Brytarens dimensionering

Brytarens definition

En brytare definieras som en enhet som är utformad för att skydda en elektrisk krets från skada orsakad av överströmning eller kortslut genom att avbryta strömförsörjningen.

Kortslutsavbrottsström hos brytare

Detta är den maximala kortslutsström som en brytare (CB) kan stå emot innan den till slut avbryter genom att öppna sina kontakter.

När en kortslut ström genom en brytare orsakar det termiska och mekaniska belastningar i brytarens strömförande delar. Om kontaktområdet och de ledande delarna är för små kan detta leda till permanent skada på isoleringen och de ledande delarna i brytaren.

Enligt Joules lag om uppvärmning är temperaturhöjningen direkt proportionell mot kvadraten av kortslutsströmmen, kontaktmotståndet och kortslutets varaktighet. Kortslutsströmmen fortsätter att flöda genom brytaren tills felet avbryts genom att brytaren öppnas.

Eftersom den termiska belastningen i brytaren är proportionell mot perioden av kortslut beror brytarens avbrottskapacitet på drifttid. Vid 160oC blir aluminium mjukt och förlorar sin mekaniska styrka, denna temperatur kan betraktas som gränsen för temperaturhöjning av brytarkontakter under kortslut.

Därför definieras kortslutsavbrottskapaciteten eller avbrottsströmmen för en brytare som den maximala strömmen som kan flöda genom brytaren från det ögonblick ett kortslut inträffar tills det avbryts, utan att orsaka permanent skada på brytaren. Värdet för kortslutsavbrottsström anges i effektivvärde (RMS).Värdet för kortslutsavbrottsström anges i effektivvärde (RMS).

Under kortslut utsätts CB inte bara för termiska belastningar, den drabbas också allvarligt av mekaniska belastningar. Så vid bestämning av kortslutskapaciteten tas även brytarens mekaniska styrka i beaktning.

För att välja en lämplig brytare är det uppenbart att bestämma felet nivå vid det punkt i systemet där CB ska installeras. När felet nivån för någon del av elöverföringen har fastställts är det lätt att välja rätt dimensionerad brytare för denna del av nätet.

Bemäld kortslutsavbrottskapacitet

Kortslutsavbrottskapaciteten för en brytare anges i toppvärde, i motsats till avbrottskapaciteten, som anges i effektivvärde. Teoretiskt kan felströmmen vid det ögonblick ett fel inträffar stiga till två gånger dess symmetriska felnivå.

Vid det ögonblick en brytare slås på i ett defekt tillstånd, kopplas kortslutsdelen av systemet som är ansluten till källan. Första cykeln av strömmen under en krets som stängs av brytaren, har maximal amplitud. Detta är ungefär två gånger amplituden av symmetrisk felströmskurva.

Brytarens kontakter måste klara detta högsta värde av ström under den första cykeln av kurvan när brytaren stängs under fel. Baserat på ovan nämnda fenomen bör en vald brytare vara bemäld med kortslutsavbrottskapacitet.

Eftersom den bemällda kortslutsavbrottsströmmen för en brytare anges i maximalt toppvärde, är den alltid mer än den bemällda kortslutsavbrottsströmmen för brytaren. Det normala värdet för kortslutsavbrottsström är 2,5 gånger mer än kortslutsavbrottsströmmen. Detta gäller både för standard- och fjärrstyrd brytare.

Bemäld driftsekvens

Detta är mekaniska krav på driftmekanismen för brytare. Sekvensen av bemäld driftplikt för en brytare har specificerats som:

Där O indikerar öppningsdrift av CB. CO representerar stängningsdriftstid som omedelbart följs av en öppningsdrift utan någon avsiktlig tidsfördröjning. t’ är tiden mellan två driftoperationer som är nödvändig för att återställa de ursprungliga villkoren och/eller förhindra onödig uppvärmning av de ledande delarna i brytaren. t = 0,3 sekund för brytare som är avsedda för första automatiserade återstängningsplikt, om inte annat anges.

Antag att den bemällda pliktcirkeln för en brytare är:

Detta innebär att en öppningsdrift av brytare följs av en stängningsdrift efter en tidsintervall på 0,3 sekund, och sedan öppnar brytaren igen utan någon avsiktlig tidsfördröjning. Efter denna öppningsdrift stängs CB igen efter 3 minuter och trippar sedan omedelbart utan någon avsiktlig tidsfördröjning.

Bemäld korttidsström

Detta är strömbegränsningen som en brytare kan bära säkert under en viss specifik tid utan någon skada. Brytarna rensar inte kortslutsströmmen så snart ett fel uppstår i systemet. Det finns alltid vissa avsiktliga och oavsiktliga tidsfördröjningar mellan det ögonblick felet uppstår och det ögonblick felet rensas av brytaren.

Denna fördröjning beror på skyddsspetsens drifttid, brytarens drifttid och det kan också finnas någon avsiktig tidsfördröjning införd i spetsen för rätt samordning av skyddet i energisystemet. Även om en brytare misslyckas med att trippa, kommer felet att rensas av näst högre positionerad brytare.

I detta fall är felets rensnings tid längre. Därför måste en brytare bära kortslutet under en viss tid efter felet. Summan av alla tidsfördröjningar bör inte vara mer än 3 sekunder, därför bör en brytare kunna bära en maximal felström i åtminstone denna korta period.

Kortslutsströmmen kan ha två huvudsakliga effekter inuti en brytare. På grund av den höga elektriska strömmen kan det uppstå höga termiska belastningar i isoleringen och de ledande delarna av brytaren. Den höga kortslutsströmmen producerar betydande mekaniska belastningar i olika strömförande delar av brytaren.

En brytare är utformad för att klara dessa belastningar. Ingen brytare bör dock bära en kortslutsström längre än den angivna korta perioden. Den bemällda korttidsströmmen för en brytare är åtminstone lika med dess bemällda kortslutsavbrottsström.

Bemäld spänning för brytare

Bemäld spänning för brytare beror på dess isoleringssystem. För system under 400 kV är brytaren utformad för att klara 10% över det normala systemspänningen. För system över eller lika med 400 kV bör brytarens isolering kunna klara 5% över det normala systemspänningen.

Det betyder att den bemällda spänningen för en brytare motsvarar det högsta systemspänningen. Detta beror på att under ingen eller liten last tillåts spänningsnivån i energisystemet stiga upp till det högsta spänningsvärdet i systemet.