Ocenjevanje prekiniteljev

Definicija preklopnika

Preklopnik je naprava, zasnovana za zaščito električnega kruga pred poškodbo, povzročeno prekomernim tokom ali krajšanjem, tako da prekine pretok električne energije.

Kratkoročni preklapni tok preklopnika

To je največji kratkoročni tok, ki ga lahko preklopnik (CB) izdrži, preden ga končno izklopi s pomočjo odpiranja kontaktov.

Ko skozi preklopnik teče kratkoročni tok, v preklopniku povzroči termalne in mehanske stresne stanja. Če so površina kontaktov in vodilna dela premajhna, to lahko vodi do trajne poškodbe izolacije in vodilnih delov preklopnika.

Po Jouleovem zakonu o segrevanju je temperaturni naraštaj neposredno sorazmeren s kvadratom kratkoročnega toka, upornostjo kontakta in dolžino trajanja kratkoročnega toka. Kratkoročni tok nadaljuje s pretokom skozi preklopnik, dokler ni napake odpravljen z odpiranjem preklopnika.

Ker je termalni stres v preklopniku sorazmeren s časom kratkoročnega toka, se preklapna zmogljivost električnega preklopnika odvija glede na delovni čas. Pri 160 °C postane aluminij mehko in izgubi svojo mehansko trdoto, ta temperatura se lahko uporablja kot mejna vrednost temperaturnega naraštaja kontaktov preklopnika med kratkoročnim tokom.

Zato se kratkoročna preklapna zmogljivost ali preklapni tok preklopnika definira kot največji tok, ki lahko teče skozi preklopnik od trenutka, ko nastane kratkoročni tok, do trenutka, ko je ta izklopljen, brez povzročitve trajne poškodbe preklopnika. Vrednost kratkoročnega preklapnega toka je izražena v RMS.

Med kratkoročnim tokom je preklopnik izpostavljen ne le termalnemu, ampak tudi mehanskemu stresu. Torej, ob določanju kratkoročne zmogljivosti, se upošteva tudi mehanska trdota preklopnika.

Zato je pri izbiri primernega preklopnika očitno, da je treba določiti raven napak v sistemu na mestu, kjer bo nameščen preklopnik. Ko je razina napak katerega koli dela elektroenergetskega prenosa določena, je enostavno izbrati pravilno ocenjeni preklopnik za to mrežno celico.

Ocenjena kratkoročna zmogljivost za ustvarjanje kratakoračnega toka

Kratkoročna zmogljivost za ustvarjanje kratakoračnega toka preklopnika je izražena v pikovni vrednosti, drugače pa je preklapna zmogljivost v RMS vrednosti. Teoretično lahko ob nastanku napake, hitrost napake naraste na dvojno višino simetrične ravni napake.

Ob vklopitvi preklopnika v stanju napake sistema, se kratkoročni del sistema, povezan z virjem, zapre. Prvi cikel toka med zapiranjem preklopnika ima največjo amplitudo. To je približno dvakrat večje od amplitude simetričnega valovanja toka napake.

Kontakti preklopnika morajo izdržati to najvišjo vrednost toka med prvim ciklom valovanja, ko je preklopnik zaprt pod napako. Na osnovi zgoraj omenjenega pojave bi izbrani preklopnik moral biti ocenjen s kratkoročno zmogljivostjo za ustvarjanje kratakoračnega toka.

Kot je ocenjeni kratkoročni tok za ustvarjanje kratakoračnega toka preklopnika izražen v maksimalni pikovni vrednosti, je vedno večji od ocenjenega kratkoročnega preklapnega toka preklopnika. Navadna vrednost kratkoročnega toka za ustvarjanje kratakoračnega toka je 2,5-krat večja od kratkoročnega preklapnega toka. To velja za standardne in oddaljeno nadzorovane preklopnike.

Ocenjeni operacijski zaporedni postopek

To je mehansko zahteva za delovanje mehanizma preklopnika. Zaporedje ocenjenih operacijskih nalog preklopnika je določeno kot:

Kjer O označuje odpiranje preklopnika. CO predstavlja čas zapiranja, ki je takoj sleden z odpiranjem brez namenskega zamuda. t' je čas med dvema operacijama, ki je potreben za obnovitev začetnih pogojev in/ali za preprečevanje nepremišljenega segrevanja vodilnih delov preklopnika. t = 0,3 sekunde za preklopnike namenjene za prvo samodejno ponovno zapiranje, če ni drugače določeno.

Recimo, da je ocenjeni operacijski krog preklopnika:

To pomeni, da je odpiranje preklopnika sledeno z zapiranjem po času 0,3 sekunde, nato pa se preklopnik ponovno odpre brez namenskega zamuda. Po tem odpiranju se preklopnik ponovno zapre po 3 minutah in takoj odpne brez namenskega zamuda.

Ocenjeni kratkoročni tok

To je omejitev toka, ki ga lahko preklopnik varno nosi za določen čas brez poškodbe. Preklopniki ne odstranijo kratkoročnega toka takoj, ko se v sistemu pojavi napaka. Vedno obstajajo namenski in nenamenski zamudi med trenutkom nastanka napake in trenutkom, ko jo preklopnik odstrani.

Ta zamud je zaradi časa delovanja zaščitnih relays, časa delovanja preklopnika in morda tudi nekaterih namenskih zamud, uvedenih v relay za pravilno usklajevanje zaščite elektroenergetskega sistema. Če preklopnik ne odpne, bo napako odstranil naslednji višje postavljeni preklopnik.

V tem primeru je čas odstranitve napake daljši. Zato mora preklopnik po napaki nositi kratkoročni tok za določen čas. Vsota vseh zamud ne sme biti večja od 3 sekund, zato mora preklopnik biti sposoben nositi največji nepravilen tok vsaj za ta kratkoročni čas.

Kratkoročni tok lahko notranjosti preklopnika vpliva na dva glavna načina. Zaradi visokega električnega toka lahko v preklopniku nastane visok termalni stres v izolaciji in vodilnih delih. Visoki kratkoročni tok ustvari značilne mehanske stresne stanja v različnih vodilnih delih preklopnika.

Preklopnik je zasnovan, da izdrži te stresne stanja. Vendar noben preklopnik ne bi smel nositi kratkoročnega toka dlje kot določen kratkoročni čas. Ocenjeni kratkoročni tok preklopnika je vsaj enak njegovemu ocenjenemu kratkoročnemu preklapnemu toku.

Ocenjena napetost preklopnika

Ocenjena napetost preklopnika je odvisna od njegovega sistem izolacije. Za sisteme pod 400 kV je preklopnik zasnovan, da izdrži 10% nad normalno sistemsko napetostjo. Za sisteme nad ali enake 400 kV mora izolacija preklopnika biti sposobna izdržeti 5% nad normalno sistemsko napetostjo.

To pomeni, da odgovarja najvišji sistemski napetosti. To je zato, ker je dovoljeno, da se napetost elektroenergetskega sistema pri brezobremenjenem ali majhnem obremenjenem stanju poviša do najvišje napetostne stopnje sistema.