Is-limiter — пиротехнический ограничитель тока короткого замыкания для секционного выключателя шин при параллельной работе трансформаторов

[Руководство об Icw/Icm — токе кратковременной стойкости и включающей способности](/guides/nen-3140/vermogensschakelaar-icw-icm-kortstondige-stroomsterkte-maakvermogen) рассматривает, как выключатель должен быть рассчитан на ожидаемый ток короткого замыкания в месте его установки. Эта статья рассматривает конкретную ситуацию, в которой этот ожидаемый ток короткого замыкания внезапно становится выше, чем может выдержать существующая распределительная аппаратура, из-за изменения проекта — и устройство, которое решает эту проблему без замены самой распределительной аппаратуры: Is-limiter.

Проблема: секционирование шин повышает ток короткого замыкания

В низковольтном распределительном устройстве с двумя (или более) трансформаторами, каждый из которых питает свою секцию шин, между двумя секциями шин может быть замкнут секционный выключатель — например, для повышения эксплуатационной надёжности, чтобы при отказе одного трансформатора другой мог питать обе секции шин. Однако пока секционный выключатель замкнут, оба трансформатора совместно участвуют в любом коротком замыкании на любой из секций шин: ожидаемый ток короткого замыкания при неисправности на секции шин A уже не является только вкладом трансформатора A, а представляет собой сумму вкладов как трансформатора A, так и трансформатора B через замкнутую секционную связь.

См. руководство о расчёте тока короткого замыкания методом сопротивлений IEC 60909 о том, как рассчитывается такой суммарный вклад. Практическое следствие: ожидаемый ток короткого замыкания при замкнутом секционном выключателе может оказаться значительно — иногда намного выше стойкости к короткому замыканию (Icw/Icm) существующих выключателей, шин и прочей распределительной аппаратуры — выше, чем ток короткого замыкания каждого трансформатора по отдельности.

Обычное решение и почему оно не всегда практично

Обычное решение — заменить всю распределительную аппаратуру — шины, выключатели, защитные реле — на оборудование с более высокой стойкостью к короткому замыканию, способное выдержать полный суммарный ток короткого замыкания. В существующей установке, где секционный выключатель должен лишь позднее оставаться постоянно замкнутым (например, после изменения философии эксплуатации или после расширения вторым трансформатором), это дорогостоящее и трудоёмкое вмешательство, часто требующее длительного отключения всего распределительного устройства.

Как это решает Is-limiter: разрыв до достижения первого пика тока

Is-limiter — это пиротехнический коммутационный элемент, устанавливаемый непосредственно в самом секционном соединении шин, который при обнаружении тока короткого замыкания, превышающего заранее установленное значение срабатывания, физически разрывает секционное соединение в течение нескольких миллисекунд — задолго до достижения первого пика тока (первого пика асимметричного тока короткого замыкания) — посредством взрывного разрушения проводника и почти мгновенного гашения образовавшейся дуги в специальной гасящей среде.

Поскольку разрыв происходит до того, как ток короткого замыкания достигает своего пикового значения, остальная часть установки — существующие шины и распределительная аппаратура по обе стороны секционного соединения — "видит" ток короткого замыкания, остающийся ограниченным примерно на уровне одного трансформатора, вместо полной, беспрепятственной суммы обоих трансформаторов. В результате существующую распределительную аппаратуру не нужно завышать по номиналу на суммарный ток короткого замыкания, даже если секционный выключатель остаётся замкнутым в нормальном режиме работы.

Обратите внимание: Is-limiter принципиально отличается от выключателя или предохранителя — он предназначен для ограничения самого нарастания тока до достижения пикового значения, а не для простого отключения после возникновения неисправности, как обычное защитное устройство. Это делает его подходящим в качестве дополнительного токоограничивающего устройства в секционном соединении шин, а не заменой обычной селективной защиты отходящих присоединений.

Ключевое ограничение: одноразовое срабатывание

Пиротехнический принцип действия Is-limiter означает, что устройство физически расходуется при срабатывании и должно быть заменено прежде, чем секционный выключатель сможет снова быть введён в эксплуатацию — в отличие от выключателя, который после устранения неисправности можно просто сбросить и снова включить. Это осознанный компромисс проектирования: ожидается, что Is-limiter срабатывает редко (только при фактическом коротком замыкании при замкнутом секционном выключателе), и стоимость эпизодической замены на практике часто с запасом окупает экономию от отсутствия необходимости замены полной распределительной аппаратуры.

Практическая значимость

При оценке распределительного устройства с двумя или более трансформаторами, работающими параллельно, и секционным выключателем, который должен оставаться постоянно замкнутым, Is-limiter — вариант, достойный рассмотрения, когда суммарный ожидаемый ток короткого замыкания превышает стойкость к короткому замыканию существующей распределительной аппаратуры — особенно в существующей установке, где полная замена аппаратуры была бы непропорционально дорогой или неосуществимой с эксплуатационной точки зрения. При применении следует проверить, что значение срабатывания Is-limiter правильно согласовано как с нормальным рабочим током через секционное соединение (отсутствие нежелательной активации при обычных переключениях нагрузки), так и с фактическим вкладом короткого замыкания от второго трансформатора.

Типичные ошибки

1. Постоянное замыкание секционного выключателя после расширения вторым трансформатором без повторного расчёта суммарного ожидаемого тока короткого замыкания, из-за чего существующая распределительная аппаратура незаметно нагружается сверх своей стойкости к короткому замыканию.
2. Рассмотрение Is-limiter как замены обычной селективной защиты отходящих присоединений — Is-limiter конкретно ограничивает суммарный вклад через секционное соединение при неисправности шин, а не обычную селективность между присоединениями.
3. Отсутствие запасного экземпляра на складе, из-за чего секционный выключатель остаётся выведенным из эксплуатации дольше, чем необходимо, после срабатывания.
4. Неправильная настройка значения срабатывания относительно нормального рабочего тока через секционное соединение, что приводит к нежелательной активации (а значит, к ненужным затратам на замену) при нормальном, неаварийном токе нагрузки.

Связанные материалы

• Icw/Icm — ток кратковременной стойкости и включающая способность выключателей
• Расчёт тока короткого замыкания по IEC 60909 — метод сопротивлений
• Группы соединения трансформаторов и параллельная работа
• Резервный генератор — мощность короткого замыкания и селективность защиты