Компоновка низковольных комплектных устройств ч.4

Требования, связанные с режимом короткого замыкания

При анализе режима короткого замыкания, особое внимание необходимо уделять взаимодействию между автоматическим выключателем, установленном в распределительном щите и конструкцией щита.

Основные параметры, характеризующие распределительный щит в режиме короткого замыкания

Основные параметры, характеризующие режим КЗ в распределительном щите:
- номинальный кратковременно допустимый ток;
- номинальный ударный ток;
- номинальный условный ток короткого замыкания.

ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1-2004) на низковольтные комплектные распределительные устройства определяет вышеуказанные параметры следующим образом:

Номинальный кратковременно допустимый ток “Icw”

Номинальный кратковременно допустимый ток цепи распределительного щита представляет собой действующее значение кратковременного тока, которое установлено для этой цепи производителем, и которое эта цепь может проводить без повреждений в условиях выполнения испытаний, предписанных Стандартом. Если производителем не указано иное, то время составляет 1 с. С этим кратковременным током связано амплитудное значение “Ipk”; предполагается также, что максимальное значение тока, который может возникнуть, и который распределительный щит способен выдержать, не превышает значение Ipk, связанное с Icw через коэффициент “n”.

Номинальный ударный ток “Ipk”

Номинальным ударным током цепи распределительного щита является пиковое значение тока, которое установлено для этой цепи производителем, и которую эта цепь способна выдерживать в условиях выполнения испытаний, предписанных Стандартом. Пиковый ток, используемый для определения электродинамических усилий, равен произведению значения кратковременного тока на коэффициент “n”. Значения, стандартизованные посредством коэффициента “n”, указаны в таблице.

Номинальный условный ток короткого замыкания “Icc”

Номинальный условный ток короткого замыкания, характеризующий цепь распределительного щита, представляет собой указанное производителем значение ожидаемого тока короткого замыкания, который может быть выдержан этой цепью, защищенной устройством защиты от короткого замыкания, указанным производителем, в течение времени срабатывания устройства при установленных условиях испытаний.

На основании этих определений можно сказать, что цепь распределительного щита, для которой было определено конкретное значение Icw, способна выдерживать электродинамические нагрузки, обусловленные начальным амплитудным значением, которое может достигнуть максимальной величины, равной “Icw x n”,и выделяемую удельную тепловую энергию, равную Icw2 x t (при t=1с).

С другой стороны, цепь распределительного щита, защищенного подходящим устройством, должна позволять проводить номинальный условный ток короткого замыкания, если она способна выдерживать электродинамические нагрузки, обусловленные пиковым током, который ограничен защитным устройством, и пропускаемой защитным устройством удельной тепловой энергией в соответствии с ожидаемым током короткого замыкания Ik.

Общие указания и информация о прочности при коротком замыкании.

Что касается прочности устройства при коротком замыкании, ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1-2004) предписывает, чтобы пользователь распределительного щита предоставил производителю данные относительно токов короткого замыкания в месте установки, с целью обеспечения защиты от короткого замыкания распределительного устройства посредством защитных устройств – например, автоматических выключателей, расположенных внутри или вне распределительного щита, а также изготовления его таким образом, чтобы гарантировать прочность при тепловых и динамических нагрузках, возникающих в условиях короткого замыкания. Производителем указывается информация о прочности при коротком замыкании распределительного щита в зависимости от наличия или отсутствия защитного устройства.

Для устройств с автоматическим выключателем, встроенным в поставляемое изделие, производитель должен указать максимальное допустимое значение тока короткого замыкания, в виде:
- номинального условного тока короткого замыкания Icc, если автоматический выключатель токоограничивающий;
- допустимого кратковременно выдерживаемого тока Icw, если - автоматический выключатель обладает высоким значением Icw;

В случае, когда автоматический выключатель не входит в состав поставляемого изделия, производитель может указать:
- номинальный условный ток короткого замыкания (Icc), с указанием требуемых характеристик внешнего устройства защиты распределительного щита (номинальный ток, отключающая способность, предельный ток, удельная пропускаемая энергия);
- допустимое значение кратковременно выдерживаемого тока (Icw).

Если длительность протекания тока не указана, она считается равной 1 с; если не указано начальное пиковое значение, оно считается связанным с заданным условным током короткого замыкания посредством коэффициента “n”.

Требования к электрическим цепям распределительного щита

В дополнение к предыдущим общим требованиям относительно прочности распределительного щита при коротком замыкании Стандарт указывает, как должны определяться размеры электрических цепей внутри устройства, чтобы снизить вероятность появления аварий. Основные требования предъявляются к внутренней шинной системе, которая должна быть спроектирована таким образом, чтобы короткое замыкание между шинами было маловероятно. При определении размера шин для обеспечения прочности при коротком замыкании, необходимо соблюдать требования к системе сборных шин, а не к цепям, ответвляющимся от шин.

