Автоматические выключатели являются наиболее распространенными защитными коммутационными аппаратами в электрических сетях напряжением до 1 кВ.
Широкая популярность автоматов в первую очередь связана с их универсальностью; ими можно отключать участки электрической сети, они же служат для защиты этих сетей при возникновении аварийных режимов работы.
К выбору защитных коммутационных аппаратов приступают после расчетов токов короткого замыкания (КЗ) в схеме замещения защищаемого участка. Коммутационные аппараты выбираются по условиям нормальной работы, отключающей способности, селективности при КЗ.
Выбор автоматов по условиям нормальной работы сводится к выбору аппарата по номинальным параметрам сети, при этом обязательно должны соблюдаться следующие условия:
Uап ≥ Uсети;
Uап - номинальное рабочее напряжение автомата, указано на корпусе;Uсети - в бытовых условиях в двухпроводной сети напряжение составляет 220 В (фазное), в четырехпроводной сети 380-400 В (это линейное напряжение).
Iап ≥ Iнагр;
Iап - ток расцепителя автомата (необходимо учесть, что некоторые автоматы имеют расцепитель с номинальным током ниже, чем данный типоразмер выключателей);Iнагр - ток нагрузки (для сборок и щитов максимальный ток нагрузки определяется суммарной нагрузкой отходящих линий для вводного автомата, и нагрузкой потребителя для одиночных фидеров).
Решающим фактором при выборе защитной коммутационной аппаратуры является стойкость к токам КЗ. Для рассмотрения этого условия вводится понятие предельной коммутационной стойкости (ПКС), которое характеризует нормальную работу аппарата при включении его на ток КЗ. При этом проверяется его дальнейшая работоспособность после циклов О - ВО - ВО.
Также, существует понятие одноразовой ПКС - способности устройства отключить предельный ток КЗ хотя-бы один раз. После отключения предельного тока, аппарат может быть непригоден к дальнейшей работе. Итак, первым условием по стойкости к токам КЗ является выражение:
Iпкс ≥ I(3) КЗ;
Iпкс - в случае, если ток ПКС не указан на корпусе аппарата, то его значение принимают равным току ПКС, для автоматов данного типоразмера и марки, с наибольшей уставкой расцепителя;I(3) КЗ - наибольший расчетный ток трехфазного КЗ на участке защищаемой сети.
Предельный ток коммутационной стойкости характеризует свойства автоматического выключателя отключать ток КЗ., при этом, сам аппарат при прохождении через его контакты I(3) КЗ должен оставаться работоспособным. Эта способность АВ определяется его электродинамической и термической стойкостью.
Электродинамическая стойкость аппарата характеризуется прохождением амплитудного тока КЗ, без остаточной деформации контактной системы, вследствие отброса подвижных контактов приводящего к их привариванию или выгоранию.
Iэл.дин.уст ≥ Iуд. амп;
Iэл.дин.уст - ток электродинамической устойчивости аппарата, указывается на корпусе. Если Iэл.дин.ст не указан, значит его электродинамическая устойчивость определяется током ПКС;Iуд.амп - амплитудное значение ударного тока. При приближенном определении Iуд считают, что для металлического замыкания он равен 2,12 I(3) КЗ, для КЗ. через переходное сопротивление 1,83 I(3) КЗ, на участках с большим влиянием кабелей 1,55 I(3) КЗ.
Условие термической стойкости выключателя:
Вк ≥ Врасч;
Вк - каталожное значение теплового импульса тока КЗ для выключателя, кА2с; Величина Вк отражает количество тепла, выделенного в выключателе при прохождении тока КЗ без вреда для его контактной системы;Врасч - расчетное значение количества тепла при КЗ. Оно значительно зависит от собственного времени отключения выключателя и величины I(3) КЗ.
Если значение Вк не приведено в каталоге, значит, выключатель устойчив к любому времени воздействия тока КЗ с учетом его отключающих характеристик. После проведения расчетов по нормальному режиму и устойчивости к токам КЗ производится проверка по селективности.
Селективностью называют свойство защиты отключать только поврежденный участок. С учетом этого, селективность должна быть обеспечена между защитными аппаратами высокой стороны питающего трансформатора и вводным автоматом на низкой стороне, между вводным автоматом и автоматами фидеров.
Для расчета уставок смежных коммутационных аппаратов, их характеристики наносятся на карту селективности. Защитные характеристики аппаратов в координатах времени и тока не должны пересекаться на карте. Следует стремиться к одной ступени селективности на одном участке, то есть непосредственно у нагрузки применять неселективный аппарат, а в качестве вводного применять селективный.
Согласование защит ВН трансформатора и вводного автомата НН производится между максимальной токовой защиты ВН и токовой отсечки НН. Характеристики также не должны пересекаться на графике. По условию чувствительности МТЗ трансформатора ток срабатывания реле должен удовлетворять условиям, для соединения обмоток У/У0:
Iс.з. ≤ 0,867I(3)к.мин/1,5; Iс.з. ≤ 0,867I(3)к.R/1,2;
Для соединения обмоток Д/У0:
Iс.з. ≤ I(3)к.мин/1,5; Iс.з. ≤ I(3)к.мин/1,2;
Где коэффициенты 1,5 и 1,2 минимальные значения Кч МТЗ трансформатора при металлическом КЗ и КЗ через переходные сопротивления.
Также, по условию селективности, ток отсечки автоматов не должен превышать ток срабатывания МТЗ ВН на величину коэффициента надежности согласования, которые определяется по справочным таблицам:
Iс.о. ≤ Iс.з./Кн.с;
При выборе уставок автоматических выключателей необходимо учесть возможность отключения не только близких трехфазных КЗ, но и далеких однофазных, когда значения токов сопоставимы с наибольшими рабочими:
Iс.о. ≤ I(1)кR./Кн.с*Кч;
I(1)кR - минимальный ток однофазного КЗ в конце линии;Кч - для фильтровых защит нулевой последовательности 1,5.
При невозможности выбора уставки расцепителя автомата для защит от однофазных и трехфазных КЗ, для однофазных КЗ выполняют отдельную защиту. После расчета уставок коммутационных аппаратов, уточняются тип, номинальные параметры и исполнение аппарата защиты.