Силовой автомат в литом корпусе: параметры и подключение

В предыдущей статье про последствия короткого замыкания я пообещал продолжить тему и рассказать про установку силового автоматического выключателя IEK ВА88-37 взамен вводного рубильника ABB OT630E30.

Обещал – выполняю. Но попутно я решил разобраться с параметрами силовых автоматов (их ещё называют “автоматические выключатели в литом корпусе”, и сравнить их с “обычными” автоматами.

Обычно я статьи строю по правилу: сначала теория, потом – практика. На этот раз нарушаю правило, и сначала расскажу, зачем я установил силовой автомат, потом – как, и лишь потом пройдёмся по теории.

Итак,

 

Зачем была нужна замена рубильника на автомат?

Для тех, кто не в курсе и не хочет ходить по ссылке в начале статьи: так получилось, что совпали два события – 1) на “острые” концы рубильника упала гайка и за малым не устроила большой бум, и 2) вводной рубильник стал хрустеть и клинить при переключении. Было решено послать снабженца в “Электротехник” за автоматом, пока не поздно.

Почему автомат IEK с номинальным током 315 А вместо рубильника ABB с номинальным током 630 А, спросите вы? Дело не в бренде, а в том, что цена ИЕК – в несколько раз ниже, а купить его можно в Таганроге за пол часа. Рубильник АВВ OT630E30 стоит в данной линии в двух местах, и не смотря на бренд, ломался уже 2 раза. Видимо, причина в силуминовых кулачках, которые передают движение от штока – они ломаются, и рубильник становится причиной длительного простоя. Третьего раза ждать не стали.

Плюс автомата – он обеспечивает дополнительно защиту от сверхтока, чего нет в рубильнике. Размыкание на номинальном токе никогда не происходит, а частота выключения – около одного раза в сутки. Поэтому речи о дугогашении и износостойкости не идёт. Единственный минус такой замены – нужна небольшая переделка конструкции, ведь крепление у рубильника и автомата разное.

Забегая вперед, скажу также, что я установил выносную ручку на дверь и механизм дистанционного выключения (стальной стержень) на автомат. Об этом тоже расскажу в статье.

Можно делать подобные переделки на промышленном оборудовании? Можно, и даже нужно. Более того, это приходится делать регулярно. Само собой, модернизацию никто не может сделать самовольно – перед этим проходит процесс согласования и подготовки. Как это происходит у нас на предприятии, я писал в статье Как устроена энергослужба на заводе.

Это примечание – для тех, кто считает иностранцев богами, а промышленное оборудование – законченным изделием, с которого нужно только иногда сдувать пыль.

Такой же рубильник АВВ, в другом шкафу:

Считаю вопрос с рубильником закрытым, забываем про него и переходим к вводному автомату.

 

Установка автоматического выключателя IEK ВА88-37

Для монтажа силового автомата пришлось разметить металлическую панель, а затем нарезать в ней 4 резьбы для шпилек (винтов) М5, которыми крепится автомат. Шпильки и другой крепеж идут в комплекте.

Затем были прикручены вводные провода (точнее, одножильные кабели КГ-95). Запас кабелей (около 50 см) расположен на крыше шкафа.

Для ценителей красоты и цветной термоусадки: почему так сделано, объяснил в первой части (ссылка в начале статьи). Там даже есть ссылка на статью про белую изоленту.

Обратите внимание, клеммы с наконечниками на кабель утоплены вглубь корпуса автомата, а это гораздо безопаснее, чем в рубильнике ABB:

Кроме того, памятуя о предыдущих волнениях, в обязательном порядке были установлены перегородки между фазами, которые к тому же шли в комплекте.

На нижние клеммы прикручены шины:

Автомат установлен:

К автомату с номинальным током In = 315 A с одной стороны подключены питающие провода сечением 95 мм2, у которых допустимый длительный ток при совместной открытой прокладке (в металлическом лотке) равен 255 А. С другой – технологическая линия с установленной (максимальной теоретической) мощностью 140 кВА (ток по каждой фазе – порядка 200 А):

Монтаж выносной ручки на автоматический выключатель IEK 88-37

Включение/выключение этого автомата производится примерно раз в сутки. Не часто. Но без ручки на двери управлять таким автоматом неудобно и небезопасно – ведь нужно открывать дверь шкафа, а это имеет право делать только квалифицированный электротехнический персонал. Поэтому была установлена ручка на дверь шкафа с механизмом дистанционного управления. Этот механизм представляет специальную насадку на автомат со стальным стержнем, и покупается отдельно. Официальное название – “Привод ручной поворотный ПРП1-37”.

