สิ่งที่ควรให้ความสนใจในการออกแบบตู้ตัดวงจรบนเสาไฟฟ้าแรงดันต่ำ

Dyson

ฟิลด์: มาตรฐานไฟฟ้า

China

วงจรตัดไฟแรงดันต่ำที่ติดตั้งบนเสาเป็นอุปกรณ์ป้องกันและควบคุมที่สำคัญในระบบไฟฟ้า ซึ่งการออกแบบและการทำงานของมันส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ การออกแบบต้องครอบคลุมการปรับตัวกับสภาพแวดล้อม การประสานพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า และการเลือกใช้เครื่องขับเคลื่อนเพื่อให้มั่นใจว่าสามารถทำงานอย่างเสถียรภายใต้เงื่อนไขที่หลากหลาย ระหว่างการทำงาน ต้องปฏิบัติตามโปรโตคอลความปลอดภัยอย่างเข้มงวด บำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ และจัดการสถานการณ์พิเศษอย่างเหมาะสม เพื่อป้องกันอุบัติเหตุจากการทำงานผิดพลาด บทความนี้ได้อธิบายหลักการการออกแบบและมาตรฐานการดำเนินงานสำหรับวงจรตัดไฟแรงดันต่ำที่ติดตั้งบนเสาอย่างเป็นระบบ เพื่อให้คำแนะนำแก่เจ้าหน้าที่วิศวกรรม

1. ข้อพิจารณาในการออกแบบวงจรตัดไฟแรงดันต่ำที่ติดตั้งบนเสา

การออกแบบวงจรตัดไฟแรงดันต่ำที่ติดตั้งบนเสาต้องทนทานต่อสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่ทรหดขณะเดียวกันยังต้องตอบสนองความต้องการในการป้องกันและควบคุม

1.1 ความสามารถในการปรับตัวกับสภาพแวดล้อม

ในฐานะอุปกรณ์ที่ติดตั้งภายนอก เครื่องตัดไฟเหล่านี้ต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความชื้น การกัดกร่อนจากฝุ่นละอองเกลือ และการสั่นสะเทือนตามกลไก ตาม GB/T 2423.17 ต้องผ่านการทดสอบเกลือกลาง (Grade 5) เป็นเวลา 72 ชั่วโมง ซึ่งเหมาะสมสำหรับพื้นที่ชายฝั่งหรือพื้นที่อุตสาหกรรม พร้อมระดับการปนเปื้อน 3 เพื่อรับมือกับการปนเปื้อนที่นำไฟฟ้าหรือการควบแน่น สำหรับพื้นที่ที่มีความสูงมากกว่า 2000 เมตร พารามิเตอร์ฉนวนและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต้องปรับตาม GB/T 20645-2021 (ขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิลดลง 1% ต่อทุก 100 เมตรที่เพิ่มขึ้น; จำเป็นต้องลดอัตรากระแสเหนือ 4000 เมตร)

สำหรับอุณหภูมิต่ำ ต้องมั่นใจว่าสามารถทำงานที่ -40°C และเก็บรักษาที่ -55°C พร้อมกับประสิทธิภาพของเครื่องขับเคลื่อนที่เชื่อถือได้ ความต้านทานต่อรังสี UV ต้องใช้วัสดุเคลือบผิว เช่น โพลิอะไมด์ (มุมการสัมผัส >90°) หรือ PVDF (ความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพจาก UV ≥ Grade 8) โครงสร้างป้องกันต้องตรงตามมาตรฐาน IP54/55 เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของฉนวน

1.2 การประสานพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า

การคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่แม่นยำและการเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรควรคำนวณโดยใช้วิธีแบบสมบูรณ์ โดยพิจารณากระแสไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟส สองเฟส และเฟสเดียวที่ต่อลงดิน กระแสไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟสเริ่มต้นคำนวณได้ดังนี้:

โดย คือแรงดันไฟฟ้าบรรยายของสาย และ , คือความต้านทานรวมและอิมพิแดนซ์ของวงจรลัดวงจร กำลังการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ระบุ (Ics) ของวงจรตัดไฟต้องไม่น้อยกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟสสูงสุด การตรวจสอบความไวต้องมีกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขั้นต่ำที่ปลายสายอย่างน้อย 1.3 เท่าของค่าตั้งค่ากระตุ้นสำหรับการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรทันทีหรือระยะสั้น: .

