Varför brinner kontaktorer alltid ut? Överbelastningsskydd och kortslutsskydd måste implementeras samtidigt

Kontaktorer används för att stänga och öppna laster som kräver sådana operationer under normal användning, särskilt för specifika aktiviteter som medelspänningsbelysning och industriella elektriska motorer.

Kombinationen av medelspänningskontaktor + säkring (F-C) kan styra motorer upp till 12 kV. Medelspänningsstyrningar är dock också lämpliga som försörjare för andra typer av laster, särskilt transformatorer. För sådana laster ändras kontaktorerna vanligtvis så att de inkluderar mekanisk länkning, så att kontaktorn inte öppnas automatiskt när systemets spänning kollapsar.

Mekaniskt länkade kontaktorer är i grunden likadana i struktur som elektromagnetiskt hållna kontaktorer. Men istället för att bero på en kontinuerligt energiserad huvudspole för att hålla kontaktorn stängd, använder mekaniskt länkade kontaktorer mekanisk länkning för att upprätthålla den stängda tillståndet. I grunden simulerar mekaniskt länkade kontaktorer medelspänningsbrytare. Det bör dock kommas ihåg att det finns tydliga skillnader mellan kontaktorer och brytare.

Överväganden för styrkretsar

När en traditionell elektromagnetiskt hållen kontaktor är stängd, förblir den stängd så länge huvudspolen är energiserad. Vanligtvis är strömförsörjningen för huvudspolens krets en styrströmsomvandlare, som är en integrerad del av hela styrningen. Därför, för motordragna laster, kommer motorn att kopplas ur automatiskt när systemets spänning kollapsar, vilket förhindrar skador på motorn.

I kontrast förblir mekaniskt länkade kontaktorer stängda när systemets spänning kollapsar. Detta är särskilt nödvändigt när lasten är av en typ som behöver vara automatiskt omenergiserad när systemets spänning återställs, som t.ex. belysningstransformatorer.

Elektromagnetiskt hållna kontaktorer öppnas när kontakterna i huvudspolkretsen öppnas. Å andra sidan låses mekaniskt länkade kontaktorer upp genom att kontakterna i länkningskretsen stängs, vilket gör att kontaktorn kan öppnas. Således liknar styrningen av mekaniskt länkade kontaktorer i viss mån den av medelspänningsbrytare.

Mekaniskt länkade kontaktorer kräver en pålitlig strömförsörjning för avbrott. Ett direktströmssystem (batteri) är föredraget, men om enda strömförsörjningen är en styrströmsomvandlare ansluten till primär spänning, är ett växelströmskapacitivt avbrottsenhet lämpligt att använda.

Stängningskretsen bör använda momentankontakter så att huvudspolen energiseras endast under stängningsperioden. På samma sätt bör avbrotts- (länkningssläpp) kretsen använda momentankontakter. För automatiska avbrott av skyddselement bör en vanligt öppen kontakt anslutas i avbrotts- (länkningssläpp) kretsen, och en vanligt stängd kontakt från skyddselementet bör anslutas i stängningskretsen. Syftet med den vanligt stängda reläkontakten i stängningskretsen är att säkerställa att huvudspolkretsen deenergiseras under avbrott. Det är också önskvärt att inkludera en låsning (86) reläfunktion, antingen via 86-funktionen i vissa multifunktions mikroprocessorelreläer eller via en separat låsningsrelä.

Det är viktigt att användarens externa styrkrets inte innehåller hållkontakter i stängningskretsen. Mekaniskt länkade kontaktorer fungerar på samma sätt som elektromagnetiskt hållna kontaktorer, med tillägg av en mekanisk länkning. Om huvudspolkretsen energiseras kontinuerligt, kommer kontaktorn att förbli stängd även om avbrottslänkningen aktiveras.

Källorna varierar i sina uppskattningar av den tid som måste tillåtas mellan felavbrott och efterföljande omenergivering. De flesta källor indikerar att det måste finnas minst sex cykler mellan avbrottet av bågen (när den öppnas) och kontaktkoppling i den efterföljande stängningsoperationen.

