Защита автоматическими выключателями

Они предназначаются для замены рубильников и предохранителей и являются более совершенными аппаратами защиты в сетях напряжением до

1 кВ, так как после отключения они готовы к быстрому повторному включению. Это аппараты многократного действия, снабженные устройствами выдержки времени, обеспечивающие избирательное действие защиты. Все автоматы имеют в каждой фазе максимальное токовое реле прямого действия, называемое расцепителем. Расцепитель состоит из двух элементов: нагревательного на основе биметаллической пластины, осуществляющего защиту от перегрузки с выдержкой времени, называемого тепловым, и электромагнитного элемента, осуществляющего максимальную токовую защиту с выдержкой или без выдержки времени - отсечку при токах КЗ. Некоторые типы автоматов, например серии ВА-50, АЕ-2000 и др., кроме указанных расцепителей, имеют еще независимые и минимальные. Независимые - для дистанционного отключения автомата. Расцепитель минимального напряжения работает аналогично реле минимального напряжения и отключает выключатель при снижении напряжения в сети (U_сети £ 0,7 × U_н). Некоторые серии автоматов выпускаются с дистанционным приводом включения и отключения, что позволяет автоматизировать управление цеховыми ЭП. Ряд серий автоматов (А3700, ВА62, «Электрон») вместо теплового расцепителя максимального тока содержат полупроводниковый (может быть также и электромагнитный расцепитель).

Автоматы выпускаются двухполюсными для постоянного тока напряжением до 440 В включительно, двух- и трехполюсными для переменного тока напряжением до 660 В включительно.

Номинальные токи автоматов - от 50 до 5000 А, и отключают токи КЗ в сетях 0,4 кВ от 10 кА до 65 кА (серии «Электрон»), что соответствует мощности трансформатора до 2500 кВА.

В осветительных сетях 220-380 В, имеющих глухозаземляющую нейтраль, желательно применять однополюсные автоматы. В этом случае при замыкании на землю отключается только треть светильников.

Автоматические выключатели обеспечивают защиту от перегрузок:

- с помощью тепловых расцепителей, действующих с выдержкой времени, обратно зависимой от тока перегрузки;

- расцепителями с часовым механизмом (с обратно зависимой от тока характеристикой);

- с помощью полупроводниковых расцепителей (с обратно зависимой от тока характеристикой);

- комбинированными расцепителями, обеспечивающими защиту от перегрузок (с обратно зависимой от тока характеристикой) и токов КЗ мгновенного действия и с выдержкой времени, обеспечивающей селективность действия.

Комбинированный расцепитель автомата (П тип расцепителя) - это может быть тепловой, с часовым механизмом и полупроводниковый с обратно зависимой от тока характеристикой и электромагнитный максимального тока (серии А3100, А3700, ВА50) или полупроводниковый (серии А3700, «Электрон» и др.), обеспечивающий защиту как от перегрузок, так и от токов КЗ (см.рис. П.4.3 в приложении).

Автоматические выключатели для защиты только от токов КЗ имеют один расцепитель максимального тока - электромагнитный или полупроводниковый с мгновенным действием при КЗ (I тип расцепителя) или с выдержкой времени для обеспечения селективности действия (Ш - тип расцепителя), а также имеют регулировку уставки срабатывания выключателя (А3700 и др.).

Приведем классификацию выключателей серии ВА53-41, ВА55-41 и ВА56-41 и их различия.

Указанные выключатели различаются: по максимально токовой защите (ВА53 - токоограничивающие с полупроводниковыми максимальными расцепителями тока для защиты в зоне токов перегрузки и короткого замыкания и для защиты от однофазных КЗ; ВА55 - с полупроводниковыми максимальными расцепителями тока с выдержкой времени для защиты в зоне токов перегрузки и КЗ и для защиты от однофазных КЗ; ВА56 - автоматические без максимальных расцепителей тока, разработанные на базе ВА55); по числу полюсов (двух и трехполюсные, в одном габарите); по способу присоединения внешних проводников к выводам главной цепи (переднее и заднее присоединение - выключатели стационарного исполнения; заднее присоединение - выключатели выдвижного исполнения).

Таблица 4.8

Условия выбора автоматических выключателей и предохранителей

Тип автомата	Тип расцепителя	Условия выбора
По нагреву расчетным током	По условиям пере- грузки пусковыми токами (Iпуск) или пиками нагрузки (Iпик)	По условиям селективности
«Электрон» (регулируемые)	Полупроводниковое реле МТЗ 1 и Ш-типа (селективные)	Iн.расц ³ Iм Iн.расц ³ Iнэп	1.Iкзрасц ³1,5×Iпуск 2. tперегр ³ 1,5×tпуск	tср вышележащей ³ 1,5×t cр нижележащей ступени tоткл = tмгн = 0,25; 0,45; 0,7 с
П- и 1У-типа (неселективные) мгновенного действия		Не селективные Для ЭО6 tоткл = tмгн = 0,025-0,035 с Для остальных tоткл = tмгн = 0,045-0,06 с
АВМ (регулируемые)	1 типа (неселективный с защитой только от токов КЗ) АВМ....Б	Iмгн = 1,25×Iпуск	tмгн = 0,03-0,095 с Селективность не обеспечивается, если расчетный ток КЗ в линии, защищаемой меньшим выключателем, превышает или большего выключателя
II типа (неселектиный с защитой от перегрузки и от токов КЗ) АВМ....Н	1. Iкз ³ Iпуск 2. tперегр> 1,5×tпуск
III типа (селектиный с защитой от перегрузки и от токов КЗ) АВМ....С	Iкз ³ Iпуск tперегр ³ 1,5×tпуск	Iперегр, Iкз большего выключателя превышает эти уставки у меньшего выключателя tкз = 0,25; 0,4; 0,6 с

Продолжение таблицы 4.8.