สำหรับการป้องกันโหลดเกิน ค่าตั้งค่าการตัดกระแสไฟฟ้าระยะยาว ต้องสอดคล้องกับ โดย คือกำลังการนำไฟฟ้าต่อเนื่องของสายไฟ และ $I_{c}$ คือกระแสโหลดที่คำนวณ สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ค่าตั้งค่าการตัดกระแสไฟฟ้าทันที ควร ≥1.2 เท่าของกระแสไฟฟ้าเริ่มต้นเต็มรูปแบบของมอเตอร์ที่ใหญ่ที่สุด (เช่น 20-35 เท่าของกระแสไฟฟ้าบรรยายสำหรับมอเตอร์ชนิด squirrel-cage) ในขณะที่ค่าตั้งค่าการตัดกระแสไฟฟ้าระยะสั้น ควรหลีกเลี่ยงยอดโหลดชั่วขณะ ปกติจะตั้งค่าที่ 1.2 เท่า (กระแสไฟฟ้าเริ่มต้นของมอเตอร์สูงสุด + กระแสโหลดอื่น ๆ)

1.3 การเลือกใช้เครื่องขับเคลื่อน

กลไกที่ใช้สปริงเป็นที่นิยม ต้องมีความเชื่อถือได้ ป้องกันการกระโดด สามารถปล่อยฟรี และมีฟังก์ชันการช่วยเหลือ ค่าพารามิเตอร์เวลา: วงจรตัดไฟเฟรม — ปิด ≤0.2 วินาที, เปิด ≤0.1 วินาที; วงจรตัดไฟแบบมีเคส — ชีวิตการทำงานเชิงกล ≥10,000 รอบ (วงจรตัดไฟเฟรม ≥20,000 รอบ) เครื่องขับเคลื่อนต้องมีการตรวจจับการเก็บพลังงานและการล็อกเพื่อความปลอดภัย คุณสมบัติพลวัตต้องควบคุมความเร็วและระยะการเคลื่อนที่ของตัวต่อ (เช่น การควบคุมหลายขั้นตอนสำหรับวงจรตัดไฟแบบสุญญากาศเพื่อลดการกระโดดของตัวต่อ) คุณสมบัติเอาต์พุตต้องตรงกับวงจรตัดไฟเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถปิดได้ภายใต้เงื่อนไขของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ในพื้นที่ที่มีอากาศหนาว ESR ของคาปาซิเตอร์เพิ่มขึ้นที่ -40°C ทำให้เวลาปิดยาวขึ้น การทดสอบที่อุณหภูมิแปรผันเป็นสิ่งสำคัญ

2. การออกแบบและเลือกค่าตั้งค่าฟังก์ชันการป้องกัน

2.1 การป้องกันโหลดเกิน

โดยทั่วไปจะใช้หน่วยตัดกระแสไฟฟ้าแบบความร้อน-แม่เหล็กหรืออิเล็กทรอนิกส์ หน่วยตัดกระแสไฟฟ้าแบบความร้อน-แม่เหล็กใช้แถบทวีธาโลหะที่มีลักษณะเวลาแบบผกผัน (เวลาตัดกระแสไฟฟ้าแปรผกผันกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้าโหลดเกิน) หน่วยตัดกระแสไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ให้การควบคุมที่แม่นยำ ด้วยค่าตั้งค่าการตัดกระแสไฟฟ้าระยะยาว อยู่ระหว่าง 0.4 ถึง 1 เท่าของกระแสไฟฟ้าบรรยาย ค่าตั้งค่าต้องสอดคล้องกับ และ ความไว: โดย $I_{kmin}$ คือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรเฟสเดียวขั้นต่ำที่ปลายสาย สำหรับโหลดสำคัญ การป้องกันโหลดเกินอาจส่งสัญญาณเตือนแทนการตัดกระแสไฟฟ้า

