Middenspanningsveiligheidsschakelaar | Snelle 10ms foutbescherming voor transformatoren

Middenspanningsstroombeperkende zekers worden voornamelijk gebruikt voor het beschermen van belastingen zoals transformatoren en motoren. Een zeer is een apparaat dat wanneer de stroom gedurende een voldoende lange tijd een bepaalde waarde overschrijdt, de circuit waarin het is ingevoegd onderbreekt door het smelten van één of meer speciaal ontworpen en geproportioneerde componenten. Stroombeperkende zekers kunnen moeite hebben met het verduidelijken van intermediaire stroomwaarden (overbelasting tussen 6 tot 10 keer de genoemde stroom), dus worden ze meestal in combinatie met schakelapparatuur gebruikt.

Middenspanningsstroombeperkende zekers werken door een metalen geleider (het zeerelement) in serie met het circuit te plaatsen. Wanneer een overbelasting of kortsluitingstroom door het element loopt, veroorzaakt het resulterende zelfverhitting dat het smelt zodra de stroom de genoemde waarde overschrijdt, waardoor het circuit wordt geopend. Daarom hebben zekers relatief hoge weerstand, wat leidt tot aanzienlijke warmteopwekking onder de genoemde stroom. Bijvoorbeeld, een 125A zeer produceert ongeveer 93W warmte, een 160A zeer produceert 217W, en een 200A zeer produceert 333W. Op de markt zijn 12kV zekers verkrijgbaar met stroomwaarden tot 355A, wat resulteert in nog hogere vermogensafgifte.

In praktische schakelapplicaties moet de genoemde stroom van de zeer ongeveer 1,25 keer de langdurige werkingstroom van de belasting zijn. Wanneer zekers binnen een driefase gesloten kast of individueel in geïsoleerde hars-gecapsuleerde buizen zijn geplaatst, kan de beperkte ruimte van de zeerkamer de warmte niet effectief afvoeren. Warmteopwekking die 100W overschrijdt, kan leiden tot een temperatuurstijging die de aanvaardbare grenzen overschrijdt, waardoor de zeercapaciteit moet worden gereduceerd.

Bovendien, vanwege groottebeperkingen in ringnetwerkeenheden (RMUs), is de diameter van de zeerkamer in compacte gasgeïsoleerde RMUs meestal ongeveer 90 mm, wat toelaat de installatie van zekers tot 160A (meestal gebruikt tot 125A). Dit beperkt de bescherming tot transformatoren tot ongeveer 1250 kVA. Transformatoren groter dan 1250 kVA vereisen bescherming via schakelaars. Op vergelijkbare wijze, voor F-C (zekerschakelaar) circuits die worden gebruikt om motoren te beschermen, is de oplossing meestal beperkt tot motoren tot 1250 kW. Grotere motoren vereisen schakelaar gebaseerde controle en bescherming.

In motorcontroletoepassingen gebruikt de F-C combinatie een hoogspanningsstroombeperkende zeer als back-up beschermingsapparaat. In een F-C circuit, wanneer de foutstroom gelijk is aan of kleiner is dan de doorsnijdende capaciteit van de vacuumschakelaar, zou de geïntegreerde beschermingsrelais moeten werken, waardoor de schakelaar de stroom onderbreekt. De zeer werkt alleen wanneer de foutstroom de relaisinstelling overschrijdt of wanneer de vacuumschakelaar niet werkt.

Kortsluitingsbescherming wordt verleend door de zeer. De zeer wordt meestal gekozen met een hogere genoemde stroom dan de volledige belastingstroom van de motor om de startstroom te weerstaan, maar hij kan niet tegelijkertijd overbelastingsbescherming bieden. Daarom zijn inverse-tijd of definitieve-tijd relais nodig om overbelastingen te beschermen. Componenten zoals schakelaars, stroomtransformatoren, kabels, de motor zelf en andere circuitelementen kunnen worden beschadigd door langdurige overbelastingen of door doorgangsenergie die hun uithoudingsvermogen overschrijdt.

Motorbescherming tegen overstromingen veroorzaakt door overbelasting, eenfase, roter slot, of herhaalde starts wordt verleend door inverse-tijd of definitieve-tijd relais, die de schakelaar bedienen. Voor fase-tot-fase of fase-tot-aarde fouten met stromen onder de doorsnijdende capaciteit van de schakelaar, wordt de bescherming verleend door de relais. Voor foutstromen die de doorsnijdende capaciteit van de schakelaar tot het maximale uithoudingsniveau overschrijden, wordt de bescherming verleend door de zeer.

Zekercombinatieschakelapparatuur wordt voornamelijk gebruikt voor transformatorbescherming. Typische toepassingen omvatten transformatoraansluitcircuits in ringnetwerkeenheden (RMUs), waar een SF6 belastschakelaar wordt gecombineerd met zekers om een compact, onderhoudsvrij ontwerp te bereiken. Een andere configuratie is de trekbaar karrossolieding, waarbij een zeer-belastschakelaarcombinatie-eenheid wordt geïntegreerd in middenspanningsschakelapparatuur (bijv., metalen behuizing), waardoor gemakkelijke terugtrekking voor onderhoud en zeervervanging mogelijk is.

Wanneer combi-apparaten worden gebruikt voor transformatorbescherming, wordt een tweefasen beschermingschema opgesteld door relaisbescherming in te voeren. Voor overbelasting of matige overstromingen stuurt de relais een uitvalcommando naar de belastschakelaar om de fout te verduidelijken. Voor ernstige kortsluitingsfouten werkt de zeer en activeert de schakelaar om de circuit te onderbreken.

Wanneer er een interne fout optreedt, zoals een kortsluiting in een transformator, wordt de isolerende olie door de resulterende boog in gas omgezet. Terwijl de fout voortduurt, neemt de interne druk snel toe, wat potentieel kan leiden tot tankruptuur of explosie. Om tankuitval te voorkomen, moet de fout binnen 20 milliseconden (ms) worden verduidelijkt. Echter, de totale doorsnijdende tijd van een schakelaar - bestaande uit relaisbedrijfstijd, inherente uitvaltijd en boogtijd - is meestal niet minder dan 60 ms, wat ontoereikend is voor effectieve transformatorbescherming. In tegenstelling hiertoe bieden stroombeperkende zekers uiterst snelle foutonderbreking, in staat om fouten binnen 10 ms te verduidelijken, waardoor ze zeer effectieve bescherming voor de transformator bieden.