Šta treba da se ima na umu u projektovanju niskonaponskih stubskih prekidača

Niskonaponski prekidači montirani na stub su ključni zaštitni i kontrolni uređaji u električnim sistemima, čiji dizajn i rad direktno utiču na bezbednost i pouzdanost sistema. Njihov dizajn mora komprehensivno da obuhvati prilagodljivost okruženju, koordinaciju električnih parametara i izbor aktuatora kako bi se osigurala stabilna operacija pod različitim uslovima. Takođe, tokom rada, strogo je neophodno da se pridržavaju protokoli bezbednosti, redovno održavanje i pravilan odgovor na izuzetne situacije kako bi se spriječile nesreće uzrokovane pogrešnim radom. Ovaj članak sistematski predstavlja ključne principe dizajna i standarda operativnosti niskonaponskih prekidača montiranih na stub, pružajući stručnu uputu inženjerskom osoblju.

1. Razmatranja u dizajnu niskonaponskih prekidača montiranih na stub

Dizajn niskonaponskih prekidača montiranih na stub mora da izdrži srovnate vanjske uslove dok istovremeno ispunjava zahteve za zaštitu i kontrolu.

1.1 Prilagodljivost okruženju

Kao oprema namenjena instalaciji na otvorenom, ovi prekidači moraju izdržati fluktuacije temperature, vlažnost, koroziju solanog para i mehaničke vibracije. Prema GB/T 2423.17, moraju proći test neutralnog solanog para trajanja 72 sata (Razina 5), prikladan za obalne ili industrijske zone, sa stupnjem zagađenja 3 kako bi se odolelo provodljivom zagađenju ili kondenzaciji. Za visoku nadmorsku visinu (>2000m), parametri izolacije i porasta temperature moraju biti prilagođeni prema GB/T 20645-2021 (ograničenje porasta temperature smanjuje se za 1% po svakih 100m povećanja; potrebno je smanjenje nominalne struje iznad 4000m).

Za niske temperature, mora se osigurati rad na -40°C i skladištenje na -55°C, uz pouzdan rad aktuatora. Otpornost na UV zračenje zahteva površinske pokrivce kao što su poliamidna boja (kontaktni ugao >90°) ili PVDF (otpornost na starenje UV zračenjem ≥ Razina 8). Sigurnosna ogranka mora zadovoljavati standarde IP54/55 kako bi se spriječilo degradiranje izolacije.

1.2 Koordinacija električnih parametara

Tačno izračunavanje struje krozkratkog spoja i pravilan izbor parametara su ključni. Struja krozkratkog spoja treba da se izračuna apsolutnim metodom, uzimajući u obzir trofazne, dvofazne i jednofazne strujne greške na zemlju. Početna trofazna struja krozkratkog spoja izračunava se kao:

gdje Un predstavlja nominalnu linijsku naponsku razliku, a R_k, X_k predstavljaju ukupni otpor i reaktanciju kratkospojnog kruga. Nominalna struja prekidanja krozkratkog spoja prekidača (Ics) ne smije biti manja od maksimalne trofazne struje krozkratkog spoja. Provera osetljivosti zahteva da minimalna struja krozkratkog spoja na kraju linije bude najmanje 1,3 puta postavljena trenutna ili kratkotrajna prekomjerna struja: I_min≥1.3I_set3.

Za zaštitu od preopterećenja, dugotrajna postavka prekomjerne struje Iset1 mora zadovoljavati I_z≥I_set1≥I_c, gdje Iz predstavlja kontinuiranu nosivost vodnika, a IcIc je izračunata opterećujuća struja. Za zaštitu od krozkratkog spoja, trenutna postavka prekomjerne struje I_set3 treba da bude ≥1,2 puta puna početna struja najvećeg motora (npr., 20–35 puta nominalna struja za motore s kleštačnim rotorom), dok treba da kratkotrajna postavka I_set2 izbegne vrhunska opterećenja, obično postavljena na 1,2 puta (maksimalna početna struja motora + druge opterećujuće struje).

1.3 Izbor aktuatora

Često se koriste mehanizmi sa oprugama, koji zahtevaju pouzdanost, anti-skok, slobodno prekidanje i funkciju amortizacije. Parametri vremena: okvirni prekidači – zatvaranje ≤0,2s, otvaranje ≤0,1s; prekidači sa oblikovanom kutijom – mehanički život ≥10.000 radnji (okvirni prekidači ≥20.000). Aktuator mora uključivati detekciju skladista energije i interlokiranje za siguran rad. Dinamičke karakteristike zahtevaju optimiziranu brzinu i kontrolu pomaka kontakata (npr., etapno upravljanje za vakuum prekidače kako bi se smanjio pomak kontakata). Izhodišne karakteristike moraju odgovarati prekidaču kako bi se osiguralo zatvaranje pod uslovima krozkratkog spoja. U hladnim regionima, ESR kondenzatora povećava se na -40°C, produžujući vrijeme zatvaranja; varijabilno temperaturno testiranje je neophodno.

