Kaj je treba upoštevati pri načrtovanju nizeg stolpnega prekinitvega vkrat?

Nizkonaporne preklopnike na stolpih so ključni zaščitni in nadzorni napravi v električnih sistemih, katerih oblikovanje in delovanje neposredno vplivata na varnost in zanesljivost sistema. Njihovo oblikovanje mora celovito obravnavati prilagodljivost okolju, uskladitev električnih parametrov in izbiro poganjalnika, da se zagotovi stabilno delovanje v različnih pogojih. Med delovanjem je nujno strogo upoštevati varnostne protokole, redno vzdrževanje in pravilno ravnanje s posebnimi situacijami, da se preprečijo nesreče, povzročene zgrešenimi operacijami. Ta članek sistematično predstavlja ključna načela oblikovanja in operativne standarde za nizkonaporne preklopnike na stolpih, ki ponujajo strokovno usmeritev za tehnične osebje.

1. Oblikovalske razlage za nizkonaporne preklopnike na stolpih

Oblikovanje nizkonapornih preklopnikov na stolpih mora odzivati na zahtevne zunanske okoljske pogoje, hkrati pa izpolnjevati zahteve za zaščito in nadzor.

1.1 Prilagodljivost okolju

Kot opremo, nameščeno na prostem, morajo ti preklopniki trpeti temperaturne spremembe, vlago, solno mrljo in mehansko vibracijo. Skladno s standardom GB/T 2423.17, morajo preiti 72-urni test nevtralne solne mrlje (Razred 5), primeren za obalne ali industrijske območja, z stopnjo onesnaženosti 3, da odpovedajo prevodno onesnaženosti ali kondenzaciji. Za visoke nadmorske višine (>2000m) morajo biti parametri izolacije in temperaturnega naraščanja prilagojeni skladno s standardom GB/T 20645-2021 (meja temperaturnega naraščanja se zmanjša za 1% na vsakih 100m naraščanja; zahteva se zmanjšanje meritve toka nad 4000m).

Za nizke temperature mora biti zagotovljen delovni tok pri -40°C in shranjevanje pri -55°C, z zanesljivim delovanjem poganjalnika. Odpor proti UV žarkom zahteva površinske premaze, kot so poliamidna barva (kontaktni kot >90°) ali PVDF (odpor proti staranju pod UV žarki ≥ Razred 8). Zategnitev kupe mora ustrezati standardom IP54/55, da se prepreči degradacija izolacije.

1.2 Uskladitev električnih parametrov

Natančno izračunavanje kratkokoličinskog toka in pravilna izbira parametrov sta ključna. Kratkokoličinski tok bi moral biti izračunan z absolutno metodo, upoštevajoč trifazne, bifazne in enofazne tlačne toke. Začetni trifazni kratkokoličinski tok se izračuna kot:

kjer Un pomeni nominalni fazonapetost, R_k, X_k so skupni upor in reaktancija kratkokoličinskega zanke. Merilo kratkokoličinskega prekinitvenega kapaciteta preklopnika (Ics) ne sme biti manjše od največjega trifaznega kratkokoličinskega toka. Preverjanje občutljivosti zahteva, da najmanjši kratkokoličinski tok na koncu črte naj bo vsaj 1,3-krat večji od trenutnega ali kratkoročnega prekinitvenega nastavljiva: I_min≥1.3I_set3.

Za zaščito pred pretokom mora dolgoročni prekinitveni nastavljiv Iset1 zadostiti I_z≥I_set1≥I_c, kjer Iz pomeni trajno nosilnost vodiča, IcIc pa izračunani optični tok. Za zaščito pred kratkimi zapori mora biti trenutni prekinitveni nastavljiv I_set3 vsaj 1,2-krat večji od celotnega začetnega toka največjega motorja (npr. 20–35-krat nominalni tok za kleščaste motorje), medtem ko naj bi bil kratkoročni nastavljiv I_set2 postavljen, da se izogne vrhovnim optičnim vrhovima, tipično na 1,2-krat (največji začetni tok motorja + drugi optični toki).

1.3 Izbor poganjalnika

Pogosto se uporabljajo mehanizmi s pružnimi elementi, ki zahtevajo zanesljivost, odpornost na skakanje, svobodno prekidanje in funkcije zamernika. Časovni parametri: ramenski preklopniki – zapiranje ≤0,2s, odpiranje ≤0,1s; oblikovani preklopniki – mehanski življenjski čas ≥10.000 operacij (ramenski preklopniki ≥20.000). Poganjalnik mora vključevati detekcijo shranjenih energij in zaklep za varno delovanje. Dinamične značilnosti zahtevajo optimizirano hitrost in nadzor pomikanja kontaktov (npr. fazni nadzor za vakuumne preklopnike, da se zmanjša poskok kontaktov). Izhodne značilnosti morajo biti usklajene s preklopnikom, da se zagotovi zapiranje pri kratkem zaporu. V hladnih regijah se ESR kondenzatorja poveča pri -40°C, kar podaljša čas zapiranja; variabilnotemperaturno testiranje je ključno.

