Захист від відмови вимикача (breaker failure protection, ANSI 50BF) — останній рівень захисту, коли вимикач не відкривається

Посібник про налаштування LSI(G) та посібник про зонне селективне блокування (ZSI) обидва розглядають, як силовий вимикач отримує команду відключення у потрібний момент. Однак обидва мовчазно виходять із припущення, яке не завжди правильне: що вимикач дійсно виконує цю команду. Ця стаття розглядає рівень захисту, спеціально розроблений на випадок, якщо це припущення не виконується: захист від відмови вимикача (breaker failure protection), на практиці позначуваний кодом ANSI 50BF.

Чому вимикач може не відреагувати на команду відключення

Силовий вимикач може не відкритися попри правильну команду відключення від свого захисного реле з кількох механічних або електричних причин: механічно заклинений або зношений розчіплювальний механізм, несправна або незнеструмлена відключальна котушка, обрив проводки між реле та котушкою або — при серйозному внутрішньому пошкодженні самого вимикача — пошкодження, що фізично перешкоджає механізму. У всіх цих випадках замикання, яке команда відключення мала усунути, просто зберігається, тоді як усі вищестоящі вимикачі не знають про цю відмову і продовжують утримувати свою звичайну часову затримку, встановлену для цього замикання.

Як працює 50BF: контроль струму після команди відключення

Функція 50BF пов'язана з командами відключення контрольованого вимикача і працює по суті у два кроки:

1. Щойно контрольований вимикач отримує команду відключення, запускається внутрішній пусковий таймер (зазвичай порядку кількох десятків мілісекунд), після чого 50BF перевіряє, чи продовжує текти струм через вимикач.
2. Якщо струм все ще присутній після закінчення цього часу — ознака того, що вимикач фактично не відкрився — 50BF негайно надсилає резервну команду відключення на всі навколишні вимикачі, які можуть перервати замикання іншим шляхом (наприклад, вищестоящий вимикач у розподільчому пристрої або інші вимикачі, що живлять ту саму шину).

Якщо вимикач дійсно відкрився правильно до закінчення цього часу, струм зникає, 50BF це виявляє, і резервна команда не надсилається — вимикач просто виконав своє власне завдання, і 50BF не втручається.

Фундаментальний компроміс: додатковий час проти необмежено триваючого замикання

Пусковий час функції 50BF є свідомим компромісом між двома ризиками. Занадто короткий пусковий час ризикує призвести до непотрібного втручання 50BF, тоді як вимикач насправді ще перебуває в межах свого звичайного, дещо повільнішого механічного часу відкриття — з непотрібним, більшим відключенням здорових частин мережі в результаті. Занадто довгий пусковий час дозволяє замиканню, коли вимикач дійсно відмовляє, тривати невиправдано довго, перш ніж втрутяться резервні вимикачі, з підвищеним ризиком пошкодження обладнання та вищою енергією електричної дуги (див. посібник про електричну дугу). Тому пусковий час ретельно узгоджується з реальним, зазначеним виробником часом відкриття конкретного вимикача, з обмеженим запасом понад це — а не із загальним емпіричним правилом, застосовним до кожного типу вимикача.

50BF — це доповнення до основного захисту, а не його заміна

Подібно до того, як зонне селективне блокування (ZSI) покращує час реакції вимикача, не замінюючи базове налаштування LSI(G), 50BF є рівнем захисту-підстраховки, який активується лише тоді, коли основний захист і сам контрольований вимикач не виконують своє завдання належним чином. Правильно працюючий вимикач, який просто виконує свою власну команду відключення, ніколи не активує 50BF — функція втручається виключно у конкретному, відносно рідкісному, але потенційно дуже шкідливому сценарії вимикача, який не відкривається.

Увага: точний пусковий час, точний поріг струму, нижче якого 50BF робить висновок, що вимикач дійсно відкрився, і те, які навколишні вимикачі отримують резервну команду, випливають із системного дослідження та налаштувань реле конкретної установки; ця стаття розглядає принцип, а не готову таблицю налаштувань для кожного розподільчого пристрою.

Практична значущість

При оцінці концепції захисту важливого розподільчого пристрою — особливо в місцях, де відсутність відключення мала б серйозні наслідки, таких як головний розподільчий щит або шина з кількома вводами — доцільно перевірити, чи наявний захист 50BF і чи правильно він налаштований, а також чи дійсно пусконалагоджувальне випробування пройшло через резервний сценарій (імітація контрольованого вимикача як "невідкритого"), а не лише звичайну функцію відключення.

Часті помилки

1. Припущення, що вимикач завжди відкривається одразу після отримання команди відключення — механічні або електричні несправності самого вимикача без 50BF залишаються непоміченими і невирішеними.
2. Встановлення занадто короткого пускового часу 50BF — це може призвести до непотрібного втручання, поки контрольований вимикач ще перебуває в межах свого звичайного, дещо повільнішого часу відкриття.
3. Встановлення занадто довгого пускового часу 50BF — це дозволяє дійсно несправному вимикачу допускати невиправдано довге тривання замикання, перш ніж втрутяться резервні вимикачі.
4. Невключення 50BF у пусконалагоджувальне випробування — без явного тестування резервного сценарію залишається незрозумілим, чи дійсно функція працює у момент, коли вона потрібна.

Пов'язані матеріали

• Налаштування силового вимикача — L, S, I та G у захисній кривій LSI(G)
• Зонне селективне блокування (ZSI)
• Електрична дуга (arc flash) — ризик, енергія та ЗІЗ
• Силовий вимикач (MCCB) порівняно з автоматичним вимикачем (MCB)