Как выбрать автоматический выключатель

Зачастую потребитель, не зная многообразие выбора низковольтной отечественной и зарубежной аппаратуры, выбирает наиболее распространённый, разрекламированный продукт с доступной информацией. Другие же производители, не имеющие ярких буклетов, но обладающие тем же набором функций и не уступающие им по качеству, остаются в стороне.

Одним из таких продуктов является автоматический выключатель (АВ). Как выбрать АВ, каковы их главные особенности, где находят им применение и насколько велик их выбор – эти и другие вопросы попытаемся решить в ближайшей серии статей.

Автоматический выключатель – это контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях в цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и отключать токи при оговоренных аномальных условиях в цепи, например короткого замыкания (КЗ).

Существует несколько разновидностей АВ. Если идти от простого к сложному, то выделяют: модульные АВ, АВ в литом корпусе, воздушные АВ. Последние два типа можно объединить в одну группу, АВ блочного типа, так как они оба могут комплектоваться дополнительными блоками и имеют схожий функционал, но об этом подробнее в других статьях. Здесь же мы постараемся осветить главные критерии выбора АВ любого из представленных типов со ссылками на нормативно-технические документы.

ПОРЯДОК ВЫБОРА И ПРОВЕРКИ АВТОМАТА:

1) Определение нагрузки потребителей.

Определение суммарной нагрузки потребителей (S_потр, Вт), питаемых через АВ.

2) Определение расчётного тока.

Определение расчётного тока с учётом поправочных коэффициентов (одновременности Ко, использования Ки и спроса Кс)

Как определить значения этих коэффициентов, подробно описано, в частности, в СП-31-110 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»⎘, техническом циркуляре ВНИГМ Тяжпромэлектропроект №359-92 «Указания по расчёту электрических нагрузок»⎘ и «Руководстве по устройству электроустановок. Шнейдер Электрик. 2019»⎘. Максимальное значение этих коэффициентов равно единице.

3) Отстройка тепловой защиты.

Отстройка тепловой защиты (номинала АВ I_ном.АВ, А) от расчетного тока I_расч – путем увеличения полученного значения на 10-30%.
Конечный «процент» зависит от характера нагрузки и обозначается коэффициентом надёжности К_н. Его значение можно определить по табл. 8.6 Кабышев, Обухов «Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. 2006»⎘.
Например, для ламп накаливания можно принять К_н = 1, для группы потребителей – 1,1, а для светильников с лампами ДЛР – 1,3

4) Координация АВ с отходящим кабелем.

Координация АВ с отходящим (защищаемым) кабелем (шинами)

где I_доп – длительно допустимый ток кабеля (шин).

5) Проверка на отключающую способность.

Согласно требованиям норм аппарат защиты должен выдержать отключение сквозного тока короткого замыкания, пройденного через него, и остаться в работоспособном состоянии.

Проверка осуществляется по максимальному току КЗ за аппаратом. У большинства АВ отключающая способность маркируется значением в Амперах или буквой на фасадной стороне устройства.

Если в характеристиках защитного устройства указывается два параметра (номинальная рабочая I_cs и номинальная предельная I_cu отключающие способности), то выбирать защитное устройство необходимо по минимальному значению (рабочей отключающей способности I_cs). Допускается выбор по предельной отключающей способности, если аппарат не является вводным (ГОСТ Р 50571.5.53-2013 п.533.3⎘)

6) Проверка на чувствительность.

При проверке рассматривается минимальный ток КЗ (чаще всего однофазный) в конце защищаемого участка. Минимальное значение коэффициента чувствительности К_ч регламентировано Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей, Приложение 3 п.28.4⎘ и не должно быть меньше 1,1

где I_то – ток срабатывания токовой отсечки (ТО) АВ. У модульных АВ, с наиболее распространённой характеристикой «С», I_то лежит в диапазоне 5..10∙I_ном.АВ, у блочных – может регулироваться.

