Schakelaarwaarden

Definitie van schakelaar

Een schakelaar wordt gedefinieerd als een apparaat dat is ontworpen om een elektrisch circuit te beschermen tegen schade door overstroming of kortsluiting door de stroomtoevoer te onderbreken.

Kortsluitingsonderbrekingsstroom van schakelaar

Dit is de maximale kortsluitingsstroom die een schakelaar (CB) kan verdragen voordat deze uiteindelijk wordt onderbroken door het openen van zijn contacten.

Wanneer er een kortsluiting door een schakelaar stroomt, veroorzaakt dit thermische en mechanische belasting in de stroomvoerende delen van de schakelaar. Als het contactoppervlak en de geleidende delen te klein zijn, kan dit leiden tot permanente schade aan de isolatie en de geleidende delen van de schakelaar.

Volgens de wet van Joule over verwarming is de temperatuurstijging recht evenredig met het kwadraat van de kortsluitingsstroom, de contactweerstand en de duur van de kortsluiting. De kortsluitingsstroom blijft door de schakelaar stromen totdat de storing wordt opgeheven door het openen van de schakelaar.

Aangezien de thermische belasting in de schakelaar evenredig is met de periode van de kortsluiting, hangt de onderbrekingscapaciteit van de elektrische schakelaar af van de bedrijfstijd. Bij 160°C wordt aluminium zacht en verliest het zijn mechanische sterkte, deze temperatuur kan worden gezien als de limiet voor de temperatuurstijging van de contacten van de schakelaar tijdens een kortsluiting.

Daarom wordt de kortsluitingsonderbrekingscapaciteit of -stroom van een schakelaar gedefinieerd als de maximale stroom die door de schakelaar kan stromen vanaf het moment dat een kortsluiting optreedt totdat deze wordt opgeheven, zonder permanente schade aan de schakelaar toe te brengen. De waarde van de kortsluitingsonderbrekingsstroom wordt uitgedrukt in effectieve waarde (RMS).

Tijdens een kortsluiting wordt de CB niet alleen blootgesteld aan thermische belasting, maar lijdt hij ook ernstig onder mechanische belasting. Bij het bepalen van de kortsluitingscapaciteit wordt daarom ook de mechanische sterkte van de CB meegenomen.

Bij het kiezen van een geschikte schakelaar is het evident om het foutniveau te bepalen op het punt in het systeem waar de CB geïnstalleerd moet worden. Zodra het foutniveau van een deel van de elektrische transmissie is bepaald, is het gemakkelijk om de juiste ingedeelde schakelaar voor dit deel van het netwerk te kiezen.

Ingerichte kortsluitingsmaakcapaciteit

De kortsluitingsmaakcapaciteit van een schakelaar wordt uitgedrukt in piekwaarde, in tegenstelling tot de onderbrekingscapaciteit, die in RMS-waarde wordt gegeven. Theoretisch kan de foutstroom bij het optreden van een storing tot twee keer zijn symmetrische foutniveau stijgen.

Op het moment dat een schakelaar in een defecte toestand van het systeem wordt ingeschakeld, is het kortsluitingsgedeelte van het systeem verbonden met de bron. De eerste cyclus van de stroom tijdens het sluiten van de schakelaar heeft de maximale amplitude. Dit is ongeveer twee keer de amplitude van de symmetrische foutstroomcurve.

De contacten van de schakelaar moeten deze hoogste stroomwaarde gedurende de eerste cyclus van de golf kunnen weerstaan wanneer de schakelaar onder storing wordt gesloten. Op basis van bovenstaand fenomeen moet een geselecteerde schakelaar gerateerd zijn met een kortsluitingsmaakcapaciteit.

