Сегодня, в связи с ожиданием возможного повторения кризиса, много говорят о том, как избежать экономических проблем бизнеса. Для промышленных предприятий один из обязательных шагов, которые следует предпринять — это защита инвестиций, в частности, поддержание работоспособности дорогостоящего оборудования. К его поломкам часто приводят короткие замыкания или перегрузки в электрической сети.
Как результат — предприятия вынуждены останавливать производство и не только нести затраты, связанные с устранением неполадок, но и терпеть убытки из-за каждого часа простоя. «Застраховать» вложения позволяет построение грамотной системы защиты вводных электрических цепей. На сегодняшний день она может быть организована двумя способами: с использованием автоматических выключателей или аппаратов защиты с предохранителями.
О том, какая технология защиты вводной сети оказывается оптимальной с точки зрения проектирования и эксплуатации в производственных условиях, высказались ведущие специалисты отрасли:
Александр Нестеренко, начальник по сборке электрощитов «Эксперт-электрика»;
Людмила Павлова, главный энергетик «Краснодарский завод ЖБИИК»;
Виталий Побокин, инженер-проектировщик компании «Электромонтажгрупп»;
Алексей Кокорин, менеджер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации.
Автоматический выключатель или предохранитель — что предпочесть?
Принцип действия защитных устройств
Автоматический выключатель может срабатывать за счёт двух разных физических явлений. При небольших перегрузках протекающий ток вызывает нагрев и изгиб пластины расцепителя, выполненной из двух разных слоёв металла, и она воздействует на механизм независимого расцепления. При коротких замыканиях отключение происходит из-за возрастания магнитного поля электромагнита (электромагнитный расцепитель).
Принцип действия предохранителей основан на законе Джоуля-Ленца о пропорциональности количества выделяемого проводником тепла квадрату силы тока, сопротивлению и времени прохождения этого тока через проводник. Фактически выключатель с предохранителем состоит из двух устройств: рубильника и самого предохранителя, который при величине силы тока, равной номинальной (а точнее, при количестве выделяемого в единицу времени тепла меньшем, чем необходимо для плавления), функционирует как обычный проводник. Как только ток превышает номинал на определённую величину в течение некоего требуемого времени (т.е. выделяемого тепла достаточно для плавления), образуется разрыв цепи.
Какие аппараты лучше использовать для защиты вводных сетей предприятия?
Александр Нестеренко (А.Н.): В большинстве случаев, выбор между автоматическим выключателем и выключателем с предохранителями сводится к оценке баланса плюсов и минусов каждого из вариантов для конкретного объекта. Например, с точки зрения защиты, аппараты с предохранителями более эффективны, поскольку их время срабатывания меньше, чем у автоматического выключателя. Но эти устройства, на мой взгляд, менее удобны для эксплуатации и обслуживания. Чтобы заменить предохранитель, требуется проделать определённые операции, с которыми не подготовленный персонал может не справиться. Ещё один недостаток заключается в том, что в отличие от автоматических выключателей у предохранителей нельзя отрегулировать время срабатывания. Это неудобно для тех клиентов, у которых электрические схемы постоянно изменяются, например, в связи с модернизацией оборудования, расширением производственных площадей – то есть «на перспективу» лучше использовать автоматы. Кроме того, немаловажное преимущество автоматических выключателей заключается в том, что эти устройства можно подключить к системе дистанционного управления.
Алексей Кокорин (А.К.): На мой взгляд, с точки зрения расширения энергосистемы, выгоднее использовать оборудование с предохранителями: оно не зависит от уровня возможного короткого замыкания. Рост номинала можно предусмотреть заранее, заложив достаточный корпус аппарата, а саму величину тока регулировать плавкими вставками. И проблема дистанционного управления также может быть решена при использовании аппаратов с соответствующими функциями.
Виталий Побокин (В.П.): Я думаю, автоматы требуют профилактического обслуживания персоналом с большей квалификацией. Конечно, взвести его после срабатывания может любой сотрудник предприятия. Но перед включением автомата после короткого замыкания его необходимо проверить на срабатывание при заявленном токе. Ведь после каждого отключения контакты автоматического выключателя немного обгорают: это происходит из-за действия электрической дуги, возникающей при их размыкании. В результате во время очередной аварии при большом токе замыкания защитный механизм может не сработать. Предприятие будет вынуждено не только устранять последствия возгорания в электрощите, но и ремонтировать повреждённое оборудование.
