Усовершенствованная промышленная система управления с токоограничивающими предохранителями
Из-за разъяснений, внесенных в NEC в 2017 году в отношении требований к установке промышленных систем управления, все большему числу конечных пользователей требуется SCCR, превышающий 5 КА, который был общепринятым в прошлом. В этом разделе показано, как выбор компонентов, прошедших типовые испытания на высокие токи короткого замыкания, может упростить получение SCCR на 100 Ка, используя методологию UL508A, дополнение SB [8]. Этот стандарт принят NEC и используется большинством производителей панелей для определения SCCR ICP на основе значений SCCR компонентов. Для повышения SCCR критически важным является правильный выбор защиты от перегрузки по току. Для получения дополнительной информации о применении этой методологии см. [22]. Обзор требований NEC к панели управления SCCR В статье 409 NEC определены различные требования к безопасной установке промышленных систем управления.
Статья 670 посвящена требованиям SCCR к элементам управления промышленным оборудованием и аналогична статье 409. В соответствии с требованиями стандарта NEC 409.110 (4) на панели управления должна быть нанесена маркировка SCCR. SCCR может быть определен как в стандартной комплектации (путем тестирования), так и с помощью утвержденного метода расчета. В информационном примечании к статьям 409.110 (4) и 670.3 Дополнение SB к стандарту UL508A указано как одобренный метод определения номинального тока короткого замыкания панели. Статьи 409.22(A) и 670.5(1) требуют, чтобы SCCR панели управления превышал допустимый ток замыкания на панели. • 409.22(A) требует, чтобы панель “…не устанавливалась там, где допустимый ток короткого замыкания превышает номинальный ток короткого замыкания…“ • 670.5 (2) требует, чтобы оборудование “…не устанавливалось там, где допустимый ток короткого замыкания превышает номинальный ток короткого замыкания….” Новые в 2017 году статьи 409.22(B) и 670.5(2) требуют, чтобы пользователь определял максимальный доступный ток повреждения на панели. • 409.22(B) требует, чтобы “…имеющийся ток короткого замыкания на промышленной панели управления и дата выполнения расчета тока короткого замыкания были задокументированы и предоставлены в распоряжение лиц, уполномоченных проверять установку”. • В соответствии со стандартом 670.5 (2) на оборудовании должно быть указано “…максимальное допустимое значение тока короткого замыкания. В полевых маркировках должна быть указана дата, когда был выполнен расчет тока короткого замыкания…” Хотя NEC требует, чтобы промышленные системы управления имели SCCR, превышающий допустимый ток короткого замыкания, при проектировании для повышения безопасности необходимо также учитывать влияние выбора OCPD на безопасность. Смотрите обсуждение в предыдущих разделах для получения более подробной информации. В статье 670.6 содержатся дополнительные требования к защите от перенапряжений: «Промышленное оборудование с цепями защитной блокировки должно быть оснащено защитой от перенапряжений». Дополнительную информацию смотрите в [23].
Обзор методологии UL508A Supplement SB
Методология дополнения SB позволяет производителю панелей присвоить панели SCCR без тестирования собранной панели. Этот подход особенно привлекателен для панелей малого объема, где стоимость тестирования собранной панели была бы непомерно высокой. В этом методе SCCR панели обычно ограничивается SCCR компонента с наименьшим номиналом или защитного устройства ответвительной цепи с наименьшим номиналом в панели. Решение проблем с низким SCCR в ответвлениях приведет к повышению SCCR панели. Для получения дополнительной информации об этой методике смотрите [22], хотя в процедуре дополнения SB указано всего три этапа, использование этого метода для достижения высокого SCCR для панели может быть утомительным, если панель содержит много цепей питания. В этом разделе приведены рекомендации по достижению высокого SCCR для различных ответвлений за счет использования компонентов, прошедших типовые испытания, устройств ограничения тока для каждого SB и предохранителей AJT и ATDR.