Расскажу пошагово про процесс установки аксессуара “ПРП1”, который по сути является посредником между автоматическим выключателем и человеком, поворачивающим ручку на двери шкафа.

Для начала – снимаем крышку с передней панели:

 

Стальной стержень отмеряем, чтобы его длины при закрытой двери хватало для передачи движения от ручки на двери к рычагу автомата.

На фото установлена наклейка, которая шла в комплекте. Под ней – отверстия для монтажа. Итого – пластиковая часть поворотного привода крепится к литому корпусу автомата четырьмя винтами М4:

Теперь важно точно совместить части механизма, чтобы стержень точно попадал в механизм ручки на двери. Для удобства разметки делаем шаблон из картона.

У нас картона завались – как гуталина на гуталиновой фабрике.

На двери размечаем одно центральное большое отверстие для стержня и 4 отверстия под крепеж. Прикручиваем ручку:

Написал предупреждение, адресованное человеческому фактору. Ведь возможен вариант, когда автомат выключен, а ручка стоит в положении “включено”. Или наоборот. Бывало всякое, и лучше всегда перестраховаться.

Вот что получилось в итоге:

На фото видно, что ручка переключается на угол более 90°. Так и есть, и я не знаю, чем это обусловлено. Такова конструкция.

У силовых автоматов в литом корпусе есть третье (среднее) положение “Trip”между положениями “Включено” и “Выключено”. Оно обозначает, что выключение автомата произошло в результате автоматического размыкания (сработал тепловой или электромагнитный расцепитель). На ручке это положение обозначено тоже (желто-зеленый сектор).

А вы знали, что даже если зафиксировать рычаг ручного управления автомата в неподвижном положении, автомат всё равно разомкнёт силовую цепь, если у него будут на то причины? То есть, если сверхток достигнет порога срабатывания теплового или ЭМ расцепителя, автомат сам (на то он и автомат, а не выключатель или рубильник какой-нибудь) разомкнёт цепь, не смотря на человеческий фактор.

В общем, если умеете работать с дрелью и отверткой, особой проблемы в установке такой ручки нет! И да, по любому придётся поработать напильником!

 

Теория. Характеристики автоматических выключателей в литом корпусе

Теперь предлагаю рассмотреть теоретическую сторону – какие параметры есть у силовых автоматов, и чем они отличаются от обычных, модульных (бытовых) автоматических выключателей.

Параметры на лицевой стороне героя статьи:

Автомат имеет номинальный ток 315 А, ток электромагнитного расцепителя Im=10In, отключающую способность Ics=Icu=35 кА.

Категория применения – Category A. Это означает, что данный автоматический выключатель не обладает временной задержкой отключения, и не может обеспечить временнýю селективность.

Селективные автоматы Category B имеют электронный расцепитель и благодаря ему регулируемую задержку по времени срабатывания ЭМ расцепителя при КЗ. Подробно – ГОСТ IEC 60947-2  4.3.6.4, 4.4.

Схема на корпусе показывает, что выключатель пригоден к разъединению (может быть использован для обеспечения электробезопасности путем отключения источника электроэнергии от электроустановки – вольная трактовка ГОСТ Р 50030.1-2007, п.2.1.19).

Теперь немного подробнее, что я об этом думаю.

 

ГОСТы

Прежде всего, нужно понимать, что два вида автоматических выключателей (“бытовые” и “силовые”) выпускаются по разным ГОСТам, которые содержат разные требования к конструкции и параметрам:

ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) “Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока”, по которому выпускаются “бытовые” автоматы, ограничивает область, на которую он распространяется:

1 Область применения и цель: Настоящий стандарт распространяется на воздушные автоматические выключатели (далее – выключатели) для переменного тока для работы при частоте 50 или 60 Гц на номинальное напряжение (между фазами) не более 440 В, номинальный ток не более 125 А и номинальную отключающую способность не более 25000 А.

По этому ГОСТу выпускаются и нормируются параметры модульных автоматов, которые устанавливаются в наших домашних электрощитках. Солидные силовые аппараты делают по другому ГОСТу:

ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2:2006) «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели» имеет гораздо более широкую область применения:

1.1 Область применения: Настоящий стандарт распространяется на автоматические выключатели (далее – выключатели), главные контакты которых предназначены для коммутации цепей напряжением до 1000 В переменного или 1500 В постоянного тока, а также содержит дополнительные требования для выключателей со встроенными плавкими предохранителями. Стандарт применяют для выключателей с любыми номинальными токами, различных конструкций и способов применения.

