Na co se má dát pozor při návrhu nízkonapěťových stožárových vypínačů

Dyson

Pole: Elektrické normy

China

Nízkonapěťové přerušovače montované na stožáry jsou klíčovými ochrannými a řídícími zařízeními v elektrických systémech, jejichž návrh a provoz přímo ovlivňují bezpečnost a spolehlivost systému. Jejich návrh musí komplexně zohlednit adaptabilitu na prostředí, koordinaci elektrických parametrů a výběr pohonného mechanismu, aby bylo zajištěno stabilní fungování za různorodých podmínek. Během provozu je nezbytné přísné dodržování bezpečnostních protokolů, pravidelná údržba a správné zvládání výjimečných situací, aby se zabránilo nehodám způsobeným nesprávným obsluhováním. Tento článek systematicky shrnuje klíčové principy návrhu a operační standardy pro nízkonapěťové přerušovače montované na stožáry, poskytuje odborné pokyny pro inženýrský personál.

1. Návrh nízkonapěťových přerušovačů montovaných na stožáry

Návrh nízkonapěťových přerušovačů montovaných na stožáry musí odolat tvrdému venkovnímu prostředí a zároveň splňovat požadavky na ochranu a řízení.

1.1 Adaptabilita na prostředí

Jako zařízení nainstalované venku musí tyto přerušovače odolat fluktuacím teplot, vlhkosti, korozi solnou mlhou a mechanické vibraci. Podle GB/T 2423.17 musí projít 72hodinovým neutrálním solným sprejem (třída 5), vhodným pro pobřežní nebo průmyslové oblasti, s stupněm znečištění 3, aby odolaly konduktivnímu znečištění nebo kondenzaci. Pro vysoké nadmořské výšky (>2000m) musí být parametry izolace a teplotního stoupání upraveny podle GB/T 20645-2021 (limit teplotního stoupání snižuje o 1% za každé 100m nárůstu; vyžaduje se snížení hodnoty proudu nad 4000m).

Pro nízké teploty musí být zajištěno fungování při -40°C a skladování při -55°C s spolehlivým chováním pohonného mechanismu. Odolnost vůči UV záření vyžaduje povrchové potahy jako polyamidová barva (úhel kontaktního úhlu >90°) nebo PVDF (odolnost vůči stárnutí UV ≥ třída 8). Uzavření obalu musí splňovat normy IP54/55, aby se zabránilo degradaci izolace.

1.2 Koordinace elektrických parametrů

Přesné výpočty krátkozávěrového proudu a správný výběr parametrů jsou klíčové. Krátkozávěrové proudy by měly být vypočteny absolutní metodou, s ohledem na trojfázové, dvoufázové a jednofázové zemní spojení. Počáteční trojfázový krátkozávěrový proud se vypočítá jako:

kde je nominální fázové napětí, a $, jsou celkový odpor a reaktance krátkozávěrové smyčky. Přerušovačova nominální kapacita pro přerušení krátkozávěru (Ics) nesmí být nižší než maximální trojfázový krátkozávěrový proud. Ověření citlivosti vyžaduje, aby minimální krátkozávěrový proud na konci linky byl alespoň 1,3krát vyšší než okamžité nebo krátkodobé nastavení přetoku proudu: .$

Pro ochranu před přetížením musí dlouhodobé nastavení přetoku proudu splňovat , kde je spojovací průchodová schopnost vodiče a $I_{c}$ je vypočtený zátěžový proud. Pro ochranu před krátkozávěrem by mělo být okamžité nastavení přetoku proudu alespoň 1,2krát vyšší než plný startovací proud největšího motoru (např. 20–35krát nominální proud pro klecevé motory), zatímco krátkodobé nastavení by mělo vyhnout se dočasnému špičkovému zatěžování, obvykle nastaveno na 1,2krát (maximální startovací proud motoru + jiné zatěžování).

1.3 Výběr pohonného mechanismu

Často se používají pružinové mechanismy, které vyžadují spolehlivost, ochranu před nesprávným zapnutím, volné vypnutí a tlumící funkce. Časové parametry: rámové přerušovače – zavírání ≤0,2s, otevírání ≤0,1s; obložené přerušovače – mechanický život ≥10 000 cyklů (rámové přerušovače ≥20 000). Pohonný mechanismus musí zahrnovat detekci ukládání energie a uzamykání pro bezpečné fungování. Dynamické charakteristiky vyžadují optimalizaci rychlosti a kontrolu posunu kontaktů (např. stupňová kontrola pro vakuumové přerušovače, aby se minimalizoval skok kontaktu). Výstupní charakteristiky musí odpovídat přerušovači, aby zajistily zavírání za podmínek krátkého spojení. V chladných oblastech se ESR kondenzátoru zvýší při -40°C, což prodlouží dobu zavírání; testy při různých teplotách jsou nezbytné.

