Главни табла за електроразпределение

Към модерните електроинсталации се поставят все по-големи изисквания. Още при етапа на планиране трябва да се вземат предвид предписанията за високо ниво на безопасност, гъвкавост през целия жизнен цикъл, ниско ниво на замърсяване на околната среда, интегриране на източници на възобновяема енергия и ниски разходи, за да се използва пълният потенциал на икономическата ефективност и изпълнение на техническите изисквания. Специално предизвикателство представлява координацията на отделните инсталации, а именно отопление, вентилация, климатизация и охлаждане, противопожарна защита, защита от проникване, система за управление на сградата и разпределение на електроенергията.

Чрез иновативното планиране, изискванията към сградата не са просто разделени на отделни инсталации, а трябва да бъдат координирани. Що се отнася до концепцията за планиране на електроснабдяването, не само е задължително спазването на стандартите и разпоредбите, но също така е важно да се обсъдят и изяснят икономическите и техническите взаимоотношения. За тази цел електрическото оборудване като главните разпределителни табла и трансформаторите се избира и оценява по такъв начин, че да се постигне оптимален резултат за електрическата система като цяло, вместо да се фокусира върху отделните й компоненти.

Текст: списание Енергия

снимка: Rittal

В днешно време хората се нуждаят от все повече електрическа енергия. Дали за осветление, домакински уреди или машини, надеждното захранване е основа за комфорт и прогрес. Какво обаче стои зад всичко това? Съществуват сериозни изисквания към електроразпределението на ниско напрежение, независимо дали е в промишлени приложения, инфраструктура или сгради. Интелигентните мрежи и пълната гама от интегрирани компоненти, способни да комуникират помежду си, осигуряват безопасност, функционалност и минимална консумация на електроенергия. Предпазните устройства осигуряват максимална сигурност за хората и сградите, превключващите устройства контролират енергийните потоци, а устройствата за измерване и наблюдение осигуряват информация за състоянието на електрическата система.

Главните разпределителни табла (ГРТ) и разпределителните табла за ниско напрежение осъществяват връзката между оборудването за производство (генератори), пренос (кабели, въздушни линии) и трансформация (трансформатори) на електрическа енергия от една страна, и консуматорите, като например електродвигатели, електромагнитни клапани, устройства за отопление, осветление, климатизация и информационните технологии от друга страна. Електроразпределителните системи, използвани в търговските и индустриални обекти, трябва да са в състояние да работят при по-големи токови натоварвания. Необходим е внимателен инженеринг, за да се гарантира, че електроразпределителната система е в състояние безопасно и ефикасно да доставя адекватно електрическо обслужване на съществуващите товари и да има капацитет за разширение за евентуални бъдещи товари. Ролята на ГРТ е да разпределя основното електрозахранване на сградата към разпределителните и етажни табла и да осигурява превключване, защита и измерване.

Стандартът NEC дефинира главното разпределително табло като голям единичен панел, рама или няколко панела, на които са монтирани отпред и/или отзад ключове, максималнотокови и други защитни устройства, тоководещи шини и обикновено измервателни инструменти. Както показва това определение, ГРТ обхваща различни устройства. Прекъсвачите, монтирани в разпределителните секции, осигуряват защита от токово претоварване. В някои ГРТ вместо прекъсвачи се използват разединители със стопяеми предпазители.

Главните разпределителните табла включват тоководещи шини, които служат за захранване на присъединените комутационни устройства в тях или секциите на таблото. В ГРТ може да има също измервателни инструменти, предназначени да приемат сигнали от сензори и друго оборудване, за да визуализират представителни стойности за мониторинг и управление на електроенергията. Друга характеристика на ГРТ, определена в стандарта, е, че то може да бъде инсталирано далеч от стената, за да се осигури достъп до задната му част.

Конструкция на главните разпределителни табла 

Има няколко елемента, които съставят конструкцията на таблото. Това са рама, тоководещи шини, защитни и измервателни устройства и външни капаци. Рамата на ГРТ включва и поддържа другите компоненти. Стандартната рама е с височина 2,3m и ширина 0,8m или 1m, а дълбочината е от 0,5m до 1,5m. Тоководещите шини са неизолирани проводници, които намират широко приложение за осъществяване на електрическата връзка между отделните апарати в първичните вериги на електроразпределителните мрежи. Те често биват предпочитани поради редица техни предимства като лесен монтаж и експлоатация, икономичност и надеждност. Хоризонталните тоководещи шини се използват за разпределяне на мощността на всяка секция на таблото.

