EN
Інженер-електрик на підприємстві з переробки харчових продуктів виявив, що одне спрацьовування автоматичного вимикача на перевантаження в лінії живлення призвело до каскадного відключення усієї системи захисту вищого рівня й повної зупинки лінії упаковки — не через катастрофічну аварію, а через те, що дослідження узгодження захисту було проігноровано під час початкового проектування низьковольтної розподільної мережі. Збитки від чотирьохгодинної зупинки перевищили вартість правильного дослідження узгодження захисту вдвадцять разів. Проектування низьковольтної розподільної мережі може бути непомітним для користувачів будівлі чи менеджерів виробництва, але коли воно зазнає невдачі, наслідки поширюються на всі системи, які залежать від електропостачання.
Основні принципи конструкції
Розрахунок навантаження та коефіцієнти різноманітності
Кожен проект розподілу низької напруги починається з точного графіка навантажень — задокументованого переліку всіх кіл, їхнього підключеного навантаження у кіловатах або кіловольт-амперах та очікуваних експлуатаційних характеристик. Трифазні навантаження, такі як електродвигуни, компресори систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) і промислові нагрівальні елементи, розподіляються між фазами з метою зменшення струму в нейтральному проводі й дисбалансу напруги. Однофазні навантаження — освітлювальні кола, розетки для загального користування, офісне обладнання — розподіляються між трьома фазами з метою досягнення дисбалансу менше 15 відсотків між найбільш і найменш навантаженою фазами. Коефіцієнти різноманітності враховують те, що не всі підключені навантаження працюють одночасно на повну потужність. Наприклад, коефіцієнт різноманітності для освітлювальних навантажень у комерційній будівлі може становити 0,9, тоді як для розеткових кіл у офісних приміщеннях він може становити 0,3–0,5, що відображає реальність: у будь-який момент часу лише частина розеток живить активне обладнання. Застосування відповідних коефіцієнтів різноманітності запобігає надмірному розміруванню трансформаторів, головних шин і вищестоящого комутаційного обладнання — надмірне розмірування збільшує вартість, збільшує фізичні габарити й може навіть знижувати енергоефективність, оскільки трансформатори працюють менш ефективно при незначному навантаженні.
Узгодження та селективність захисту
Селективна координація означає, що при виникненні несправності спрацьовує лише пристрій захисту, розташований безпосередньо вище за струмом від місця несправності: автоматичний вимикач, що живить пошкоджене коло, відключається, тоді як усі вимикачі, розташовані вище в ієрархії, залишаються увімкненими. Досягнення такого стану вимагає дослідження координації, в ході якого будують криві час-струм для кожного пристрою захисту в ієрархії розподілу — від головного вводу до кінцевих автоматичних вимикачів. У випадку литих автоматичних вимикачів у низьковольтному комутаційному обладнанні координацію зазвичай забезпечують шляхом вибору вимикачів із різними налаштуваннями миттєвого розмикаючого струму або введенням часових затримок у вимикачах, розташованих вище в ієрархії. У конструкціях висувного комутаційного обладнання, наприклад, у низьковольтних панелях типу MNS або GCS, вимикачі можна оснащувати електронними розмикачами, що надають регульовані параметри захисту за довгочасовим, короткочасовим і миттєвим струмами — така гнучкість спрощує координацію порівняно з фіксованими термомагнітними розмикачами. Захист від замикання на землю потребує особливої уваги при проектуванні низьковольтних розподільних систем. Замикання на землю в лінії живлення на 400 А може не створювати достатнього струму для спрацювання фазового захисту від перевантаження, через що несправність залишатиметься непоміченою. Спеціалізовані реле захисту від замикання на землю або вимикачі з інтегрованим захистом від замикання на землю забезпечують необхідну чутливість для виявлення та усунення таких небезпечних ситуацій.
