Warum brennen Kontakte immer aus? Überlast- und Kurzschluss-Schutz müssen gleichzeitig implementiert werden

Kontaktoren werden verwendet, um Lasten zu schließen und zu öffnen, die während des normalen Betriebs solche Operationen erfordern, insbesondere für spezifische Anwendungen wie mittelspannungsbetriebene öffentliche Beleuchtung und industrielle Elektromotoren.

Die Kombination aus Mittelspannungskontaktor + Sicherung (F-C) kann Motoren bis zu 12 kV steuern. Allerdings eignen sich Mittelspannungssteuergeräte auch als Speiseleitungen für andere Arten von Lasten, insbesondere Transformator. Für solche Lasten werden Kontaktoren in der Regel so modifiziert, dass sie mechanisches Verriegeln aufweisen, sodass der Kontaktor nicht automatisch geöffnet wird, wenn die Systemspannung zusammenbricht.

Mechanisch verriegelte Kontaktoren sind im Prinzip strukturell identisch mit elektromagnetisch gehaltenen Kontaktoren. Dennoch verwenden mechanisch verriegelte Kontaktoren anstelle eines ständig gespeisten Hauptspulens einen mechanischen Riegel, um den geschlossenen Zustand beizubehalten. Im Wesentlichen simulieren mechanisch verriegelte Kontaktoren Mittelspannungsschaltgeräte. Es muss jedoch bedacht werden, dass es klare Unterschiede zwischen Kontaktoren und Schaltgeräten gibt.

Überlegungen für Steuerschaltkreise

Sobald ein traditioneller elektromagnetisch gehaltener Kontaktor geschlossen ist, bleibt er geschlossen, solange die Hauptspule gespeist wird. In den meisten Fällen ist die Steuerstromversorgung für den Hauptspulenkreis ein Steuerstromtransformator, der ein integraler Bestandteil des gesamten Steuergeräts ist. Daher trennt sich bei Motormassen, wenn die Systemspannung zusammenbricht, der Motor automatisch, um Schäden am Motor zu vermeiden.

Im Gegensatz dazu bleiben mechanisch verriegelte Kontaktoren geschlossen, wenn die Systemspannung zusammenbricht. Dies ist besonders notwendig, wenn die Last eine Art ist, die automatisch wieder versorgt werden muss, wenn die Systemspannung wiederhergestellt wird, wie z.B. Beleuchtungstransformator.

Elektromagnetisch gehaltene Kontaktoren öffnen, wenn die Kontakte im Hauptspulensteuerkreis geöffnet werden. Mechanisch verriegelte Kontaktoren hingegen werden durch das Schließen der Kontakte im Verriegelungskreis entriegelt, wodurch der Kontaktor geöffnet werden kann. Somit ähnelt die erforderliche Steuerung für mechanisch verriegelte Kontaktoren derjenigen von Mittelspannungsschaltgeräten.

Mechanisch verriegelte Kontaktoren erfordern eine zuverlässige Steuerstromversorgung zum Auslösen. Eine Gleichstromversorgung (Batterie) ist bevorzugt, aber wenn die einzige Steuerstromversorgung ein an die Primärspannungsquelle angeschlossener Steuerstromtransformator ist, eignet sich ein Wechselstrom-Kondensator-Auslösegerät.

Der Schließkreis sollte Momentarkontakt-Tasten verwenden, damit die Hauptspule nur während des Schließvorgangs gespeist wird. Ähnlich sollte der Auslösekreis (Verriegelungsentriegelung) Momentarkontakt-Tasten verwenden. Für das automatische Auslösen von Schutzrelais sollte ein normalerweise offener Kontakt im Auslösekreis (Verriegelungsentriegelung) verbunden sein, und ein normalerweise geschlossener Kontakt vom Schutzrelais sollte im Schließkreis verbunden sein. Der Zweck des normalerweise geschlossenen Relaiskontakts im Schließkreis ist sicherzustellen, dass der Hauptspulenkreis beim Auslösen entlastet wird. Es ist auch wünschenswert, eine Sperrfunktion (86) einzubeziehen, entweder über die 86-Funktion in multifunktionalen Mikroprozessor-Relais oder über ein separates Sperrelais.

Wichtig ist, dass der externe Steuerschaltkreis des Benutzers keine Haltekontakte im Schließkreis enthalten sollte. Mechanisch verriegelte Kontaktoren arbeiten im Prinzip wie elektromagnetisch gehaltene Kontaktoren, zusätzlich mit einem mechanischen Riegel. Wenn der Hauptspulenkreis kontinuierlich gespeist wird, bleibt der Kontaktor auch dann geschlossen, wenn der Auslöser betätigt wird.

Quellen variieren in ihren Schätzungen, wie viel Zeit nach dem Fehlerunterbrechen vor der nachfolgenden Wiederversorgung verstreichen muss. Die meisten Quellen geben an, dass mindestens sechs Perioden zwischen der Unterbrechung des Lichtbogens (beim Öffnen) und dem Kontaktschluss im nachfolgenden Schließvorgang liegen müssen.

