Настройки защиты выключателя: практическое руководство для инженеров и проектировщиков

Когда главный выключатель трансформатора мощностью 2500 кВА отключается во время запуска двигателя мощностью 400 кВт, обычной реакцией является использование более мощного выключателя. Однако автоматический выключатель, возможно, уже имеет правильный номинал. Причиной часто является несоответствие уставок защиты фактическому току нагрузки, броску напряжения трансформатора и времени устранения неисправности на выходе.

Настройки защиты автоматического выключателя не являются догадками. Они представляют собой скоординированный набор значений срабатывания и задержек, который должен соответствовать температурным ограничениям оборудования, величине тока повреждения и необходимости обеспечения селективности в сети.

Объяснение настроек защиты автоматического выключателя

Современный литой корпус, воздушная цепь и выключатели среднего напряжения позволяют пользователю регулировать несколько параметров отключения. В низковольтных выключателях они обычно называются Ir, tr, Isd, tsd, Ii и Ig. В распределительных устройствах среднего напряжения используются те же понятия, что и настройки реле защиты. В таблице ниже представлено практическое описание основных диапазонов регулировки, используемых в распределительных выключателях низкого напряжения.

Используйте эти значения только в качестве отправной точки. Фактические пределы зависят от платформы выключателя, эталонной температуры окружающей среды и условий установки. Всегда проверяйте выбранные настройки по времятоковой кривой оборудования.

Долговременная защита: настройка Ir и tr

Длительная настройка – это непрерывная защита от сверхтоков. Ir — это точка срабатывания, в которой автоматический выключатель начинает отключаться, а tr — это время, в течение которого он сработает. Во многих типоразмерах Ir регулируется в пределах от 0,4 до 1,0 номинального тока. Вы должны установить Ir выше максимального устойчивого тока нагрузки, но ниже допустимой токовой нагрузки проводника или оборудования. Например, сухой трансформатор мощностью 2500 кВА в системе 10 кВ потребляет около 144 А при полной нагрузке. Для корпуса выключателя на 200 А Ir можно установить на 170 А, чтобы обеспечить временную перегрузку и при этом защитить трансформатор от длительного теплового напряжения.

Трансформатор сухого типа, отлитый из эпоксидной смолы, мощностью от 800 до 2500 кВА Этот трансформатор поддерживает непрерывную защиту от перегрузки с регулируемыми долговременными настройками, что делает его пригодным для применений, где необходимо сбалансировать устойчивое тепловое напряжение и переходные процессы при запуске двигателя. Посмотреть продукт →

Длительная задержка tr определяет, насколько быстро выключатель реагирует на длительную перегрузку. Высокая настройка, например от 10 до 15 секунд, позволяет избежать запуска двигателя и переходных пиков, но при этом проводник остается горячим на более продолжительное время. Более низкая настройка, примерно от 0,5 до 2 секунд, обеспечивает более быструю защиту кабелей и трансформаторов с низкой теплоемкостью.

Кратковременная защита: использование Isd и tsd для избирательности

Защита от кратковременного срабатывания обеспечивает задержку отключения при умеренных токах короткого замыкания. Isd обычно регулируется в диапазоне от 1,5 до 10 раз Ir, а tsd можно установить в диапазоне от 0,05 до 0,5 секунды. Эта временная задержка позволяет нижестоящему выключателю устранить неисправность до того, как сработает вышестоящий выключатель. Без него неисправность ветки может привести к отключению всей главной шины. На промышленных предприятиях частой причиной нежелательных отключений является слишком низкая установка Isd по отношению к пусковому току двигателя.

Когда доступный ток короткого замыкания очень велик, его ограничение дает системе защиты больше возможностей для реагирования. Последовательные реакторы широко используются в конденсаторных батареях и распределительных цепях для уменьшения повышения тока и облегчения координации.

Реактор сухого типа с железным сердечником для ограничения тока Этот реактор снижает ток короткого замыкания и улучшает координацию защиты, обеспечивая работу без технического обслуживания благодаря обмоткам, отлитым из смолы, и низкий уровень шума для надежного использования в распределительных цепях. Посмотреть продукт →

Рассмотрим главный выключатель на 2000 А, питающий три фидерных выключателя на 800 А. Если Isd на сети установлен на 4 x Ir, а tsd на 0,3 секунды, фидеры могут устранить короткое замыкание на своих клеммах до того, как сеть обнаружит неисправность. Мгновенная настройка с нулевой задержкой на главной сети нарушит эту селективность.

Мгновенная защита: обработка серьезных неисправностей

Мгновенное отключение устраняет короткое замыкание в болтах до того, как ток повреждения вызовет разрушительные механические повреждения. В низковольтных выключателях Ii обычно регулируется в пределах от 6 до 15 номинальных значений номинала без преднамеренной задержки. Для фидеров трансформаторов критически важно поддерживать Ii выше пускового тока трансформатора. Пусковой ток может превышать номинальный ток в 10–12 раз в течение нескольких циклов, а слишком чувствительная мгновенная настройка приведет к отключению выключателя при каждом включении питания. В выключателях среднего напряжения мгновенная защита реализована в реле, где она часто координируется с кратковременной характеристикой с помощью отдельного мгновенного срабатывания выше уровня повреждения ниже по цепи.

