Was sollte bei der Gestaltung von Niederspannungs-Pfahlkreisschaltern beachtet werden

Niederspannungs-Säulen-Bremsgeräte sind kritische Schutz- und Steuereinrichtungen in Stromversorgungssystemen, deren Design und Betrieb direkt die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems beeinflussen. Ihr Design muss umfassend Umweltanpassung, elektrische Parameterkoordination und Aktor-Auswahl berücksichtigen, um stabile Betriebsbedingungen unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten. Während des Betriebs ist strikte Einhaltung von Sicherheitsprotokollen, regelmäßige Wartung und angemessene Behandlung außergewöhnlicher Situationen entscheidend, um Unfälle durch Fehlbedienung zu vermeiden. Dieser Artikel gibt systematisch die wesentlichen Designprinzipien und Betriebsstandards für Niederspannungs-Säulen-Bremsgeräte an und bietet technischem Personal professionelle Anleitung.

1. Designüberlegungen für Niederspannungs-Säulen-Bremsgeräte

Das Design von Niederspannungs-Säulen-Bremsgeräten muss harschen Außenbedingungen standhalten und gleichzeitig Schutz- und Steueranforderungen erfüllen.

1.1 Umweltanpassung

Als im Freien installierte Ausrüstung müssen diese Bremsgeräte Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Salznebelkorrosion und mechanische Vibrationen überstehen. Gemäß GB/T 2423.17 müssen sie einen 72-Stunden-Neutral-Salznebelsprühtest (Grade 5) bestehen, der für Küsten- oder Industriegebiete geeignet ist, mit Verunreinigungsgrad 3, um leitfähige Verunreinigungen oder Kondensation zu widerstehen. Für hohe Lagen (>2000m) müssen Isolations- und Temperaturanstiegparameter gemäß GB/T 20645-2021 angepasst werden (Temperaturanstiegsbegrenzung verringert sich um 1% pro 100m Anstieg; Strombelastungserniedrigung erforderlich oberhalb 4000m).

Bei niedrigen Temperaturen muss ein Betrieb bei -40°C und eine Lagerung bei -55°C gewährleistet sein, mit zuverlässiger Aktorenbetriebsfähigkeit. UV-Widerstand erfordert Oberflächenbeschichtungen wie Polyamidfarbe (Kontaktwinkel >90°) oder PVDF (UV-Alterungsbeständigkeit ≥ Grade 8). Gehäuseabdichtungen müssen den IP54/55-Normen entsprechen, um Isolierungsabbau zu verhindern.

1.2 Koordination der elektrischen Parameter

Genaue Berechnung des Kurzschlussstroms und richtige Parameterauswahl sind entscheidend. Kurzschlussströme sollten mit der absoluten Methode berechnet werden, indem Drei-, Zwei- und Einfachphasen-Erdschlussströme berücksichtigt werden. Der anfängliche dreiphasige Kurzschlussstrom wird berechnet als:

wo Un die nominale Leitungsspannung ist, und R_k, X_k der Gesamtwiderstand und Reaktanz des Kurzschlusskreises sind. Die Nennkurzschlussunterbrechungskapazität (Ics) des Bremsgeräts darf nicht geringer sein als der maximale dreiphasige Kurzschlussstrom. Die Empfindlichkeit muss durch den minimalen Kurzschlussstrom am Leitungsende geprüft werden, der mindestens 1,3 mal die Einstellung des momentanen oder kurzzeitigen Überstromauslösers betragen sollte: I_min≥1.3I_set3.

Für Überspannungsschutz muss die langzeiteinstellung Iset1 erfüllen I_z≥I_set1≥I_c, wobei Iz die kontinuierliche Stromtragfähigkeit des Leiters und IcIc der berechnete Laststrom ist. Für Kurzschlusschutz sollte die momentane Einstellung I_set3 ≥1,2 mal dem vollen Startstrom des größten Motors (z.B. 20–35 mal Nennstrom für Käfigläufermotoren) sein, während die kurzeinstellung I_set2 vorübergehende Lastspitzen vermeiden sollte, typischerweise auf 1,2 mal (maximaler Motorstartstrom + andere Lastströme) eingestellt.

1.3 Aktor-Auswahl

Federbetätigte Mechanismen werden häufig verwendet und erfordern Zuverlässigkeit, Sprungverhinderung, freies Auslösen und Dämpfungsfunktionen. Zeitparameter: Rahmenbremsen – Schließen ≤0,2s, Öffnen ≤0,1s; formgegossene Bremsen – mechanisches Lebensdauer ≥10.000 Betriebszyklen (Rahmenbremsen ≥20.000). Der Aktor muss Energiespeichererkennung und Verriegelung für sicheren Betrieb beinhalten. Dynamische Eigenschaften erfordern optimierte Kontaktfahrzeiten und Verschiebungskontrolle (z.B. stufenweise Kontrollen für Vakuumbremsen, um Kontaktsprung zu minimieren). Ausgabecharakteristiken müssen zum Bremsgerät passen, um das Schließen unter Kurzschlussbedingungen sicherzustellen. In kalten Regionen nimmt die Kondensatorenergie bei -40°C zu, was die Schließzeit verlängert; Variablentemperaturen-Tests sind essenziell.