Überlegungen zu Kurzschluss und Überlast

Kontaktoren, die zur Versorgung von Transformatorn verwendet werden, unterscheiden sich von denen, die zur Versorgung von Motoren verwendet werden, lediglich in den Eigenschaften der strombegrenzenden Sicherungen. Sicherungen, die zur Schutz von Motorkreisen verwendet werden, sind Klasse M-Sicherungen, deren Schutzeigenschaften für die Anwendungsanforderungen von Motoren geeignet sind. Für Transformatorspeisungen sollten die Sicherungen Klasse T-Sicherungen sein, die darauf ausgelegt sind, angemessenen Schutz für Transformator zu bieten.

Kontaktoren ohne Sicherungen haben nur eine begrenzte Unterbrechungskapazität. Deshalb müssen Kontaktoren immer in Kombination mit strombegrenzenden Sicherungen verwendet werden. Die Kombination aus einem Kontaktor (der den normalen Laststrom und mäßige Überlastströme unterbricht) und einer strombegrenzenden Sicherung (die Ströme unterbricht, die die Kapazität des alleinigen Kontaktors überschreiten) bietet eine vollständige Überstrom- und Kurzschlussunterbrechungskapazität.

Überstromrelais sollten verwendet werden, um Schutz gegen mäßige Überlastströme zu gewährleisten, um unnötiges Auslösen der Sicherungen zu vermeiden. Dieser Schutz muss mit der kontinuierlichen Stromtragfähigkeit der Sicherungs-Kontaktorkombination abgestimmt sein. Da Sicherungen eine beträchtliche Menge an Wärme erzeugen, ist es nicht ungewöhnlich, dass Sicherungen etwas größer dimensioniert werden, als für den kontinuierlichen Strom empfohlen wird. Daher bieten Überstromrelais nicht nur Überlastschutz für den Transformator, sondern auch für die Sicherungs-Kontaktorkombination. Dies ist angemessen, da die Funktion der Sicherung darin besteht, Kurzschlusschutz und nicht Überlastschutz zu bieten.

Einphasenschutz

Moderne Motorsüberlastschutzeinrichtungen beinhalten in der Regel eine Schutzfunktion, die den Motor automatisch trennt, wenn eine Phase der Eingangsspannung verloren geht. Für nicht-motorische Speisungen mag dieser "Einphasenschutz" jedoch nicht notwendig oder wünschenswert sein. Zum Beispiel werden Kondensatoren oder Beleuchtungsbelastungen in der Regel nicht durch Einphasenzustände beschädigt. Dennoch sollten Benutzer in Betracht ziehen, ob Einphasenschutz angemessen ist. Die gängigste Methode zur Implementierung dieser Funktion ist die Bereitstellung eines Sicherungsauslöseaccessoires, das mechanisch durch einen Stift auf der strombegrenzenden Sicherung betätigt wird. Mit dieser Option wird, wenn eine einzelne primäre strombegrenzende Sicherung ausgelöst wird, der Indikatorstift auf der Sicherung einen Auslösehebel betätigt, was den Kontaktor öffnet.

Weitere Anwendungshinweise

Mechanisch verriegelte Kontaktoren teilen viele Anwendungseigenschaften mit elektromagnetisch gehaltenen Kontaktoren. Im Gegensatz zu Schaltgeräten sind Kontaktoren für häufiges Betätigen konzipiert, mit 200.000 elektrischen Betätigungen. Die Größe des Transformators, der von einem Kontaktor versorgt werden kann, ist natürlich durch die verfügbaren Sicherungen (insbesondere bei 7,2 kV) und die kontinuierliche Stromkapazität des Kontaktors begrenzt.

Kontaktoren sind so konzipiert, dass sie niedrige Energieanforderungen für die Steuerstromversorgung haben. Daher können ihre Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeiten relativ langsam sein. Eine typische Schließzeit beträgt 40 ms für 400 A und 70 ms für 720 A, während die Öffnungszeit 90 ms für 400 A und 35 ms für 720 A beträgt. Obwohl diese Zeiten viel länger sind als die Betriebszeiten von Schaltgeräten, erfordern sie in der Regel keine besonderen Berücksichtigungen für Steuerschaltkreise oder Systembetriebsabläufe. Verriegelte Kontaktoren sind in der Konstruktion von Mittelspannungssteuergeräten integriert, was den Übergangsabschnitte und großen Schaltanlagengehäuse, die für Schaltgeräte erforderlich sind, entfällt. Da mechanisch verriegelte Kontaktoren Sicherungen für den Kurzschlusschutz verwenden, können Sicherungen bei schweren Fehlern auslösen. Falls dies passiert, ist die Stillstandsdauer, die mit dem Austausch der Sicherungen verbunden ist, länger als bei der Verwendung von Schaltgeräten. Erfahrungen zeigen jedoch, dass schwere Fehler relativ selten sind, so dass dies wahrscheinlich kein großes Problem darstellt.

Zusammenfassung

Kontaktoren werden seit Jahrzehnten verwendet, um Transformatorn und anderen nicht-motorischen Lasten Energie zu liefern, und ihr Einsatz hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Der Einsatz mechanisch verriegelter Kontaktoren ist besonders angebracht, wenn Transformatorn von Mittelspannungskontaktoren versorgt werden.