Процедура определения SCCR панели содержится в разделе SB4.1.1 стандарта UL508A, в котором говорится [Подчеркивание добавлено для большей выразительности.]: “Номинальный ток короткого замыкания всей промышленной панели управления должен определяться на основе: а) Сначала определения номинальных токов короткого замыкания отдельных силовых цепей компоненты, указанные в SB4.2; b) во-вторых, изменение допустимого тока короткого замыкания в пределах участка цепи на панели из-за наличия компонентов, ограничивающих ток, указанных в SB4.3, когда это применимо; и в) в-третьих, определение общего номинального тока короткого замыкания панели, как указано в SB4.4.
Шаг 1. Определение SCCR компонентов Для первого шага существует 3 способа определения SCCR компонентов. Они указаны в SB4.2.2, в котором говорится [Подчеркивание добавлено для большей наглядности.]: “Номинальный ток короткого замыкания компонента фидера или ответвления должен определяться одним из следующих методов: а) Номинальный ток короткого замыкания, указанный на компоненте или в инструкциях, прилагаемых к компоненту; b) Номинальный ток короткого замыкания, определяемый по номинальному напряжению компонента и предполагаемому току короткого замыкания, указанному в таблице SB4.1; или c) Номинальный ток короткого замыкания для компонента, который был исследован в соответствии с эксплуатационными требованиями, включая требования к испытаниям на короткое замыкание при стандартных токах короткого замыкания или высоких токах короткого замыкания. токи короткого замыкания указаны в соответствующем стандарте на изделие и описаны в инструкции производителя. Высокий номинальный ток короткого замыкания, указанный в c), может достигать 200 Ка, но для этого требуется, чтобы в цепи использовался OCPD, используемый при квалификационных испытаниях изделия, как указано в SB4.2.3. “Высокий номинальный ток короткого замыкания для компонента фидера или ответвления цепи, как указано в SB4.2.3.». указанные в SB4.2.2(a) или (c), должны использоваться в качестве номинального тока короткого замыкания компонента только при наличии указанного защитного устройства ответвления цепи”. Использование высоких значений тока короткого замыкания компонентов упрощает правила SB4.4 для определения SCCR панели.
Шаг 2 Использование плавкого предохранителя фидера, пропускающего ток, для улучшения SCCR В дополнение к использованию компонентов, прошедших типовые испытания, стандарт SB 4.1.1(b) предоставляет возможность изменять допустимый ток короткого замыкания после устройства OCPD фидера с ограничителем тока в соответствии с правилами SB4.3. Если устройство с ограничителем тока может ограничить ток короткого замыкания ниже по потоку до значения, меньшего, чем у компонента с наименьшим SCCR, тогда номинал ответвления может быть повышен в соответствии с правилами, изложенными в пункте 4.3. Разрешенными устройствами являются предохранители с ограничением тока, автоматические выключатели с ограничением тока и трансформаторы. Для токоограничивающих фидерных предохранителей таблица SB4.2 используется для определения пропускаемого тока, используемого при оценке улучшения SCCR в ответвительной цепи.
Раздел этой таблицы для предохранителей класса J и класса CC приведен в приложении. Значение SCCR ответвления может быть повышено “…когда все отдельные компоненты в цепи ответвления имеют номинальный ток короткого замыкания, не меньший, чем максимальный ток пропускания, соответствующий конкретному классу предохранителей, мощности и выбранному доступному току короткого замыкания, указанному в таблице SB4.2,..”. [СБ4.3.3(а)]. Например, если проектировщик выбрал столбец 100 Ка из таблицы SB4.2 для плавкого предохранителя AJT60 с питанием, то пропускаемый ток в 10 Ка будет сопоставлен с SCCR компонентов в ответвительной цепи. Если компоненты в ответвлении имеют SCCR 10 Ка или более, то при определении SCCR панели будет использоваться значение 100 Ка. Если бы компонент имел SCCR 5 Ка, то при определении SCCR панели нельзя было бы использовать более высокое значение. Однако значение OCPD ответвления не может быть увеличено с помощью пропускаемого тока и может быть ограничивающим фактором в SCCR панели. Если температура воздуха в ответвлении OCPD составляет 14 Ка, а у всех компонентов значения SCCR были повышены до 50 Ка, то при определении SCCR на панели будет использоваться значение 14 Ка.
