Dariusz ANTOSIUK ABB Sp. z o.o. NOWOCZESNE WYŁĄCZNIKI NISKIEGO NAPIĘCIA FIRMY ABB, PARAMETRY, NASTAWY, APLIKACJE Streszczenie: Referat prezentuje gamę nowoczesnych wyłączników niskiego napięcia. Przedstawiono parametry wyłączników kompaktowych Tmax i powietrznych Emax. Krótko zostały omówione wyzwalacze zabezpieczeniowe dostępne z tymi wyłącznikami. 1. Informacje ogólne ABB posiada kompletną ofertę wyłączników niskiego napięcia aż do 6300 A. W zakresie do A są to wyłączniki kompaktowe Tmax i powietrzne X1. Zakres do 6300 A pokrywają wyłączniki powietrzne Emax. Seria wyłączników kompaktowych Tmax składa się z wyrobów o najnowszej formie technologicznej i jest owocem najnowocześniejszych narzędzi projektowych i symulacyjnych, o doskonałych parametrach przy małych wymiarach zewnętrznych. Dzięki nowej technologii zastosowanej w komorach łukowych oraz prędkości otwierania się styków, wyłączniki serii Tmax gwarantują poważne ograniczenie przenoszonej energii oraz redukcję wartości szczytowych prądu, ograniczając tym samym przegrzanie urządzenia i naprężenia elektrodynamiczne. Ponadto nowe wyłączniki Tmax wykorzystują całkowicie wspólną i znormalizowaną gamę akcesoriów, co oznacza istotną korzyść w postaci mniejszych zapasów, jak również elastyczność i łatwość w użyciu. Rys. 1. Widok wyłączników Wszystkie wyłączniki powietrzne Emax, za wyjątkiem Emax X1, są tej samej wysokości i głębokości, co daje w efekcie rozdzielnice niewielkich rozmiarów. Posiadają szereg właściwości, takich jak wysuwanie przy zamkniętych drzwiach, stopień ochrony na zewnątrz do IP54, szereg zabezpieczeń oraz podwójną izolację, które oznaczają, że personel pracuje zawsze w maksymalnie bezpiecznych warunkach. Innowacyjna konstrukcja bieguna gwarantuje całkowitą separację pomiędzy fazami oraz między fazą a przewodem neutralnym i zapewnia nieograniczoną możliwość kontroli komory łukowej oraz styków głównych. Nr 151 19
1.1. Wyłączniki Tmax Wyłączniki Tmax są oferowane w siedmiu wielkościach: T1, T2, T3, T4, T5, T6 i T7. Prąd zwarciowy wyłączalny graniczny, I cu, przy AC sięga od 16 ka do 200 ka. Aby spełnić różne wymagania aplikacji, dostępny jest następujący asortyment wyłączników: wyłączniki do rozdziału mocy AC i DC, wyłączniki do zabezpieczania silników, wyłączniki do aplikacji na napięcie do V AC i DC, rozłączniki. Dla każdej wielkości wyłączniki są dostępne w wersji 3- i 4-biegunowej. Wyposażone są w wyzwalacze zabezpieczeniowe: termomagnetyczne, magnetyczne regulowane lub elektroniczne. Tablica 1. Wyłączniki Tmax podstawowe parametry T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 I u [A] 160 160 250 250 320 400 630 630 800 900 U e [V] 690 690 690 690 690 690 690 I cu [ka] 36 85 50 200 200 100 150 I cs [%I ] cu 75 100 50 100 100 75 100 Wyłączniki T1, T2, T3, T4, T5 i T6 wyposażone w wyzwalacze termomagnetyczne TMD i TMA mogą być stosowane również w systemach prądu stałego, z zakresem zastosowania od 1 A do 800 A i minimalnym napięciem roboczym 24 V DC. Tablica 2. Wyłączniki Emax podstawowe parametry I u U e [A] 800 E1 E2 E3 E4 E6 800 2000 2500 3200 3200 4000 3200 4000 5000 6300 [V] 690 690 690 690 690 I cu [ka] 50 85 130 150 150 I cs 20 [ka] 50 85 100 150 125 I cw (1s) [ka] 50 65 85 100 100 I cw (3s) [ka] 36 42 65 75 85
