Модульный автоматический выключатель (MCB) — все, что вы хотели знать, но стеснялись спросить. Глава 3.

10.02.2020
453

В этой статье мы хотим рассказать об основных свойствах модульных автоматических выключателей.

Для удобства мы разбили эту статью на четыре главы:

Глава 3. Обзор систем отключения.

3.1 Различные методы отключения токов короткого замыкания и их преимущества;
3.2 Интеграл пропускаемой энергии;
3.3 Различные выдерживаемые пиковые уровни для двух систем.

Сначала рассмотрим основные характеристики системы отключения:

Как мы узнали ранее, система отключения должна отключать цепь как можно быстрее и обеспечивать для компонентов цепи защиту от короткого замыкания. С технической точки зрения сумма напряжения дуги в системе отключения и напряжение дуги в точке разрыва постоянны. Существует два основных способа прерывания цепи. Последствия короткого замыкания и масштабы возможных повреждений зависят, прежде всего от пропускаемой энергии I^2 t.

Метод А

Метод В

Система гашения дуги в нулевой точке Система ограничения тока
Дуга и напряжение дуги в системе отключения имеют низкие значения Дуга и напряжение дуги в системе отключения имеют высокие значения
Высокое напряжение дуги в точке отказа Низкое напряжение дуги в точке отказа
Сильный ток короткого замыкания Слабый ток короткого замыкания
Может использоваться только в системах переменного тока Может использоваться как в системах переменного так и постоянного тока
В основном используется для защиты систем среднего и высокого напряжений Используется для защиты систем постоянного тока и цепей переменного тока низкого напряжения

Табл. 1

Как мы можем разомкнуть цепь?

Существует два основных способа отключения тока в цепи (табл. 1).

Метод А представляет собой систему гашения дуги в нулевой точке, в которой ток прерывается, как только синус волны переходит через ноль. В точке отказа у дуги высокое напряжение. Закон постоянства суммы напряжения требует, чтобы в системе отключения в этом случае было низким, что приводит к высоким токам короткого замыкания.

Метод В представляет токоограничивающую систему для минимизации интеграла пропускаемой энергии. Увеличение тока короткого замыкания поддерживается на минимально возможном уровне, благодаря высокому напряжению дуги в системе отключения. Это приводит к низкому напряжению дуги в точке отказа, что также сводит к минимуму опасность пожара.

Метод А не может использоваться для цепей постоянного тока, поскольку в таких цепях значения токов не переходят через ноль. Он в основном используется для защиты систем среднего и высокого напряжений, потому, что мощности при таком использовании слишком высоки для метода В. В некоторых странах, например в США или Южной Африке, этот метод также используется для защиты низковольтных цепей, главным образом в силу дешевезны.

Метод В может быть использован в системах как переменного так и постоянного тока, поэтому его также называют методом гашения дуги в системах постоянного тока. Это главный метод защиты низковольтных цепей и во многих регионах, таких, например, как ЕС, допускается использование только токоограничивающие автоматические микровыключатели.

Посмотрев на графики (рис. 17) можно сравнить воздействие различных методов на кривые тока и напряжения.

Слева представлены токоограничивающие системы, а рядом с ними система гашения дуги в нулевой точке. Пунктирными кривыми на графике U(T) показана половина синусоиды номинального напряжения UN. Темно синей линией показано падение напряжения в устройстве для соответствующего напряжения дуги UL между контактами.

На графике I(t) пунктирной линией показан предполагаемый ток короткого замыкания IK в цепи без установленного устройства защиты. Серая линия – это номинальный или рабочий ток IN для рассчитанных условий, а голубой линией показан ток короткого замыкания ID, ограниченный защитным устройством.

Для анализа графиков, мы идем по временной шкале, начиная с t=0.

Из-за низкого сопротивления устройства падение напряжения равно нулю, а ток повторяет кривую тока IN. При коротком замыкании имеется задержка отключения, вызванная механичесой инерцией механизма переключения. В этом интервале UL остается равным нулю, а ID соответствует IK, то есть в устройстве не происходит ограничение по току. В этом состоит первое преимущество ограничения тока: время задержки уменьшается из-за оптимизированной конструкции и применения расцепителя молоточкового типа.

Следующий временной интервал называется временем коммутации (tL) и представляет собой промежуток времени, необходимый автоматическому выключателю, чтобы прервать цепь. Первое, что следует отметить: благодаря дугогасительной системе время коммутации токоограничивающего автоматического выключателя намного короче, чем у автоматического выключателя с системой гашения дуги в нулевой точке. В начале периода коммутации напряжение дуги резко увеличивается из-за возникновения дуги, которая может рассматриваться как сопротивление, которое ограничивает ток короткого замыкания.