2. Dizajn zaštitnih funkcija i izbor postavki

2.1 Zaštita od preopterećenja

Obično se implementira putem termomagnetnih ili elektronskih trip jedinica. Termomagnetne jedinice koriste dvo-metalne trake sa obrnutim vremenskim karakteristikama (vrijeme trip-a obrnuto proporcionalno kvadratu prekomjerne struje). Elektronske jedinice nude preciznu kontrolu, sa dugotrajnim postavkama prekomjerne struje Ir u rasponu od 0,4 do 1 puta nominalnu struju In. Postavke moraju zadovoljavati In≥Ic i In≤Iz. Osetljivost: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, gdje IkminIkmin predstavlja minimalnu jednofaznu struju krozkratkog spoja na kraju linije. Za ključne opterećenja, zaštita od preopterećenja može aktivirati alarm umjesto prekidanja.

2.2 Zaštita od krozkratkog spoja

Uključuje kratkotrajnu i trenutnu zaštitu. Kratkotrajna zaštita osigurava selektivnost: $\×$ (maksimalna početna struja motora + ostala opterećenja), s vremenskim kašnjenjima (0,1–0,4s) koordiniranim sa prethodnim prekidačima (≥0,1–0,2s razlike u vremenu). Trenutna zaštita cilja teške greške: $\×$ puna početna struja motora (npr., 12–18 puta InIn za motive). Za distribucijske ishode, preferiraju se elektronske trip jedinice sa kašnjenjem trenutne zaštite. Selektivnost: prethodna kratkotrajna postavka ≥1,3 × trenutna postavka dolje, s ≥0,1–0,2s razlikom u vremenu.

2.3 Zaštita od niskog napona

Sprečava oštećenje opreme zbog padova napona. Raspon trip-a: 35%–70% nominalnog napona. Trenutne vrste odmah tripiraju, ali mogu uzrokovati nepotrebnim tripovima; kašnjenja (0–5s) ignoriraju privremene fluktuacije, prikladne za industrijsku upotrebu. Nominalni napon trip jedinice za niski napon mora odgovarati linijalnom naponu, a njegova funkcija ne smije mešati sa drugim zaštitama. Kašnjenja (0,2–3s) preporučuju se za industrijsku primenu.

3. Selektivna koordinacija i kaskadna zaštita

3.1 Selektivne zone

• Zona 1 (Isc < donji Icu): Postiže se putem graderacije struje i vremena (npr., prethodni $\&times;$ donji Iset3Iset3, vremensko kašnjenje &ge; donji + 0,1s).

• Zona 2 (donji Icu < Isc < gornji Icu): Zavisi o ograničavajućim karakteristikama struje ili podacima proizvođača. Granična selektivnost IsIs može biti manja od donjeg Icu (djelomična selektivnost).

• Zona 3 (Isc > gornji Icu): Zahteva testiranje; gornji kontakti mogu privremeno otvoriti (&le;30ms) bez tripiranja, ako ne dođe do savarenja.

3.2 Kaskadna zaštita

Ispoljava ograničavajuće karakteristike struje prethodnog prekidača kako bi se omogućila upotreba prekidača s nižom kapacitetom prekidanja dolje, smanjujući troškove. Zahteva podudaranje trenutnih postavki i izbegavanje kritičnih opterećenja na kaskadnim kružnicama. Selektivnost bazirana na energiji (npr., u A tipu prekidača) može poboljšati granične selektivnosti, ali je potrebno verifikovati preko podataka proizvođača.

3.3 Metode selektivnosti

• Selektivnost struje: Prethodna trenutna postavka &ge;1,3 &times; donja.

• Selektivnost vremena: Prethodna kratkotrajna kašnjenja &ge; donja + 0,1–0,2s.

• Selektivnost energije: Bazirana na zahtjevima za energijom kontaktnog sistema.

• Logička selektivnost: Detekcija greške dolje šalje signal zaključavanja gore, omogućavajući brzo tripiranje dolje dok gornji ostaje zatvoren – osiguravajući "stabilnu, točnu, brzu" zaštitu.