного тока или обратной мощности применяют для защиты генераторов, работающих на электрическую систему от выпадения синхронизма.

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tсо=0,02-1с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродейтвующие выключатели tсо< 0,005 с.

Нормальные и селективные А.В. токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как и предохранители, обладают токоограничивающим действием, т.к. отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения iу.

Селективные А.В. позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки А.В. с разными выдержками времени.

А.В. изготавливают с ручными и двигательными приводами, в стационарном и ручном исполнении.

Выбор выключателей.

1.Соответствие номинального напряжения А.В. U_ном.в номинальному напряже-нию сети

U_{ном в}  U_{ном. с}.

2. Соответствие номинального тока выключателя I_{ном в} расчетному току защищаемой цепи

I_{ном в}  I_р.

3. Токовую отсечку А.В. отстраивают от пиковых токов электроприемника по выражению

I_со  1,05 · k_з ·k_а · k_р ·I_пик = k_н ·I_пик,

где k_н = 1,05 · k_з ·k_а · k_р - коэффициент надежности отстройки; 1,05 - коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электроприемника; k_з - коэффициент запаса; k_а - коэффициент, учитываю- щий наличие апериодической составляющей в пиковом токе электроприемника; k_р - коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки. Значения коэффициентов - справочная величина.

4. Защита от перегрузки. Согласно ПУЭ защиту от перегрузки должны иметь следующие сети внутри помещений:

I_{с. п}  (1,2  1,4) · I_{ном дв},

Для защиты от перегрузки трансформаторов уставки выбирают исходя из перегрузочной способности трансформатора:

I_{с. п}  1,4 · I_{ном тр}.

Для защиты от перегрузки конденсаторной установки уставку тока перегрузки выбирают

I_{с. п}  1,3 · I_{ном КУ}.

В сетях, защищаемых от перегрузки, сечения проводников должны быть выбраны так, чтобы токи аппаратов защиты к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников имели кратность не более

I_{с. п}  1,25 · I_доп.

Для электроустановок во взрывоопасных зонах

I_{с. п}  I_доп.

5. Выбор времени срабатывания отсечки.

А.В. могут иметь следующие защитные характеристики (рис.2):

- зависимую от тока характеристику времени срабатывания (тепловой расцепитель) (кривая 1);

- независимую от тока характеристику времени срабатывания (электромагнит-ный расцепитель) (кривая 2);

Рис.2. Защитные характеристики автоматических выключателей

- ограничено зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания (комбинированный расцепитель) без вы- держки времени (кр. 3) или с выдержкой времени (кр.4), называемые селективными АВ;

- селективные А.В. могут иметь и 3-хступенчатую защитную характеристику (кр.5).

Выбор А.В. следует начинать с защиты ЭП. Время срабатывания отсечки этих выключателей должно быть наименьшим. А.В. с комбинированным расцепителем - неселективные. Время срабатывания отсечки определяется собственным временем отключения выключателя, выбранные по каталогам: у неселективных А.В. типов АП50, А3700 и т.д. t_со 0,02 с, у токоограничивающих типов А3700Б, ВА52 и т.д. - t_со  0,01с.

Линейные выключатели КТП могут быть неселективными, если они защищают одиночные крупные ЭП. Время срабатывания отсечки А.В., защищающих группу ЭП (шинопроводы, кабельную сеть с распределительными шкафами), секционных и вводных выключателей определяется по условию

t_со  t_{со, п} + t,

где t_{со, п} - наибольшее время срабатывания отсечки предыдущей от источника питания защиты; t - степень селективности, применяется для выключателей А3700С, ВА55, ВА75 равной 0,1 ... 0,15с; для серии «Электрон» - 0,2 ... 0,25 с; для ВА2М - 0,15...0,2 с.

Для соблюдения условия селективности (избирательности действия защиты) время срабатывания должно возрастать последовательно по цепи: А.В. ЭП, линейный, секционный, вводной.

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ.

Предельной коммутационной способностью выключателя (ПКС) называется максимальное значение тока КЗ, которое выключатель способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии. Одноразовой ПКС (ОПКС) называют наибольшее значение тока, которое выключатель может отключить один раз. После этого дальнейшая работа выключателя не гарантируется.

ПКС  I⁽³⁾_к ,

где I⁽³⁾_к - ток металлического КЗ для вводных и секционного выключателя.

Иногда проверяется условие электродинамической стойкости

ПКС (ОПКС)  i_уд

7. Проверка на чувствительность отсечки при КЗ

k_ч ,

где k_ч - коэффициент чувствительности отсечки; I_{к, min}- минимальный ток КЗ в конце защищаемой зоны; I_со - ток срабатывания отсечки; k_р - коэффициент разброса срабатывания отсечки по току.