Miért égnek ki a kapcsolók? Többleterhelés és rövidzárlatvédelem egyszerre kell megvalósítani
A kapcsolók normál használat során olyan terheléseket zárnak és nyitnak, amelyekhez ez a művelet szükséges, különösen közepes feszültségű közlekedési felvilágítások és ipari elektromos motorok esetén.
A közepes feszültségű kapcsoló + védőszívattyú kombinált vezérlő (F-C) akár 12 kV-ig érő motort is irányíthat. Ugyanakkor a közepes feszültségű vezérlők alkalmasak más típusú terhelések ellátására is, különösen transzformátorokra. Ilyen terhelések esetén a kapcsolókat általában mechanikusan rögzített változatokká alakítják, hogy a rendszerfeszültség leomlása esetén a kapcsoló ne záruljon automatikusan.
A mechanikusan rögzített kapcsolók alapvetően ugyanolyan szerkezetűek, mint az elektromágnesesen tartott kapcsolók. Azonban ahelyett, hogy folyamatosan energiázott főciklusra támaszkodnának a kapcsoló zárult állapotának fenntartásához, a mechanikusan rögzített kapcsolók mechanikai rögzítést használnak a zárult állapot fenntartására. Lényegében a mechanikusan rögzített kapcsolók közepes feszültségű átmenetiekkel modellezhetők. Fontos azonban, hogy tisztában legyünk a kapcsolók és az átmenetiek közötti jelentős különbségekkel.
Vezérlőkörök megfontolandó pontjai
Egy hagyományos elektromágnesesen tartott kapcsoló zárult állapotban marad, amíg a főciklus energiázva van. A főciklus irányítóenergiájának forrása leggyakrabban egy irányítóenergia-transzformátor, ami az egész vezérlő integrált része. Ezért a motorterhelések esetén, amikor a rendszerfeszültség leomlik, a motor automatikusan leválasztódik, így megelőzi a motor károsodását.
Szemben ezzel, a mechanikusan rögzített kapcsolók zárult állapotban maradnak, ha a rendszerfeszültség leomlik. Ez különösen szükséges, ha a terhelés olyan típusú, amelynek automatikusan újra kell energiázni, amikor a rendszerfeszültség helyreáll, például világítási transzformátorok esetén.
Az elektromágnesesen tartott kapcsolók nyílnak, amikor a főciklus irányítókapcsolatai nyílnak. Míg a mechanikusan rögzített kapcsolók a rögzítőkörben lévő kapcsolatok bezárásával oldhatók fel, lehetővé téve a kapcsoló nyitását. Így a mechanikusan rögzített kapcsolók irányítása valamelyest hasonló a közepes feszültségű átmenetieken való irányításhoz.
A mechanikusan rögzített kapcsolók megbízható irányítóenergiaforrást igényelnek a kiindításhoz. Direkt áram (akkumulátor) energiaforrás előnyös, de ha az egyetlen irányítóenergiaforrás a primáris feszültségforráshoz csatlakoztatott irányítóenergia-transzformátor, akkor alternatív áram-kondenzátoros indító eszköz is alkalmas.
A zárókör pillanatkénti kapcsolattal rendelkező gombokat kell használnia, hogy a főciklus csak a zárás idejére legyen energiázva. Hasonlóképpen, a kilépési (rögzítés-felszabadító) kör is pillanatkénti kapcsolattal rendelkező gombokat használjon. Az ellenőrző relék automatikus kilépéséhez a kilépési (rögzítés-felszabadító) körben nyitott kapcsolót kell csatlakoztatni, és a védelmi relé zárt kapcsolatát a zárókörben. A zárt relék kapcsolatának célja, hogy biztosítsa, hogy a főciklus kikapcsolódik a kilépés során. Javasolt továbbá a zárolási (86) relé funkció beillesztése, vagy a multifunkciós mikroprocesszorrelé 86 funkcióján keresztül, vagy különálló zárolási relével.
Fontos, hogy a felhasználó külső irányítókörében ne legyen tartókapcsolat a zárókörben. A mechanikusan rögzített kapcsolók ugyanúgy működnek, mint az elektromágnesesen tartott kapcsolók, a mechanikai rögzítéssel kiegészülve. Ha a főciklus folyamatosan energiázva van, a kapcsoló zárult állapotban marad, még akkor is, ha a kilépési rögzítés működik.
A hibabejelentés és a következő újraindítás közötti időtartamra vonatkozó becslések eltérőek. A legtöbb forrás azt mutatja, hogy legalább hat ciklusnak kell eltelnie a hibabejelentés (amikor a kapcsoló nyílik) és a következő zárás között.