А-3700 (регулируемые)	а) Полупровод- никовый с защитой в зоных прегрузки и зонах КЗ (селективный) А3733-А3734, А3793-А3794	Iн.расц ³ Iм Iн.расц ³ Iнэп	1. Iкз ³ 1,5×Iпуск 2. tперегр ³ 1,5×tпуск	Как у «Электрона» с реле 1 и III типов tкз = 0,1; 0,25; 0,4 с
б) Расцепитель полупроводниковый, но без защиты в зоне перегрузок (селективный в зоне КЗ) А3733-А3734, А3703-А3794	Iкз ³ 1,5×Iпуск	tсраб вышележащей ступени ³1,5 × tсраб нижележащей ступени tкз = 0,1; 0,25; 0,4 с
А-3700 (нерегулируемые)	С полупроводниковым расцепителем как в пункте «а», но без выдержки времени в зоне токов КЗ (неселективный) плюс электромагнит. расцепитель, действ. при токах в 8,5-10 раз превышающих Iнр А3713-А3793, А3714-А3794	2. Iкз ³1,5×Iпуск 2. tперегр ³ 1,5×tпуск	Не селективный Время отключения при КЗ в сети tкз £ 0,04 с
С расцепителем только максим. тока (нерегулир.) А3711-А3741 А3712-А3792	Iмгн ³ 1,25×Iпуск	Не селективный tкз £ 0,04 с
Расцепитель комбинированный (термобиметаллический и электромагнитный) нерегулируемые А3715-А3795 А3716-3796	По заводским характеристикам или также как в у автомата А3100	Не селективный tкз» 0,015-0,06 с

Окончание таблицы 4.8

А-3100 (нерегулируемые)	1. Комбинированный (термобиметаллический и электромагнитный)	Iн.расц ³ Iм Iн.расц ³ Iнэп	По заводским характеристикам или К – определяется по табл.5.1а (2)	Неселективные tкз» 0,015-0,06 с
2. Электромагнитный	К – по табл. 5.1а в графе «длительностью пуска до 2 с»	То же
АЕ-2000 (регулируемые)	1. Комбинированный 2. Электромагнитный	По заводским характеристикам	Неселективные tотс» 0,01-0,03 с

Промышленностью выпускаются автоматические выключатели серии А3700, «Электрон», АЕ25, АЕ1000, АЕ2000, ВА50, не выпускаются, но находятся в эксплуатации автоматические выключатели серий АВМ и А3100. В приложении табл.П.4.4-П.4.8 приведены технические данные автоматических выключателей серии АЕ2000, серии «Электрон» и защитные характеристики для выключателей с комбинированным расцепителем. По другим выключателям см.[3, 18-20].

Выбор автоматических выключателей

Выключатели характеризуются следующими величинами:

- номинальным током автомата I_на;

- номинальным током расцепителя автомата I_{н расц}, так как в один и тот же автомат могут быть встроены различные по току расцепители, рассчитанные на различные номинальные токи, при этом должно выполняться условие I_на ³ I_нрасц;

- уставками срабатывания по току и времени при перегрузках (I_перегр, t_перегр), и коротких замыканиях (I_кз, I_мгн), называемых отсечками, а для селективных автоматов уставками выдержки времени срабатывания при КЗ в сети - t_кз, а для неселективных автоматов - собственное время срабатывания при КЗ в сети (I_кз ³ I_{уст..авт}). Например, на чертеже возле автомата надпись - АВМ20С I_н.расц = 1500 А (1800/8000, t_кз = 0,4 с). Это означает, что для защиты сети использован автомат типа АВМ с расцепителем Ш-типа (селективный), рассчитанный на 2000 А. В него встроен расцепитель на I_н = 1500 А. Автомат начнет срабатывать при токах перегрузки I_пер = 1800 А (с выдержкой времени не менее 3 с) и токах КЗ I_кз = 8000 А с выдержкой времени, равной 0,4 с.

С учетом вышесказанного выбор аппаратов защиты производится по трем условиям на основании технических условий и каталогов на автоматы, которые сведены в табл. 4.8.

Условие 1. Номинальный ток автомата и его расцепителя не должны быть меньше расчетного тока I_м защищаемой линии или номинального тока электроприемника I_н. При этом номинальные токи расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными.

Условие 2. Для того, чтобы электроприемник или участок сети не отключался при пуске или кратковременных перегрузках (I_пуск, I_пик), аппарат защиты должен быть выбран с учетом кратковременных перегрузок в нормальном или послеаварийном режимах. Аппарат защиты для электроприемников, не имеющих пусковых токов, выбирается без учета этого условия. Это условие для различных автоматов различно и содержится в 4-м столбце табл.4.8.

Условие 3. Уставки защитных аппаратов должны быть проверены на селективность действия последовательно включенных аппаратов защиты, чтобы при каждом нарушении нормального режима отключался только поврежденный участок, но не срабатывали защитные аппараты в высших звеньях (см. 5-й столбец табл. 4.8). Проверку селективности действия защит производят по типовым время-токовым характеристикам примененных аппаратов с учетом разброса характеристик (±15-25% от среднего значения) и по рассчитанным токам КЗ в защищаемой сети построением карты селективности действия защит или по соотношениям, приведенным в табл. 4.8.

Окончательную проверку делают после выбора конструкции сети, защитных аппаратов, проводников и расчета токов КЗ.