В то же время замена предохранителя не требует дополнительных проверок и настроек. Поэтому, если на предприятии есть возможность обеспечить хранение и поддержание ЗИП1, я бы ориентировался именно на с предохранителями.
А.К.: Где-то с 90-х годов прошлого века монтажники повсеместно ставят автоматические выключатели. Это связано с бумом гражданского строительства, который наблюдался в то время. В офисных, жилых и бытовых зданиях чаще всего из-за компактности, относительной дешевизны и простоты эксплуатации используются автоматические выключатели. По инерции такая тенденция перенеслась и в промышленность, хотя многие проблемы, на мой взгляд, гораздо эффективнее можно было бы решить при помощи выключателей с предохранителями.
Предохранители, как исполнительные элементы защиты от сверхтоков, намного надёжнее автоматических выключателей, поскольку в них нет движущихся частей и нет вероятности того, что при токе короткого замыкания плавкая вставка по каким-то причинам не разрушится. Сами предохранители снабжены герметичным корпусом, что предотвращает образование пламени, искры или открытой электрической дуги. Кроме того, формально устройства с предохранителями заменяют собой два устройства: вводной рубильник и автоматический выключатель.
Не стоит забывать и о совершенно ином уровне безопасности персонала. Предохранители сами по себе обеспечивают более высокий уровень защиты персонала, т.к. даже при включении аппарата на КЗ, находясь в непосредственной близости от аппарата, персонал не получит ожоги и другие распространённые электротравмы. В серии устройств OS от АББ эта идея получила дальнейшее развитие. Благодаря конструктивным особенностям получить доступ к предохранителю можно только при отключённом рубильнике, при этом сам предохранитель оказывается без напряжения благодаря двум точкам разрыва цепи в каждом полюсе аппарата, что исключает возможность контакта обслуживающего персонала с токопроводящими частями. В качестве дополнительного уровня защиты держатель для предохранителей можно опломбировать.
Среди перечисленных плюсов автоматических выключателей упоминалась возможность удалённого управления, в чём именно она заключается? Можно ли управлять при помощи автоматики выключателями с предохранителями?
А.К.: Многие современные силовые автоматические выключатели оснащаются не термомагнитными или биметаллическими, а электронными расцепителями: например, серии Tmax и Emax от АББ. Такое решение позволяет включать защитные аппараты в системы коммуникации – то есть осуществлять полное диалоговое взаимодействие с вышестоящими устройствами управления по специальным шинам. Часто такие «интеллектуальные» автоматические выключатели комплектуются моторным приводом, что позволяет дистанционно управлять защитным аппаратом.
Аналогичную функцию удалённого управления имеют и выключатели с предохранителями: например, аппараты с моторным приводом серии OSM. В комплексе с электронным монитором состояния предохранителей это позволяет построить удобную систему мониторинга и автоматизации электроснабжения предприятия. Правда, провести удалённо замену предохранителя, конечно же, невозможно. Т.е. для восстановления подачи электроэнергии после аварийного отключения в любом случае придётся задействовать персонал на местах, что лишний раз заставляет проверить все цепи и устранить неполадки перед повторным включением.
Что необходимо предусмотреть, делая выбор между автоматическим выключателем и предохранителем для защиты вводной сети?
А.Н.: Каждую конкретную ситуацию необходимо рассматривать отдельно. Выключатели нагрузки с предохранителями – менее дорогой вариант, поэтому сегодня их часто используют на промышленных предприятиях, где бюджет на организацию электрической сети часто ограничен. Но в то же время, если на заводе большое количество трёхфазных двигателей (например, литейно-прокатные предприятия, фабрики с конвейерами), требующих защиты при помощи автоматических выключателей, предпочтительнее не экономить. Случается, что перегрузка в сети происходит по одной фазе, а в этом случае в устройстве с предохранителями расплавится одна вставка. Сеть продолжит работать, и в итоге оборудование, защищаемое этим выключателем нагрузки, сгорит. Автомат же отключит сразу все фазы, тем самым сохраняя двигатели.