Вертикалните тоководещи шини се използват за разпределяне на захранването чрез защитни устройства към другите разпределителни табла или към електрическите товари. Шините в таблата са изработени от алуминий или мед. Конекторът прави механична и електрическа връзка между вертикалната шина и нейната съответна хоризонтална шина. Снаждащите пластини се използват за свързване на хоризонталните шини на съседни разпределителни секции. За да се улесни инсталирането на допълнителни секции за разпределение, когато са необходими, хоризонталната шина се разширява и се пробива предварително. Тъй като изискванията за токово натоварване в секторите за разпределение надолу по веригата са по-малки, сечението на шината също намалява. Комутационните устройства като прекъсвачи и разединители се монтират в предната част на ГРТ. На таблото се монтират капаци, така че да няма достъп до части под напрежение. Предният капак се отваря със специален ключ. Панелите се използват и за да осигурят завършен вид на ГРТ.

Форми за разделяне на ГРТ

Правилата за разделяне на ГРТ на секции са определени в стандарта IEC 61439-2. Определянето за разделянето зависи от условията за използване, поддръжка и модернизация на разпределителното табло. Това определение е предмет на споразумение между производителя на ГРТ и крайния потребител. Стандартът определя четири типа на разделяне (форми), за да се осигури защита на хората от пряк контакт. Има четири основни причини за разделянето на едно табло на секции. Това са защита на хората от директен контакт с опасни части, като минималната степен на защита трябва да е IPXXB, минимална степен на защита срещу проникване на твърди чужди тела трябва да е IP2X, ограничаване на разпространението на електрическа дъга вътре в таблото чрез отделяне на шините, оборудването и връзките, за да се улеснят операциите по поддръжката, или обновяването на главните разпределителни табла.

При Форма 1 няма разделяне вътре в таблото. Защитата на хора и оборудване се осигурява от самото начало с наличието на предни капаци, които могат да се отварят само чрез специален инструмент, заключване на врати, които дават достъп до части под напрежение, обезопасяване на входния прекъсвач, за да се осигури безопасността на оператора, когато таблото е отворено.

При Форма 2 има отделяне на шини и функционални единици вътре в таблото за защита на хора от контакт с части под напрежение преди изходящите прекъсвачи, защита срещу проникване на твърди чужди тела. Съществуват два варианта на форма 2. При форма 2а клемите за външни проводници не са отделени от шините. При форма 2b клемите за външни проводници са отделени от шините, което предоставя по-голяма сигурност.

Форма 3 представлява форма 2 плюс разделяне вътре в ГРТ на всички функционални устройства за защита на хора от контакт с части под напрежение преди изходящите прекъсвачи, ограничаване на риска от неизправности между всяка една от функционалните единици (разпространение на електрически дъги). Има два варианта на форма 3. При форма 3а клемите за външни проводници не са отделени от шините. При форма 3b клемите за външни проводници са отделени от шините, което предоставя по-голяма сигурност.

Форма 4 представлява форма 3 плюс разделяне вътре в ГРТ на терминалите за външните захранващи проводници, които са неразделна част от всяко табло. Съществуват два варианта на форма 4. При форма 4а клемите за външни проводници са в същото отделение като функционалната единица, с която са свързани. При форма 4b терминалите за външни проводници не са в едно и също отделение като функционалната единица, с която са свързани, а в защитени пространства или отделни и затворени отделения.

Разделянето може да се постигне чрез изолиране на частите под напрежение чрез сепаратори, метални бариери, предни пластини, капаци или клемни щитове, като се използват прекъсвачи с лят корпус. Трябва да се спазят също и допустимите безопасни разстояния до частите под напрежение. Поставянето на преградни стени в таблото обаче намалява разсейването на топлината. Ето защо е важно това да се вземе предвид при определянето на решението за управление на топлината в ГРТ.

За да се улесни достъпът в рамите за поддръжка, неговите покриващи панели трябва да бъдат демонтируеми на всички повърхности за всяка IP степен. Всички устройства трябва да бъдат инсталирани върху специална монтажна плоча, предназначена за един или няколко прекъсвача от същия тип. Целта е да се прегрупира защитното оборудване от едно и също естество и да се разграничава функцията на всяко устройство или група устройства. Тези монтажни плочи имат независима фиксираща система, позволяваща им да бъдат преобразувани и преместени навсякъде в таблото и особено за да се улесни разширяването на инсталацията. За да се осигури максимална защита на хората около електрическата инсталация, предните панели трябва да се монтират пред цялото оборудване за контрол и защита, за да се избегне директният достъп без инструменти до части под напрежение.

Основни устройства за изключване

Обикновено разделът за сервизно обслужване на ГРТ изисква едно или повече устройства за изключване на захранването. Основното устройство за изключване и разединяване се монтира в сервизната част и захранва една или повече разпределителни секции. В някои приложения основният прекъсвач трябва да се намира на отдалечено място от разпределителната част на оборудването и се счита за дистанционно. В сервизната част на разпределителните табла може да се инсталират различни основни защитни устройства. В зависимост от модела на главното разпределителното табло, мощността за разпределение и изискванията на клиента, основното защитно устройство може да бъде разединител със стопяеми предпазители, прекъсвач с лят корпус (MCCB) или въздушен прекъсвач (ACB).

