Is-limiter — піротехнічний обмежувач струму короткого замикання для секційного вимикача шин при паралельній роботі трансформаторів

[Посібник про Icw/Icm — струм короткочасної стійкості та вмикальну здатність](/guides/nen-3140/vermogensschakelaar-icw-icm-kortstondige-stroomsterkte-maakvermogen) розглядає, як вимикач має бути розрахований на очікуваний струм короткого замикання в місці його встановлення. Ця стаття розглядає конкретну ситуацію, в якій цей очікуваний струм короткого замикання раптово стає вищим, ніж може витримати наявна розподільча апаратура, через зміну проєкту — та пристрій, який вирішує цю проблему без заміни самої розподільчої апаратури: Is-limiter.

Проблема: секціонування шин підвищує струм короткого замикання

У низьковольтному розподільчому пристрої з двома (або більше) трансформаторами, кожен з яких живить свою секцію шин, між двома секціями шин можна замкнути секційний вимикач — наприклад, для підвищення експлуатаційної надійності, щоб у разі відмови одного трансформатора інший міг живити обидві секції шин. Однак поки секційний вимикач замкнений, обидва трансформатори спільно беруть участь у будь-якому короткому замиканні на будь-якій із секцій шин: очікуваний струм короткого замикання при несправності на секції шин A вже не є лише внеском трансформатора A, а являє собою суму внесків як трансформатора A, так і трансформатора B через замкнений секційний зв'язок.

Див. [посібник про розрахунок струму короткого замикання методом опорів IEC 60909](/guides/nen-1010/kortsluitstroomberekening-iec-60909-impedantiemethode) про те, як розраховується такий сумарний внесок. Практичний наслідок: очікуваний струм короткого замикання при замкненому секційному вимикачі може виявитися значно — іноді набагато вище стійкості до короткого замикання (Icw/Icm) наявних вимикачів, шин та іншої розподільчої апаратури — вищим, ніж струм короткого замикання кожного трансформатора окремо.

Звичайне рішення і чому воно не завжди практичне

Звичайне рішення — замінити всю розподільчу апаратуру — шини, вимикачі, захисні реле — на обладнання з вищою стійкістю до короткого замикання, здатне витримати повний сумарний струм короткого замикання. У наявній установці, де секційний вимикач має лише пізніше залишатися постійно замкненим (наприклад, після зміни філософії експлуатації або після розширення другим трансформатором), це дороге та трудомістке втручання, що часто вимагає тривалого відключення всього розподільчого пристрою.

Як це вирішує Is-limiter: розрив до досягнення першого піку струму

Is-limiter — це піротехнічний комутаційний елемент, який встановлюється безпосередньо в самому секційному з'єднанні шин і який при виявленні струму короткого замикання, що перевищує заздалегідь встановлене значення спрацювання, фізично розриває секційне з'єднання протягом кількох мілісекунд — задовго до досягнення першого піку струму (першого піку асиметричного струму короткого замикання) — за допомогою вибухового руйнування провідника та майже миттєвого гасіння утвореної дуги в спеціальному гасильному середовищі.

Оскільки розрив відбувається до того, як струм короткого замикання досягає свого пікового значення, решта установки — наявні шини та розподільча апаратура з обох боків секційного з'єднання — "бачить" струм короткого замикання, що залишається обмеженим приблизно на рівні одного трансформатора, замість повної, безперешкодної суми обох трансформаторів. У результаті наявну розподільчу апаратуру не потрібно завищувати за номіналом на сумарний струм короткого замикання, навіть якщо секційний вимикач залишається замкненим у нормальному режимі роботи.

Зверніть увагу: Is-limiter принципово відрізняється від вимикача чи запобіжника — він призначений для обмеження самого наростання струму до досягнення пікового значення, а не для простого відключення після виникнення несправності, як звичайний захисний пристрій. Це робить його придатним як додатковий струмообмежувальний пристрій у секційному з'єднанні шин, а не заміною звичайного селективного захисту відхідних приєднань.

Ключове обмеження: одноразове спрацювання

Піротехнічний принцип дії Is-limiter означає, що пристрій фізично витрачається при спрацюванні і повинен бути замінений перш ніж секційний вимикач зможе знову бути введений в експлуатацію — на відміну від вимикача, який після усунення несправності можна просто скинути й знову увімкнути. Це свідомий компроміс проєктування: очікується, що Is-limiter спрацьовує рідко (лише при фактичному короткому замиканні при замкненому секційному вимикачі), і вартість епізодичної заміни на практиці часто з запасом окупає економію від відсутності потреби заміни повної розподільчої апаратури.

Практична значущість

Під час оцінювання розподільчого пристрою з двома або більше трансформаторами, що працюють паралельно, та секційним вимикачем, який повинен залишатися постійно замкненим, Is-limiter — варіант, вартий розгляду, коли сумарний очікуваний струм короткого замикання перевищує стійкість до короткого замикання наявної розподільчої апаратури — особливо в наявній установці, де повна заміна апаратури була б непропорційно дорогою або неможливою з експлуатаційної точки зору. При застосуванні слід перевірити, що значення спрацювання Is-limiter правильно узгоджене як з нормальним робочим струмом через секційне з'єднання (відсутність небажаної активації при звичайних перемиканнях навантаження), так і з фактичним внеском короткого замикання від другого трансформатора.

Типові помилки

1. Постійне замикання секційного вимикача після розширення другим трансформатором без повторного розрахунку сумарного очікуваного струму короткого замикання, через що наявна розподільча апаратура непомітно навантажується понад свою стійкість до короткого замикання.
2. Розгляд Is-limiter як заміни звичайного селективного захисту відхідних приєднань — Is-limiter конкретно обмежує сумарний внесок через секційне з'єднання при несправності шин, а не звичайну селективність між приєднаннями.
3. Відсутність запасного екземпляра на складі, через що секційний вимикач залишається виведеним з експлуатації довше, ніж необхідно, після спрацювання.
4. Неправильне налаштування значення спрацювання відносно нормального робочого струму через секційне з'єднання, що призводить до небажаної активації (а отже, до непотрібних витрат на заміну) при нормальному, неаварійному струмі навантаження.

Пов'язані матеріали

• Icw/Icm — струм короткочасної стійкості та вмикальна здатність вимикачів
• Розрахунок струму короткого замикання за IEC 60909 — метод опорів
• Групи з'єднання трансформаторів та паралельна робота
• Резервний генератор — потужність короткого замикання та селективність захисту