Шаг 3 Определение SCCR панели Раздел SB4.4 дополнения SB к UL508A содержит указания о том, как разработать SCCR панели на основе информации, полученной на предыдущих этапах. SB4.4.1 предписывает проектировщику выбрать наименьшее значение OCPD AIR и SCCR для всех компонентов в каждой цепи ответвления. Затем это значение присваивается ответвлению. В разделе 4.4.4 c) приведены рекомендации по использованию OCPD фидера и номинальных значений ответвлений для разработки SCCR панели для панелей с несколькими ответвлениями.
Разработчику рекомендуется выбрать наименьший из следующих значений: 1) Наименьший номинальный ток короткого замыкания любой ответвительной цепи в соответствии с SB4.4.1, который не был изменен SB4.3.1 – SB4.3.3; 2) Номинальный ток короткого замыкания любого компонента фидера, который не был изменен в соответствии с SB4.3.1 — SB4.3.3. подпадает под действие SB4.4.4(c)(3) и любой защиты цепи управления от перегрузки по току, подключенной к фидеру, как в SB3.2.1; или 3) Измененный номинальный ток короткого замыкания, определенный из SB4.3.1 – SB4.3.3 для каждой ответвляющейся цепи, питаемой от в разделе SB5, посвященном соответствующему компоненту устройства подачи, приведены инструкции по нанесению этикеток на панель.
Примеры расчетов
Здесь представлен обзор определения SCCR с помощью небольшой панели управления, изображенной на рисунке 5-1. Более подробную информацию о дополнительном методе SB смотрите в [22]. В соответствии с методологией, приведенной в SB4.4.4(c), SCCR на панели будет самым низким из следующих значений: 1. SCCR для ответвлений ② и ③ 2. Для компонентов подачи④ SCCR и ⑤ AIR. 3. Для определения частоты вращения цепи управления. 4. Измените SCCR для ② и ③ (если возможно), исходя из ограничения тока питающего предохранителя ⑤ в соответствии с правилами SB4.3.3. Самая большая проблема при достижении SCCR панели в 50 Ка и более заключается в выборе компонентов, прошедших типовые испытания на более высокий SCCR. Стандарт UL508 позволяет производителям компонентов тестировать компоненты при более высоких значениях тока с помощью специальных OCPD, чтобы установить то, что UL называет “высокими значениями тока короткого замыкания”. Этот процесс называется типовым тестированием. Вместо того чтобы использовать минимальные уровни SCCR, указанные в таблице SB4.1 (см. приложение), изучите литературу производителя или веб-сайт, чтобы определить, какие более высокие значения были установлены для конкретного компонента. Наиболее распространенной проблемой являются компоненты в ответвительных цепях. Иногда компоненты ответвления могут иметь «модифицированный» SCCR с помощью устройств ограничения тока в соответствии с правилами SB4.3.1-SB4.3.3. В следующих примерах параметры SCCR для каждой цепи, подключенной к фидеру, определяются с использованием правил, содержащихся в дополнении SB.
Для ответвлений цепей их SCCR определяется путем выбора меньшего значения OCPD AIR и наименьшего значения SCCR компонентов в этом ответвлении в соответствии с SB4.4.1. Для цепей управления, подключенных к питателю, SCCR — это просто ВОЗДУХ/SCCR цепи управления OCPD.
Преимущество использования высоких номинальных токов короткого замыкания
Если не используются компоненты с высоким номинальным током замыкания или если не используются компоненты с высоким номинальным током замыкания, то SCCR панели управления, скорее всего, будет ограничен значением 5 Ка или 10 Ка. В дополнении SB приведены несколько способов определения SCCR компонента и, где это применимо, как использовать пропускаемый ток.