2. Návrh ochranných funkcí a výběr nastavení

2.1 Ochrana před přetížením

Typicky se implementuje pomocí tepelně-magnetických nebo elektronických vytrhovacích jednotek. Tepelně-magnetické jednotky používají dvojmetalinové pásky s inverzními časovými charakteristikami (čas vytrhnutí je nepřímo úměrný druhé mocnině přetoku proudu). Elektronické jednotky nabízejí přesné řízení, s dlouhodobými nastaveními přetoku proudu v rozmezí od 0,4 do 1krát nominální proud . Nastavení musí splňovat a . Citlivost: , kde $I_{kmin}$ je minimální jednofázový krátkozávěrový proud na konci linky. Pro klíčové zatěžování může ochrana před přetížením aktivovat alarm místo vytrhnutí.

2.2 Ochrana před krátkým spojením

Zahrnuje krátkodobou a okamžitou ochranu. Krátkodobá ochrana zajišťuje selektivitu: $×$ (maximální startovací proud motoru + jiné zatěžování), s časovými prodlevami (0,1–0,4s) koordinovanými s nadřazenými přerušovači (≥0,1–0,2s časová diference). Okamžitá ochrana cílí na závažné poruchy: $×$ plný startovací proud motoru (např. 12–18krát $I_{n}$ pro motory). Pro distribuční vedení jsou preferovány elektronické vytrhovací jednotky s opožděnou okamžitou ochranou. Selektivita: nadřazené krátkodobé nastavení ≥1,3 × podřazené okamžité nastavení, s ≥0,1–0,2s časovou diferencí.

2.3 Ochrana před podnapětím

Prevence poškození zařízení při propadu napětí. Rozsah vytrhnutí: 35%–70% nominálního napětí. Okamžité typy okamžitě vytrhnou, ale mohou způsobit rušivé vytrhnutí; opožděné typy (0–5s) ignorují dočasné fluktuace, vhodné pro průmyslové použití. Nominální napětí vytrhovací jednotky pro podnapětí musí odpovídat napětí linky a její funkce nesmí narušovat jiné ochrany. Opožděné typy (0,2–3s) jsou doporučeny pro průmyslové aplikace.

3. Selektivní koordinace a kaskádová ochrana

3.1 Selektivní zóny

Zóna 1 (Isc < podřazené Icu): Dosaženo prostřednictvím gradace proudu a času (např. nadřazené $×$ podřazené $I_{se t 3}$ , časová prodleva ≥ podřazená + 0,1s).
Zóna 2 (podřazené Icu < Isc < nadřazené Icu): Spoléhá na omezující charakteristiky proudu nebo výrobničí data. Limit selektivity $I_{s}$ může být menší než podřazené Icu (částečná selektivita).
Zóna 3 (Isc > nadřazené Icu): Vyžaduje testování; nadřazené kontakty mohou dočasně otevřít (≤30ms) bez vytrhnutí, pokud nedojde k svaření.

3.2 Kaskádová ochrana

Využívá omezující charakteristiky proudu nadřazeného přerušovače, což umožňuje použití podřazených přerušovačů s nižší kapacitou pro přerušení, což snižuje náklady. Vyžaduje shodu okamžitých nastavení a vyhýbání se kritickým zatěžováním na kaskádových okruzích. Energetická selektivita (např. u A-typu přerušovačů) může zlepšit limity selektivity, ale ověření pomocí výrobničích dat je nezbytné.

3.3 Metody selektivity

Selektivita proudu: Nadřazené okamžité nastavení ≥1,3 × podřazené.
Selektivita času: Nadřazená krátkodobá prodleva ≥ podřazená + 0,1–0,2s.
Energetická selektivita: Založena na energetických požadavcích kontaktového systému.
Logická selektivita: Detekce poruchy podřazeně posílá signál uzamčení nadřazeně, umožňující rychlé vytrhnutí podřazeně, zatímco nadřazený zůstává zavřený – zajišťuje „stabilní, přesnou, rychlou“ ochranu.