Мгновенное отключение также снижает энергию вспышки дуги, устраняя неисправность всего за один цикл. В низковольтных системах более низкая мгновенная настройка сокращает падающую энергию, но только если она не конфликтует с броском тока. Для трансформаторов многие стандарты энергоснабжения рекомендуют, чтобы мгновенное срабатывание было как минимум в 1,5 раза больше расчетного пускового тока трансформатора.

Защита от замыканий на землю: чувствительность и безопасность

Защита от замыкания на землю работает иначе, чем защита от фазного максимального тока. Он обнаруживает ток повреждения, возвращающийся через землю или по внешнему пути. Уставка Ig часто регулируется в пределах от 20% до 70% номинала выключателя, а задержка tg может составлять от 0,1 до 0,8 секунды. Если установлено слишком низкое значение, автоматический выключатель сработает из-за безвредных токов утечки из емкости кабеля или фильтров оборудования. Если задано слишком высокое значение, нарушение изоляции может привести к возгоранию и повреждению дуги до того, как автоматический выключатель среагирует. Таймеры замыкания на землю часто устанавливаются в обратнозависимом режиме, чтобы сбалансировать энергию дуги и чувствительность.

В системе с глухим заземлением путь тока нейтрали четко определен, и порог срабатывания замыкания на землю можно установить ниже. В заземленной системе с высоким импедансом ток короткого замыкания ограничен, и защиту от замыкания на землю необходимо установить гораздо более чувствительной, иногда ниже настроек фазного максимального тока, поскольку в противном случае короткое замыкание с низким значением никогда не будет обнаружено.

Применение настроек в распределительной сети среднего напряжения

В цепях среднего напряжения настройки защиты выключателя обычно вводятся через реле защиты внутри распределительного устройства. Принцип настройки тот же, но значения масштабируются в соответствии с коэффициентом вторичного трансформатора тока. Типовым местом размещения данного вида защиты является бронированное съемное распределительное устройство 24 кВ с вакуумным выключателем. Здесь долговременный пуск учитывает перегрузку трансформатора, кратковременный пуск координируется с низковольтными главными выключателями, а мгновенный пуск устанавливается выше пускового тока трансформатора, но ниже максимально допустимого тока сквозного повреждения.

Для фидера трансформатора кратковременное срабатывание должно быть выше вторичного тока короткого замыкания, деленного на коэффициент трансформации, но при этом оставаться ниже предела стойкости трансформатора к сквозным повреждениям. Мгновенное отключение часто отключается или устанавливается выше пикового значения, поэтому оно не срабатывает при переключении. Для компактной кольцевой распределительной сети главный кольцевой блок с элегазовой изоляцией может сочетать в себе выключатели нагрузки и вакуумные выключатели с плавкими предохранителями, где настройки защиты фиксируются кривой предохранителя, а не регулируемым расцепителем. Прежде чем выбирать между предохранителем и автоматическим выключателем, учтите разницу в поведении координации. Обсуждение предохранителя и автоматического выключателя объясняет, чем отличаются время очистки и ограничение тока.

Бронированное съемное распределительное устройство в металлическом корпусе 24 кВ с вакуумным выключателем Это распределительное устройство обеспечивает надежное прерывание и блокировку кольцевых сетей, обеспечивая координацию с настройками защиты предохранителей или выключателей для обеспечения безопасного и выборочного устранения неисправностей. Посмотреть продукт →

Распространенные ошибки и риски закупок

Неправильные настройки защиты проявляются после ввода в эксплуатацию. К частым ошибкам относятся:

• Установка слишком низкого значения долговременного срабатывания, что приводит к неприятным отключениям в обычные пиковые нагрузки.
• Забыли поднять мгновенное срабатывание выше пускового тока трансформатора.
• Если оставить кратковременную задержку слишком короткой, то верхний выключатель сработает раньше нижнего.
• Использование защиты от замыканий на землю в цепях с высокой емкостью кабеля без задержки.
• Предполагается, что номинал корпуса выключателя сам по себе обеспечивает достаточную защиту.

С точки зрения закупок соответствие настроек защиты оборудованию является реальной проблемой спецификации. Вам необходимо знать полное сопротивление трансформатора, длину нисходящего кабеля, пусковой ток двигателя, если таковой имеется, и максимально доступный ток короткого замыкания. Производитель должен предоставить координационное исследование проекта. Если диапазон настроек защиты слишком узок для данного применения, даже изделие с надлежащими номинальными характеристиками не сможет работать безопасно.

Если вы заказываете распределительное устройство для промышленного предприятия, запросите у производителя полный список уставок защиты и проверенные времятоковые кривые. Неполные данные могут привести к дорогостоящим доработкам на месте и увеличению времени ввода в эксплуатацию.

1. Перед заказом подтвердите пределы функции защиты.
2. Предоставьте поставщику распределительного устройства полное сопротивление трансформатора и профиль нагрузки.
3. Запросите координационное исследование для главных, межсетевых и фидерных выключателей.

Основная проблема заключается в том, что настройки защиты выключателя должны выбираться как часть системы, начиная с доступного тока короткого замыкания и заканчивая наименьшей нагрузкой на выходе. Изолированное значение может находиться в пределах диапазона, но при этом быть неправильным. Когда вы поймете взаимосвязь между долговременными, кратковременными, мгновенными настройками и настройками замыкания на землю, вы сможете избежать нежелательных отключений, уменьшить повреждение оборудования и увеличить время безотказной работы вашей распределительной сети.