Oceny Wyłączników Automatycznych

Definicja przekaźnika

Przekaźnik definiuje się jako urządzenie zaprojektowane do ochrony obwodu elektrycznego przed uszkodzeniem spowodowanym nadmierną prądem lub zwarciami poprzez przerwanie przepływu energii elektrycznej.

Prąd zrywający zwarcia przekaźnika

To jest maksymalny prąd zrywający zwarcia, jaki przekaźnik (CB) może wytrzymać, zanim zostanie on ostatecznie otwarty przez rozłączenie jego kontaktów.

Gdy prąd zrywający zwarcia przepływa przez przekaźnik, powoduje to stres termiczny i mechaniczny w częściach przewodzących prąd. Jeśli obszar kontaktu i części przewodzące są zbyt małe, może to prowadzić do trwałego uszkodzenia izolacji i części przewodzących przekaźnika.

Zgodnie z prawem Joule'a, wzrost temperatury jest proporcjonalny do kwadratu prądu zrywającego zwarcia, oporu kontaktu i czasu trwania zwarcia. Prąd zrywający zwarcia przepływa przez przekaźnik, dopóki usterka nie zostanie usunięta przez otwarcie przekaźnika.

Ponieważ stres termiczny w przekaźniku jest proporcjonalny do okresu trwania zwarcia, zdolność zrywająca przekaźnika elektrycznego zależy od czasu działania. W temperaturze 160oC aluminium staje się miękkie i traci swoją wytrzymałość mechaniczną, ta temperatura może być traktowana jako granica wzrostu temperatury kontaktów przekaźnika podczas zwarcia.

Zatem, zdolność zrywająca zwarcia lub prąd zrywający zwarcia przekaźnika definiuje się jako maksymalny prąd, który może przepłynąć przez przekaźnik od momentu wystąpienia zwarcia do momentu jego usunięcia, bez powodowania trwałych uszkodzeń przekaźnika. Wartość prądu zrywającego zwarcia jest wyrażana w wartości skutecznej (RMS).Podczas zwarcia, przekaźnik jest narażony nie tylko na stres termiczny, ale także na poważne stresy mechaniczne. Dlatego przy określaniu zdolności zrywającej zwarcia bierze się również pod uwagę wytrzymałość mechaniczną przekaźnika.

Dlatego aby wybrać odpowiedni przekaźnik, należy określić poziom usterki w tym punkcie systemu, gdzie ma zostać zainstalowany przekaźnik. Gdy poziom usterki jakiejś części sieci elektroenergetycznej jest określony, łatwo jest wybrać odpowiednio oceniony przekaźnik dla tej części sieci.

Oceniona zdolność zrywająca zwarcia

Zdolność zrywająca zwarcia przekaźnika wyraża się w wartości szczytowej, w przeciwieństwie do zdolności zrywającej, która jest w wartości skutecznej. Teoretycznie, w momencie wystąpienia usterki, prąd usterkowy może wzrosnąć do dwukrotności swojej symetrycznej wartości usterkowej.

W momencie włączenia przekaźnika w stanie usterki, część systemu podłączona do źródła zwarcia. Pierwszy cykl prądu podczas zamknięcia obwodu przez przekaźnik ma maksymalną amplitudę. Jest to około dwukrotność amplitudy symetrycznej fali prądu usterkowego.

Kontakty przekaźnika muszą wytrzymać tę najwyższą wartość prądu podczas pierwszego cyklu fali, gdy przekaźnik jest zamknięty podczas usterki. Na podstawie tego powyższego zjawiska, wybrany przekaźnik powinien być oceniony ze zdolnością zrywającą zwarcia.

Ponieważ oceniona zdolność zrywająca zwarcia przekaźnika jest wyrażana w maksymalnej wartości szczytowej, zawsze jest większa niż oceniona zdolność zrywająca zwarcia przekaźnika. Normalna wartość zdolności zrywającej zwarcia wynosi 2,5 raza więcej niż zdolność zrywająca zwarcia. To dotyczy zarówno standardowych, jak i zdalnie sterowanych przekaźników.

