Što treba voditi računa pri dizajnu niskonaponskih prekidnika montiranih na stub?

Niskonaponski prekidači montirani na stubu su ključni zaštitni i kontrolni uređaji u električnim sustavima, čiji dizajn i rad direktno utječu na sigurnost i pouzdanost sustava. Njihov dizajn mora komprehensivno obraditi prilagodljivost okolišu, koordinaciju električnih parametara i odabir aktuatora kako bi se osiguralo stabilno funkcioniranje u različitim uvjetima. Tijekom rada, strogo je nužno pridržavati sigurnosne protokole, redovito održavati i pravilno upravljati izuzetnim situacijama kako bi se spriječile nesreće uzrokovane pogrešnim radom. Ovaj članak sustavno obrađuje ključne principi dizajna i operativne standarde za niskonaponske prekidače montirane na stubu, pružajući stručnu uputu inženjerskom osoblju.

1. Razmatranja u dizajnu niskonaponskih prekidača montiranih na stubu

Dizajn niskonaponskih prekidača montiranih na stubu mora izdržavati surovim vanjskim uvjetima dok ispunjava zahtjeve za zaštitom i kontrolom.

1.1 Prilagodljivost okolišu

Kao oprema instalirana na otvorenom, ti prekidači moraju izdržavati fluktuacije temperature, vlažnost, koroziju solanog para i mehaničku vibraciju. Prema GB/T 2423.17, moraju proći test neutralnog solanog para trajanja 72 sata (Razina 5), prikladan za obalne ili industrijske područja, sa stupnjem zagađenja 3 kako bi se odoljeli provodljivoj kontaminaciji ili kondenzaciji. Za visoke nadmorske visine (>2000m), parametri izolacije i porasta temperature moraju biti prilagođeni prema GB/T 20645-2021 (granična vrijednost porasta temperature smanjuje se za 1% po svakih 100m povećanja; potrebno je smanjenje nominalne struje iznad 4000m).

Za niske temperature, mora se osigurati rad pri -40°C i skladištenje pri -55°C, s pouzdanom performansom aktuatora. Odoljivost UV zracenju zahtijeva površinska pokrivača poput poliamidne boje (kontaktni kut >90°) ili PVDF (odoljivost starenju UV zracenjem ≥ Razina 8). Sigurnost kućišta mora zadovoljavati standarde IP54/55 kako bi se spriječilo kvaranje izolacije.

1.2 Koordinacija električnih parametara

Točno računanje struja kratkog spoja i pravilan odabir parametara su ključni. Struja kratkog spoja treba se izračunati apsolutnim metodom, uzimajući u obzir trofazne, dvofazne i jednofazne struje kratkog spoja na zemlju. Početna trofazna struja kratkog spoja izračunava se kao:

gdje Un je nominalna linijarna naponska razlika, a R_k, X_k su ukupni otpor i reaktancija petlje kratkog spoja. Nominalna struja prekidača za prekid struje kratkog spoja (Ics) ne smije biti manja od maksimalne trofazne struje kratkog spoja. Provjera osjetljivosti zahtijeva da najmanja struja kratkog spoja na kraju linije bude barem 1,3 puta veća od postavljanja trenutne ili kratkotrajne prekomjerne struje: I_min≥1.3I_set3.

Za zaštitu od preopterećenja, dugotrajno postavljanje Iset1 mora zadovoljavati I_z≥I_set1≥I_c, gdje Iz je neprekidna nosivost vodiča, a IcIc je izračunata opterećujuća struja. Za zaštitu od kratkog spoja, trenutno postavljanje I_set3 treba biti ≥1,2 puta puni početni strujni tok najvećeg motora (npr., 20–35 puta nominalna struja za motore s kleštanom), dok bi kratkotrajno postavljanje I_set2 trebalo izbjegavati privremene vrhove opterećenja, obično postavljeno na 1,2 puta (maksimalni početni strujni tok motora + druge struje opterećenja).

1.3 Odabir aktuatora

Često se koriste mehanizmi s oprugama, koji zahtijevaju pouzdanost, anti-skakanje, slobodno prekidno stanje i funkcije buferiranja. Parametri vremena: ramni prekidači – zatvaranje ≤0,2s, otvaranje ≤0,1s; lisani prekidači – mehanički život ≥10.000 radnji (ramni prekidači ≥20.000). Aktuator mora uključivati detekciju skladisti energije i zaklopnu za siguran rad. Dinamičke karakteristike zahtijevaju optimiziranu brzinu i kontrolu pomaka kontakata (npr., etapna kontrola za vakuum prekidače kako bi se smanjio odbijanje kontakata). Izlazne karakteristike moraju odgovarati prekidaču kako bi se osiguralo zatvaranje u uvjetima kratkog spoja. U hladnim regijama, ESR kondenzatora se povećava na -40°C, produžujući vrijeme zatvaranja; varijabilnotemperaturno testiranje je neophodno.

