7.4. Ограничение тока короткого замыкания, токоограничивающие автоматы

Специальная форма подвижного и неподвижного контактов выключателя приводит к тому, что при протекании большого тока КЗ электродинамическая сила их отталкивания превышает усилие сжимающей пружины, контакты расходятся, сопротивление появившейся дуги ограничивает ток КЗ и затем срабатывает расцепитель, окончательно отключая автомат.

Способность токограничивающего выключателя ограничивать ток короткого замыкания заключается в том, что он может предотвращать протекание максимального ожидаемого тока короткого замыкания и допускать лишь ограниченный ток (рис.6). Ожидаемый ток КЗ - это ток, который протекал бы в цепи при отсутствии токоограничения.

Токоограничение предполагает отключение токов КЗ менее, чем за полупериод переменного тока. Поэтому установившийся ток КЗ не существует и необходимо учитывать только ударный ток КЗ. Ожидаемый ударный ток, как известно, зависит от действующего значения ожидаемого тока КЗ и от отношения X / R цепи КЗ (от Cosφ). Ограниченный ударный ток зависит от степени ограничения тока выключателем, которая приводится изготовителем в виде кривых токоограничения (рис.7).

Рис.7.6. Ожидаемый и фактический

токи КЗ.

Рис.7.7. Кривая токоограничения.

Ограничение тока значительно снижает количество тепла, пропорциональное(рис.8). Например, при снижении ударного тока до 10% от ожидаемого, количество тепла будет снижено до 1%.

Положительный эффект токоограничения складывается из нескольких составляющих:

- Электромагнитная - снижение электромагнитных помех , могущих вызвать нарушения в работе слаботочных приборов и устройств.

- Тепловая - уменьшение нагрева оборудования и кабелей.

- Механическая - уменьшение электродинамических сил и, следовательно, снижение опасности деформаций и разрушений.

Рис.7.8. Нагрев электроаппаратов и проводников.

7.5. 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.