Измервателни устройства и защитни релета

Измервателните устройства осигуряват информация за консумацията на електроенергия и състоянието на системата. Измервателните уреди в ГРТ измерват основните електрически параметри на захранването, изходящите линии, захранващи разпределителните табла или отделни товари. Освен това те предоставят важни данни за оценката на състоянието на системата и качеството на електроенергията. Устройствата с възможност за комуникация могат лесно да се интегрират в системи за автоматизация и мониторинг на електроенергията, за да могат в последствие придобитите данни да се обработват. Комуникацията със системи за управление се осъществява чрез PROFIBUS DP, PROFINET, Modbus RTU, Modbus TCP, Ethernet.

Защитата на комутационната апаратура играе жизненоважна роля в модерната мрежа на енергийната система. Прекъсвачите могат да се управляват ръчно, когато е необходимо, и могат да се управляват автоматично по време на токово претоварване и късо съединение или други неизправности в системата чрез установяване на аномалия на системните параметри. Тези параметри на електроенергийната система могат да бъдат ток, напрежение, честота, фазов ъгъл и др. Прекъсвачът разпознава състояние на повреда на защитаваната от него верига чрез вградената защита или чрез сигнал от защитни релета, за да изключи дефектната част на електрическата верига от останалата част.

Заземяване на ГРТ 

Заземяването е важен аспект на всяка електрическа система и трябва да се обмисли внимателно. Всеки обект, който е електрически свързан към земята, е заземен, но не всички земни връзки са умишлени. Заземената връзка може да възникне случайно в резултат на повреда на оборудването или окабеляването. Правилното умишлено заземяване е от съществено значение за безопасната работа на електрическото оборудване. Има две основни причини за умишлено заземено електрическо оборудване: заземяването намалява опасността от токов удар чрез минимизиране на напрежението между отделните части на системата и осигурява малък импеданс за тока на земно съединение. Колкото импедансът е по-малък, толкова по-голям е токът при повреда и следователно по-бързо ще се изключи прекъсвачът, за да отстрани захранването от товара.

Земното съединение е състояние, при което електрическият ток има нежелан път към земята. Обикновено токът протича от проводник до съседен заземен проводник или заземена повърхност. В резултат на това прекъсвачът няма да изключи, освен ако има вградена защита срещу земно съединение. В много търговски или промишлени приложения е необходима защита от заземяване, за да се защити оборудването.

Основни характеристики за избор на ГРТ 

При избора на главни разпределителни табла и устройства за защита е важно да се знае както максималният непрекъснат ток, така и очакваният ток на късо съединение. Тези фактори са от решаващо значение за определяне на различните номинални величини за това оборудване.  Изключвателната възможност е характеристика, при която защитното устройство в ГРТ (предпазител или прекъсвач) може безопасно да прекъсне веригата без да се повреди при определени условия. Съгласуването между прекъсвачите гарантира селективно изключване само на прекъсвача в точката на повреда.

Издръжливост на ток на късо съединение, при който част от оборудването може да издържи за определено време без да се повреди и да се зададе съгласно стандартите за устойчивост на късо съединение. Стенните структури и опорите са проектирани да издържат определен ток за определено време. Краткотрайната издръжливост на ГРТ се определя от комбинираните възможности за издръжливост, прекъсване и ограничаване на тока на тоководещата шина и защитните устройства в него, както и всички защитни устройства преди него, които могат да го осигурят и да го защитят.

Номиналният ток е този ток, при който таблото или защитното устройство може да издържи непрекъснато без влошаване на характеристиките и без да се превишават границите на повишаване на температурата. Номиналното напрежение на таблото трябва да бъде поне равно на напрежението на системата, но никога по-малко.

При избор на ГРТ трябва да се отчетат някои основни изисквания. Това са входящо напрежение и конфигурация, изисквания за защита на входящата мощност, налични пространствени и екологични съображения, изисквания за сертификация на системата, изисквани брой и видове секции, изисквания за корпуса като тип NEMA, подравняване на секциите, достъпност и боя. Основни изисквания при избор на ГРТ са също съображения за доставка и повдигане, материал на тоководещата шина и номинален ток, присъединяване на таблото към ЕРП, изисквания за измерване на ЕРП и клиента, за светлинни индикатори, за дистанционно изключване, ключови изисквания за взаимно свързване, тип и номинални величини на защитните устройства в ГРТ, изисквания към предпазителите, изисквания за защита от земно съединение, за допълнително оборудване (комуникация), което да се монтира в таблото, за инсталиране и обслужване. Може да се изисква и друга информация.