Как видим в ГОСТ Р 50030.2-2010, ограничений по номинальному току и отключающей способности нет никаких. Кстати, по этому ГОСТу выпускаются не только силовые промышленные автоматы в литом корпусе, но и современные аналоги выключателей типа АВМ, которые коммутируют токи в тысячи ампер и используются на подстанциях для питания наших районов/кварталов/жилых массивов.

Кроме того, есть ещё ГОСТ Р 50030.1-2007 (МЭК 60947-1:2004) “Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования”, который ныне не действует, но на него постоянно ссылается действующий ГОСТ Р 50030.2-2010. Поэтому эти два ГОСТа должны использоваться совместно.

Все производители обязаны выпускать свои автоматы только по этим ГОСТам, иначе продукция просто не сможет выйти на рынок.

 

Ток теплового расцепителя

В модульных автоматических выключателях, выпускаемых по ГОСТ Р 50345-2010, всё просто – есть только номинальный ток In, от которого идут все расчёты и график время-токовой характеристики (ВТХ).

Но у промышленных силовых автоматов в литом корпусе, выпускаемых по ГОСТ Р 50030.2-2010, вместе с номинальным током In есть несколько похожих параметров:

• Ith – Условный тепловой ток на открытом воздухе
• Ithe – Условный тепловой ток в оболочке
• Iu – номинальный длительный (непрерывный) ток
• Ir или Irth – ток уставки теплового расцепителя (его можно регулировать при помощи инструмента). Как правило, Ir можно регулировать от 0,7 до 1 In. В советских силовых автоматах эту уставку можно было ставить и выше In. В бытовых автоматах уставку можно менять тоже, но это секретная информация, если интересно – спрашивайте в комментариях)

Если не вдаваться в подробности, эти токи в некоторых условиях можно считать равными.

Ещё есть расчетно-теоретические токи – Is (предельный ток селективности) и Ib (ток координации), ток Inm (максимальный номинальный ток для данного типоразмера), а также максимально выдерживаемый ток Icw, который определяется только для категории В, автоматы которой имеют временную задержку срабатывания ЭМ расцепителя.

Вообще слово “ток” в ГОСТ Р 500030.2 встречается 544 раза. Сам считал)

Уставка электромагнитного расцепителя мощных автоматов Im

Для силовых автоматов не будет действовать понятие “характеристики отключения В, С, D”. Для них просто устанавливается ток уставки ЭМ расцепителя Im через номинальный ток In. При этом Im = K x In, а коэффициент К может быть равен 10 или другому значению. Допускается отклонение ±20% от значения Im.

Для категории В ещё есть токи расцепления Ii и Isd, которые определяют точки расцепления при наличии временной задержки.

 

Время-токовые характеристики силовых автоматических выключателей

Как и для бытовых, так и для промышленных автоматов, в ГОСТах не приведены конкретные графики. Даны лишь определенные точки (токи), в которых АВ отключается за некоторое время.

Вот они (см.табл.6 ГОСТ Р 500030.2):

• 1,05 Ir – условный ток нерасцепления. Для бытовых автоматов этот ток составляет значение 1,13 In.
• 1,3 Ir – условный ток расцепления. Для бытовых – 1,45 In.
• 3 Ir – “проверочный” ток. Для бытовых – 2,25 In

Подробнее – в таблице:

 

Характеристики обычно приводят только в учебниках и в инструкциях производителей. Для силового автомата ИЕК ВА88-37 в литом корпусе  время-токовая характеристика такая:

Отключающая способность. Размер имеет значение

Первое отличие, что бросается в глаза – размеры. Вроде логично: больше ток – больше размеры. Но дело не только в токе – ведь есть силовые автоматы и на “бытовые” токи – менее 63А. Тем не менее, их размеры могут быть в несколько раз больше, чем у модульных автоматических выключателей.

Тут играет роль отключающая способность – у силовых АВ она всегда выше, чем у “бытовых”. Что это за параметр? Если коротко, отключающая способность характеризует способность автомата выживать и оставаться работоспособным при

Отключающая способность для выключателя – это как устойчивость к краш-тесту для автомобиля.

Существует три вида отключающих способностей:

Номинальная НАИБОЛЬШАЯ отключающая способность Icn

Icn – это номинальный выдерживаемый ток КЗ – ток, при котором автомат может и не выключиться, но и не сгорит (не взорвется). Есть и номинальная НАИБОЛЬШАЯ включающая способность, Icm. Для промышленных автоматов это скорее теоретический параметр, и практически не используется.

