Содержание лекции:
- рассмотрение вопросов селективности между двумя защитными компонентами.
Цель лекции:
- ознакомление с расстановкой защитных элементов с точки зрения воздействия токов короткого замыкания.
Целью обеспечения селективности является то, чтобы неисправность или перегрузка была отключена всегда только тем защитным компонентом, который будет самым близким к точке неисправности или к точке, в которой имеет место перегрузка. Поэтому, если хотим сохранить селективность между двумя защитными компонентами, установленными друг за другом, то их характеристики не должны ни в какой точке пересекаться, и если вместо однозначно установленной характеристики при помощи одной линии указаны области характеристик, то даже эти области не должны пересекаться. Пересечение характеристик или наложение их областей не должно произойти ни для сверхтоков, соответствующих перегрузке, ни для токов короткого замыкания. На рисунке 1 показаны различные случаи обеспечения селективности, и это либо для всех сверхтоков (см. рисунок 1 а, б), либо только в определенной области сверхтоков (см. рисунок 1 c), где селективность автоматических выключателей полностью обеспечена для диапазона токов меньше I1; для диапазона токов между I1 и I2 нельзя гарантировать селективность между автоматическими выключателями; для токов больше I2 срабатывает плавкий предохранитель с характеристикой I3.
а б с
а - Защита с помощью двух плавких предохранителей; б - Защита с помощью двух автоматических выключателей; c - Защита с помощью двух автоматических выключателей и плавкого предохранителя.
Рисунок 1 - Виды обеспечения селективности
На рисунке 2 показан практический случай обеспечения селективности между автоматическими выключателями FA1 и FA8. Автоматический выключатель FA1 расположен ближе к компоненту или к цепи, защищаемой от сверхтока, автоматический выключатель FA8 находится на большем расстоянии от этого компонента или цепи. Значит, автоматический выключатель FA8 расположен вверх по течению по отношению к автоматическому выключателю FA1. Типичный пример такой расстановки состоит в том, что автоматический выключатель FA1 защищает, например, вывод 63 A, и автоматический выключатель FA8 защищает четыре эти вывода, одновременный расчетный ток которых предполагается 125 A. Конечно, желательно, если произойдет перегрузка только одного вывода 63 A, чтобы отключился только автоматический выключатель FA1. Этим обеспечено то, что питание остальных выводов в таком случае продолжается без перебоя. Дело в том, что автоматический выключатель FA1 при любом сверхтоке (пусть при перегрузке или при коротком замыкании) осуществит отключение раньше, чем сработал бы автоматический выключатель FA8 (см. рисунок 2)
Рисунок 2 - Характеристики отключения
Отнимем, например, время отключения для 200 A. Сначала произойдет отключение автоматического выключателя FA1 - в момент приблизительно 17 с, и только намного позже произошло бы отключение автоматического выключателя FA8 - только приблизительно через 200 с. Подобным способом можно проследить, чтобы автоматический выключатель FA8 отключился бы позже автоматического выключателя FA1 для любого сверхтока, который можно предполагать в данной цепи. Автоматический выключатель FA8 в таком случае действует в качестве резервного на случай отказа автоматического выключателя FA1, или в случае, когда сумма токов всех цепей, питаемых проводкой, защищаемой автоматическим выключателем FA8, попадет в область сверхтоков. Это может случиться, если превышена предполагаемая одновременность или при использовании указанных цепей, если все четыре цепи, защищаемые автоматическими выключателями FA1, вдруг потребляют свой полный расчетный ток.
Производить оценку селективности двух автоматических выключателей возможно на основании таблиц селективности, указанных в каталоге силовых автоматических выключателей. Эти таблицы были составлены на основании результатов испытаний короткого замыкания, и для стандартных случаев они
предлагают более точные, проверенные результаты. Могут наступить следующие основные ситуации (см. рисунок 3):
1. Полная селективность (T): выходной автоматический выключатель (2)
выключится и входной автоматический выключатель (1) остается включенным.
