Co należy zwrócić uwagę przy projektowaniu niskonapięciowych przekaźników montowanych na słupach?

Niskonapięciowe przełączniki obwodowe montowane na słupach są kluczowymi urządzeniami ochronnymi i sterującymi w systemach energetycznych, których projektowanie i działanie bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo i niezawodność systemu. Ich projekt musi kompleksowo uwzględniać adaptację do środowiska, koordynację parametrów elektrycznych oraz wybór napędu, aby zapewnić stabilne działanie w różnych warunkach. W trakcie eksploatacji ścisłe przestrzeganie protokołów bezpieczeństwa, regularne konserwacje oraz prawidłowa obsługa sytuacji wyjątkowych są niezbędne, aby zapobiec wypadkom spowodowanym błędem obsługi. Ten artykuł systematycznie przedstawia kluczowe zasady projektowania i standardy operacyjne dla niskonapięciowych przełączników obwodowych montowanych na słupach, dostarczając profesjonalnej wiedzy dla personelu inżynieryjnego.

1. Rozważania projektowe dotyczące niskonapięciowych przełączników obwodowych montowanych na słupach

Projekt niskonapięciowych przełączników obwodowych montowanych na słupach musi wytrzymywać surowe warunki zewnętrzne, jednocześnie spełniając wymagania dotyczące ochrony i sterowania.

1.1 Adaptacja do środowiska

Jako urządzenia montowane na zewnątrz, te przełączniki muszą wytrzymywać fluktuacje temperatury, wilgotność, korozję solą morską i drgania mechaniczne. Zgodnie z GB/T 2423.17, muszą one przejść 72-godzinny test neutralnego sprayu solnego (Klasa 5), odpowiedni dla obszarów nadmorskich lub przemysłowych, z Stopniem Zanieczyszczenia 3, aby stawić czoła przewodzącej zanieczyszczeniom lub kondensacji. Dla wysokich terenów (>2000m) parametry izolacji i wzrostu temperatury muszą być dostosowane zgodnie z GB/T 20645-2021 (limit wzrostu temperatury maleje o 1% na każde 100m wzrostu; wymagana redukcja prądu nominalnego powyżej 4000m).

Dla niskich temperatur musi być zapewniona praca przy -40°C i przechowywanie przy -55°C, z niezawodnym działaniem napędu. Odporność na UV wymaga pokryć powierzchniowych, takich jak farba poliamidowa (kąt kontaktowy >90°) lub PVDF (odporność na starzenie UV ≥ Klasa 8). Obudowa musi spełniać standardy IP54/55, aby zapobiec degradacji izolacji.

1.2 Koordynacja parametrów elektrycznych

Dokładne obliczenie prądu zwarciowego i właściwy wybór parametrów są kluczowe. Prądy zwarciowe powinny być obliczane metodą absolutną, biorąc pod uwagę prądy zwarce trójfazowe, dwufazowe i jednofazowe do ziemi. Początkowy prąd zwarca trójfazowy jest obliczany jako:

gdzie Un to nominalna napięcie linii, a R_k, X_k to całkowity opór i reaktancja pętli zwarciowej. Nominalna zdolność obcinająca prąd zwarciowy (Ics) przełącznika nie może być mniejsza niż maksymalny prąd zwarciowy trójfazowy. Weryfikacja czułości wymaga, aby minimalny prąd zwarciowy na końcu linii był co najmniej 1,3 razy większy od ustawienia natychmiastowego lub krótkotrwałego przeciążenia: I_min≥1.3I_set3.

W przypadku ochrony przeciwko przeciążeniom, ustawienie długotrwałe Iset1 musi spełniać I_z≥I_set1≥I_c, gdzie Iz to ciągła zdolność przewodzenia przewodu, a IcIc to obliczony prąd obciążenia. W przypadku ochrony przeciwko zwarciom, ustawienie natychmiastowe I_set3 powinno wynosić ≥1,2 razy pełny prąd startowy największego silnika (np. 20–35 razy prąd nominalny dla silników klatkowych), podczas gdy ustawienie krótkotrwałe I_set2 powinno unikać szczytowych obciążeń chwilowych, zwykle ustawiane na 1,2 raza (maksymalny prąd startowy silnika + inne prądy obciążeń).

1.3 Wybór napędu

Powszechnie stosowane są mechanizmy sprężynowe, które wymagają niezawodności, antyskoków, swobodnego rozłączenia i funkcji amortyzacji. Parametry czasowe: przełączniki ramowe – zamknięcie ≤0,2s, otwarcie ≤0,1s; przełączniki formowane – żywotność mechaniczna ≥10 000 cykli (przełączniki ramowe ≥20 000). Napęd musi zawierać detekcję magazynowania energii i blokadę dla bezpiecznej pracy. Charakterystyki dynamiczne wymagają optymalizacji prędkości i sterowania przemieszczeniem kontaktów (np. sterowanie etapowe dla przełączników próżniowych, aby zminimalizować odbicie kontaktów). Charakterystyki wyjściowe muszą pasować do przełącznika, aby zapewnić zamknięcie w warunkach zwarciowych. W regionach zimnych ESR kondensatora wzrasta do -40°C, przedłużając czas zamknięcia; testy w zmiennych temperaturach są niezbędne.

2. Projektowanie funkcji ochronnych i wybór ustawień

2.1 Ochrona przeciwko przeciążeniom

Zwykle realizowana za pomocą jednostek termiczno-magnetycznych lub elektronicznych. Jednostki termiczno-magnetyczne używają taśm dwumetalowych z charakterystykami odwrotnej zależności czasu (czas wyzwalania odwrotnie proporcjonalny do kwadratu prądu przeciążenia). Jednostki elektroniczne oferują precyzyjne sterowanie, z ustawieniami długotrwałymi Ir w zakresie od 0,4 do 1 razy prąd nominalny In. Ustawienia muszą spełniać In≥Ic i In≤Iz. Czułość: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, gdzie IkminIkmin to minimalny prąd zwarciowy jednofazowy na końcu linii. Dla kluczowych obciążeń, ochrona przeciwko przeciążeniom może wywoływać alarmy zamiast rozłączenia.

2.2 Ochrona przeciwko zwarciom

Obejmuje ochronę krótkotrwałą i natychmiastową. Ochrona krótkotrwała zapewnia selektywność: $\×$ (maksymalny prąd startowy silnika + inne obciążenia), z opóźnieniami czasowymi (0,1–0,4s) skoordynowanymi z przełącznikami górnych poziomów (≥0,1–0,2s różnica czasu). Ochrona natychmiastowa skierowana jest na poważne uszkodzenia: $\×$ pełny prąd startowy silnika (np. 12–18 razy InIn dla silników). Dla linii dystrybucji preferowane są jednostki elektroniczne z opóźnioną ochroną natychmiastową. Selektory: ustawienie krótkotrwałe górnych poziomów ≥1,3 × ustawienie natychmiastowe dolnych poziomów, z ≥0,1–0,2s różnicą czasu.