Через мгновение можно наблюдать, как системы действуют совсем по разному. В системе гашения дуги в нулевой точке напряжение дуги возрастает медленно, обеспечивая слабое ограничение тока, а напряжение дуги в случае системы с ограничением тока растет быстрее чем номинальное напряжение. Это связано с увеличением длины дуги в пусковой камере сгорания. С этого момента напряжение становится выше номинального напряжения, что вызвано разделением в дугогасительной камере. С другой стороны, в системе гашения дуги, в нулевой точке напряжение дуги увеличивается только в результате увеличения расстояния между контактами. В результате ограничение по току значительно ниже, чем в токоограничивающих системах.

Ток короткого замыкания отключается ,когда дуга погашена и цепь разомкнута. В системе с ограничением тока система гашения дуги, заставляет напряжение дуги увеличиваться до тех пор, пока действующее напряжение не станет недостаточным и дуга погаснет.

В системе гашения дуги, в нулевой точке дуга гаснет, когда номинальное напряжение в данный промежуток времени падает ниже напряжения дуги. Как можно видеть на графике, это происходит не далеко от пересечения с нулем. После того , как цепь размыкается, падение напряжения в автоматическом выключателе следует за номинальным напряжением, поскольку сопротивление воздушного интервала бесконечно велико. Таким образом время коммутации для системы с ограничением тока всегда будет ниже, чем у системы гашения дуги в нулевой точке. А также отметим, что чем быстрее увеличивается и выше становится напряжение дуги, тем быстрее цепь размыкается.

Токоограничивающие возможности (рис.18). Для сравнения токоограничивающих возможностей двух систем, рассматриваются квадрат силы тока как функция времени.

На этом графике видно, что квадрат ID (ID2) для системы с ограничением тока значительно ниже. Однако более интересна область под кривой тока, на которой показана пропускаемая энергия, которая является интегралом квадрата ID (ID2) по времени протекания короткого замыкания.

Видно, что система с ограничением тока действительно значительно снижает количество пропускаемой энергии, в то время, как система гашения дуги в нулевой точке сопровождается передачей большого количества энергии.

Пропускаемая энергия напрямую связана с нагрузкой внешних цепей и автоматического выключателя. Для снижения ущерба от короткого замыкания пропускаемая энергия должна быть сведена к минимуму. Это самое большое преимущество токоограничивающих автоматических выключателей, изобретенных более 50 лет назад в АББ Штоц Контакт.

На фотографии (рис. 19) показан результат к.з. с силой тока 900А и напряжением 230В с замыканием в вилке. На рисунках показано, на сколько различными оказываются защиты, не смотря на то, что ожидаются, приблизительно, одинаковые токи короткого замыкания.

На фотографии слева показано короткое замыкание с токоограничивающим автоматическим выключателем.

На втором рисунке показаны те же испытания в тех же условиях, но используется автоматический выключатель с гашением дуги в нулевой точке. Видно очень большую дугу, выходящую из вилки.

Теперь понятно, как различаются действия этих двух систем при вытаскивании вилки.

Следует учесть, что вызвавшая повреждения энергия должна пройти через кабели. Только токоограничивающие автоматические выключатели действительно обеспечивают защиту потребителей от короткого замыкания.

Предыдущая статья
Оцініть статтю:
Залишайся на зв'язку
Підпишіться та отримуйте спочатку всі нові матеріали на цю тему
Выберите reCAPTCHA

Читайте також

10.02.2020
Модульный автоматический выключатель (MCB) — все, что вы хотели знать, но стеснялись спросить. Глава 4.
Комутаційні апарати
779
10.02.2020
Модульный автоматический выключатель (MCB) — все, что вы хотели знать, но стеснялись спросить. Глава 2.
Комутаційні апарати
764
10.02.2020
Модульный автоматический выключатель (MCB) — все, что вы хотели знать, но стеснялись спросить. Глава 1.
Комутаційні апарати
1309
08.10.2019
Типы электроустановок и их особенности
Електричні шафи , Комутаційні апарати
331
23.01.2019
Автоматичні вимикачі ABB basic M — надійний захист для будинку
Комутаційні апарати
1086
05.12.2018
Обираємо автоматичний вимикач для захисту мережі: кілька корисних порад
Комутаційні апарати
1148
05.12.2018
Вибиває автоматичний вимикач: основні причини
Комутаційні апарати
383
05.12.2018
Автоматичний вимикач: надійний захист електромережі
Комутаційні апарати
247

Схожі повідомлення

10.02.2020
Модульный автоматический выключатель (MCB) — все, что вы хотели знать, но стеснялись спросить. Глава 4.
Комутаційні апарати
779