Низковольтное устройство распределения и управления (НКУ): комбинация низковольтных коммутационных аппаратов с устройствами управления, измерения, сигнализации, защиты, регулирования и т.п., полностью смонтированных изготовителем НКУ (под его ответственность на единой конструктивной основе) со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями с соответствующими конструктивными элементами.
НКУ состоит из несущей конструкции (п.2.4.1. ГОСТ Р 51321.1-2007), предназначенной для установки на ней комплектующих элементов НКУ и оболочки, а также аппаратуры распределения и управления со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями.
В данной серии статей приводятся справочные материалы по методам расчета мощности потерь в основных элементах НКУ:
- автоматических выключателях;
- проводниках (кабелях и шинах), входящих в состав главной и вспомогательной цепей НКУ;
- элементах сборных и распределительных шин.
А также на основе конкретных примеров даются практические рекомендации выбора автоматических выключателей для НКУ. В статье дан обзор требований основных стандартов по низковольтным комплектным устройствам и аппаратуре распределения и управления.
К ним относятся:
1. ГОСТ Р 51321.1-2007 (стандарт МЭК 60439-1-2004) “Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Устройства, испытанные полностью или частично. Общие технические требования и методы испытаний”.
2. ГОСТ Р 50030.1-2007 (стандарт МЭК 60947-1-2004) “Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования и методы испытаний”.
3. ГОСТ Р 50030.2-2010 (стандарт МЭК 60947-2-2006) “Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели”.
Проведен анализ главных проблем, с которыми сталкивался, как производитель НКУ, при разработке его конструкции и выполнении требований вышеперечисленных технических норм.
Общие положения
Одна из основных проблем, усложняющая выбор типа и марки автоматического выключателя для НКУ - это правильная оценка такого его параметра как номинальный длительный ток (Iu).
Полная свобода производителя НКУ при проектировании распределительных щитов с использованием компонентов, различных по количеству, положению и размерам, приводит к такому разнообразию условий монтажа одного и того же автоматического выключателя, что невозможно точно определить фактическое значение этого параметра, который связан с конкретными рабочими условиями внутри корпуса НКУ. Поэтому при выборе аппарата защиты недостаточно руководствоваться только такой его характеристикой как “номинальный ток”
(In). Такой подход является характерной ошибкой при выборе аппаратов защиты на этапе проектирования распределительных сетей 0,4 кВ. После расчета величины тока в цепях этих сетей инженер-проектировщик выбирает аппарат защиты, исходя из значения In. Производитель НКУ в этом случае должен выбрать такие размеры корпусов НКУ и степени защиты, обеспечиваемые их оболочками, которые создадут условия, идентичные условиям испытания, при которых определялась величина In производителем выключателя, что при реальном конструировании НКУ реализовать практически невозможно. Далее рассмотрим более подробно понятия “номинального тока” автоматического выключателя и условия, при которых он определяется.
Номинальный ток
В начале раскроем содержание понятия “номинальный ток” в контексте определений, приводимых в стандартах ГОСТ Р 50030.1 и ГОСТ Р 50030.2. Номинальным током автоматического выключателя (In) является номинальный длительный ток (Iu), равный условному тепловому току на открытом воздухе (Ith) (п.4.3.2.3 ГОСТ Р 50030.2). Условный тепловой ток на открытом воздухе (Ith) - это максимальное значение испытательного тока, используемого при проверке превышения температуры аппаратов открытого исполнения на открытом воздухе (п. 4.3.2.1 ГОСТ Р 50030.1).
Далее рассмотрим более подробно условия проведения испытаний для определения номинальных параметров автоматических выключателей, предусмотренных стандартом ГОСТ Р 50030.2 (МЭК 60947-2).
Условия испытаний должны удовлетворять требованиям, перечисленным в п.8.3.2. ГОСТ Р 50030.2 (МЭК 60947-2).
К ним относятся:
- выключатели должны испытываться на открытом воздухе. Под “открытым воздухом” стандарт ГОСТ Р 50030.1(МЭК 60947.1) понимает “нормальную атмосферу в помещении без сквозняков и внешней радиации, следовательно, не допускаются никакая внешняя радиация или сквозняки, если только они не вызваны естественной конвекцией вследствие нагревания.
- номинальный ток проверяется путем соединения автоматического выключателя с проводниками, имеющими размер (максимум) и длину (минимум), как указано в соответствующем Стандарте, это означает, что стандартные условия применимы также к условиям соединения автоматического выключателя;
- номинальный ток проверяется во время испытания путем обеспечения максимального превышения температуры в пределах, допустимых на различных частях автоматического выключателя. Такое превышение температуры, понимаемое не как абсолютная температура, а как разница температур, выраженная в градусах Кельвина, соотносится с температурой окружающего воздуха 40°C.