В таблице 5-1 показано сравнение двух подходов. В первом случае используются значения компонентов из таблицы SB4.2.1 или метки компонентов. Во втором случае используются высокие значения тока короткого замыкания компонентов с предохранителями класса J. В первом расчете значение SCCR 5 Ка для пускателя в цепи (2) ограничивает номинальную мощность всей панели до 5 Ка. Несмотря на то, что пропускной ток AJT60 может быть использован для повышения напряжения SCCR ответвительной цепи (3) до 14 Ка, как обсуждалось выше, мощность панели по-прежнему ограничена 5 Ка. При втором расчете используется высокий номинальный ток короткого замыкания стартера в цепи (2) на 100 Ка. Требуемый максимальный номинальный ток в амперах для класса J или CC не превышен. В этом расчете схема (3) заменена схемой (2) и заявлена номинальная мощность 100 Ка. Кроме того, для PDB (4) используется высокий номинальный ток короткого замыкания в 100 Ка, поскольку он защищен предохранителем AJT соответствующего размера. В результате получается панель SCCR на 100 Ка.
Использование трансформаторов для улучшения SCCR
Из-за своего полного сопротивления трансформаторы будут ограничивать величину тока повреждения компонентов в нижестоящих ответвлениях цепей. Если допустимый ток короткого замыкания на вторичной обмотке меньше, чем номинальный ток короткого замыкания всех компонентов ответвительной цепи, то воздушный предохранитель первичной обмотки может быть назначен в качестве SCCR для этой ответвительной цепи. Для первичных предохранителей AJT это позволяет использовать панельные SCCR до 200 Ка.
Часто задаваемые вопросы по расчетам SCCR
В панелях управления могут использоваться самые разнообразные компоненты и схемы, для которых может потребоваться разъяснение правил приложения SB. Как всегда, обратитесь к соответствующему стандарту для получения разъяснений по вашему конкретному вопросу и применению. Инженеры Mersen готовы помочь вам в получении ответов на ваши вопросы. Ответы на часто задаваемые вопросы, приведенные ниже, основаны на нашем понимании стандартов на момент написания этой статьи. См. Заявление об отказе от ответственности в предисловии. В компоненте, который я использую, используется SCCR на 100 Ка с предохранителем класса J на 30 А.
Могу ли я использовать CC класса 30A и при этом претендовать на рейтинг 100kA? Да. Исключение 1 из SB4.2.3 допускает использование предохранителя с большим ограничением тока для обеспечения более высокой степени повреждения. Значения Ip и I2t, приведенные в таблице SB4.2, показывают, что предохранитель класса CC в большей степени ограничивает ток. “Исключение №. 1: Если указанная защита ответвления, связанная с высоким номинальным током короткого замыкания, относится к предохранителям класса CC, G, J, L, RK1, RK5 или T, можно использовать предохранитель другого класса с таким же высоким номинальным током короткого замыкания, при котором максимальный ток пропускания и I2t нового предохранителя не больше, чем у указанного предохранителя.
Смотрите таблицу SB4.2 для получения информации о максимальных токах пропускания и I2t.” Можно ли использовать внешнюю сеть для определения SCCR? Да, если панель маркирована соответствующим образом в соответствии с SB5.1.3. “SB5.1.3 Промышленная панель управления, на которой указан высокий номинальный ток короткого замыкания и которая не оснащена требуемым устройством защиты цепи питания, указанным в SB4.3.4, должна иметь маркировку с указанием типа и размера устройства защиты цепи питания, которое требуется устанавливать в полевых условиях. Эта маркировка должна быть включена в маркировку, приведенную в SB5.1.1.”Можно ли использовать ток, проходящий через предохранитель фидера, для увеличения SCCR блока распределения питания фидера (10 Ка в соответствии с таблицей SB4.1)? Нет. В дополнении SB этот метод конкретно не указан чтобы увеличить SCCR. Смотрите раздел 5 «Компоненты фидера» —
Использование токоограничивающих предохранителей для улучшения SCCR. Используйте предохранители Mersen FSPDB и AJT для защиты фидера, чтобы воспользоваться преимуществами типового тестирования PDBs на 100 Ка. Нужен ли SCCR для реле/измерителя фазового контроля? Поскольку эти реле работают так же, как и вольтметры, измеряя напряжение в цепи, не находясь на пути тока силовой цепи, они могут подпадать под действие SB4.2.1, исключение № 1. Поскольку ток короткого замыкания не будет протекать через реле в случае неисправности в силовой цепи для этого не требуется номинальный ток короткого замыкания (SCCR). Это также требует, чтобы выходные контакты фазомера использовались только в цепях управления.
