Рекомендации по увеличению номинального тока автоматических выключателей в распределительных щитах
Для того чтобы дать необходимые указания по методам увеличения номинального тока автоматических выключателей в распределительных щитах, прежде всего, следует проанализировать устройство с точки зрения
термодинамических нагрузок.
Распределительный щит может рассматриваться как конструкция, содержащая ряд элементов, выделяющих тепло, и способная рассеивать тепло во внешнюю среду. Элементы, образующие тепло внутри оболочки, обмениваются теплом друг с другом (теплопроводность), с воздухом внутри распределительного щита (конвекция) и со стенками самого распределительного щита (излучение), как показано на рисунке
В свою очередь, оболочка щита осуществляет теплообмен с внешней средой. Также этот теплообмен происходит посредством теплопроводности (через кабели, подсоединенные к устройству), конвекции и излучения, как показано на Рисунке 2. В оболочках с не очень высокой степенью защиты или с вентиляционными отверстиями теплообмен частично осуществляется через реальную воздушную циркуляцию между устройством и внешней средой.
Все эти явления конвективного теплообмена внутреннего и внешнего воздуха, наряду с конструкцией оболочки, влияют на температуру в каждой точке оболочки и каждого компонента, установленного внутри нее.
В данной статье проведен анализ основных параметров, влияющих на температуру внутри распределительного щита, и приводится некоторая полезная информация относительно их оптимизации с целью снижения температуры и, следовательно, ограничения снижения величины номинального тока автоматических выключателей.
Это следующие параметры: - потери мощности внутри оболочки; - рассеивание тепла, произведенного внутри оболочки; - рассеивание тепла, произведенного выводами;
Потери мощности в распределительных щитах
Как известно, изменение температуры вызвано потерями мощности вследствие протекания тока. Теперь следует подробно рассмотреть различные компоненты, которые представляют собой источники тепла внутри распределительного щита, наряду с мерами, необходимыми для снижения потерь мощности и ограничения их воздействия. Это следующие параметры: внутренняя конструкция, тип установленного автоматического выключателя, площадь поперечного сечения внутренних проводников распределительного щита и пути протекания тока.
Внутренняя конструкция
Материал, применяемый для изготовления конструкции и перегородок внутри распределительных щитов, часто является ферромагнитным и проводящим материалом. Если конструкция системы образует замкнутую структуру вокруг проводников, возникают потери, связанные с вихревыми токами и потерями на гистерезис, и, следовательно, с локальным нагревом. То же самое явление наблюдается в шинных магистралях между оболочкой и токопроводящими шинами.
В качестве примера, демонстрирующего воздействие этого явления, в Таблице 1 указано процентное значение, представляющее часть возникающих в оболочке потерь, отнесенных к потерям мощности в токопроводящих шинах.На основании этих данных следует, что повышение номинального тока и, следовательно, количества параллельных шин на фазу, а также применяемый материал для разделения токопроводящих шин, могут существенно повлиять на нагрев.
Для правильной оценки потерь мощности необходимо также учесть конфигурацию формы разделения: в самом деле, если ферромагнитное кольцо охватывает все три проводника трехфазной системы, как показано на Рис. 8 (или все четыре проводника в системе с нейтралью), то сумма токов приводит к нулевым потерям; напротив, если каждый проводник заключен в один контур, общая индукция не является нулевой,с вытекающим отсюда индуцированнием тока, потерей мощности и, следовательно, выделением тепла.
Это затруднение может быть вызвано также механическими креплениями проводников; поэтому важно не допустить образования структуры из близко расположенных контуров путем вставки изоляторов или анкерных зажимов, выполненных из немагнитного и/или изоляционного материала
Потери мощности в автоматических выключателях
Автоматические выключатели являются компонентами распределительных щитов, которые, в первую очередь, принимаются во внимание при расчете полных потерь мощности.
Принимая во внимание эти два условия, можно сказать, следующее:
- потери мощности выкатных автоматических выключателей выше, чем потери стационарных автоматических выключателей - потери мощности автоматических выключателей с термомагнитными расцепителями выше, чем потери мощности выключателей с электронными расцепителями.
В тяжелых с точки зрения тепловой нагрузки условиях работы рекомендуется использовать автоматические выключатели стационарного исполнения с электронными расцепителями. Разница между потерями мощности автоматического выключателя трехполюсного исполнения по сравнению с четырехполюсным автоматическим выключателем не рассматривается, так как в нормальном режиме работы ток, протекающий в нейтральном проводнике, пренебрежимо мал.
Соотношение поперечного сечения проводников и рассеиваемой мощности
Потери мощности в соединениях составляют от 20 до 40% суммарных потерь мощности в НКУ. Принимая во внимание этот факт, при разработке конструкций НКУ необходимо учитывать рекомендации стандарта МЭК 60890, в котором приведены табличные данные о зависимости потерь мощности от площади поперечного сечения проводников и величины протекающего по ним тока.
С помощью таблицы 2,3,4 на конкретном примере мы покажем важность учета потерь в элементах соединения для правильной оценки суммарных потерь мощности НКУ в целом.
Кроме того, важно отметить, что кабели, входящие в оболочку, оказывают существенное влияние на потери мощности, хотя они часто не принимаются во внимание, так как не являются, в строгом смысле, частью распределительного щита. Здесь приводится пример, показывающий важность влияния соединительных кабелей для правильной оценки суммарных потерь мощности в распределительном щите.
Влияние пути тока
Положение аппаратуры и проводников может повлиять на изменение потерь мощности в распределительном щите. Полагается устанавливать автоматические выключатели, как показано на Рис. 11, так чтобы путь наибольшего тока был как можно короче. Таким образом, отличие от неправильного решения, показанного на Рис. 11а, рассеиваемая мощность внутри распределительного щита ниже и преимущества с точки зрения нагрева очевидны.
В случае распределительных щитов с несколькими вертикальными отсеками, рекомендуется, по возможности, установить вводной автоматический выключатель в среднем отсеке или же в центре по отношению к распределению нагрузки. Таким образом, путем разделения тока на две ветви шинной системы распределительного щита достигается значительное снижение потерь мощности, при том же поперечном сечении по сравнению с конфигурацией, имеющей входящий фидер на обоих концах распределительного щита. что представляет собой решение, неудачное с точки зрения циркуляции наибольших токов.
Продолжение в следующей статье
