Vad bör beaktas vid designen av lågspänningsstolpar med strömbrytare?

Lågspänningsstolpmonterade strömbrytare är viktiga skydds- och styrningselement i elkraftsystem, vars design och drift direkt påverkar systemets säkerhet och tillförlitlighet. Deras design måste omfattande hantera miljöanpassning, samordning av elektriska parametrar och urval av aktuatorer för att säkerställa stabil drift under olika förhållanden. Under drift måste säkerhetsprotokoll strikt följas, regelbunden underhåll genomföras och undantagsfall korrekt hanteras för att förhindra olyckor orsakade av felaktig operation. Den här artikeln ger en systematisk översikt över de viktigaste designprinciperna och driftstandarderna för lågspänningsstolpmonterade strömbrytare, vilket ger professionell vägledning för tekniska personal.

1. Designöverväganden för lågspänningsstolpmonterade strömbrytare

Designen av lågspänningsstolpmonterade strömbrytare måste klara av hårda utomhusmiljöer samtidigt som de uppfyller skydd- och styrningskrav.

1.1 Miljöanpassning

Eftersom dessa brytare är installerade utomhus måste de tåla temperaturvariationer, fuktighet, saltfogskorrosion och mekanisk vibration. Enligt GB/T 2423.17 måste de klara en 72-timmars neutral saltfogstest (Grupp 5), lämplig för kustnära eller industriella områden, med Föroreningsgrad 3 för att motstå ledande föroreningar eller kondensation. För höga höjder (>2000m) måste isolering och temperaturhöjningsparametrar anpassas enligt GB/T 20645-2021 (temperaturhöjningsgräns minskar med 1% per 100m höjning; strömstorlek måste reduceras över 4000m).

För låga temperaturer måste drift vid -40°C och lagring vid -55°C garanteras, med tillförlitlig aktuatorprestanda. UV-motstånd kräver ytbeläggningar som polyamidfärg (kontaktvinkel >90°) eller PVDF (UV-åldringstålighet ≥ Grupp 8). Behållarens täthet måste uppfylla IP54/55-standarder för att förhindra isoleringsdegeneration.

1.2 Samordning av elektriska parametrar

Noggrann beräkning av kortslutningsströmmar och korrekt parameterurval är avgörande. Kortslutningsströmmar bör beräknas med absolutmetoden, med hänsyn till trefas-, tvåfas- och enfasjordfelströmmar. Den initiala trefasig kortslutningsströmmen beräknas enligt:

där Un är den nominella linjespanningen, och R_k, X_k är det totala resistans- och reaktansvärdet i kortslutningsloopen. Brytarens nominella kortslutningsbrytningskapacitet (Ics) får inte vara mindre än den maximala trefasiga kortslutningsströmmen. Känslighetsverifiering kräver att den minsta kortslutningsströmmen i linjens ände är minst 1,3 gånger den snabbverkande eller kortvariga överströmsättningen: I_min≥1.3I_set3.

För överbelastningsskydd måste den långvariga sättningen Iset1 uppfylla I_z≥I_set1≥I_c, där Iz är ledarens kontinuerliga strömbarhetskapacitet och IcIc är den beräknade belastningsströmmen. För kortslutningsskydd bör den snabbverkande sättningen I_set3 vara ≥1,2 gånger den fullständiga startströmmen för den största motorn (till exempel 20–35 gånger nominella ström för korgmotorer), medan den kortvariga sättningen I_set2 ska undvika transienta belastningspeakar, vanligtvis satt till 1,2 gånger (maximal motorstartström + andra belastningsströmmar).