2.2 การป้องกันกระแสไฟฟ้าลัดวงจร

รวมถึงการป้องกันระยะสั้นและการป้องกันทันที การป้องกันระยะสั้นเพื่อให้มีการเลือก: $×$ (กระแสไฟฟ้าเริ่มต้นของมอเตอร์สูงสุด + โหลดอื่น ๆ) พร้อมระยะเวลาหน่วง (0.1-0.4 วินาที) ที่ประสานกับวงจรตัดไฟขั้นต้น (≥0.1-0.2 วินาที แตกต่างกัน) การป้องกันทันทีมุ่งหมายไปที่ข้อผิดพลาดที่รุนแรง: $×$ กระแสไฟฟ้าเริ่มต้นเต็มรูปแบบของมอเตอร์ (เช่น 12-18 เท่าของ $I_{n}$ สำหรับมอเตอร์) สำหรับสายจำหน่าย หน่วยตัดกระแสไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการป้องกันทันทีแบบหน่วงเป็นที่นิยม การเลือก: ค่าตั้งค่าการป้องกันระยะสั้นขั้นต้น ≥1.3 × ค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีขั้นรอง พร้อมระยะเวลาหน่วงที่แตกต่างกัน ≥0.1-0.2 วินาที

2.3 การป้องกันแรงดันต่ำ

ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์จากการตกของแรงดัน ช่วงการตัด: 35%-70% ของแรงดันบรรยาย ประเภททันทีจะตัดทันทีแต่อาจทำให้เกิดการตัดที่ไม่จำเป็น; ประเภทหน่วง (0-5 วินาที) จะมองข้ามการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะ เหมาะสมสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรม หน่วยตัดกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำต้องมีแรงดันบรรยายที่ตรงกับแรงดันของสาย และฟังก์ชันต้องไม่รบกวนการป้องกันอื่น ๆ ประเภทหน่วง (0.2-3 วินาที) แนะนำสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรม

3. การประสานการเลือกและการป้องกันแบบลำดับชั้น

3.1 โซนการเลือก

โซน 1 (Isc < Icu ขั้นรอง): บรรลุผ่านการแบ่งแยกตามกระแสและเวลา (เช่น ค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีขั้นต้น ≥1.2 เท่าของค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีขั้นรอง พร้อมระยะเวลาหน่วง ≥ ระยะเวลาหน่วงขั้นรอง + 0.1 วินาที)
โซน 2 (Icu ขั้นรอง < Isc < Icu ขั้นต้น): อาศัยคุณสมบัติจำกัดกระแสหรือข้อมูลของผู้ผลิต ขีดจำกัดการเลือก $I_{s}$ อาจน้อยกว่า Icu ขั้นรอง (การเลือกบางส่วน)
โซน 3 (Isc > Icu ขั้นต้น): ต้องทำการทดสอบ; ตัวต่อขั้นต้นอาจเปิดชั่วขณะ (≤30 มิลลิวินาที) โดยไม่ตัด หากไม่มีการเชื่อมต่อ

3.2 การป้องกันแบบลำดับชั้น

ใช้ประโยชน์จากการจำกัดกระแสของวงจรตัดไฟขั้นต้นเพื่อให้สามารถใช้วงจรตัดไฟขั้นรองที่มีกำลังการตัดกระแสต่ำลง ลดต้นทุน ต้องมีการประสานค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีและหลีกเลี่ยงโหลดสำคัญในวงจรลำดับชั้น การเลือกตามพลังงาน (เช่น ในวงจรตัดไฟประเภท A) สามารถเพิ่มขีดจำกัดการเลือก แต่ต้องตรวจสอบด้วยข้อมูลของผู้ผลิต

3.3 วิธีการเลือก

การเลือกตามกระแส: ค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีขั้นต้น ≥1.3 เท่าของค่าตั้งค่าการป้องกันทันทีขั้นรอง
การเลือกตามเวลา: ระยะเวลาหน่วงการป้องกันระยะสั้นขั้นต้น ≥ ระยะเวลาหน่วงขั้นรอง + 0.1-0.2 วินาที
การเลือกตามพลังงาน: ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานของระบบตัวต่อ
การเลือกตามตรรกะ: การตรวจจับข้อผิดพลาดขั้นรองส่งสัญญาณล็อกไปยังขั้นต้น ทำให้สามารถตัดกระแสไฟฟ้าขั้นรองอย่างรวดเร็วในขณะที่ขั้นต้นยังคงปิด — รับประกันการป้องกันที่ "เสถียร แม่นยำ รวดเร็ว"