Oceniona sekwencja pracy

Jest to wymaganie mechaniczne mechanizmu działania przekaźnika. Sekwencja ocenionej pracy przekaźnika została określona jako:

Gdzie, O oznacza operację otwierania CB. CO reprezentuje czas operacji zamykania, który jest natychmiast następujący po operacji otwierania bez żadnej celowej opóźnienia. t’ to czas między dwiema operacjami, który jest konieczny do przywrócenia początkowych warunków i/lub zapobieżenia nadmiernemu ogrzewaniu części przewodzących przekaźnika. t = 0,3 s dla przekaźnika przeznaczonego do pierwszej automatycznej ponownej akcji, jeśli nie jest inaczej określone.

Przykład ocenionego cyklu pracy przekaźnika:

Oznacza to, że operacja otwierania przekaźnika jest następująca po operacji zamykania po upływie 0,3 sekundy, a następnie przekaźnik ponownie się otwiera bez żadnego celowego opóźnienia. Po tej operacji otwierania CB ponownie się zamyka po 3 minutach i natychmiastowo wyłącza bez żadnego celowego opóźnienia.

Oceniony krótkotrwały prąd

To jest limit prądu, który przekaźnik może bezpiecznie przeprowadzić przez określony czas bez żadnych uszkodzeń. Przekaźniki nie usuwają prądu zrywającego zwarcia natychmiast po wystąpieniu usterki w systemie. Zawsze istnieje pewne celowe i niecelowe opóźnienie między momentem wystąpienia usterki a momentem jej usunięcia przez przekaźnik.

To opóźnienie wynika z czasu działania relé ochronnych, czasu działania przekaźnika oraz może istnieć pewne celowe opóźnienie narzucone w relé dla prawidłowej koordynacji ochrony systemu energetycznego. Nawet jeśli przekaźnik nie działa, usterka zostanie usunięta przez kolejny wyżej położony przekaźnik.

W tym przypadku czas usuwania usterki jest dłuższy. Dlatego, po wystąpieniu usterki, przekaźnik musi przeprowadzić prąd zrywający zwarcia przez określony czas. Suma wszystkich opóźnień nie powinna przekraczać 3 sekund, dlatego przekaźnik powinien być w stanie przeprowadzić maksymalny prąd usterkowy przez co najmniej ten krótki okres czasu.

Prąd zrywający zwarcia może mieć dwa główne efekty wewnątrz przekaźnika. Ze względu na wysoki prąd elektryczny, może występować wysoki stres termiczny w izolacji i częściach przewodzących CB. Wysoki prąd zrywający zwarcia powoduje znaczne stresy mechaniczne w różnych częściach przewodzących prąd przekaźnika.

Przekaźnik jest zaprojektowany, aby wytrzymać te stresy. Jednak żaden przekaźnik nie powinien przeprowadzać prądu zrywającego zwarcia dłużej niż określony krótki okres. Oceniony krótkotrwały prąd przekaźnika jest co najmniej równy jego ocenionej zdolności zrywającej zwarcia.

Ocenione napięcie przekaźnika

Ocenione napięcie przekaźnika zależy od jego systemu izolacji. Dla systemów poniżej 400 kV, przekaźnik jest zaprojektowany, aby wytrzymać 10% powyżej normalnego napięcia systemu. Dla systemów 400 kV i wyżej, izolacja przekaźnika powinna być w stanie wytrzymać 5% powyżej normalnego napięcia systemu.

To oznacza, że ocenione napięcie przekaźnika odpowiada najwyższemu napięciu systemu. Wynika to z faktu, że podczas braku obciążenia lub małego obciążenia, poziom napięcia systemu elektroenergetycznego może wzrosnąć do najwyższej klasy napięcia systemu.