Aangezien de ingedeelde kortsluitingsmaakstroom van de schakelaar wordt uitgedrukt in maximale piekwaarde, is deze altijd hoger dan de ingedeelde kortsluitingsonderbrekingsstroom van de schakelaar. De normale waarde van de kortsluitingsmaakstroom is 2,5 keer hoger dan de kortsluitingsonderbrekingsstroom. Dit geldt zowel voor standaard- als afstandsbediende schakelaars.

Ingerichte bedrijfssequentie

Dit is de mechanische werklastvereiste van het bedrijfsmechanisme van de schakelaar. De sequentie van de ingedeelde bedrijfsdienst van een schakelaar is als volgt gespecificeerd:

Waarbij O staat voor het openen van de CB. CO staat voor het sluiten gevolgd door onmiddellijk openen zonder intentionele tijdsvertraging. t' is de tijd tussen twee operaties die nodig is om de initiële omstandigheden te herstellen en/of om onnodige verhitting van de geleidende delen van de schakelaar te voorkomen. t = 0,3 sec voor een schakelaar die bestemd is voor de eerste automatische hersluiting, tenzij anders gespecificeerd.

Stel dat de ingedeelde dienstcyclus van een schakelaar is:

Dit betekent dat een openoperatie van de schakelaar wordt gevolgd door een sluitoperatie na een tijdsinterval van 0,3 sec, en vervolgens opent de schakelaar opnieuw zonder intentionele tijdsvertraging. Na deze openoperatie wordt de CB opnieuw gesloten na 3 minuten en trips dan onmiddellijk zonder intentionele tijdsvertraging.

Ingerichte kortstondige stroom

Dit is de stroomlimiet die een schakelaar veilig kan dragen voor een bepaalde specifieke tijd zonder schade. Schakelaars ruimen de kortsluitingsstroom niet direct op zodra er een storing in het systeem optreedt. Er is altijd enige intentionele en non-intentionele tijdsvertraging tussen het moment van optreden van de storing en het moment van opruiming van de storing door de CB.

Deze vertraging komt door de werkingstijd van beschermingsrelais, de werkingstijd van de schakelaar en er kan ook een intentionele tijdsvertraging in het relais zijn ingesteld voor een goede coördinatie van de netsbescherming. Zelfs als een schakelaar niet tript, zal de storing worden opgeruimd door de volgende hoger gelegen schakelaar.

In dit geval is de storingopruimingstijd langer. Daarom moet een schakelaar na een storing de kortsluiting gedurende een bepaalde tijd dragen. De som van alle tijdsvertragingen mag niet langer zijn dan 3 seconden; dus een schakelaar moet in staat zijn om een maximale foutstroom gedurende ten minste deze korte periode te dragen.

De kortsluitingsstroom kan twee belangrijke effecten hebben binnen een schakelaar. Door de hoge elektrische stroom kan er hoge thermische belasting zijn in de isolatie en geleidende delen van de CB. De hoge kortsluitingsstroom veroorzaakt significante mechanische belasting in verschillende stroomvoerende delen van de schakelaar.

Een schakelaar is ontworpen om deze belastingen te weerstaan. Echter, geen enkele schakelaar mag een kortsluitingsstroom langer dragen dan de gespecificeerde korte periode. De ingedeelde kortstondige stroom van een schakelaar is ten minste gelijk aan de ingedeelde kortsluitingsonderbrekingsstroom.

Ingerichte spanning van schakelaar

De ingedeelde spanning van een schakelaar hangt af van het isolatiesysteem. Voor systemen onder 400 KV is de schakelaar ontworpen om 10% boven de normale systeemspanning te kunnen verdragen. Voor systemen van 400 KV of hoger moet de isolatie van de schakelaar in staat zijn om 5% boven de normale systeemspanning te verdragen.

Dit betekent dat de ingedeelde spanning van de schakelaar overeenkomt met de hoogste systeemspanning. Dit komt omdat de spanningsniveau van het energienet tijdens lage of geen belastingsituaties toegestaan is om op te lopen tot de hoogste spangingsclassificatie van het systeem.