Rövidzárló és túlzott terhelési szempontok
A transzformátorok ellátására használt kapcsolók és a motorok ellátására használt kapcsolók közötti különbség kizárólag a korlátozó védőszívattyúk jellemzőiben rejlik. A motorokat védő védőszívattyúk M osztályú védőszívattyúk, melyek védelmi jellemzői alkalmasak a motorok alkalmazási igényeire. A transzformátorok ellátására T osztályú védőszívattyúk szükségesek, amelyek a transzformátorok megfelelő védelmére terveztek.
A védőszívattyús nélküli kapcsolók csak korlátozott behajtási képességgel rendelkeznek. Ezért a kapcsolókat mindig védőszívattyúkkal kell használni. A kapcsoló (ami a normál terhelési áramot és mérsékelt túlzott terhelési áramot behajtja) és a korlátozó védőszívattyú (ami a kapcsolónál nagyobb áramokat behajt) kombinációja teljes túlzott áram- és rövidzárló behajtást nyújt.
Túlzott áramrelékkel kell védelemmel látjuk el a mérsékelt túlzott terhelési áramok ellen, hogy elkerüljük a védőszívattyúk felesleges működését. Ez a védelem koordinálva kell, hogy legyen a védőszívattyú-kapcsoló kombináció folyamatos áramviszonytalanságával. Mivel a védőszívattyúk jelentős mennyiségű hőt generálnak, nem ritka, hogy a védőszívattyúk mérete kissé nagyobb, mint a folyamatos áramhoz ajánlott. Ezért a túlzott áramrelék nem csak a transzformátort, hanem a védőszívattyú-kapcsoló kombinációt is védelmezik túlzott terhelés ellen. Ez megfelelő, mert a védőszívattyúk fő feladata a rövidzárló védelem, nem a túlzott terhelés elleni védelem.
Egyfázis védelem
A modern motor túlzott terhelés elleni védelmi eszközök általában tartalmazzák a motor automatikus leválasztásának funkcióját, ha a bemeneti energia egy fázisa elveszik. Azonban a nem-motoros ellátások esetén ez a "egyfázis védelem" nem feltétlenül szükséges vagy kívánatos. Például a kondenzátor vagy a világítási terhelések általában nem szenvednek egyfázis állapotokban. Ennek ellenére a felhasználóknak meg kell fontolniuk, hogy a egyfázis védelem megfelelő-e. Ezen funkció leggyakrabban előforduló megvalósítási módja egy védőszívattyú-trippel kiegészítő, amit a korlátozó védőszívattyún lévő plunger mechanikusan aktívál. Ezzel a beállítással, amikor bármelyik egyes primáris korlátozó védőszívattyú működik, a védőszívattyún lévő jelező plunger aktíválja a trippel leveret, ami a kapcsolót nyitja meg.
Egyéb alkalmazási szempontok
A mechanikusan rögzített kapcsolók sok alkalmazási jellemzőt osznak az elektromágnesesen tartott kapcsolókkal. Szemben az átmenetiekkel, a kapcsolók gyakori működésre vannak tervezve, 200 000 elektrikus működésre. Természetesen a kapcsolóról ellátható transzformátor mérete korlátozott a rendelkezésre álló védőszívattyúk (különösen 7,2 kV-on) és a kapcsoló folyamatos áramkapacitásának függvényében.
A kapcsolók alacsony energiaszükségletű irányítóenergiával vannak kialakítva. Emiatt zárásuk és nyitásuk sebessége relatíve lassú lehet. Tipikus zárásidő 40 ms 400 A-ra és 70 ms 720 A-ra, míg a nyitásidő 90 ms 400 A-ra és 35 ms 720 A-ra. Bár ezek a sebességek sokkal hosszabbak, mint az átmenetiek működési ideje, általában nem igényelnek speciális figyelembevételt az irányítókörök vagy a rendszer működési eljárásai számára. A rögzített kapcsolók beépülnek a közepes feszültségű vezérlők tervezésébe, kiküszöbölik a transzformátorokhoz szükséges átmeneti szakaszokat és nagy berendezéskötételeket. Mivel a mechanikusan rögzített kapcsolók védőszívattyúkat használnak rövidzárló védelemre, a védőszívattyúk működhetnek súlyos hiba esetén. Ha ez bekövetkezik, a védőszívattyúk cseréjéhez tartozó leállás hosszabb, mint a transzformátorok használatakor. Azonban a tapasztalat azt mutatja, hogy a súlyos hibák viszonylag ritkák, így ez valószínűleg nem lesz jelentős probléma.
Összefoglalás
A kapcsolók már évtizedek óta használódnak transzformátorok és egyéb nem-motoros terhelések ellátására, és használatuk jelentősen nőtt az elmúlt években. A mechanikusan rögzített kapcsolók használata különösen alkalmas, ha a transzformátorokat közepes feszültségű kapcsolókkal látják el.