Реальные условия эксплуатации автоматических выключателей значительно отличаются от условий, при которых проводятся их испытания. Это обусловлено тем, что автоматические выключатели устанавливаются на несущих конструкциях НКУ, которые имеют защитные оболочки (это понятие дано по ГОСТ Р 51321.1, поэтому не путать с понятием “оболочки” по ГОСТ Р 50030). Функции защитных оболочек НКУ следующие:
- преграждение доступа людей к соединениям различной аппаратуры (за исключением преднамеренных действий);
- обеспечение места для размещения автоматических выключателей, где гарантируется их стабильное положение;
- гарантия адекватной защиты от проникновения твердых инородных предметов и воды.
Но вместе с этим защитные оболочки также ограничивают доступ воздуха к элементам НКУ.
Поэтому условия установки внутри НКУ отличаются от условий, заданных стандартом ГОСТ Р 50030.2 (МЭК 60947-2), необходимых для определения номинального тока автоматического выключателя. Внутри корпуса НКУ присутствуют также дополнительные элементы, такие как - соединительные провода, ограждения, другие аппараты защиты и коммутации.
Поэтому конкретный автоматический выключатель вынужден работать в условиях, которые имеют следующие особенности:
- работа в закрытом пространстве, а не на открытом воздухе, с ограничением его циркуляции;
- длина соединительных проводников выбрана с учетом фактической конструкции НКУ;
- температура воздуха вокруг автоматического выключателя тзависит от перечисленных выше факторов, а также от общего количества размещенных в данном объеме корпуса аппаратов защиты и управления.
Этот вывод закреплен в п.8.3.2 ГОСТ Р 50030.2 (МЭК 60947.2). Он предусматривает проведение дополнительных испытаний автоматических выключателей, установленных в НКУ в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р 51321.1 (МЭК 60439-1).
Проверка превышения температуры посредством испытания (согласно ГОСТ Р 51321.1 (МЭК 60439-1))
ГОСТ Р 51321.1 (МЭК 60439-1) на низковольтные комплектные устройства касается не отдельных имеющихся компонентов, но “оборудования”, понимаемого как комбинация одного или многих защитных или коммутационных аппаратов, оснащенных всевозможными устройствами коммутации, измерения, защиты и регулировки с внутренними электрическими и механическими соединениями.
Поэтому, когда в данном Стандарте упоминается номинальный ток, то речь идет о номинальном токе единой электрической цепи, а не о номинальном токе отдельных компонентов, таких как автоматические выключатели или проводники. В соответствии с определением, номинальный ток цепи устанавливается производителем распределительного щита как функция номинальных значений электрических компонентов цепи, их расположения и применения.
Ток должен проходить, не вызывая увеличения температуры различных частей устройства выше предельных значений, установленных при проведении испытания в соответствии с указаниями Стандарта.
Условия проведения испытания на превышение температуры содержат два основных указания:
- цепи распределительного щита должны испытываться при токе, равном номинальному току, умноженному на номинальный коэффициент одновременности fn, понимаемый как отношение между максимальным значением суммы токов, протекающих по всем рассматриваемым основным цепям в любой момент, и суммой номинальных токов тех же цепей
Itest = InC x fn
- если нет подробной информации о внешних проводниках, используемых в нормальных рабочих условиях, поперечные сечения в зависимости от номинального тока цепей задаются Стандартом.
Дополнительную информацию по соответствующим вопросам следует смотреть в указаниях, содержащихся в Стандарте. Из вышеприведенных указаний следует, что:
- если номинальный коэффициент одновременности fn<1 (не все нагрузки подаются со 100% номинальным током), цепи распределительного щита испытываются при значении тока, меньше номинального при полной нагрузке; однако, испытание должно проводиться на таких цепях, которые позволяют воспроизвести самые тяжелые условия превышения температуры;
- если в распределительном щите имеются проводники с поперечным сечением, которое меньше сечения, предписанного Стандартом, и они используются при испытании, то при нормальной эксплуатации может наступить превышение температуры выше максимальных допустимых значений, измеренных во время испытания.
Следующий числовой пример поясняет сказанное выше. Имеется распределительный щит (Рис. 3), нагрузки которого подсоединены такими же проводниками, посредством которых он вводится в эксплуатацию; производитель задает номинальный ток для цепей нагрузки и определяет номинальный коэффициент одновременности “fn” для испытываемой конструкции. В этих условиях распределительный щит или часть распределительного щита испытывается путем одновременной “подачи” во все цепи испытательного тока, равного заданному номинальному току, умноженному на “fn”.
Следовательно, в распределительном щите номинальный ток цепи не задается, а определяется с учетом заданного коэффициента одновременности. В соответствии с этими условиями испытаний определяются значения абсолютной температуры TT (выражена в °C), при которой работают различные части устройства; с учетом средней температуры окружающей среды TA, ниже или равной 35 °C, не должны быть превышены пределы превышения температуры ΔT = (TT – TA), установленные ГОСТ Р 51321.1.
В таблице для различных компонентов устройств указаны пределы превышения температуры, которые действительны при проведении испытания на превышение температуры в соответствии с указаниями ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1-2004).