2. Частичная селективность: селективность между заданными автоматическими выключателями обеспечена, если ток короткого замыкания 
будет меньше указанного значения. В этом случае выходной автоматический выключатель (2) отключится и входной автоматический выключатель (1) остается включенным.
Рисунок 3 - Виды селективности
3. Нет селективности: всегда отключатся оба автоматических выключателя, выходной (2) и входной (1).
4. Нельзя произвести оценку: рассматриваемая пара не была найдена в таблице селективности; селективность нужно оценивать только путем сравнения характеристик отключения, как указано выше.
Каскадирование защитных компонентов
Под каскадированием защитных компонентов подразумевают их расстановку с точки зрения воздействия токов короткого замыкания. Приблизительно мы все в общих чертах понимаем принцип правильной расстановки защитных компонентов таким образом, чтобы ток короткого замыкания был прерван раньше, чем наступит повреждение некоторого из них. Защитный компонент должен прервать такой сверхток, который ставил бы под угрозу защищаемую проводку. Однако, прервет ли защитный компонент любой ток? Конечно, это было бы идеальным. В действительности это, однако, не так. Мы не занимались тем, что случится, когда сверхток слишком большой. В таком случае защитный компонент может не отключить сверхток и наступит его разрушение. Это, конечно, нежелательно. Чтобы такая ситуация не наступила, необходимо производить соответствующие контроли и проверки. С одной стороны проверяется, какой максимальный ток вообще способны выдержать защитные компоненты. С другой стороны проектировщик рассчитывает, каким большим может быть максимальный сверхток (т. е., как правило, ток короткого замыкания) в месте расположения защитного компонента. В первом случае речь идет о вопросе конструкции защитного компонента, во втором случае речь идет об исполнении и конфигурации цепей, в которых защитные компоненты установлены.
Здесь, однако, еще следующая возможность. Хотя более удаленный защитный компонент не выдерживает предполагаемый ток короткого замыкания в месте короткого замыкания, однако защитный компонент, расположенный вверх по течению, ограничивает ток короткого замыкания. Ограничение состоит в том, что прерывание тока короткого замыкания произойдет раньше, чем первая полуволна ожидаемого тока короткого замыкания (т. е. тока, который проходил бы цепью, если бы в ней не находился защитный компонент) достигнет своего максимума. Это показано на рисунке 4, где указана форма волны ожидаемого тока короткого замыкания i k во времени и форма волны ограниченного тока i o во времени.
Рисунок 4 - Изменение ограничения ожидаемого тока короткого замыкания ik
Максимальное значение этого ограниченного тока короткого замыкания I o зависит от размера ожидаемого тока короткого замыкания i k. Хотя ток короткого замыкания ограничен защитным компонентом в течение первой полуволны, то этот ограниченный ток тем больше, чем более быстрым является увеличение тока короткого замыкания, и поэтому и ограниченный ток короткого замыкания I o тем больше, чем больше предполагаемый ток короткого замыкания (продолжительность одной полуволны всегда равна 10 мс). Предполагаемый ток короткого замыкания, однако, не описывается изменением своего мгновенного значения, а своим эффективным значением, а именно в установившемся состоянии.
В графической зависимости максимального значения ограниченного тока I o от предполагаемого тока короткого замыкания I k этот ток короткого замыкания обозначается, как правило, I p (индекс p можем запомнить как обозначение тока повреждения).
Чтобы защитный компонент, установленный после компонента, ограничивающего ток короткого замыкания, подошел для данного ограниченного тока короткого замыкания, максимальное значение тока короткого замыкания, которое этот второй компонент выдержит, должно быть выше максимального значения ограниченного тока короткого замыкания I o.
Этим вторым защитным компонентом бывает, как правило, автоматический выключатель. У автоматических выключателей приводятся значения тока короткого замыкания, которые этот автоматический выключатель способен отключить. Это так называемые отключающие способности короткого замыкания автоматического выключателя (а именно предельная I cu или рабочая I cs). И именно эти значения необходимо сравнивать со значением ограниченного тока короткого замыкания I o.
Традиционными компонентами, которые ограничивают большие токи короткого замыкания, являются плавкие предохранители.
