Què s'ha de tenir en compte en el disseny dels interruptors automàtics de baixa tensió muntats en post?
Els interruptors de baixa tensió muntats en postes són dispositius protectors i de control crítics en sistemes elèctrics, la seva disseny i operació afecten directament la seguretat i la fiabilitat del sistema. El seu disseny ha d'abordar de manera comprensiva l'adaptabilitat ambiental, la coordinació dels paràmetres elèctrics i la selecció de l'actuador per assegurar una operació estable en diverses condicions. Durant l'operació, és essencial adhirir estrictament als protocols de seguretat, mantenir regularment i gestionar correctament les situacions excepcionals per prevenir accidents causats per mal funcionament. Aquest article esquematitza de manera sistemàtica els principis clau de disseny i els estàndards operatius pels interruptors de baixa tensió muntats en postes, proporcionant orientació professional al personal d'enginyeria.
1. Consideracions de disseny per als interruptors de baixa tensió muntats en postes
El disseny dels interruptors de baixa tensió muntats en postes ha de resistir entorns exteriors durs mentre compleix amb els requisits de protecció i control.
1.1 Adaptabilitat ambiental
Com a equipament instal·lat a l'exterior, aquests interruptors han de suportar fluctuacions de temperatura, humitat, corrosió per sal, i vibració mecànica. Segons GB/T 2423.17, han de passar un test de spray neutre de sal de 72 hores (Nivell 5), adequat per a àrees costaneres o industrials, amb un Grau de Contaminació 3 per resistir la contaminació conductora o la condensació. Per a altituds elevades (>2000m), els paràmetres d'aïllament i augment de temperatura s'han d'ajustar segons GB/T 20645-2021 (el límit d'augment de temperatura disminueix un 1% per cada 100m d'increment; es requereix una reducció de la classificació de corrent per sobre de 4000m).
Per a baixes temperatures, s'ha de garantir la operació a -40°C i l'emmagatzematge a -55°C, amb un rendiment fiable de l'actuador. La resistència a UV requereix revestiments superficials com pintura de poliamida (angle de contacte >90°) o PVDF (resistència a la vegada UV ≥ Nivell 8). L'estanqueïtat de la càpsula ha de complir els estàndards IP54/55 per evitar la degradació de l'aïllament.
1.2 Coordinació dels paràmetres elèctrics
El càlcul precís de la corrent de curcuit tancat i la selecció adequada dels paràmetres són crucials. Les corrents de circuit tancat s'han de calcular utilitzant el mètode absolut, considerant les corrents de fal·lia de tres fases, dues fases i terra de fase única. La corrent inicial de circuit tancat de tres fases es calcula com:
on Un és la tensió nominal de línia, i Rk, Xk són la resistència total i la reactància del bucle de circuit tancat. La capacitat de trencament de circuit tancat nominal (Ics) de l'interruptor no ha de ser inferior a la màxima corrent de circuit tancat de tres fases. La verificació de sensibilitat requereix que la corrent mínima de circuit tancat al final de la línia sigui almenys 1,3 vegades la configuració de desconnecte instantània o de curt terme: Imin≥1.3Iset3.
Per a la protecció contra sobrecàrrega, la configuració de desconnecte de llarga durada Iset1 ha de satisfacer Iz≥Iset1≥Ic, on Iz és la capacitat de conducció contínua del conductor i Ic és la corrent de càrrega calculada. Per a la protecció contra circuits tancats, la configuració de desconnecte instantània Iset3 hauria de ser ≥1,2 vegades la corrent de partida total del motor més gran (per exemple, 20–35 vegades la corrent nominal per motors de cadi), mentre que la configuració de desconnecte de curt terme Iset2 hauria d'evitar els pics de càrrega transitoris, típicament configurat a 1,2 vegades (corrent de partida màxima del motor + altres corrents de càrrega).
1.3 Selecció de l'actuador
Els mecanismes operats per molla s'utilitzen habitualment, requerint fiabilitat, anti-salt, desconnecte lliure i funcions d'amortigament. Paràmetres de temporització: interruptors de marc – tancament ≤0,2s, obertura ≤0,1s; interruptors de caixa moldada – vida mecànica ≥10.000 operacions (interruptors de marc ≥20.000). L'actuador ha d'incloure detecció d'emmagatzamament d'energia i interbloqueig per a una operació segura. Les característiques dinàmiques requereixen un control optimitzat de la velocitat i el desplaçament del contacte (per exemple, control escalonat per a interruptors de vacu per minimitzar el rebot del contacte). Les característiques de sortida han de coincidir amb l'interruptor per assegurar el tancament en condicions de circuit tancat. En regions fredes, la RCE del condensador augmenta a -40°C, allargant el temps de tancament; la prova de temperatura variable és essencial.
