Mitkä avainparametrit kannattaa tarkistaa ennen tyhjiökatkaisijan valitsemista?

Mikä tekee tyhjiökatkaisijasta erilaisen?

A tyhjiön katkaisija (VCB) katkaisee vikavirran erottamalla koskettimet suljetun tyhjökatkaisijan sisällä, jossa kaasumolekyylien puuttuminen tarkoittaa, että koskettimien väliin muodostunut kaari sammuu lähes välittömästi - tyypillisesti ensimmäisen virran nollapisteen sisällä koskettimen erotuksen jälkeen. Öljy-, ilmapuhallus- tai SF6-katkaisimiin verrattuna VCB:t tarjoavat nopeamman valokaaren sammumisen, paljon pidemmän sähköisen käyttöiän (yleensä 10 000 tai enemmän toimintoa nimellisvirralla), minimaaliset huoltotarpeet eikä tulipalon tai myrkyllisten kaasujen vapautumisen vaaraa. Nämä edut ovat tehneet niistä hallitsevan valinnan keskijännitekojeistoille 3,6 kV - 40,5 kV kattaen teollisuuslaitokset, sähkönjakeluasemat, kaupalliset rakennukset, kaivostoiminnot ja uusiutuvan energian laitokset.

Luotettavuudestaan ​​huolimatta VCB:t eivät ole yksikokoinen laite. Jänniteluokka, nimellisvirta, oikosulkukatkaisukyky, toimintamekanismi ja suojattavan kuorman erityisominaisuudet vaikuttavat kaikki siihen, mikä katkaisija on oikea tiettyyn käyttötarkoitukseen. Vikatasonsa alamittaisen, kuormitustyyppiin sopimattoman tai kytkinpaneelin kanssa yhteensopimattoman VCB:n valitseminen vaarantaa sekä suojauksen että laitteiden käyttöiän. Tässä oppaassa käydään läpi kaikki tärkeät valintaparametrit käytännössä.

Vaihe yksi: Vahvista järjestelmän jännite ja jänniteluokka

Ensimmäinen ja perustavanlaatuisin valintakriteeri on katkaisijan nimellinen maksimijännite, jonka on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin suurin katkaisijan liittimissä esiintyvä jännite kaikissa toimintaolosuhteissa, mukaan lukien tilapäiset ylijännitteet kytkentä- tai vikatapahtumien aikana. VCB:t valmistetaan standardien IEC 62271-100 ja ANSI/IEEE C37.04 määrittelemissä vakiojänniteluokissa. Yleisiä luokkia ovat 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV ja 40,5 kV keskijännitesovelluksissa.

Älä valitse katkaisijaa, joka on tarkalleen nimellisjännitteellä. 6,6 kV:n jakeluverkossa tulisi käyttää 7,2 kV:n nimelliskatkaisijaa ja 11 kV:n järjestelmässä 12 kV:n luokkakatkaisijaa, koska nimellismaksimijännite ottaa huomioon järjestelmän jännitetoleranssit ja transienttiylijännitteet. Yhtä tärkeitä ovat nimellisteho-taajuuden kestojännite ja nimellinen salamaniskunkestojännite (BIL), jotka varmistavat, että katkaisija kestää salamaniskujen ja kytketyn verkon kytkentäpiikit aiheuttamat dielektriset rasitukset.

Vaihe kaksi: Määritä nimellinen normaalivirta

Nimellinen normaalivirta on jatkuva virta, jota katkaisija voi kuljettaa rajattomasti ylittämättä koskettimien, johtimien ja liittimien lämpötilarajoja. Tämä arvo on sovitettava suojattavan piirin jatkuvaan enimmäiskuormitusvirtaan sopivalla turvamarginaalilla. Keskijännitteisten VCB:iden vakionimellisvirrat ovat 630 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A ja 3150 A.

Kun lasket tarvittavaa tehoarvoa, ota huomioon suurimman suojattavan moottorin tai muuntajan täysi kuormavirta sekä mahdolliset lisäkuormat samassa syöttölaitteessa. Muuntajan syöttöjohdoissa käytetään muuntajan täyskuormitusvirtaa ensiöjännitteellä, ei pelkästään tyyppikilven kVA:ta. Moottorisyöttölaitteiden osalta sisällytä palvelutekijä ja mahdollinen tuleva kuormituksen kasvu. Sellaisen virran valitseminen, jonka korkeus on vähintään 20–25 % lasketun maksimikuormitusvirran yläpuolella, on hyvä käytäntö ja välttää katkaisijan koskettimien haitallista lämpövanhenemista sen käyttöiän aikana.