1.3 Urval av aktuator

Fjädradrivna mekanismer används ofta, vilka kräver tillförlitlighet, anti-hopp, fri avbrott och buffertfunktion. Tidsparametrar: ramströmbrytare—stängning ≤0,2s, öppning ≤0,1s; formade strömbrytare—mekanisk livslängd ≥10 000 operationer (ramströmbrytare ≥20 000). Aktuatören måste inkludera energilagringssökning och låsning för säker drift. Dynamiska egenskaper kräver optimerad kontaktfart och förskjutningskontroll (till exempel etapperad kontroll för vakuumströmbrytare för att minimera kontaktbouncing). Utdataegenskaper måste matcha strömbrytaren för att säkerställa stängning under kortslutningsförhållanden. I kalla regioner ökar kondensator ESR vid -40°C, vilket förlänger stängningstiden; variabeltemperaturprovning är nödvändig.

2. Skyddsfunktionsdesign och sättningstilldelning

2.1 Överbelastningsskydd

Vanligtvis implementerat via termomagnetiska eller elektroniska avbrottsenheter. Termomagnetiska enheter använder bimetallstripor med invers tidsegenskaper (avbrotts tid proportionell mot kvadraten av överbelastningsström). Elektroniska enheter erbjuder precist kontroll, med långvariga avbrottsinställningar Ir som varierar mellan 0,4 och 1 gånger nominella strömmen In. Inställningarna måste uppfylla In≥Ic och In≤Iz. Känslighet: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, där IkminIkmin är den minsta enfasiga kortslutningsströmmen i linjens ände. För kritiska belastningar kan överbelastningsskydd utlösa larm istället för avbrott.

2.2 Kortslutningsskydd

Inkluderar kortvarigt och snabbverkande skydd. Kortvarigt skydd säkerställer selektivitet: $\×$ (maximal motorstartström + andra belastningar), med tidsfördröjningar (0,1–0,4s) koordinerade med uppvärmare (≥0,1–0,2s tidskillnad). Snabbverkande skydd riktar sig mot allvarliga fel: $\×$ full motorstartström (till exempel 12–18 gånger InIn för motorer). För distributionsflöden föredras elektroniska avbrottsenheter med fördröjd snabbverkande funktion. Selektivitet: uppvärmarens kortvariga inställning ≥1,3 × nedre snabbverkande inställning, med ≥0,1–0,2s tidskillnad.

2.3 Undervoltage Protection

Förhindrar skador på utrustning från spänningssänkningar. Avbrottsområde: 35%–70% av nominell spänning. Omedelbara typer avbryter omedelbart men kan orsaka onödiga avbrott; fördröjda typer (0–5s) ignorerar tillfälliga fluktuationer, lämpliga för industriellt bruk. Undervoltage avbrottsenhets nominella spänning måste matcha linjespänningen, och dess funktion får inte störa andra skydd. Fördröjda typer (0,2–3s) rekommenderas för industriella tillämpningar.

3. Selectivity Coordination and Cascading Protection

3.1 Selectivity Zones

• Zone 1 (Isc < downstream Icu): Achieved via current and time grading (e.g., upstream $\&times;$ downstream Iset3Iset3, time delay &ge; downstream + 0.1s).

• Zone 2 (downstream Icu < Isc < upstream Icu): Relies on current-limiting characteristics or manufacturer data. Selectivity limit IsIs may be less than downstream Icu (partial selectivity).

• Zone 3 (Isc > upstream Icu): Requires testing; upstream contacts may momentarily open (&le;30ms) without tripping, provided no welding occurs.

3.2 Cascading Protection

Leverages upstream breaker current-limiting to allow use of lower-breaking-capacity downstream breakers, reducing cost. Requires matching instantaneous settings and avoiding critical loads on cascaded circuits. Energy-based selectivity (e.g., in A-type breakers) can enhance selectivity limits, but verification via manufacturer data is essential.

3.3 Selectivity Methods

• Current Selectivity: Upstream instantaneous setting &ge;1.3 &times; downstream.

• Time Selectivity: Upstream short-time delay &ge; downstream + 0.1–0.2s.

• Energy Selectivity: Based on contact system energy requirements.

• Logic Selectivity: Downstream fault detection sends a lockout signal to upstream, enabling fast downstream tripping while upstream remains closed—ensuring "stable, accurate, fast" protection.