А.К.: Александр, позвольте с Вами не согласиться. При неполнофазном коротком замыкании в асинхронном двигателе, в фазе где произошло короткое замыкание перегорит предохранитель и защитит цепь. Действительно, двигатель продолжит работу, но токи в оставшихся двух фазах возрастут и вызовут срабатывание теплового реле, входящего в состав большинства схем управления двигателя. Также в последнее время на предприятиях все чаще стали использовать реле контроля фаз, которые защищают от подобных режимов. Но даже не имея всего вышесказанного, можно реализовать защиту на предохранителях, используя специальный аксессуар — монитор состояния. Он отслеживает работу каждого предохранителя, и при перегорании любого из них подаёт сигнал на отключение контактора. Более быстродействующую защиту сложно себе представить.
Можно ли сказать, что монтировать выключатели с предохранителями в электрическом щите сложнее, чем автоматы?
В.П.: Вовсе нет. Современные решения позволяют подобрать выключатели нагрузки с предохранителями, которые так же, как и автоматы, могут устанавливаться на монтажную панель или DIN-рейку.
Кроме того, хочу отметить, что раньше популярной причиной отказа от выключателей с предохранителями в пользу автоматов было ограничение доступного пространства для монтажа. Считалось, что последние при прочих равных займут меньше места в электрощите. Но сейчас ситуация радикальным образом изменилась. Существуют очень компактные выключатели нагрузки с предохранителями. Например, габариты трёхполюсного аппарата на ток 160А OS160GD от АББ — 146,5х130х100 мм. Для сравнения — только стандартный автоматический выключатель с аналогичным номиналом имеет размеры 140х103,5х170 мм. Но к нему в комплекте требуется установить выключатель нагрузки, а рядом с защитным аппаратом предусмотреть защитное пространство на случай выброса искр и продуктов горения дуги при отключении токов КЗ.
Известно, что автоматические выключатели выбираются исходя из номинального тока, а на что следует обращать внимание при подборе аппаратов с предохранителями?
Людмила Павлова (Л.П.): При выборе предохранителей в первую очередь необходимо обращать внимание на номинальное напряжение плавкой вставки, оно должно быть не ниже, чем рабочее напряжение сети. Большинство предохранителей выпускается на рабочее напряжение 500В, эти предохранители подходят более чем для 80% всех электроустановок. Если же требуется более высокий уровень напряжения – существует версия плавких вставок с рабочим напряжением 690В. Также следует проверить предохранитель на неотключение пусковых токов, если речь идёт о защите двигателей. Это сделать очень просто, используя кривую пуска двигателя и время-токовую характеристику предохранителя.
Требуются ли серьёзные монтажные работы для замены выключателей с предохранителями?
А.К.: Раньше при замене защитных аппаратов требовалось полностью отключать питание, с системы вводных шин, обеспечить заземление электроустановки и многие другие меры, предотвращающие возможные электротравмы. Даже при подобном комплексе мероприятий электротравмы на предприятии были не редкостью, возможно по вине невнимательности персонала. Кроме того, все эти операции занимали немало времени. Сегодня есть решения, делающие замену защитных аппаратов быстрой и безопасной. Если есть вероятность, что в процессе эксплуатации потребуется оперативное вмешательство и замена аппарата, можно использовать втычную серию выключателей нагрузки с предохранителями SlimLine XR. Аппараты этой серии монтируются в специальном стандартизованном шкафу на систему вертикальных шин при помощи двух винтов на передней панели. Это позволяет значительно ускорить монтаж, обновление или замену аппаратов, причём при необходимости можно производить «горячую» замену защитных устройств, то есть без снятия напряжения с системы шин.
За счёт простоты своей конструкции и надёжности выключатели с предохранителями на сегодняшний день, как считают эксперты, являются наиболее предпочтительной защитой для всех уровней распределения на предприятии, как на вводе, так и на отходящих линиях. Не зря эти устройства нашли широкое применение в таких сферах, как судоходство, нефтяная, химическая и газовая промышленность.
1 http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%98%D0%9F