Номинальная ПРЕДЕЛЬНАЯ НАИБОЛЬШАЯ отключающая способность Icu

Icu – это номинальная предельная отключающая способность – при этом токе автомат должен выключиться, но его работоспособность в последствии отнюдь не гарантируется.

Согласно ГОСТ, это “Отключающая способность, для которой согласно предписанным условиям в соответствии с установленным циклом испытаний не предполагают способности данного выключателя длительно проводить свой номинальный ток”. Говоря простыми словами, после КЗ при предельном токе Icu  автомат больше работать не будет.

Ток Icu для автомата – крайний, предельный (Ultimate), но производитель гарантирует, что автомат безопасно отключит аварийную цепь, пусть даже ценой собственной жизни.

В английской терминологии, откуда всё пошло, этот параметр звучит как Rated Ultimate Short-Circuit Breaking Capacity (I_cu).

Номинальная РАБОЧАЯ НАИБОЛЬШАЯ отключающая способность Ics

Ics – это номинальная рабочая (эксплуатационная) отключающая способность – при этом токе автомат выключится, останется рабочим, и может быть включенным и эксплуатироваться вновь.

Согласно ГОСТ, это “Отключающая способность, для которой согласно предписанным условиям в соответствии с установленным циклом испытаний предполагают способность данного выключателя длительно проводить свой номинальный ток”. По простому, это означает, что после КЗ с током Ics автомат работать будет.

Rated Service Short-Circuit Breaking Capacity (I_cs). Слово “рабочая” (Servise) говорит о том, что автомат можно после данного тока КЗ включить (естественно, после устранения причин КЗ), и он продолжит работать с теми же параметрами. Некоторые производители утверждают, что ток Ics автомат может выдержать три раза за весь период эксплуатации, далее он подлежит замене. Это и понятно – любое отключение при большом токе для автомата и его контактов является большим стрессом, при котором подгорают контакты и увеличивается переходное сопротивление.

 

Эти параметры в бытовом применении не используются, и в первом приближении (отключающий ток не более 6 кА) можно сказать, что Icn =Icu = Ics. При больших Icn (более 6000 А) Ics = 0,75 Icn, если номинальная отключающая способность автомата будет ещё выше (Icn > 10000 A), Ics = 0,5 Icn. Подробности – в ГОСТ Р50345-2010 (п. 5.2.4) и в табл.18 там же.

В мощном промышленном оборудовании Icn ≥ Icu ≥ Ics, и Ics обычно выражается в процентах от Icu. Icn обычно для таких автоматов не указывают. Тут уже зависит от честности производителя и результатов испытаний.

 

Примеры отключающих способностей

Для нашего автомата IEK ВА88-37 Icu = Ics = 35 кА, подтверждение было выше на фото передней панели. Посмотрим, что у других производителей.

Вот картинка из каталога ABB для бытового автомата:

Все отключающие способности равны.

А вот что говорит нам каталог ABB про автомат с “промышленным” Icn = 25 кА:

 

А вот шильдик автомата КЭАЗ ВА57Ф35:

 

 

Электронные расцепители в силовых автоматах

Есть ещё автоматы с электронными расцепителями, там гораздо шире возможности настройки. Но тема эта очень обширна, поэтому я решил её в статье не затрагивать. Скажу лишь, что там обычно имеется несколько регулировок, про которые лучше внимательно прочитать в инструкции.

Для примера – электронный расцепитель Micrologic 2.3 вводного автомата Schneider Electric NSX400 с уставками: I0 = 330 А, Ir = 0,9I0, Isd = 7Ir:

Автомат селективный (Category B), с током Ii = 4800 A. Неселективный, поскольку нет задержки выключения по времени для ЭМ расцепителя!

Прекрасно тема электронных расцепителей раскрыта в статье Андрея Повного: http://electrik.info/protection/1721-obzor-av-iek-va88-master-s-elektronnym-rascepitelem.html

 

Видео

Видео, в котором рассмотрены вопросы применения АВ с разным номинальным током и отключающей способностью:

 

Скачать

ГОСТ можно скачать самостоятельно, поэтому выкладываю лишь мою статью про ток КЗ, опубликованную в бумажном журнале “Электротехнический рынок”:

• Ток КЗ: размер имеет значение / Статья про ток КЗ, опубликованная в журнале Элек.ру, pdf, 4.45 MB, скачан: 1081 раз./

Пишите свои мнения в комментарии, а я лишь добавлю, что для правильного выбора отключающей способности автоматического выключателя нужно точно знать ток короткого замыкания в месте его установки. Ток может быть расчетным или измеренным.