ДонНТУ   Портал магістрів

Переломов Іван Андрійович

Електротехнічний факультет

Кафедра "Електропостачання промислових підприемств та міст"

Спеціальність Електричні системи електроспоживання

Координація захистів низької напруги шляхом використання 

автоматичних розрахункових пакетів

Науковий керівник: к.т.н. доц.,  Сольоний Сергій Валентинович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Основні вимоги до системи електропостачання

• 2. Стандарти МЕК 6094772
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Розвиток технологій і підвищення вимог до електробезпеки викликали суттєва зміна в системах забезпечення надійної та безперебійної роботи електрообладнання. Сучасні тенденції розвитку автоматизації технологічних процесів на підприємствах, вимагають застосування сучасних технологій електропостачання.

Сучасні системи електропостачання вимагають установки захистів на всі класи напруги. При цьому захист на низькій напрузі є однією зі складових всього електропостачання. Координація захистів на низькій напрузі є однією з основоположних якісної і надійної роботи енергосистеми на підприємстві.

Метою магістерської роботи є обгрунтування і розробка сучасних методів координації захистів на низькій напрузі.

1. Основні вимоги до системи електропостачання

Безперебійність і безпека є найбільш важливими вимогами, які пред'являються до системи електропостачання. Координація захистів дозволяє задовольняти цим вимогам при оптимальних витратах.

Електроустановки низької напруги повинні мати надійний захист від наступних типів пошкоджень:

•  перевантаження;
•  коротке замикання;
•  пошкодження ізоляції.

1.1. Безпека і безперебійного єлектроснабженія

При застосуванні захистів від вищезгаданих пошкоджень необхідно враховувати:

1. Нормативну базу та правила безпеки персоналу;
2. Технічні та економічні вимоги.

Використовуване обладнання для захисту повинно:

• Бути стійким до струмів пошкодження, усувати їх з оптимальними витратами по відношенню до необхідних технічних характеристиках;
• Обмежувати негативний вплив струмів пошкодження на електроустановку, а також забезпечувати надійне (безперебійне) електропостачання.

Вищевказані вимоги забезпечуються при координації робочих характеристик захистів, це необхідно для:

• Забезпечення безпеки і збільшення терміну служби електроустановки шляхом обмеження теплових і електродинамічних впливів;
• Забезпечення безперебійності електропостачання за рахунок відключення тільки пошкодженої ділянки, тобто спрацьовує тільки автоматичний вимикач, який безпосередньо захищає пошкоджену ділянку.

Існують наступні види і способи координації між вимикачами:

• Каскадне з'єднання (згідно ГОСТ)[1];
• Селективність.

Якщо в мережі є засоби диференційного захисту, необхідно також забезпечувати селективність диференціальних захистів.

1.2. Структура електропостачання низької напруги

1.3 Основні функції і принцип дії пристроїв захисту

Пристрої захисту та їх координація повинні враховувати особливості електроустановки.

1. На рівні головного розподільного щита низької напруги найбільш важлива вимога - це безперебійне електропостачання;
2. На рівні проміжних розподільних щитів важливо обмежувати теплові та електродинамічні впливу на електроустановку;
3. На рівні кінцевого розподілу найбільш важлива вимога - це електробезпека.

Функції і призначення автоматичних вимикачів.

Ці комутаційні апарати здатні включати і відключати ланцюг при будь-якій величині струму, тобто аж до своєї відключає здібності.

Основні виконувані функції:

• вимикання електричного кола;
• забезпечення проходження струму;
• розмикання ланцюга і відключення струму;
• функція роз'єднання.

Вибір автоматичних вимикачів визначається:

• вимогами і особливостями електроустановки;
• вимогами щодо забезпечення безперебійного та безпечного електропостачання;
• оптимізацією витрат.

Рівень A: головний розподільний щит низької напруги

Головний розподільний щит - це найбільш важлива частина мережі низької напруги.

Надійність (безперебійність) електропостачання є основною вимогою на цьому рівні.

Струми КЗ на цьому рівні досягають високих значень:

• через близькість до джерела живлення;
• через те, що перетин провідників (збірних шин, кабельних ліній) досить велике і розраховане на протікання великих струмів.

Це рівень, де застосовуються автоматичні вимикачі на великі струми.

Ці автоматичні вимикачі призначені для розподілу великих струмів:

1. Зазвичай встановлюються в ГРЩ ПН у якості вступних апаратів, а також можуть бути призначені для захисту потужних ліній, що відходять (фідерів);
2. При коротких замиканнях деякий час вони повинні залишатися у включеному стані, щоб нижчерозташовані вимикачі змогли усунути пошкодження. Тому, як правило, апарати на ГРЩ спрацьовують з витримкою часу.