Но согласно п.7.2.1.2.4⎘ и п.8.3.3.1.2 ГОСТ Р 50030.2-2010⎘, задающего требования к АВ, расцепитель токов КЗ должен вызывать размыкание выключателя с максимальной погрешностью 20% и срабатывание расцепителей токов КЗ проверяется при 120 % уставки. То есть при К_ч < 1,2 срабатывание автоматов не гарантируется. В соответствии с этим разные источники рекомендуют принимать значение К_ч от 1,4 до 1,5 или даже до 1,7. Мы же рекомендуем принимать коэффициент чувствительности, равный или больший 1,4, для автоматов с номинальным током до 100 А и 1,25 – для прочих АВ (как в типовом проекте 12640тм т.1 1985г.⎘)

7) Проверка на селективность.

Селективность – это координация рабочих характеристик двух или нескольких устройств для защиты от сверхтоков с таким расчетом, чтобы в случае возникновения сверхтоков в пределах указанного диапазона срабатывало только устройство, предназначенное для оперирования в данном диапазоне, а прочие не срабатывали.

Для соблюдения селективности с токовыми отсечками выше- и нижестоящих аппаратов защиты вводят коэффициент согласования К_согл, равный 1,3..1,5

либо выбирают автоматы одного производителя на основе заводских таблиц координации устройств. Такие таблицы рекомендуют последовательно устанавливать аппараты, отличающиеся не менее чем на две ступени по шкале номинальных токов (например, 40 и 25 А, а не 32 и 25 А).

Для согласования по времени можно «замедлить» срабатывание ТО вышестоящего аппарата на ступень селективности ∆t. Чаще всего такая поправка вводится в секционных (СВ) и вводных (ВВ) выключателях, её значение принимается равным 0,1..0,2 с

Итоговое значение времени срабатывания АВ не должно превышать предела в 0,5 с, налагаемого требованиями ПУЭ⎘ и ГОСТ Р 50571.3⎘ к распределительной линии. Хотя этими же НТД допускается увеличение времени отключения до 5 с в цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки.

Введение данного коэффициента К_согл и ступени ∆t конечно способствует селективному срабатыванию аппаратов при КЗ, но достоверную картину правильного выбора автоматов может показать только карта селективности. Поэтому Заказчики часто требуют её отражения в проекте.

Очень подробно про селективность написано в методичке АББ «Селективность АВ АББ в сетях низкого напряжения» 2007 года⎘, где авторы выделяют также токовую, временную, энергетическую и зонную селективности.

Соблюдая все указанные выше пункты при выборе и проверке АВ, нужно помнить также незначительную их особенность. А именно то, что минимальный ток срабатывания АВ при перегрузке равен 1,15..1,35-кратному номинальному току, то есть при переходе номинального порога автомата током нагрузки ещё не гарантируется его срабатывание.

В этой статье мы не коснулись вопроса количества полюсов АВ (нужно ли устанавливать двух- и четырёхполюсные АВ в однофазной и трёхфазной сети соответственно), не рассмотрели так называемые быстродействующие (токоограничивающие) выключатели, дифавтоматы и многое другое. Планируем коснуться этого позже. Разнообразие автоматов представлено в следующих статьях серии.

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ. Поставщики высоковольтного электрооборудования, особенно иностранного, зачастую грешат установкой автоматических выключателей с заниженными параметрами. Это (возможно) удешевляет оборудование, не влияя на его работоспособность, но противоречит стандартам.

Один такой случай произошёл при монтаже высоковольтного разъединителя 110 кВ. В цепи питания привода разъединителя с рабочим током 2 А установлен АВ номиналом в 1 А. Время срабатывания автомата при двукратном превышении номинала, согласно время-токовой характеристике, от 20 до 100 с, время работы привода – не более 10 с. То есть двигатель привода хоть и работает в зоне перегрузки автомата, но за время его работы тепловая защита не успевает отработать.

Согласно ГОСТ Р 50571.4.43-2012 такой режим недопустим. Пункт 433.1 гласит: номинальный ток защитного устройства должен быть больше расчётного тока цепи и меньше длительно допустимого тока кабеля

Кстати, указанный ГОСТ 2012 года – это перевод европейского же стандарта МЭК 2008 года.