Vaihe 3: Sovita oikosulkukatkaisukapasiteetti vikatasoon

Oikosulkukatkaisukapasiteetti (kutsutaan myös nimelliseksi oikosulkukatkaisuvirraksi tai Isc:ksi) on luultavasti kriittisin turvallisuusparametri VCB-valinnassa. Se määrittää suurimman mahdollisen vikavirran, jonka katkaisija voi katkaista turvallisesti ilman katkaisijan vaurioitumista tai suojan menetystä. Jos todellinen vikataso asennuskohdassa ylittää katkaisijan nimelliskatkaisukapasiteetin, katkaisija ei ehkä katkaise vikaa, mikä voi johtaa jatkuvaan valokaareen, tyhjökatkaisijan räjähtämiseen ja mahdollisesti katastrofaaliseen vaurioon kojeistossa ja liitetyissä laitteissa.

Tuleva vikavirta missä tahansa verkon kohdassa on laskettava oikosulkututkimuksella, jossa otetaan huomioon sähkönsyötön impedanssi, kaikkien lähteen ja katkaisijan välisten muuntajien ja kaapeleiden impedanssi sekä mahdollisten paikallisten generaattoreiden tai suurten moottoreiden panos. Keskijännitteisten VCB:iden yleiset nimelliskatkaisuvirrat ovat 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31,5 kA ja 40 kA (symmetrinen RMS). Valitse aina katkaisija, jonka nimellinen katkaisuvirta ylittää lasketun mahdollisen vikavirran asennuspisteessä, mukaan lukien tulevat verkon vahvistamisskenaariot, jotka saattavat nostaa vikatasoa.

Tähän liittyy läheisesti nimellinen lyhytkestoinen kestovirta (Ik), joka on vikavirta, jonka katkaisija voi kuljettaa tietyn ajan (tyypillisesti 1 tai 3 sekuntia) ilman vaurioita. Tämä parametri koskee väyläosan ja väyläkytkimen katkaisijoita, jotka voivat kuljettaa vikavirtaa, kun ylävirran suojaus toimii.

Vaihe neljä: Ymmärrä kuormitustyyppi ja sen vaikutus valintaan

Piiriin kytketyn kuorman luonne vaikuttaa merkittävästi VCB:n valintaan, koska eri kuormatyypit aiheuttavat erilaisia jännityksiä alipainekatkaisijaan kytkennän aikana.

Moottorin kuormat

Keskijännitemoottoreiden kytkeminen on yksi vaativimmista VCB-sovelluksista. Virran kytkeytymishetkellä moottori ottaa 6–8 kertaa täyskuormitusvirtaansa suuruisen käynnistysvirran. Vielä kriittisemmin, kun käynnissä oleva moottori sammutetaan, romahtava magneettikenttä synnyttää jännitepiikin, joka tunnetaan katkaisuylijännitteenä tai virtuaalisen virrankatkaisutransienttinä. Moottorin kytkentäkäyttöön valituilla VCB:illä on oltava alhainen katkaisuvirta - tyypillisesti alle 5 A - ylijännitteiden minimoimiseksi. Monet valmistajat tarjoavat VCB:itä, jotka on erityisesti mitoitettu moottoreiden toistuvaan vaihtoon (M2-luokka IEC 62271-100 -standardin mukaan), joiden kestävyysluokitukset ovat vähintään 10 000 kuormittamatonta toimintaa ja 2 000 tai enemmän täyden kuormituksen kytkentätoimintoa. Ylijännitesuojaimia tai RC-vaimennuspiirejä käytetään yleisesti myös moottoria kytkevien VCB:iden kuormituspuolella lisäylijännitesuojatoimenpiteenä.

Muuntaja- ja kondensaattoripankin kuormat

Virtaavat muuntajat synnyttävät suurella DC-offsetilla varustettuja käynnistysvirtoja, jotka voivat saavuttaa 8–12 kertaa muuntajan nimellisvirran useiden jaksojen ajan. VCB:n on kestettävä tämä käynnistys ilman ei-toivottua laukaisua, jos hetkellinen ylivirtasuoja on asetettu liian herkästi. Kondensaattoripankin kytkentä aiheuttaa toisenlaisen ongelman: alkusyöttö on erittäin korkeataajuinen transientti, joka rasittaa tyhjökatkaisijaa dielektrisesti. Valitse kondensaattoripankkikäyttöä varten VCB, jonka kondensaattorin kytkentäluokitus määrittää sekä huippusyöttövirran että sen taajuuden. Näin varmistetaan, että katkaisija pystyy käsittelemään kapasitiivisen virran keskeytyksetöntä keskeytystä.