Стійкість автоматичних вимикачів до теплових і електродинамічних впливів визначається короткочасно допустимим наскрізним струмом короткого замикання Icw (згідно ГОСТ Р 50030.2 [2], згідно ГОСТ Р 50030.1 [3]).

Основні характеристики автоматичних вимикачів на великі струми:

1. застосування на промислових і цивільних об'єктах згідно МЕК 6094772;
2. великі значення відключає здібності Icu: від 40 до 150 кА;
3. вимикачі категорії Б:
• великі значення короткочасно допустимого наскрізного струму короткого замикання Icw: від 40 до 150 кА протягом 1 с;
• висока електродинамічна стійкість;
4. вимикачі можуть бути оснащені моторним приводом для дистанційного керування, що дозволяє реалізувати АВР.

Hадійне  і безперебійне електропостачання забезпечується за рахунок повної селективності:

1. C вищерозташованих захистами силових трансформаторів, наприклад, запобіжниками;
2. C нижчерозташованими апаратами захисту ліній, що відходять (використовується, як правило, тимчасова селективність).

Слід зазначити, що найбільш важливо забезпечити повну селективність між пристроями захисту 6, 10,20 кВ і 0,4 кв, так як відновлення живлення на стороні вищої напруги вимагає значно більших зусиль і витрат.

Рівень Б: проміжні розподільні щити

Особливості цього рівня електропостачання:

1. Pаспределеніе електроенергії здійснюється по кабельних лініях і шинопроводам;
2. Відстань до джерел живлення невелика, тому струми КЗ можуть досягати значень до 100 кА;
3. На цьому рівні також дуже важливо забезпечити безперебійне електропостачання.

Таким чином, автоматичні вимикачі на рівні Б повинні обмежувати теплові та електродинамічні впливу і бути повністю скоординованими з вищерозташованих і нижчерозташованими пристроями захисту.

Це рівень, де застосовуються автоматичні вимикачі в литому корпусі.

Автоматичні вимикачі в литому корпусі, як правило, є швидкодіючими.

Основне завдання - це зниження теплових і електродинамічних впливів на провідники (кабельні лінії, збірні шини), а також на споживачів. Це досягається за рахунок струмообмеження, тобто шляхом відштовхування контактів (рухомої частини контакту від нерухомої), що дозволяє відключати струм КЗ раніше, ніж він досягне свого очікуваного сталого значення.

Рівень В: кінцевий розподіл

На цьому рівні автоматичні вимикачі захищають безпосередньо кінцевого споживача. Таким чином, повинна бути забезпечена селективність з вищестоящими захистами.

Для цього рівня характерні малі значення струмів короткого замикання.

Це рівень, де застосовуються модульні автоматичні вимикачі.

Ці вимикачі призначені для захисту ланцюгів кінцевого розподілу, де необхідно обмежувати теплові та електродинамічні впливу як на провідники (кабелі, пристрої приєднання), так і на споживачів. Модульні автоматичні вимикачі дозволяють задовольнити перерахованим вище вимогам. Струмообмеження модульних автоматичних вимикачів частково залежить від електромагнітного елемента (виконавчого механізму). Після звільнення він впливає (вдаряє) по рухомому контакту, повідомляючи останнього спочатку високу швидкість. Таким чином, напруга дуги починає розвиватися рано і дуже швидко. Автоматичні вимикачі з меншим номінальним струмом мають більший опір полюса, яке додатково сприяє струмообмеження. Модульні автоматичні вимикачі призначені для побутового застосування, а також для захисту вторинних ланцюгів: у такому випадку вони відповідають стандарту МЕК 60898. У разі промислового застосування вони повинні відповідати стандарту МЕК 6094772.

Основні характеристики модульних автоматичних вимикачів:

1. Вимикаюча здатність залежно від застосування;
2. Номінальний струм: від 1,5 до 125 А, залежно від споживача;
3. Призначені, як правило, для побутового застосування і відповідають стандарту МЕК 60898.

Ці автоматичні вимикачі повинні забезпечувати:

• струмообмеження;
• зручність експлуатації;
• повну безпеку персоналу.

2. Стандарти МЕК 6094772

Стандарт МЕК 6094772 визначає основні характеристики автоматичних вимикачів для застосування на промислових і цивільних об'єктах:

• категорію застосування;
• регульовані характеристики;
• основні конструктивні рішення.

Даний стандарт передбачає і встановлює широку серію випробувань, що відображають реальні умови експлуатації вимикачів.

