Как се гарантира селективността на защитните устройства в жилищните инсталации чрез стопяеми предпазители и миниатюрни прекъсвачи
Селективността на защитните устройства е от решаващо значение при проектирането на инсталации ниско напрежение. Целта на правилната селективност е да се сведат до минимум последствията от възникването на повреда, т.е. да се изключи само повредената част от инсталацията, докато останалата част да продължи да работи. Една защита е селективна, ако в случай на повреда се изключва само частта от електрическата инсталация, в която е възникнала повредата – например по време на късо съединение или претоварване, т.е. когато повредата се изолира от защитното устройство, което е най-близо до нея, без да се задействат други защитни устройства.
В практиката електротехниците често се сблъскват със следния проблем: в контролния шкаф на жилищната сграда има главни предпазители с номинален ток 20 A, а в таблото на всяко жилище са инсталирани миниатюрни прекъсвачи с номинален ток B 10 A и B 16 A. Понякога по време на късо съединение изключва не само прекъсвачът, но и главният предпазител, което причинява неудобство, тъй като неговата подмяна се извършва от електроразпределителното дружество, а това води до допълнителни разходи.
Каква е причината за възникване на претоварвания и къси съединения и как да се осигури правилна селективност на защитата с помощта на предпазители и миниатюрни прекъсвачи? ETI Elektroelement разглежда тези ситуации и дава своите практични препоръки за правилно проектиране и избор на защитни устройства.
Претоварвания и къси съединения
Претоварване възниква, когато по проводник или кабел протича ток, надвишаващ допустимата или номиналната му стойност. Това се случва, когато към веригата са свързани повече устройства, отколкото е предвидено в проекта. Късото съединение, от друга страна, възниква, когато две (или три) точки с различен потенциал в една верига влязат в контакт с незначителен импеданс, което води до рязко увеличение на протичащия ток. Трифазните токове на късо съединение (контакт между фазовите проводници L1, L2 и L3) са по-високи от еднофазните токове на късо съединение (контакт между фазов проводник и неутралния проводник, L и N).
Големината на токовете на късо съединение в мрежите ниско напрежение се влияе значително от:
- Трансформатора с неговия индуктивен и резистивен импеданс;
- Импеданса (резистивен и индуктивен) на кабелите и проводниците, водещи до сградата и потребителите в нея.
Селективност на защитата при претоварвания
Една защита е селективна при претоварване, ако изключва само дефектиралата част от инсталацията. В този случай обикновено времето за изключване е по-дълго от 0.1 s. При възникване на претоварване е изключително важно да се гарантира, че характеристиките на изключване (времетокова характеристика: I-t) на последователно свързания предпазител и миниатюрен автоматичен прекъсвач не се пресичат или докосват в никоя точка. Защитното устройство, което е най-близо до потребителя (например миниатюрният прекъсвач), трябва да има по-ниска I-t крива от предпазителя, разположен преди него. Това гарантира, че устройството след него се изключва по-бързо по време на претоварване.
Селективност на защитата при къси съединения
За токове на късо съединение, при които времето на сработване се измерват в милисекунди, решаващият фактор е енергията, преминаваща през предпазителя, дефинирана от интеграла на Джаул: стойността на квадрата на тока за определен интервал от време (I²t). При много високи токове на късо съединение, предпазителят прекъсва тока през първия полупериод, т.е. докато токът на късо съединение все още се увеличава. Това включва два периода от време: време преди възникването на дъгата (време на топене на стопяемия елемент) и работно (общо) време , необходимо за прекъсване на тока, като обикновено то е по-малко от 5 ms, както е показано на фигурата по-долу. Това важи особено за много големи токове на късо съединение. За по-малки токове на късо съединение това време е възможно да бъде по-дълго.
От гледна точка на селективността, при протичане на ток на късо съединение най-важният фактор за предпазителя е времето на стопяване на вложката преди възникване на дъгата и стойността на Джауловия интеграл Ik²t. За миниатюрните прекъсвачи ключовият фактор е максималното време за сработване Ik²t. Селективността при късо съединение, когато предпазителят е монтиран преди миниатюрния прекъсвач, се постига, ако минималната стойност на Ik²t на предпазителя е по-голяма от максималната стойност на изключващо Ik²t на миниатюрния прекъсвач.
Производителите на предпазители и миниатюрни прекъсвачи обикновено предоставят стойностите на Ik²t за своите продукти. Тъй като обаче изчисляването им може да бъде сложно и отнемащо време, производителите (като ETI Elektroelement) предлагат и таблици за селективност. Таблицата подробно описва селективността на миниатюрните прекъсвачи от типове B, C и D въз основа на номинала на главния предпазител и очаквания ток на късо съединение в килоампери (kA). Тази стойност представлява максималния ток на късо съединение, при който селективността все още е гарантирана. До този праг на тока предпазителят има по-висока стойност Ik²t от максималната стойност на изключване Ik²t на миниатюрния прекъсвач. Това означава, че при токове на късо съединение под прага, само миниатюрният прекъсвач изключва. При по-високи токове на късо съединение се активират и двете защитни устройства.
Гарантирана защита
Използвайки такива таблици, проектант, който изчислява очаквания ток на късо съединение, или проверяващ техник, който го измерва, може бързо да определи дали ще бъде гарантирана селективността на защитата. Например, ако е монтиран предпазител NV 20 A преди миниатюрен прекъсвач B 10 A и разчетният ток на късо съединение е 1000 A, в таблицата съответства прагов ток за селективност 0.45 kA (450 A). В този случай селективност не се постига, тъй като както предпазителят NH, така и миниатюрният прекъсвач биха се изключили при ток на късо съединение от 1000 A. Но ако разгледаме ток на късо съединение от 400 A, в този сценарий селективността е гарантирана, тъй като праговият ток е 450 A. Това означава, че при 400 A предпазителят NV 20 A има по-висока стойност на Ik²t преди възникване на дъгата, отколкото максималната стойност на Ik²t за изключване на миниатюрния прекъсвач.
Тъй като жилищните сгради обикновено са далеч от трансформаторните станции, селективността често се осигурява естествено поради по-ниските стойности на токовете на късо съединение. Ако обаче не се постигне селективност, могат да се направят корекции, като например подмяна на миниатюрен прекъсвач B 10 с C 10 или надграждане на главните предпазители от 20 A на 25 A (ако е технически осъществимо). Това променя праговите стойности на тока, но също така води до допълнителни разходи. Например, ако главните предпазители се надградят до 25 A и прекъсвачът се замени с C 10, праговият ток на късо съединение става 700 A, осигурявайки селективност до тази стойност.