Vaihe viisi: Valitse oikea toimintamekanismi

Käyttömekanismi varastoi ja vapauttaa katkaisijan koskettimien avaamiseen ja sulkemiseen tarvittavan energian riittävällä nopeudella ja voimalla luotettavan valokaaren katkaisun ja kosketuspaineen saavuttamiseksi. Nykyaikaisten VCB:iden kaksi hallitsevaa mekanismityyppiä ovat jousivaraus ja magneettinen toimilaite (kestomagneetti).

• Jousiladattavat mekanismit varastoi energiaa mekaaniseen jouseen, joka ladataan sähkömoottorilla tai manuaalisesti. Ne ovat kestäviä, todistettu vuosikymmenien käytössä ja voivat suorittaa suljetun (CO) -toiminnon ladatusta jousesta jopa aputehon katoamisen jälkeen. Ne ovat vakiovalinta useimpiin yleishyödyllisiin ja teollisiin sovelluksiin.
• Kestomagneettitoimilaitteen (PMA) mekanismit käytä kelapulssin sähkömagneettista voimaa koskettimien avaamiseen ja sulkemiseen, ja kestomagneetti pitää koskettimet paikoillaan ilman jatkuvaa virtaa. PMA:issa on paljon vähemmän liikkuvia osia kuin jousimekanismeissa, ja ne tarjoavat erittäin korkean mekaanisen kestävyyden (jopa 50 000 toimintoa), erittäin nopeat ja tasaiset käyttöajat ja käytännöllisesti katsoen ilman voitelu- tai säätövaatimuksia. Ne ovat ensisijainen valinta korkean syklin sovelluksiin, kuten usein tapahtuviin moottorin vaihtoihin, uudelleensulkemiseen ja älykkään sähköverkkoon.

Käyttömekanismin apusyöttöjännitteen (yleensä 110 V DC, 220 V DC tai 230 V AC) on vastattava kojeiston paneelissa käytettävissä olevaa ohjaustehoa. Varmista tämä määrittelyvaiheessa, jotta vältytään kalliilta jälkiasennukselta.

Avainvalintaparametrit yhdellä silmäyksellä

Seuraavassa taulukossa on yhteenveto ensisijaiset valintaparametrit ja kysymykset, joihin kukin vastaa määrittelyprosessin aikana:

Vaatimustenmukaisuusstandardit ja paneelien yhteensopivuus

VCB ei toimi eristyksissä – se on integroitu kojeiston paneeliin (sisä- tai ulkokäyttöön, kiinteä tai irrotettava), jonka on itse täytettävä asennusmaan ja -alan asiaankuuluvat standardit. Katkaisijan on oltava mitoiltaan ja sähköisesti yhteensopiva paneelinsa kanssa, ja sen tulee olla yhteensopiva ensisijaisen liitännän geometrian, toissijaisten liittimien sijoittelun ja telineen tai ulos vedettävän vaunun mittojen kanssa. IEC 62271-100 on ensisijainen kansainvälinen standardi, joka ohjaa vaihtovirtakatkaisijoiden tyyppitestausta ja mitoitettuja ominaisuuksia. Pohjois-Amerikassa ANSI/IEEE C37.04, C37.06 ja C37.09 säätelevät suurjännitekatkaisijoiden luokituksia ja testausta.

Pyydä aina valmistajalta tyyppitestitodistukset, jotka vahvistavat, että kyseinen katkaisijamalli on testattu sovellettavan standardin mukaisesti akkreditoidussa riippumattomassa laboratoriossa. Varmista, että testijännite, virta ja katkaisukyky vastaavat tai ylittävät sovelluksesi vaatimuksia – ei vain, että tyyppikilven nimet vastaavat. Kriittisten infrastruktuurien, hyötykäyttöluokan tai vientiprojektien osalta varmista, että katkaisijalla ja sen kytkinpaneelilla on loppukäyttäjän määrittelyjen edellyttämät sertifikaatit, kuten KEMA-, CESI- tai CPRI-testiraportit. Näihin parametreihin tarkasti valittu VCB suojaa verkkoasi luotettavasti 25–30 vuoden ajan minimaalisella toimenpiteellä.