Шинопровід та теплове керування
Основна система шин у низьковольтному розподільному пристрої передає сумарний струм навантаження всіх підключених фідерів. Переріз шин вибирають з урахуванням номінального тривалого струму, стійкості до струмів короткого замикання та граничних значень підвищення температури, встановлених стандартом IEC 61439 або еквівалентними нормами. Мідні шини є стандартним рішенням для більшості застосувань; алюмінієві шини використовують там, де пріоритетом є маса й вартість, за умови, що спеціальні біметалічні з’єднання запобігають гальванічній корозії в місцях переходу матеріалів. Тепловий режим усередині корпусу розподільного пристрою безпосередньо впливає на роботу шин і автоматичних вимикачів. Охолодження за рахунок природної конвекції через вентиляційні жалюзі достатнє для більшості установок, але для пристроїв, встановлених у середовищі з високою навколишньою температурою або що працюють постійно поблизу свого номінального струму, може знадобитися примусова вентиляція. Стандартне граничне підвищення температури для з’єднань шин становить 70 Кельвінів понад навколишню температуру для неоцинкованої міді та 65 Кельвінів — для олов’яно-покритих з’єднань; перевищення цих меж прискорює окиснення, збільшує контактний опір і спричиняє самопідсилювальний цикл деградації.
Поширені запитання
У чому різниця між стаціонарним і висувним низьковольтним розподільним пристроєм?
У стаціонарному розподільному пристрої автоматичні вимикачі постійно встановлені на системі шин, і для їх заміни необхідне знеструмлення. У висувних конструкціях вимикачі встановлені на візках, які можна вийняти для обслуговування без знеструмлення всього щита, що скорочує простої під час заміни або випробування вимикачів.
Як визначається номінальна струмова витривалість при короткому замиканні низьковольтного розподільного щита?
Номінальна струмова витривалість при короткому замиканні щита має перевищувати максимальний розрахунковий струм короткого замикання у точці його встановлення. Типові значення цієї витривалості — від 25 кА до 100 кА протягом одного секунди; їх розраховують з урахуванням імпедансу трансформатора, імпедансу кабелів від джерела живлення та внеску двигунів від підключених обертових навантажень.
Які стандарти застосовуються до проектування низьковольтного розподільного пристрою?
IEC 61439 регулює низьковольтні комплектні пристрої комутаційної апаратури та керування, охоплюючи типові випробування й рутинну перевірку. Специфічні частини стосуються розподільних щитів для операторів, силової комутаційної апаратури для кваліфікованих осіб та систем шинопроводів. IEC 60947 охоплює окремі пристрої комутації та захисту.
Як небезпека дугового розряду впливає на проектування низьковольтних розподільних систем?
Дослідження дугового розряду розраховують інцидентну енергію в кожній точці розподільної системи, що визначає вибір засобів індивідуального захисту та впливає на проектні рішення, такі як дистанційне вставлення/витягування висувних автоматичних вимикачів, конструкція комутаційної апаратури, стійкої до дугового розряду, та зонно-селективне блокування для скорочення часу ліквідації дуги.
Яку роль відіграють нейтральний і заземлювальний провідники в проектуванні систем?
Нейтральний провідник несе незбалансований трифазовий зворотний струм і повинен бути розміщений відповідно в системах з значними гармонічними навантаженнями від електронного обладнання, нейтральний провідник може нести струм, що перевищує фазові провідники, що вимагає перерозмір Захисний земляний провідник забезпечує шлях повернення струму вивіху і повинен бути розміром, щоб витримувати потенційний ток вивіху протягом тривалості, необхідної для роботи захисту.
Як часто слід переглядати дослідження координації захисту?
Координаційні дослідження повинні переглядатися при будь-якому додаванні або знятті значних навантажень, коли змінюються характеристики постачання комунальних послуг або з інтервалом не більше п'яти років. Зміни в налаштуваннях захисту в передній частині електростанції, деградація ізоляції кабелів з часом та заміна обладнання з різними характеристиками впливають на достовірність початкового аналізу координації.