Требуется ли, чтобы на клеммных колодках был установлен SCCR для определения SCCR панели? Если клеммные колодки используются в цепи питания, то их необходимо учитывать при оценке. Их предполагаемое значение, указанное в таблице SB4.1, равно 10 Ка, однако для предохранителей класса J существуют варианты с гораздо более высоким номиналом. Требуется ли для источника питания постоянного тока SCCR или он используется как CC Tx? -или- Как я могу получить номинал 100 Ка для источника питания 24 В постоянного тока, питаемого от сети 480 В? Обратитесь к UL508A SB3.2.1 “Для цепей управления, подключенных к питающей цепи, защита от перегрузки по току для общей цепи управления или для первичной обмотки управляющего трансформатора или источника питания должна быть обеспечена устройствами защиты ответвлений, рассчитанными на ток короткого замыкания, не меньший, чем общий ток короткого замыкания панели номинальная мощность, см. SB4.4.4.”
Смотрите также исключение для этого раздела: “Исключение: Вторичные цепи, работающие при максимальном напряжении 24 В постоянного тока и питаемые от источника с максимальной выходной мощностью 100 ВА, для целей применения стандарта SB3.2.1 необходимо учитывать схемы управления. Защита источника питания управления с помощью предохранителя ATDR класса CC позволит обеспечить SCCR панели напряжением до 200 Ка. Требуется ли для вентилятора 240 В SCCR на панели 240 В? См. UL508A SB 4.2.1 Исключение № 3: Для корпусных кондиционеров, подключенных с помощью шнура и штепсельной вилки, не требуется номинальный ток короткого замыкания. Как я могу установить GFCI (с SCCR 2 Ка на таблицу SB4.1) на моей панели, не уменьшая SCCR панели? Если розетка GFCI подключена через трансформатор напряжением 1500 ВА 480:120 В, максимальный ток замыкания при напряжении 120 В будет составлять менее 2 Ка. Если трансформатор защищен предохранителем ATDR7 класса CC, установленным в предохранителе UltraSafe класса CC, то для этой разветвленной цепи можно использовать SCCR на 200 Ка. (смотрите следующие два вопроса для получения дополнительной информации об использовании трансформаторов для снижения тока короткого замыкания)
Как мне выполнить требования к SCCR для компонентов, подключенных к нагрузочной стороне трансформатора? Если SCCR устройств на вторичной обмотке трансформатора больше, чем ток короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, то номинал ответвления определяется на основе номинала OCPD первичной обмотки. Пример приведен на стр. 38. Насколько трансформатор ограничивает ток короткого замыкания? Напряжение вторичной обмотки для трансформатора 3Φ можно рассчитать по следующей формуле. (кВА трансформатора * 1000) / ((VL-L * 1,732) * (Полное сопротивление трансформатора (Z)) Например, трансформатор мощностью 15 кВА 3Φ со вторичной обмоткой 208 В и полным сопротивлением 4% ограничил бы доступный ток короткого замыкания во вторичной обмотке до 1040 А. В таблицах SB4.3 и SB4.4 приведены расчеты для различных напряжений и низких сопротивлений трансформатора.