2. Disseny de funcions de protecció i selecció de configuracions
2.1 Protecció contra sobrecàrrega
Normalment implementada mitjançant unitats de desconnecte termomagnètic o electrònic. Les unitats termomagnètiques utilitzen lletges bimetàl·liques amb caràcterístiques inverses de temps (temps de desconnecte inversament proporcional al quadrat de la corrent de sobrecàrrega). Les unitats electròniques ofereixen un control precís, amb configuracions de desconnecte de llarga durada Ir que van de 0,4 a 1 vegades la corrent nominal In. Les configuracions han de satisfacer In≥Ic i In≤Iz. Sensibilitat: Sp=Ikmin/Iop≥1.3, on Ikmin és la corrent mínima de circuit tancat de fase única al final de la línia. Per a càrregues crítiques, la protecció contra sobrecàrrega pot activar alarmes en lloc de desconnectar.
2.2 Protecció contra circuits tancats
Inclou protecció de curt terme i instantània. La protecció de curt terme assegura selectivitat: Iset2≥1.2 (corrent de partida màxima del motor + altres càrregues), amb retards de temps (0,1–0,4s) coordinats amb els interruptors superiors (≥0,1–0,2s de diferència de temps). La protecció instantània es dirigeix a fal·lies severes: Iset3≥1.2 corrent de partida total del motor (per exemple, 12–18 vegades In per motors). Per a alimentacions de distribució, es prefereixen unitats de desconnecte electròniques amb protecció instantània retardada. Selectivitat: configuració de curt terme superior ≥1,3 × configuració instantània inferior, amb ≥0,1–0,2s de diferència de retard de temps.
2.3 Protecció contra baixa tensió
Prevé danys a l'equipament deguts a caigudes de tensió. Interval de desconnecte: 35%–70% de la tensió nominal. Els tipus instantànies desconnecten immediatament però poden causar desconnectes inoportunes; els tipus retardats (0–5s) ignoren les fluctuacions transitories, adequats per a l'ús industrial. La tensió nominal de la unitat de desconnecte per baixa tensió ha de coincidir amb la tensió de línia, i la seva funció no ha de interferir amb altres proteccions. Es recomana el tipus retardat (0,2–3s) per a aplicacions industrials.
3. Coordinació de selectivitat i protecció en cascada
3.1 Zones de selectivitat
Zona 1 (Isc < Icu inferior): Aconseguida mitjançant graduació de corrent i temps (per exemple, superior Iset3≥1.2 inferior Iset3, retard de temps ≥ inferior + 0,1s).
Zona 2 (Icu inferior < Isc < Icu superior): Depèn de les característiques limitadores de corrent o dades del fabricant. El límit de selectivitat Is pot ser menor que l'Icu inferior (selectivitat parcial).
Zona 3 (Isc > Icu superior): Requereix proves; els contactes superiors poden obrir momentàniament (≤30ms) sense desconnectar, sempre que no hi hagi soldadura.
3.2 Protecció en cascada
Exploita la limitació de corrent dels interruptors superiors per permetre l'ús d'interruptors inferiors amb capacitat de trencament més baixa, reduint el cost. Requereix la configuració instantània compatible i evitar càrregues crítiques en circuits en cascada. La selectivitat basada en energia (per exemple, en interruptors de tipus A) pot millorar els límits de selectivitat, però la verificació mitjançant dades del fabricant és essencial.
3.3 Mètodes de selectivitat
Selectivitat de corrent: Configuració instantània superior ≥1,3 × inferior.
Selectivitat de temps: Retard de curt terme superior ≥ inferior + 0,1–0,2s.
Selectivitat d'energia: Basada en els requisits d'energia del sistema de contactes.
Selectivitat lògica: La detecció de fal·lies inferior envia un senyal de bloqueig a l'superior, permetent una desconnexió ràpida inferior mentre l'superior roman tancat—assegurant una protecció "estable, precisa, ràpida".