2. Schutzfunktionsdesign und Einstellauswahl

2.1 Überspannungsschutz

Typischerweise implementiert über thermomagnetische oder elektronische Auslöseeinheiten. Thermomagnetische Einheiten verwenden bimetallische Streifen mit inversen Zeitcharakteristiken (Auslösezeit umgekehrt proportional zum Quadrat des Überlaststroms). Elektronische Einheiten bieten präzise Kontrolle, mit langzeitlichen Auslöseeinstellungen Ir im Bereich von 0,4 bis 1 mal dem Nennstrom In. Einstellungen müssen In≥Ic und In≤Iz erfüllen. Empfindlichkeit: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, wobei IkminIkmin der minimale einphasige Kurzschlussstrom am Leitungsende ist. Für wichtige Lasten kann der Überspannungsschutz Alarmsignale auslösen, anstatt abzutrennen.

2.2 Kurzschlusschutz

Umfasst kurzzeitigen und momentanen Schutz. Kurzzeitiger Schutz stellt Selektivität sicher: $\×$ (maximaler Motorstartstrom + andere Lasten), mit Zeitverzögerungen (0,1–0,4s) koordiniert mit oberen Bremsgeräten (≥0,1–0,2s Zeitunterschied). Momentaner Schutz zielt auf schwere Fehler ab: $\×$ voller Motorstartstrom (z.B. 12–18 mal InIn für Motoren). Für Verteilungsleiter sind elektronische Auslöseeinheiten mit verzögertem momentanen Schutz bevorzugt. Selektivität: oberer kurzzeitiger Einstellung ≥1,3 × unterer momentaner Einstellung, mit ≥0,1–0,2s Zeitverzögerungsunterschied.

2.3 Unterspannungsschutz

Verhindert Geräteschäden durch Spannungsabfall. Auslösebereich: 35%–70% der Nennspannung. Momentane Typen lösen sofort aus, können jedoch unbeabsichtigte Auslöser verursachen; verzögerte Typen (0–5s) ignorieren transiente Schwankungen und sind für industrielle Anwendungen geeignet. Die Nennspannung der Unterspannungsauslöseeinheit muss der Leitungsspannung entsprechen, und ihre Funktion darf nicht mit anderen Schutzen interferieren. Verzögerte Typen (0,2–3s) sind für industrielle Anwendungen empfohlen.

3. Selektivitätskoordination und Kaskadenprotection

3.1 Selektivitätszonen

• Zone 1 (Isc < unterer Icu): Erreicht durch Strom- und Zeitgraderung (z.B. oberer $\&times;$ unterer Iset3Iset3, Zeitverzögerung ≥ unterer + 0,1s).

• Zone 2 (unterer Icu < Isc < oberer Icu): Basiert auf strombegrenzenden Charakteristika oder Herstellerdaten. Selektivitätsgrenze IsIs kann kleiner sein als unterer Icu (teilweise Selektivität).

• Zone 3 (Isc > oberer Icu): Erfordert Tests; obere Kontakte können kurzfristig öffnen (≤30ms) ohne Auslösen, solange keine Schweißung erfolgt.

3.2 Kaskadenprotection

Nutzt strombegrenzende Eigenschaften oberer Bremsgeräte, um niedrigere Unterbrechungskapazitäten unterer Bremsgeräte zu ermöglichen, was Kosten reduziert. Erfordert übereinstimmende momentane Einstellungen und vermeidet kritische Lasten auf kaskadierten Leitern. Energieselektivität (z.B. in A-Typ-Bremsgeräten) kann Selektivitätsgrenzen verbessern, aber Herstellerdaten-Überprüfung ist essentiell.

3.3 Selektivitätsmethoden

• Stromselektivität: Oberer momentaner Einstellung ≥1,3 × unterer.

• Zeitselektivität: Oberer kurzzeitiger Zeitverzögerung ≥ unterer + 0,1–0,2s.

• Energieselektivität: Basierend auf Kontaktenergieanforderungen.

• Logikselektivität: Unterer Fehlerdetektion sendet ein Sperresignal an oberen, ermöglicht schnelles unteres Auslösen, während oberer geschlossen bleibt – gewährleistet "stabil, genau, schnell" Schutz.