2. Dizajn funkcija zaštite i odabir postavljanja

2.1 Zaštita od preopterećenja

Obično se implementira putem termomagnetskih ili elektroničkih trip jedinica. Termomagnetske jedinice koriste bikromskoj trake s inverznim vremenskim karakteristikama (vrijeme prekida obrnuto proporcionalno kvadratu prekomjerne struje). Elektroničke jedinice nude preciznu kontrolu, s dugotrajnim postavljanjima Ir u rasponu od 0,4 do 1 puta nominalnu struju In. Postavljanja moraju zadovoljavati In≥Ic i In≤Iz. Osjetljivost: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, gdje IkminIkmin je minimalna jednofazna struja kratkog spoja na kraju linije. Za kritična opterećenja, zaštita od preopterećenja može aktivirati alarm umjesto prekida.

2.2 Zaštita od kratkog spoja

Uključuje kratkotrajnu i trenutnu zaštitu. Kratkotrajna zaštita osigurava selektivnost: $\×$ (maksimalni početni strujni tok motora + ostala opterećenja), s vremenskim kašnjenjima (0,1–0,4s) koordiniranim s prekidačima upstream-a (≥0,1–0,2s razlika u vremenu). Trenutna zaštita usmjerena je na teške kvarove: $\×$ puni početni strujni tok motora (npr., 12–18 puta InIn za motive). Za distribucijske vodove, preferiraju se elektroničke trip jedinice s kašnjenjem trenutne zaštite. Selektivnost: kratkotrajno postavljanje upstream-a ≥1,3 × trenutno postavljanje downstream-a, s ≥0,1–0,2s razlikom u vremenu.

2.3 Zaštita od niskog napona

Spriječava oštećenje opreme zbog padova napona. Raspon prekida: 35%–70% nominalnog napona. Trenutne vrste odmah prekidaju, ali mogu uzrokovati neselektivno prekidanje; kašnjenja (0–5s) ignoriraju privremene fluktuacije, prikladne za industrijsko korištenje. Naponska vrijednost prekidne jedinice mora odgovarati linijskom naponu, a njena funkcija ne smije medusobno djelovati s drugim zaštitama. Kašnjenja (0,2–3s) preporučuju se za industrijsko korištenje.

3. Selektivna koordinacija i kaskadna zaštita

3.1 Zone selektivnosti

• Zona 1 (Isc < downstream Icu): Postiže se putem razrade struje i vremena (npr., upstream $\&times;$ downstream Iset3Iset3, vremensko kašnjenje ≥ downstream + 0,1s).

• Zona 2 (downstream Icu < Isc < upstream Icu): Zasniva se na ograničiteljima struje ili podacima proizvođača. Granična vrijednost selektivnosti IsIs može biti manja od downstream Icu (djelomična selektivnost).

• Zona 3 (Isc > upstream Icu): Zahtijeva testiranje; upstream kontakti mogu privremeno otvoriti (≤30ms) bez prekida, pod uvjetom da ne dođe do zavarivanja.

3.2 Kaskadna zaštita

Ispoljava ograničiteljnu struju upstream-a kako bi se omogućila upotreba prekidača s nižom kapacitetom prekida downstream-a, smanjujući troškove. Zahtijeva podudaranje trenutnih postavljanja i izbjegavanje kritičnih opterećenja na kaskadnim kružnicama. Energija temeljena selektivnost (npr., u A tipu prekidača) može unaprijediti granične vrijednosti selektivnosti, ali verifikacija putem podataka proizvođača je neophodna.

3.3 Metode selektivnosti

• Selektivnost struje: Trenutno postavljanje upstream-a ≥1,3 × downstream.

• Selektivnost vremena: Kratkotrajno kašnjenje upstream-a ≥ downstream + 0,1–0,2s.

• Energetska selektivnost: Temelji se na zahtjevima za energijom kontaktnog sustava.

• Logička selektivnost: Detekcija greške downstream-a šalje signal zaključavanja upstream-u, omogućujući brzo prekid downstream-a dok upstream ostaje zatvoren – osiguravajući "stabilnu, točnu, brzu" zaštitu.