Основні визначення з координації захистів:

1. Селективність, каскадне з'єднання (згідно ГОСТ Р 50030.2 [1]).
2. Відповідність вимикача стандарту МЕК 6094772 гарантує його якість.

Розвиток технологій і підвищення вимог до електробезпеки викликали суттєва зміна нормативної бази автоматичних вимикачів промислового і цивільного застосувань. Відповідність стандарту МЕК 94772 (з 1997 року МЕК 6094772) може вважатися гарантією від будь-якого ризику при експлуатації вимикачів. Цей стандарт був узгоджений і схвалений більшістю країн.

Основні положення

Стандарт МЕК 6094772 входить в серію стандартів, які визначають вимоги до обладнання низької напруги:

1. Стандарт МЕК 6094771 «Загальні вимоги та методи випробувань». Цей стандарт дає загальні визначення та порядок проведення випробувань для всієї апаратури розподілу та управління низької напруги;
2. Стандарти МЕК 6094772 .. 7 визначають вимоги та методи випробувань для конкретних виробів.

Стандарт МЕК 6094772 відноситься до автоматичних вимикачів і Розчеплювач. Від расцепителей залежать робочі характеристики апаратів.

Цей стандарт визначає основні характеристики автоматичних вимикачів для промислового та цивільного застосувань:

• класифікацію: категорія застосування, здатність забезпечувати функцію роз'єднання і т.д.;
• основні електричні характеристики;
• конструктивні рішення;
• координацію захистів.

Стандарт передбачає і встановлює серії випробувань автоматичних вимикачів.

Ці випробування проводяться за багатьма пунктами і дуже близькі до реальних умов експлуатації. Проведення випробувань відповідно до стандарту МЕК 6094772 контролюється акредитованими лабораторіями.

Таблиця 1 Основні характеристики (додаток К стандарту МЕК 6094772)

Напруга	Ue Ui Uimp	Номінально робоче напруги Номінальна напруга ізоляції Номінальна імпульсна витримувана напруга
Струм	In Ith Ithe Iu	Номінальний струм Умовний тепловий струм на відкритому повітрі Умовний тепловий струм в оболонці Номінальний тривалий струм
Струм	Icm Icu Ics Icw	Номінальна найбільша включаюча здатність Номінальна гранична найбільша відключаюча здатність Номінальна робоча найбільша відключаюча здатність Найбільша робоча найбільша відключаюча здатність Номінальний струм короткочасної витримки
Характеристики розчеплювача	Ir 1.05xIr 1.05xIr Ii Isd	Регульована уставка захисту перевантажень Умовний струм неспрацьовування Умовний струм спрацьовування Уставка миттєвої струмової відсічення Уставка селективної струмової відсічення

Категорії автоматичних вимикачів

Стандарт МЕК 6094772 визначає дві категорії автоматичних вимикачів:

1. Вимикачі категорії А, у яких не передбачена какаяялібо витримка часу при відключенні. Зазвичай до цієї категорії відносяться вимикачі в литому корпусі. Між даними автоматичними вимикачами можна реалізувати, наприклад, струмовий селективність;
2. Вимикачі категорії Б (англ. «В»), у яких для забезпечення тимчасової селективності існує можливість встановити витримку часу (до 1 с), якщо відключається струм короткого замикання менше Icw.

Зазвичай до цієї категорії відносяться автоматичні вимикачі на великі струми. Для вимикачів, що встановлюються в ГРЩ ПН, важливо мати Icw рівний Icu, щоб природним чином забезпечити селективність при токах короткого замикання аж до граничної відключає здібності апаратів[4].

Основні електричні характеристики автоматичних вимикачів

Времятоковие характеристики автоматичних вимикачів можуть бути змінені і точно задані основними регулюваннями.

Времятоковие характеристики мають кілька зон, розмежованих нижчезазначених струмами (додатково див Додаток К стандарту МЕК 6094772)[5].

Времятоковие характеристики

Номінальний струм (In)

In, А (діюче значення)

Для автоматичних вимикачів номінальним є максимальне безперервне значення струму, витримується апаратом при даній температурі навколишнього середовища без будь-якого перегріву.

Приклад: 125 А при 40 0С.

Регульована уставка захисту від перевантажень (Ir)

Ir, А (діюче значення), залежить від In.

Уставка Ir характеризує захист від перевантажень. При перевантаженні умовні струми неспрацьовування (Ind) і спрацьовування (Id) складають:

• lnd = 1,05 lr;
•  ld = 1,30 lr.

При перевантаженні, коли протікає струм перевищує Id, відключення відбувається згідно времятоковой характеристиці. Вона має зворотнозалежну характер.

