Waarom vallen contactors altijd uit? Overbelasting- en korte-slagbeveiliging moeten gelijktijdig worden geïmplementeerd
Contactors worden gebruikt om ladingen te sluiten en te openen die deze bewerkingen nodig hebben tijdens normaal gebruik, vooral voor specifieke activiteiten zoals middenspanningsopenbare verlichting en industriële elektrische motoren.
De combinatie van middenspanningscontactor + zekering (F-C) kan motoren tot 12 kV bedienen. Middenspanningsregelaars zijn echter ook geschikt als voeders voor andere soorten ladingen, vooral transformatoren. Voor dergelijke ladingen worden contactors meestal aangepast met mechanische beveiliging, zodat de contactor niet automatisch opent wanneer het systeemspanning instort.
Mechanisch beveiligde contactors zijn in principe dezelfde in structuur als elektromagnetisch gehouden contactors. Echter, in plaats van afhankelijk te zijn van een continu geënergiseerde hoofdspoel om de contactor gesloten te houden, gebruiken mechanisch beveiligde contactors mechanische beveiliging om de gesloten staat te handhaven. In wezen simuleren mechanisch beveiligde contactors middenspanningsklemmen. Het moet echter in gedachten worden gehouden dat er duidelijke verschillen bestaan tussen contactors en klemmen.
Overwegingen voor sturingsschakelingen
Zodra een traditionele elektromagnetisch gehouden contactor is gesloten, blijft deze gesloten zolang de hoofdspoel geënergiseerd is. Meestal is de stroomvoorziening voor de hoofdspoelschakeling een sturingstransformator, die een integraal onderdeel is van de gehele regelaar. Daarom wordt bij motoraandrijvingen, wanneer het systeemspanning instort, de motor automatisch losgekoppeld, waardoor schade aan de motor wordt voorkomen.
In tegenstelling daarmee blijven mechanisch beveiligde contactors gesloten wanneer het systeemspanning instort. Dit is vooral noodzakelijk wanneer de lading van een type is dat automatisch heropgeladen moet worden wanneer het systeemspanning wordt hersteld, zoals verlichtingstransformatoren.
Elektromagnetisch gehouden contactors gaan open wanneer de contacten in de hoofdspoelsturingschakeling openen. Aan de andere kant worden mechanisch beveiligde contactors ontsloten door het sluiten van contacten in de beveiligingsschakeling, waardoor de contactor kan openen. Zo is de vereiste sturing voor mechanisch beveiligde contactors enigszins vergelijkbaar met die van middenspanningsklemmen.
Mechanisch beveiligde contactors vereisen een betrouwbare stroomvoorziening voor het uitschakelen. Een gelijkstroom (accu) stroomvoorziening wordt verkozen, maar als de enige stroomvoorziening een sturingstransformator is die is verbonden met de primaire spanning, is een wisselstroomcondensatoruitschakelapparaat geschikt voor gebruik.
De sluitingschakeling zou momentcontactknoppen moeten gebruiken, zodat de hoofdspoel alleen tijdens de sluitingsperiode geënergiseerd is. Op dezelfde manier zou de uitschakel- (beveiligingsontsluiting) schakeling momentcontactknoppen moeten gebruiken. Voor automatische uitschakeling van beschermingsrelais zou een normaal open contact moeten worden verbonden in de uitschakel- (beveiligingsontsluiting) schakeling, en een normaal gesloten contact van het beschermingsrelais zou moeten worden verbonden in de sluitingschakeling. Het doel van het normaal gesloten relaiscontact in de sluitingschakeling is om ervoor te zorgen dat de hoofdspoelschakeling wordt gedemagnetiseerd tijdens het uitschakelen. Het is ook wenselijk om een vergrendelingsfunctie (86) te integreren, ofwel via de 86-functie in sommige multifunctionele microprocessorrelais, of via een apart vergrendelingsrelais.
Belangrijk is dat de externe sturingschakeling van de gebruiker geen behoudende contacten in de sluitingschakeling mag bevatten. Mechanisch beveiligde contactors werken op dezelfde manier als elektromagnetisch gehouden contactors, met de toevoeging van een mechanische beveiliging. Als de hoofdspoelschakeling continu geënergiseerd is, blijft de contactor gesloten, zelfs als de beveiliging ontgrendeld wordt.
Bronnen variëren in hun schattingen van de hoeveelheid tijd die moet worden toegestaan tussen storingonderbreking en vervolgens heropwekking. De meeste bronnen wijzen erop dat er minstens zes cycli moeten zijn tussen de onderbreking van de boog (bij het openen) en het sluiten van de contacten bij de volgende sluitingsbewerking.