Överväganden angående kortslutning och överbelastning

Kontaktorer som används för att försörja transformatorer skiljer sig från dem som används för att försörja motorer endast i strömbegränsande säkringars egenskaper. Säkringar som används för att skydda motorcirkuiterna är klass M-säkringar, vars skyddsegenskaper är lämpliga för motorernas tillämpningskrav. För transformatorförsörjning bör säkringarna vara klass T-säkringar, utformade för att ge lämpligt skydd för transformatorer.

Kontaktorer utan säkringar har endast begränsad avbrottskapacitet. Därför måste kontaktorer alltid användas i kombination med strömbegränsande säkringar. Kombinationen av en kontaktor (som avbryter normal lastström och måttlig överbelastningsström) och en strömbegränsande säkring (som avbryter strömmar som överstiger kontaktorns ensamma kapacitet) ger fullständig överströms- och kortslutningsavbrottskapacitet.

Överströmsreläer bör användas för att ge skydd mot måttliga överbelastningsströmmar, för att undvika onödig säkringsåtgärd. Detta skydd måste koordineras med den kontinuerliga strömförmågan hos säkrings-kontaktorkombinationen. Eftersom säkringar genererar en betydande mängd värme, är det inte ovanligt att säkringar är storleksbestämda något större än rekommenderat för kontinuerlig ström. Därför ger överströmsreläer överbelastningsskydd inte bara för transformatorn utan också för säkrings-kontaktorkombinationen. Detta är lämpligt eftersom säkringens funktion är att ge kortslutningsskydd, inte överbelastningsskydd.

Enfasprotection

Modernt motoröverbelastningsskyddsinstrument inkluderar vanligtvis en skyddsfunktion för att automatiskt koppla ur motorn vid förlust av en fas av ingångsspänningen. För icke-motorförsörjning kan denna "enfasprotection" dock inte vara nödvändig eller önskvärd. Till exempel skadas kondensator- eller belysningslaster vanligtvis inte av enfasförhållanden. Trots detta bör användaren överväga om enfasprotection är lämplig. Den vanligaste metoden för att implementera denna funktion är att tillhandahålla en säkringstrippaccessoar, som mekaniskt aktiveras av en stöt i strömbegränsande säkringen. Med denna option, när en enskild primär strömbegränsande säkring aktiveras, aktiverar indikatorstöten på säkringen en tripphejd, vilket gör att kontaktorn öppnas.

Andra tillämpningsöverväganden

Mekaniskt länkade kontaktorer delar många tillämpningsegenskaper med elektromagnetiskt hållna kontaktorer. Olikt brytare, är kontaktorer utformade för frekvent användning, med 200 000 elektriska operationer. Storleken på transformatorn som kan försörjas av en kontaktor är naturligtvis begränsad av de tillgängliga säkringarna (särskilt vid 7,2 kV) och kontaktorns kontinuerliga strömförmåga.

Kontaktorer är utformade för att ha låga energibehov för styrströmsförsörjning. Därför kan deras stängnings- och öppningstider vara relativt långsamma. En typisk stängningstid är 40 ms för 400 A och 70 ms för 720 A, medan öppningstiden är 90 ms för 400 A och 35 ms för 720 A. Även om dessa tider är mycket längre än brytarnas driftstider, krävs de vanligtvis ingen särskild övervägande för styrkretsar eller systemdriftsprocedurer. Länkade kontaktorer är integrerade i designen av medelspänningsstyrningar, vilket elimineras övergångssektioner och stora brytarhöljen som krävs för brytare. Eftersom mekaniskt länkade kontaktorer använder säkringar för kortslutningsskydd, kan säkringar aktiveras vid svåra fel. Om detta inträffar, är nedtiden associerad med att byta ut säkringarna längre än vad som krävs när man använder brytare. Erfarenheten har dock visat att svåra fel är relativt sällsynta, så detta är sannolikt inte ett stort problem.

Sammanfattning

Kontaktorer har använts för att försörja transformatorer och andra icke-motorlaster i decennier, och deras användning har ökat markant de senaste åren. Användningen av mekaniskt länkade kontaktorer är särskilt lämplig när transformatorer försörjs av medelspänningskontaktorer.