Ir носить назву захисту від перевантажень (LТ або фр. LR). 

Уставка селективної струмового відсічення (Isd)

Isd, кА (діюче значення), залежить від Ir. Уставка Isd характеризує захист від коротких замикань. Відключення вимикача відбувається згідно времяятоковой характеристиці в зоні захисту від коротких замикань:

• або з витримкою часу tsd;
• або згідно I2t = const;
•  або миттєво (аналогічно миттєвої струмового відсіченні).

Isd називається селективної струмового відсічкою або Im.

Уставка миттєвої струмового відсічення (li)

Ii, кА (діюче значення), залежить від In. Уставка li характеризує миттєву захист від коротких замикань для всіх категорій автоматичних вимикачів.

При великих значеннях струмів короткого замикання, що перевищують li, автоматичний вимикач повинен миттєво відключати пошкодження. Цей захист може виводитися з дії залежно від категорії апарату (наприклад, може бути виведена у апаратів категорії Б (англ. «В»)).

Времятоковие характеристики

Таблиця 2 Таблиця із зазначенням співвідношення До між найбільшими включає і відключає здібностями вимикачів (див. ГОСТ Р 50030.2299 п.4.3.5.3)[7].

Iкз: очікуване значення періодичної складової струму КЗ, кА (дійсних значень)
4<I<6 6<I<10 10<I<20 20<I<50 50<I	1.5 1.7 2.0 2.1 2.2

Номінальна найбільша включає здатність (Icm)

Icm, кА (максимальне пікове значення), являє собою максимальне значення струму короткого замикання, яке вимикач здатний включити. Включення на КЗ являє собою найбільш важкий режим для автоматичного вимикача.

Номінальна гранична найбільша відключає здатність (Icu)

Icu, кА (діюче значення), являє собою максимальне значення струму короткого замикання, яке здатний відключити вимикач. Воно підтверджується серією випробувань відповідно до стандарту. Після проведення серії випробувань автоматичний вимикач не повинен становити небезпеки. Значення Icu вказується для певного значення робочої напруги Ue[5].

Номінальна робоча найбільша відключає здатність (Ics)*

Ics, кА (діюче значення), вказується виробником. Значення Ics виражається у% від Icu. Цей параметр дуже важливий. Він характеризує здатність апарату забезпечувати нормальну роботу після триразового відключення цього струму короткого замикання (Ics). Чим вище значення Ics, тим більш високі значення струмів КЗ вимикач може відключати багаторазово.

Номінальний короткочасно витримує струм (Icw)*

Іноді цей параметр називається короткочасно допустимим наскрізним струмом короткого замикання. Він визначається для вимикачів категорії Б (англ. «В»). Icw, кА (діюче значення), являє собою максимальний струм короткого замикання, який вимикач здатний витримувати протягом короткого проміжку часу (до 1 с) без какіххлібо погіршень характеристик.

Даний параметр перевіряється при випробуваннях.

Координація між автоматичними вимикачами

«Координація» - це термін, що визначає і характеризує поведінку двох апаратів, розташованих послідовно в ланцюзі при пошкодженні (короткому замиканні).

Каскадне з'єднання або згідно ГОСТ Р 50030.2

Цей принцип полягає в установці верхнього автоматичного вимикача D1 з метою «надання допомоги» нижньому вимикача D2 у відключенні струмів короткого замикання, які перевищують його найбільшу здатність, що відключає Icu D2. Значення струму короткого замикання, яке можуть відключити апарати при каскадному з'єднанні, позначається Icu D2 + D1.

Стандарт МЕК 6094772 допускає вибір і розташування апаратів згідно каскадному принципом. Для особливих, критичних точок, тобто там, де времяятоковие характеристики сходяться (зона невизначеності), каскадне з'єднання повинно бути перевірено додатковими випробуваннями. 

 Селективність

Селективність полягає в забезпеченні такої координації між времятоковимі характеристиками послідовно розташованих вимикачів, щоб у разі пошкодження відключався тільки вимикач, найбільш близький до пошкодження.

Стандарт МЕК 6094772 визначає значення струму Is, зване граничним струмом селективності:

• якщо струм пошкодження (КЗ) менше струму Is, відключається тільки нижній вимикач D2;
• якщо струм пошкодження (КЗ) більше струму Is, відключаються обидва автоматичних вимикача (D1 і D2).

Як і каскадне з'єднання, селективність у критичних точках повинна перевірятися додатковими випробуваннями.

Селективність і каскадне з'єднання можуть бути гарантовані тільки виробником, який вказує результати випробувань у спеціальних таблицях[6]. 

Времятоковие характеристики.