Overwegingen voor kortsluiting en overbelasting
Contactors die worden gebruikt om transformatoren van stroom te voorzien, verschillen van die welke worden gebruikt om motoren van stroom te voorzien, alleen in de kenmerken van de stroombeperkende zekeringen. Zekeringen die worden gebruikt om motorschakelingen te beschermen, zijn klasse M-zekeringen, waarvan de beschermende kenmerken geschikt zijn voor de toepassingsvereisten van motoren. Voor transformatervoeders zouden de zekeringen klasse T-zekeringen moeten zijn, ontworpen om passende bescherming te bieden voor transformatoren.
Contactors zonder zekeringen hebben slechts een beperkte onderbrekingscapaciteit. Daarom moeten contactors altijd in combinatie met stroombeperkende zekeringen worden gebruikt. De combinatie van een contactor (die normale belastingsstroom en matige overbelastingsstroom onderbreekt) en een stroombeperkende zekering (die stromen onderbreekt die de capaciteit van de contactor alleen te boven gaan) biedt volledige overstromings- en kortsluitingonderbrekingscapaciteit.
Overstromingsrelais moeten worden gebruikt om bescherming te bieden tegen matige overbelastingsstromen, om onnodige zekeringbediening te voorkomen. Deze bescherming moet worden gecoördineerd met de continue stroomdraagcapaciteit van de zekering-contactorcombinatie. Aangezien zekeringen een aanzienlijke hoeveelheid warmte genereren, is het niet ongewoon dat zekeringen enigszins groter zijn dan aanbevolen voor continue stroom. Daarom bieden overstromingsrelais overbelastingsbescherming niet alleen voor de transformator, maar ook voor de zekering-contactorcombinatie. Dit is gepast omdat de functie van de zekering is om kortsluitingbescherming te bieden, niet overbelastingsbescherming.
Eenfasige bescherming
Moderne moteroverbelastingsbeschermingsapparaten bevatten meestal een beschermingsfunctie om de motor automatisch te dekoppelen wanneer één fase van de ingaande stroom verloren gaat. Voor niet-motervoeders kan deze "éénfasige bescherming" echter niet nodig of gewenst zijn. Bijvoorbeeld, condensator- of verlichtingsladingen raken meestal niet beschadigd door eenfasige toestanden. Niettemin moeten gebruikers overwegen of éénfasige bescherming gepast is. De meest voorkomende methode om deze functie te implementeren is het verschaffen van een zekeringuitgangstoets, die mechanisch wordt geactiveerd door een plunger op de stroombeperkende zekering. Met deze optie, wanneer elke enkele primaire stroombeperkende zekering werkt, activeert de indicatorplunger op de zekering een uitgangshefboom, waardoor de contactor opent.
Andere toepassingsoverwegingen
Mechanisch beveiligde contactors delen veel toepassingskenmerken met elektromagnetisch gehouden contactors. In tegenstelling tot klemmen zijn contactors ontworpen voor frequente bediening, met 200.000 elektrische bedieningen. De grootte van de transformator die van een contactor kan worden gevoed, is natuurlijk beperkt door de beschikbare zekeringen (vooral bij 7,2 kV) en de continue stroomcapaciteit van de contactor.
Contactors zijn ontworpen om lage energie-eis voor sturingsstroom te hebben. Daarom kunnen hun sluit- en openingsnelheden relatief traag zijn. Een typische sluitingstijd is 40 ms voor 400 A en 70 ms voor 720 A, terwijl de openingstijd 90 ms is voor 400 A en 35 ms voor 720 A. Hoewel deze tijden veel langer zijn dan de bedieningstijden van klemmen, vereisen ze meestal geen speciale overwegingen voor sturingschakelingen of systeembedieningsprocedures. Beveiligde contactors zijn geïntegreerd in het ontwerp van middenspanningsregelaars, waardoor de overgangssecties en grote schakelkasten die nodig zijn voor klemmen worden geëlimineerd. Aangezien mechanisch beveiligde contactors zekeringen gebruiken voor kortsluitingbescherming, kunnen zekeringen werken bij ernstige storingen. Indien dit gebeurt, is de downtime die nodig is om de zekeringen te vervangen langer dan wanneer klemmen worden gebruikt. Ervaringen hebben echter uitgewezen dat ernstige storingen relatief zeldzaam zijn, dus dit zal waarschijnlijk geen belangrijk probleem zijn.
Samenvatting
Contactors worden al decennia gebruikt om transformatoren en andere niet-motorladingen van stroom te voorzien, en hun gebruik is de laatste jaren aanzienlijk toegenomen. Het gebruik van mechanisch beveiligde contactors is bijzonder geschikt wanneer transformatoren worden gevoed door middenspanningscontactors.
