EN
Инженер-электрик на пищевом предприятии обнаружил, что срабатывание одного автоматического выключателя из-за перегрузки вызвало каскадное отключение всей вышестоящей защиты и привело к остановке всей линии упаковки — не из-за катастрофического повреждения, а потому что при первоначальном проектировании низковольтной распределительной сети не была выполнена проверка согласования защит. Убытки от четырёхчасовой остановки производства превысили стоимость проведения надлежащей проверки согласования защит в 20 раз. Проектирование низковольтных распределительных сетей может быть незаметным для пользователей здания или руководителей производства, однако при его неудаче последствия распространяются на все системы, зависящие от электропитания.
Основные принципы конструкции
Расчёт нагрузок и коэффициенты спроса
Каждый проект распределительной низковольтной сети начинается с точного графика нагрузок — документированного перечня всех цепей, их подключённых нагрузок в киловаттах или киловольт-амперах и ожидаемых эксплуатационных характеристик. Трёхфазные нагрузки, такие как электродвигатели, компрессоры систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и промышленные нагревательные элементы, распределяются по фазам равномерно, чтобы минимизировать ток в нейтральном проводнике и дисбаланс напряжений. Однофазные нагрузки — цепи освещения, розеточные группы, офисное оборудование — распределяются по трём фазам с целевым дисбалансом менее 15 % между наиболее и наименее нагруженными фазами. Коэффициенты спроса учитывают тот факт, что не все подключённые нагрузки работают одновременно с полной мощностью. Например, коэффициент спроса для освещения в коммерческом здании может составлять 0,9, тогда как для розеточных цепей в офисных помещениях он может находиться в диапазоне от 0,3 до 0,5, поскольку в любой момент времени активное оборудование подключено лишь к части розеток. Применение корректных коэффициентов спроса предотвращает завышение номиналов трансформаторов, главных шин и вышестоящих коммутационных устройств — завышение, которое увеличивает стоимость, занимаемую площадь и может даже снижать энергоэффективность, поскольку трансформаторы работают менее эффективно при малой загрузке.
Согласование и селективность защиты
Селективная координация означает, что при возникновении аварии срабатывает только устройство защиты, непосредственно расположенное выше места повреждения по ходу тока — автоматический выключатель, питающий повреждённую цепь, отключается, в то время как все вышестоящие автоматические выключатели остаются в замкнутом положении. Для обеспечения такой координации требуется проведение координационного расчёта, в ходе которого строятся времятоковые характеристики всех устройств защиты в иерархии распределительной сети — от главного вводного автомата до конечных автоматических выключателей. В случае автоматических выключателей литого исполнения, применяемых в низковольтных комплектных устройствах (КРУН), координация обычно достигается за счёт выбора выключателей с различными уставками мгновенного расцепления или за счёт введения временных задержек в вышестоящих устройствах. В конструкциях выкатных КРУН, таких как низковольтные щиты типов MNS или GCS, выключатели могут оснащаться электронными расцепителями, обеспечивающими регулируемые уставки защиты по длительному току, по короткому замыканию и по мгновенному току — такая гибкость упрощает координацию по сравнению с термомагнитными расцепителями с фиксированными характеристиками. Защита от замыканий на землю требует особого внимания при проектировании низковольтных распределительных сетей. Замыкание на землю в фидере на 400 А может не вызывать достаточного тока для срабатывания фазной защиты от перегрузки и сверхтока, в результате чего повреждение остаётся незамеченным. Специализированные реле защиты от замыканий на землю или автоматические выключатели с встроенной защитой от замыканий на землю обеспечивают необходимую чувствительность для обнаружения и ликвидации таких опасных ситуаций.
Шинопровод и тепловой контроль
Основная система шины в составе низковольтного коммутатора несет совокупный ток нагрузки всех подключенных питателей. Площадь поперечного сечения решетки выбирается на основе номинального постоянного тока, способности выдерживать короткое замыкание и пределов повышения температуры, определенных IEC 61439 или эквивалентными стандартами. Медные шины являются стандартными для большинства приложений, а алюминий используется там, где приоритетом являются вес и стоимость при условии, что правильные биметаллические соединения предотвращают гальваническую коррозию в переходных точках. Тепловое управление в корпусе коммутатора напрямую влияет на производительность редуктора и разрывателя. Природное конвекционное охлаждение с помощью вентиляционных жалюзи достаточно для большинства установок, но для установок, установленных в условиях высокой температуры или работающих вблизи номинального тока, может потребоваться принудительная вентиляция. Стандартный предел повышения температуры для соединений с штангой составляет 70 Кельвина выше температуры окружающей среды для голых медных и 65 Кельвина для оцинкованных соединений превышение этих пределов ускоряет окисление, увеличивает сопротивление при контакте и созда
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между стационарным и выкатным низковольтным распределительным устройством?
В стационарном распределительном устройстве автоматические выключатели постоянно закреплены на системе шин, поэтому для их замены требуется полное снятие напряжения. В выкатных конструкциях выключатели устанавливаются на тележках, которые можно выкатить для обслуживания без снятия напряжения со всего щита, что сокращает простои при замене или испытании выключателей.
Как определяется номинальный ток короткого замыкания низковольтного распределительного щита?
Номинальный ток короткого замыкания щита должен превышать максимальный расчётный ток короткого замыкания в точке его установки. Типичные значения находятся в диапазоне от 25 кА до 100 кА в течение одной секунды и рассчитываются с учётом внутреннего сопротивления трансформатора, сопротивления кабелей от источника питания и вклада двигателей от подключённых вращающихся нагрузок.
Какие стандарты применяются при проектировании низковольтного распределительного оборудования?
МЭК 61439 регулирует низковольтные комплектные устройства управления и распределения электроэнергии, охватывая типовые испытания и рутинную проверку. Отдельные части стандарта касаются распределительных щитов для операторов, силовых коммутационных устройств для квалифицированного персонала и систем шинопроводов. МЭК 60947 охватывает отдельные коммутационные и защитные устройства.
Как опасность дугового разряда влияет на проектирование низковольтных распределительных систем?
Исследования дугового разряда рассчитывают падающую энергию в каждой точке распределительной системы, что определяет выбор средств индивидуальной защиты и влияет на проектные решения, такие как удалённое введение и извлечение выдвижных автоматических выключателей, конструкция коммутационных устройств, устойчивых к дуговому разряду, и зонно-селективная блокировка для сокращения времени гашения дуги.
Какую роль играют нулевой и защитный проводники в проектировании систем?
Нейтральный проводник пропускает ток возврата при несимметричной трёхфазной нагрузке и должен быть выбран соответствующим образом — в системах с существенной гармонической нагрузкой от электронного оборудования ток в нейтральном проводнике может превышать ток в фазных проводниках, что требует увеличения его сечения. Защитный заземляющий проводник обеспечивает путь для тока короткого замыкания и должен быть рассчитан на выдерживание расчётного тока короткого замыкания в течение времени, необходимого для срабатывания защитных устройств.
Как часто следует пересматривать исследования согласования защит?
Исследования согласования защит следует пересматривать каждый раз при значительном добавлении или удалении нагрузок, при изменении характеристик энергоснабжения со стороны сетевой компании, а также не реже одного раза в пять лет. Изменения уставок вышестоящих защитных устройств со стороны сетевой компании, старение изоляции кабелей со временем и замена оборудования на устройства с иными характеристиками влияют на достоверность первоначального анализа согласования.