Ocene prekidaca

Definicija prekidača

Prekidač se definiše kao uređaj dizajniran za zaštitu električnog kruga od oštećenja uzrokovanih preopterećenjem ili kratkim spojima prekidanjem toka struje.

Struja kratkog spoja prekidača

Ovo je maksimalna struja kratkog spoja koju prekidač (CB) može izdržati pre nego što otvori svoje kontakte i konačno otkloni grešku.

Kada struja kratkog spoja prođe kroz prekidač, uzrokuje termalne i mehaničke stresove u delovima prekidača koji nose struju. Ako površina kontakta i vodila su prevelike, to može dovesti do trajnog oštećenja izolacije i vodičkih delova prekidača.

Prema Jouleovom zakonu zagrevanja, porast temperature je direktno proporcionalan kvadratu struje kratkog spoja, otporu kontakta i trajanju kratkog spoja. Struja kratkog spoja nastavlja da teče kroz prekidač dok greška nije otklonjena otvaranjem prekidača.

Pošto je termalni stres prekidača proporcionalan periodu kratkog spoja, kapacitet prekidanja električnog prekidača zavisi od vremena rada. Na 160°C aluminijum postaje mekan i gubi svoju mehaničku čvrstoću, ova temperatura se može uzeti kao granica porasta temperature kontakata prekidača tokom kratkog spoja.

Stoga se kapacitet prekidanja struje kratkog spoja prekidača definiše kao maksimalna struja koja može proći kroz prekidač od trenutka pojavljivanja kratkog spoja do njegovog otklanjanja, bez dovodjenja do trajnog oštećenja prekidača. Vrednost struje kratkog spoja izražava se u RMS.

Tokom kratkog spoja, prekidač podliježe ne samo termalnom, već i ozbiljnim mehaničkim stresovima. Zato se pri određivanju kapaciteta kratkog spoja uzima u obzir i mehanička čvrstoća prekidača.

Za izbor odgovarajućeg prekidača je očigledno potrebno odrediti nivo greške na tom mjestu sistema gdje će biti instaliran CB. Kada je nivo greške bilo koje tačke elektroprivrede određen, lako je izabrati pravilno ocenjeni prekidač za tu mrežu.

Nominirana kapacitet napajanja kratkog spoja

Kapacitet napajanja kratkog spoja prekidača izražava se u pikoj vrednosti, suprotno kapacitetu prekidanja, koji je u RMS vrednosti. Teoretski, u trenutku pojavljivanja greške, struja greške može porasti do dvostruke simetrične nivoe greške.

U trenutku upaljivanja prekidača u stanju greške, deo sistema povezan sa izvorom. Prvi ciklus struje tokom zatvaranja prekidača ima maksimalnu amplitudu. Ovo je oko dvostruke amplitudne talasne forme simetrične struje greške.

Kontakti prekidača moraju izdržati ovu najveću vrednost struje tokom prvog ciklusa talasa kada prekidač zapali pod uslovima greške. Na osnovu gore navedenog fenomena, odabrani prekidač treba da bude ocenjen sa kapacitetom napajanja kratkog spoja.

Pošto je nominirana struja napajanja kratkog spoja prekidača izražena u maksimalnoj pikoj vrednosti, uvijek je veća od nominirane struje prekidanja kratkog spoja prekidača. Normalna vrednost struje napajanja kratkog spoja je 2,5 puta veća od struje prekidanja kratkog spoja. Ovo važi i za standardne i udaljeno kontrolisane prekidače.

Nominirana radna sekvencija

Ovo je mehaničko zahtev za mehanizam rada prekidača. Sekvencija nominirane radne dužnosti prekidača je određena kao:

Gdje, O označava operaciju otvaranja CB. CO predstavlja vreme zatvaranja operacije koje je odmah sledbeno operacijom otvaranja bez namernog kašnjenja. t' je vreme između dvije operacije koje je potrebno da se vratite početnim uslovima i/ili sprečite previše zagrevanje vodičkih delova prekidača. t = 0,3 sekunde za prekidač namenjen za prvu automatsku ponovnu operaciju, ako ništa drugo nije navedeno.

Pretpostavimo da je nominirani radni krug prekidača:

To znači, operacija otvaranja prekidača sledi zatvaranjem nakon vremenskog intervala od 0,3 sekunde, a zatim prekidač opet otvara bez namernog kašnjenja. Nakon ove operacije otvaranja, CB opet zatvara nakon 3 minuta i zatim odmah isključuje bez namernog kašnjenja.

Nominirana struja kratkog vremena

Ovo je granica struje koju prekidač može nositi sigurno određeno vreme bez ikakvog oštećenja. Prekidači ne otklanjaju struju kratkog spoja odmah kada se dogodi greška u sistemu. Uvek postoje namerno i nenamerno vremenska kašnjenja između trenutka pojavljivanja greške i trenutka otklanjanja greške prekidačem.

Ova kašnjenja su zbog vremena rada zaštitnih releja, vremena rada prekidača, te može postojati i neko namerno vremensko kašnjenje u releju za pravilnu koordinaciju zaštite elektroenergetske mreže. Čak i ako prekidač ne uspije da se isključi, grešku će otkloniti sledeći više pozicionirani prekidač.

U ovom slučaju, vreme otklanjanja greške je duže. Stoga, nakon greške, prekidač mora nositi struju kratkog spoja određeno vreme. Zbir svih vremenskih kašnjenja ne bi trebao da bude duži od 3 sekundi, stoga prekidač treba da bude sposoban da nosi maksimalnu grešnu struju bar za to kratko vreme.

Struja kratkog spoja može imati dva glavna efekta unutar prekidača. Zbog visoke električne struje, može doći do visokog termalnog stresa u izolaciji i vodičkim delovima CB. Visoka struja kratkog spoja, proizvodi značajne mehaničke stresove u različitim delovima prekidača koji nose struju.

Prekidač je dizajniran da izdrži ove stresove. Međutim, nijedan prekidač ne bi trebao nositi struju kratkog spoja duže od određenog kratkog vremena. Nominirana struja kratkog vremena prekidača je barem jednaka njegovoj nominiranoj struji prekidanja kratkog spoja.

Nominirano napona prekidača

Nominirani napon prekidača zavisi od njegovog sistem izolacije. Za sisteme ispod 400 KV, prekidač je dizajniran da izdrži 10% iznad normalnog sistema napona. Za sisteme iznad ili jednak 400 KV, izolacija prekidača treba da bude sposobna da izdrži 5% iznad normalnog sistema napona.

To znači, nominirani napon prekidača odgovara najvišem sistemu napona. To je zato što se nivo napona elektroenergetske mreže dozvoljava da poraste do najviše nominalne vrednosti sistema u uslovima bez opterećenja ili malog opterećenja.