Nr 151 Instalacje elektryczne niskiego napięcia 1.2. Wyłączniki Emax Wyłączniki Emax dostępne są w pięciu wielkościach: E1, E2, E3, E4 i E6. Prąd zwarciowy wyłączalny graniczny, I cu, przy 380/415V AC wynosi od 42 ka do 150 ka. Dla każdej wielkości wyłączniki są dostępne w wersji 3- i 4-biegunowej, stacjonarnej lub wysuwnej. Wyłączniki X1 to najlepsze rozwiązanie dla tych wszystkich zastosowań, w których wymiary urządzeń są czynnikiem decydującym o wyborze wyłącznika. Po raz pierwszy wyłącznik powietrzny może być instalowany zarówno w pozycji pionowej, jak i poziomej, zarówno w wersji stacjonarnej, jak i wysuwnej. 2. Zabezpieczenia Wyłączniki Tmax T1 1p, T1, T2, T3, T4, T5 oraz T6 mogą współpracować z wyzwalaczami termomagnetycznymi i są stosowane do ochrony sieci prądu stałego lub prądu przemiennego w zakresie od 1,6 A do 800 A. Umożliwiają one ochronę przed przeciążeniem za pomocą układu termicznego wykorzystującego czujnik bimetaliczny (o stałym progu zadziałania dla T1 1p oraz regulowanym progu dla T1, T2, T3, T4, T5 i T6) oraz ochronę przeciwzwarciową za pomocą układu magnetycznego (o stałym progu dla T1, T2, T3 i dla T4 do 50 A oraz o regulowanym progu dla T4, T5 i T6). Wyłączniki w wersji czterobiegunowej do 100 A są zawsze dostarczane z zabezpieczeniem bieguna neutralnego na 100% wartości prądu biegunów fazowych. Dla zakresów wyższych niż 100 A zabezpieczenie bieguna neutralnego jest ustawione na 50% wartości prądu fazowego, przy czym na żądanie dostępne są wyłączniki o nastawie równej 100% prądu fazowego. Ponadto dla wyłączników Tmax T2, T3 i T5 dostępne są wyzwalacze termomagnetyczne TMG z obniżonym progiem wyzwalania części magnetycznej (przeciwzwarciowej). Dla wyłączników T2 i T3 wyzwalacz ma regulowany próg termiczny (I 1 = 0,7-1 I n) oraz stały próg magnetyczny ( I3 = 3 In), podczas gdy wyzwalacz dla wyłącznika T5 ma regulowany zarówno próg termiczny ( I1 = 0,7-1 x In) oraz magnetyczny ( I3 = 2,5-5 In). Te wyzwalacze termomagnetyczne mogą być stosowane w układach zabezpieczeń długich linii kablowych lub w układach zabezpieczeń generatorów zarówno prądu stałego, jak i przemiennego. Wyłączniki T2, T4, T5, T6 oraz T7 do zastosowań w układach prądu przemiennego mogą być wyposażone w wyzwalacze nadmiarowo-prądowe, skonstruowane przy użyciu technologii elektronicznej. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wysokiej niezawodności poszczególnych funkcji zabezpieczeń, precyzyjne ustawianie progów zadziałania oraz niezależność pracy układu od temperatury i nieczułość na zakłócające pola elektromagnetyczne zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm. Energia zasilania wymagana do prawidłowej pracy urządzenia jest dostarczana wprost z czujników prądowych przekaźnika, a wyzwolenie jest zawsze gwarantowane, nawet w warunkach obciążenia tylko jednej fazy i minimalnej nastawy. W wyłącznikach Emax jako zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe instalacji AC przewidziano trzy rodzaje wyzwalaczy elektronicznych serii: PR121/P, PR122/P oraz PR123/P. Seria podstawowa PR121/P obejmuje komplet standardowych funkcji zabezpieczeniowych oraz przyjazny użytkownikowi interfejs. Nowe wskaźniki LED umożliwiają identyfikację awarii, która pobudziła zabezpieczenie. Wyzwalacze typu PR122/P i PR123/P to jednostki o nowej strukturze, opartej na modułach funkcjonalnych. Dzięki tym urządzeniom możliwe jest obecnie uzyskanie kompletnej funkcji 21
zabezpieczeń, dokładnego opomiarowania, sygnalizacji i komunikacji, uwzględniających specyfikę danej aplikacji. System zabezpieczeń składa się z: 3 lub 4 czujników prądu nowej generacji (cewki Rogowskiego); zewnętrznych czujników prądu (tj. dla przewodu neutralnego, do wykrywania prądów różnicowych lub ziemnozwarciowych); wyzwalacza zabezpieczeniowego wybranego spośród PR121/P, PR122/P lub PR123/P z opcjonalnym modułem komunikacyjnym Modbus lub Fieldbus (tylko PR122/P i PR123/P), jak również z możliwością komunikacji bezprzewodowej; cewki wybijakowej działającej bezpośrednio na mechanizm wyłącznika (wchodzi w zakres dostawy zabezpieczenia). Wyzwalacz SACE PR122 jest elastycznym systemem zabezpieczeniowym wysokiej klasy, opartym o najnowsze osiągnięcia techniki mikroprocesorowej i technologię DSP. Po wyposażeniu w opcjonalny dialogowy moduł wewnętrzny PR120/D-M, PR122/P zmienia