Сборные шины

Сборные шины (неизолированные или изолированные) должны быть расположены так, чтобы при нормальных условиях эксплуатации вероятность внутреннего короткого замыкания была близка к нулю. Информация о прочности при коротком замыкании должна соответствовать расчетам и шины должны выдерживать нагрузки при коротком замыкании, ограниченные защитными устройствами, установленными на стороне источника питания.

На практике, если предельные характеристики защитного устройства выше характеристик шинной системы (или если они не известны заранее), шинная система должна быть спроектирована так, чтобы значение Icw было выше значения тока короткого замыкания в месте установки.

С другой стороны, если устройство, защищающее рабочую шинную систему, представляет собой автоматический выключатель с токоограничивающими характеристиками, можно задать параметры шинной системы так, чтобы выдерживать нагрузки, обусловленные предельным пиковым током и удельной пропускаемой энергией, ограниченными автоматическим выключателем.

В соответствии со значениями Ik, ниже вводного аппарата, подтверждены следующие параметры:
- удельная пропускаемая энергия ниже 20MA2с
- предельный пиковый ток менее 80 кА

Наличие токоограничивающего аппарата внутри распределительного щита позволяет установить шинную систему со значением Icw < 100 кА (ток короткого замыкания в установке) на стороне питания данного аппарата, но этому значению должны соответствовать значения пикового тока и удельной пропускаемой энергии, превышающие эти характеристики, измеренные на стороне нагрузки автоматического выключателя.

Распределительные шины и проводники, отходящие от сборных шин

В НКУ проводники и распределительные шины, находящиеся между рабочей системой шин и подводом питания функциональных блоков, а также компоненты этих блоков, могут быть рассчитаны, исходя из пониженных нагрузок при коротком замыкании, возникающих на стороне нагрузки соответствующего автоматического выключателя, при условии, что эти проводники расположены так, что в нормальных рабочих условиях внутреннее короткое замыкание между фазами и/или между фазами и землей являются маловероятными. Такие проводники предпочтительно изготавливать в сплошном жестком исполнении.

Экономические и габаритные преимущества, вытекающие из данного предписания Стандарта, очевидны, прежде всего при наличии большого количества цепей, отходящих от одной системы сборных шин.

Определение размера распределительной шины, выполненное согласно сказанному выше, соответствует требованиям Стандарта; несмотря на это, многие производители распределительных щитов определяют размеры распределительных шин с учетом характеристик автоматического выключателя на входе распределительного щита, с точки зрения пропускаемой энергии и значения предельного пикового тока.

Напротив, размеры различных кабелей, питающих отдельные автоматические выключатели, должны определяться в зависимости от токоограничивающих характеристик соответствующего выключателя.

Снижение возможности возникновения короткого замыкания и силовых воздействий

В отношении требований, направленных на снижение вероятности короткого замыкания в рабочих проводниках, ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1-2004) рекомендует ряд мер, в зависимости от типа проводника. В качестве примера

можно привести следующее:

- неизолированные проводники или одножильные проводники с основной изоляцией, например, кабели в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60227-3, требуют предотвратить возможность взаимного контакта или контакта с токопроводящими деталями, например, с помощью разделителей;
- одножильные проводники с основной изоляцией и максимальной допустимой рабочей температурой выше 90°C, например, кабели в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60245-3, или термостойкие кабели с изоляцией ПВХ в соответствии с

ГОСТ Р МЭК 60227-3, в отношении которых допускается взаимный контакт или контакт с токопроводящими деталями при отсутствии внешнего давления. Для них необходимо избегать контакта с острыми кромками. Не должно быть риска механического повреждения. Эти проводники могут подвергаться только такой нагрузке , при которой рабочая температура не превышает 70° C:
- проводники с основной изоляцией (кабели в соответствии с ГОСТ МЭК 60227-3), имеющие дополнительную вторичную изоляцию, например, отдельные закрытые кабели с усадочными трубками или отдельно проложенные кабели в пластиковых каналах, или проводники, изолированные материалами с очень высокой механической прочностью (изоляция FTFE). В отношении них не существует дополнительных требований, если отсутствует риск механического повреждения.

Минимальные анкерные расстояния для проводников

Одна из основных проблем связанных с коротким замыканием, которую непременно должны учитывать изготовители НКУ, это - максимальные расстояния анкерных креплений проводников, соединенных с автоматическими выключателями, от выводов автоматического выключателя. Как известно, кабели и шины внутри распределительного щита должны быть прикреплены к раме.

В самом деле, во время короткого замыкания динамические нагрузки на проводники могут также воздействовать на выводы автоматического выключателя, вызывая повреждения.

Термин “проводник” применяется в отношении шин, когда ток выше или равен 400 А, а если ток меньше этого значения, то применяется термин “кабель”. Это различие проводится в соответствии с Таблицами 8 и 9 ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1-2004). Если особыми требованиями предписывается применение шин для токов менее 400 А, расстояния, которые могут быть получены на основе расчетов, не должны изменяться; при этом расстояния, соответствующие применяемым шинам, не могут быть использованы для кабелей.