2. Oblikovanje zaščitnih funkcij in izbora nastavljivov

2.1 Zaščita pred pretokom

Tako se običajno izvaja z termo-magnetnimi ali elektronskimi prekinitvenimi enotami. Termo-magnetne enote uporabljajo dvometalne pasice z inverznim časovnim obnašanjem (čas prekinitve je obratno sorazmeren s kvadratom pretoka). Elektronske enote omogočajo natančen nadzor, z dolgoročnimi prekinitvenimi nastavljivi Ir med 0,4 in 1-krat nominalni tok In. Nastavitve morajo zadostiti In≥Ic in In≤Iz. Občutljivost: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, kjer IkminIkmin pomeni najmanjši enofazni kratkokoličinski tok na koncu črte. Za ključne optične naloge lahko zaščita pred pretokom aktivira alarm namesto prekinitve.

2.2 Zaščita pred kratkimi zapori

Vključuje kratkoročno in trenutno zaščito. Kratkoročna zaščita zagotavlja selektivnost: $\×$ (največji začetni tok motorja + drugi optični toki), s časovnimi zamiki (0,1–0,4s) usklajenimi s preklopniki nadstrmnikom (≥0,1–0,2s časovna razlika). Trenutna zaščita je namenjena težjim motnjam: $\×$ celoten začetni tok motorja (npr. 12–18-krat InIn za motorje). Za distribucijske vodnike so preferentni elektronski prekinitveni bloki s zakasnilo trenutno zaščito. Selektivnost: kratkoročni nastavljiv nadstrmnikom ≥1,3 × trenutni nastavljiv podstrmnikom, s ≥0,1–0,2s časovno razliko.

2.3 Zaščita pred podnapetostjo

Preprečuje poškodbo opreme zaradi padca napetosti. Oblast prekinitve: 35%–70% nominalne napetosti. Trenutni tipi takoj prekinjajo, vendar lahko povzročijo nenavadne prekiniteve; zakasneli tipi (0–5s) prezrijo trenutne fluktuacije, primerni za industrijsko uporabo. Nominalna napetost prekinitvenega bloka za podnapetost mora ujemati z napetostjo črte, njegova funkcija pa ne sme motiti drugih zaščit. Zakasneli tipi (0,2–3s) so priporočeni za industrijsko uporabo.

3. Selektivna uskladitev in kaskadna zaščita

3.1 Selektivne zone

• Zona 1 (Isc < podstrmni Icu): Dosežena z gradacijo toka in časa (npr. nadstrmni $\&times;$ podstrmni Iset3Iset3, časovni zamik &ge; podstrmni + 0,1s).

• Zona 2 (podstrmni Icu < Isc < nadstrmni Icu): Opire se na omejevalne značilnosti toka ali podatke proizvajalca. Meja selektivnosti IsIs lahko ni manjša od podstrmnega Icu (delna selektivnost).

• Zona 3 (Isc > nadstrmni Icu): Zahteva testiranje; nadstrmni kontakti se lahko začasno odprejo (&le;30ms) brez prekinitve, če ne pride do varjenja.

3.2 Kaskadna zaščita

Izrablja omejevalne značilnosti toka nadstrmnikov, da omogoči uporabo podstrmnikov z nižjo prekinitveno zmogljivostjo, kar zmanjša stroške. Zahteva usklajene trenutne nastavljive in izogibanje kritičnim optičnim nalogam na kaskadnih črtah. Energija temeljena selektivnost (npr. v A-tipih preklopnikov) lahko izboljša meje selektivnosti, vendar je potrebno preverjanje z podatki proizvajalca.

3.3 Metode selektivnosti

• Selektivnost toka: Nadstrmni trenutni nastavljiv &ge;1,3 &times; podstrmni.

• Časovna selektivnost: Nadstrmni kratkoročni zamik &ge; podstrmni + 0,1–0,2s.

• Energetska selektivnost: Temelji na energetskih zahtevah kontaktnega sistema.

• Logična selektivnost: Odkritje motnje podstrmnikom pošlje zaklenjeno signal nadstrmnikom, omogoča hitro prekinitveno podstrmnikom, medtem ko ostane nadstrmnik zaprt – zagotavlja "stabilno, natančno, hitro" zaščito.