się w inteligentne urządzenie zabezpieczeniowe, pomiarowe i komunikacyjne bazujące na protokole Modbus. PR122/P można również przy użyciu PR120/D-M połączyć z wtyczką adaptera ABB EP010 Fieldbus, co daje możliwość wyboru spośród kilku różnych sieci, takich jak Profibus i DeviceNet. Pełen zakres nastaw sprawia, że to urządzenie zabezpieczające nadaje się idealnie do powszechnego zastosowania w instalacjach dowolnego typu, poczynając od zabezpieczeń rozdzielnic aż po zabezpieczenia silników, transformatorów, napędów i generatorów. Dostęp do informacji i programowania z klawiatury i graficznego wyświetlacza ciekłokrystalicznego jest niezwykle prosty i ma charakter intuicyjny. Obecnie interfejsy dla PR122/P i PR123/P są takie same, żeby zapewnić użytkownikowi maksymalną wygodę. Wbudowany amperomierz oraz szereg innych dodatkowych elementów stanowi wzbogacenie i uzupełnienie funkcji zabezpieczeniowych. Te dodatkowe funkcje można dalej rozszerzać o możliwości komunikacji, sygnalizacji, pomiarów oraz komunikacji bezprzewodowej. Wyzwalacz PR122/P zapewnia następujące funkcje zabezpieczeniowe (w zależności od wersji): zabezpieczenie przed przeciążeniem (L), zabezpieczenie zwarciowe selektywne (S), zabezpieczenie zwarciowe bezzwłoczne (I), zabezpieczenie ziemnozwarciowe (G), zabezpieczenie przed asymetrią fazową (U), wewnętrzne zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury (OT), pamięć termiczna dla członu L i S, funkcję selektywności strefowej dla członu S i G, zabezpieczenie różnicowoprądowe (Rc) z przekładnikiem toroidalnym zewnętrznym, zabezpieczenie od doziemienia źródła przekładnikiem toroidalnym zewnętrznym. Wyzwalacz PR122/P z dodatkowym modułem PR120/V zapewnia również następujące funkcje zabezpieczeniowe: zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem napięcia (UV), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem napięcia (OV), zabezpieczenie przed napięciem resztkowym (RV), zabezpieczenie przed mocą zwrotną (RP), zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem częstotliwości (UF), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem częstotliwości (OF). 22
Wyzwalacz zabezpieczeniowy PR123/P uzupełnia asortyment wyzwalaczy dostępnych dla wyłączników należących do rodziny Emax. Jest to wysoce wydajny, wszechstronny wyzwalacz oferujący komplet funkcji zabezpieczeniowych, pomiarowych, sygnalizacyjnych, zapamiętywania danych oraz sterowania wyłącznikiem, a także stanowi wzorzec zespołu zabezpieczeniowego do wyłączników niskiego napięcia. Czołowy panel urządzenia jest identyczny jak PR122/P i wyjątkowo prosty w obsłudze dzięki graficznemu wyświetlaczowi ciekłokrystalicznemu. Może wyświetlać wykresy, wykresy słupkowe, wyniki pomiarów oraz sinusoidy różnych wielkości elektrycznych. PR123 łączy w sobie wszystkie właściwości wyzwalacza PR122/P plus szereg nowych funkcji. Podobnie jak PR122 może być zintegrowany z dodatkowymi funkcjami dostarczanymi przez wewnętrzne moduły i zewnętrzne akcesoria. Wyzwalacz PR123 zapewnia następujące funkcje zabezpieczeniowe: zabezpieczenie przed przeciążeniem (L), zabezpieczenie zwarciowe selektywne (S), zabezpieczenie zwarciowe bezzwłoczne (I), zabezpieczenie ziemnozwarciowe o regulowanej zwłoce czasowej (G), zabezpieczenie zwarciowe kierunkowe o regulowanej zwłoce czasowej (D), zabezpieczenie przed asymetrią fazową (U), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury wewnętrznej (OT), kontrola obciążenia (K), zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem napięcia (UV), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem napięcia (OV), zabezpieczenie przed napięciem resztkowym (RV), zabezpieczenie przed mocą zwrotną (RP), zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem częstotliwości (UF), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem częstotliwości (OF), zabezpieczenie przed zmianą kolejności faz (tylko alarm). W porównaniu do właściwości PR122/P dostępne są następujące ulepszenia: Zabezpieczenie przed przeciążeniem L Zabezpieczenie przed przeciążeniem L obejmuje opcję regulacji zbocza charakterystyki działania. Podwójne zabezpieczenie zwarciowe selektywne S W dodatku do standardowego zabezpieczenia S, PR123/P udostępnia w tym samym czasie drugie zabezpieczenie S stałoczasowe (może być odstawione), umożliwiające niezależną nastawę dwóch wartości progowych, przez co uzyskuje się dokładną selektywność nawet w bardzo trudnych warunkach. Podwójne zabezpieczenie ziemnozwarciowe G Podczas gdy w PR121/P i PR122/P użytkownik musi wybierać pomiędzy wprowadzeniem zabezpieczenia G poprzez wewnętrzne czujniki prądu (obliczanie sumy wektorowej prądów) lub zewnętrzny przekładnik toroidalny (bezpośredni pomiar prądu ziemnozwarciowego), PR123/P oferuje wyjątkową właściwość równoczesnego zarządzania obiema konfiguracjami, za pomocą krzywych dwóch niezależnych zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Główną cechą tej aplikacji jest jednoczesna aktywacja obu zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Nr 151 23
Zabezpieczenie zwarciowe kierunkowe o regulowanej zwłoce czasowej D To zabezpieczenie działa w podobny sposób, jak stałoczasowe zabezpieczenie S, z dodatkową zdolnością rozpoznawania kierunku przepływu prądów fazowych podczas zwarć. Kierunek przepływu prądu pozwala określić, czy zakłócenie występuje po stronie zasilania, czy odbiorów względem wyłącznika. Umożliwia to zwłaszcza w systemach rozdzielczych typu pierścieniowego zlokalizowanie i odłączenie tego segmentu objętego zakłóceniem, podczas gdy reszta instalacji pracuje w normalnym trybie. Podwójne nastawy zabezpieczeń PR123/P może zapamiętać alternatywny zestaw wszystkich parametrów zabezpieczeniowych. Ten drugi zestaw (zestaw B) może, w razie potrzeby, zastąpić zestaw domyślny (zestaw A), dzięki poleceniu zewnętrznemu. Standardowo takie polecenie można wydać podczas modyfikacji konfiguracji sieci, np. w przypadku załączania linii równoległej, bądź w przypadku załączenia źródła rezerwowego zasilania o innej mocy zwarciowej oraz innej obciążalności. Funkcja selektywności strefowej Funkcja selektywności strefowej umożliwia odcięcie tej części instalacji, która została objęta zwarciem poprzez szybkie oddzielenie systemu najbliżej miejsca zakłócenia i pozostawienie w trybie pracy oddzielonego obszaru nie objętego awarią. Dodatkowe funkcje Wyzwalacz PR123/P z dodatkowym modułem PR120/V zapewnia również następujące funkcje zabezpieczeniowe: zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem napięcia (UV), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem napięcia (OV), zabezpieczenie przed napięciem resztkowym (RV), zabezpieczenie przed mocą zwrotną (RP), zabezpieczenie przed nadmiernym obniżeniem częstotliwości (UF), zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem częstotliwości (OF). Funkcje pomiarowe Wyzwalacz PR123/P zapewnia kompletny zestaw pomiarów: prądów: w trzech fazach (L1, L2, L3), torze neutralnym (Ne) i doziemnych, napięcia: faza faza, faza przewód neutralny i resztkowego, mocy: czynnej, biernej i pozornej, współczynnika mocy, częstotliwości i współczynnika szczytu, energii: czynnej, biernej, pozornej, z rejestracją, harmonicznych: do 40. harmonicznej (wyświetlanie kształtu fali i modułu harmonicznej); do 35. dla częstotliwości f = 60 Hz. 3. Bibliografia 1. Katalog techniczny, T max. Generacja T Wyłączniki kompaktowe niskiego napięcia do A. 2. Katalog techniczny, Emax Wyłączniki powietrzne niskiego napięcia. Artykuł jest przedrukiem referatu wygłoszonego na XIV Sympozjum Oddziału Poznańskiego SEP w Poznaniu, w dniu 23.11.2011 r. 24