Vollständige Anleitung zur Auswahl und Einstellberechnung von Schaltgeräten

Wie man Leistungsschalter auswählt und einstellt

1. Arten von Leistungsschaltern

1.1 Luftbogenschalters (ACB)
Auch als Gussrahmen- oder Universalschalter bekannt, sind alle Komponenten in einem isolierten Metallrahmen montiert. Er ist in der Regel offen, was das einfache Austauschen von Kontakten und Teilen ermöglicht, und kann mit verschiedenen Zubehörteilen ausgestattet werden. ACBs werden häufig als Hauptschalter für die Stromversorgung verwendet. Überstrom-Auslöseeinheiten umfassen elektromagnetische, elektronische und intelligente Typen. Sie bieten vierstufigen Schutz: Langzeitverzögerung, Kurzzeitverzögerung, Sofortauslösung und Erdfehlerschutz, wobei jede Schutzeinstellung innerhalb eines Bereichs basierend auf der Rahmengröße einstellbar ist.

ACBs eignen sich für 50 Hz-Netze mit Nennspannungen von 380 V oder 660 V und Nennströmen von 200 A bis 6300 A. Sie werden hauptsächlich für die Stromverteilung und den Schutz vor Überlast, Unterpannung, Kurzschlüssen und Einphasenerdung verwendet. Diese Schalter bieten mehrere intelligente Schutzfunktionen und selektiven Schutz. Unter normalen Bedingungen können sie für seltene Schaltvorgänge verwendet werden. ACBs mit einer Nenngröße von bis zu 1250 A können auch Motoren in 380V/50Hz-Systemen vor Überlast und Kurzschlüssen schützen.

Gängige Anwendungen umfassen Hauptausgangsschalter an der 400-V-Seite von Transformatoren, Buskoppel-Schalter, Hochleistungsausgangsschalter und große Motorschalter.

1.2 Kastenschalters (MCCB)
Auch als Steckschalter bekannt, sind ihre Anschlüsse, Bogenlöscher, Auslöseeinheiten und Betriebsmechanismen in einer Kunststoffumhüllung untergebracht. Hilfskontakte, Unterpannungsauslöseeinheiten und Shunt-Trip-Einheiten sind oft modular, was zu einer kompakten Konstruktion führt. MCCBs sind im Allgemeinen nicht für Reparaturen vorgesehen und werden typischerweise als Verzweigungsleitungs-Schutz verwendet.

Die meisten MCCBs verfügen über thermomagnetische Auslöseeinheiten. Größere Modelle können Festkörper-Auslöseeinheiten aufweisen. Überstrom-Auslöseeinheiten können elektromagnetisch oder elektronisch sein. Elektromagnetische MCCBs sind in der Regel nicht selektiv und bieten nur Langzeit- und Sofortauslösung. Elektronische MCCBs bieten vier Schutzfunktionen: Langzeit, Kurzzeit, Sofortauslösung und Erdfehlerschutz. Einige neuere Modelle beinhalten zonenselektive Verriegelung.

MCCBs werden häufig für die Steuerung und den Schutz von Verzweigungsleitungen, Hauptausgangsschalter an kleinen Verteiltransformatoren, Motorsteueranschlüssen und als Stromschalter für verschiedene Maschinen verwendet.

1.3 Miniatur-Leistungsschalter (MCB)
MCBs sind die am weitesten verbreiteten Endschutzvorrichtungen in Gebäudesystemen. Sie schützen Einphasen- und Dreiphasenleitungen bis 125 A vor Kurzschlüssen, Überlast und Überpannung. In 1P, 2P, 3P und 4P-Konfigurationen verfügbar.

Ein MCB besteht aus einem Betriebsmechanismus, Kontakten, Schutzeinrichtungen (verschiedene Auslöseeinheiten) und einem Bogenlöscher. Die Kontakte werden manuell oder elektrisch geschlossen und durch einen Freilaufmechanismus gehalten. Die Spule der Überstrom-Auslöseeinheit und das Heizelement der thermischen Auslöseeinheit sind in Reihe mit dem Hauptkreislauf verbunden, während die Unterpannungsauslösespule parallel zur Stromversorgung angeschlossen ist.

In der Gebäudeelektroplanung werden MCBs für Überlast, Kurzschluss, Überstrom, Unterpannung, Erdfehler, Leckschutz, automatische Umschaltung von Doppelspeisungen sowie seltene Motoraufschalts- und -schutzvorgänge verwendet.

2. Wichtige technische Parameter von Leistungsschaltern

• Nennbetriebsspannung (Ue)
  Die Nennspannung, bei der der Leistungsschalter unter angegebenen Bedingungen ständig betrieben werden soll. In China beträgt die maximale Betriebsspannung für Systeme bis 220 kV 1,15 mal die Systemnennspannung; für 330 kV und darüber 1,1 mal. Der Schalter muss bei der maximalen Betriebsspannung des Systems Isolation und Schaltvorgänge gewährleisten.

• Nennstrom (In)
  Der Strom, den die Auslöseeinheit bei Umgebungstemperaturen bis 40 °C ständig tragen kann. Für einstellbare Auslöseeinheiten ist dies der maximal einstellbare Strom. Bei Temperaturen über 40 °C (bis 60 °C) ist eine Reduzierung erlaubt.

• Überlast-Auslösestrom-Einstellung (Ir)
  Der Schalter löst mit Zeitverzögerung aus, wenn der Strom Ir überschreitet, was den maximalen Strom darstellt, den der Schalter ohne Auslösung tragen kann. Ir muss größer als der maximale Laststrom (Ib) aber kleiner als der zulässige Strom der Leitung (Iz) sein. Für thermomagnetische Schalter ist Ir in der Regel von 0,7 bis 1,0 In einstellbar; elektronische Auslöseeinheiten bieten einen größeren Bereich, meist 0,4 bis 1,0 In. Für feste Auslöseeinheiten gilt Ir = In.

• Kurzschluss-Auslösestrom-Einstellung (Im)
  Die Schwelle, bei der die Sofort- oder Kurzzeit-Auslöseeinheit aktiviert wird, um den Stromkreis bei hohen Fehlerströmen schnell zu trennen.

• Nennkurzzeittragfähigkeit (Icw)
  Der Strom, den der Schalter für eine bestimmte Dauer ohne thermische Beschädigung aushalten kann.

• Trennfähigkeit
  Der maximale Fehlerstrom, den der Schalter sicher unterbrechen kann, unabhängig von seinem Nennstrom. Gängige Werte sind 36 kA und 50 kA. Es wird in ultimative Trennfähigkeit (Icu) und Diensttrennfähigkeit (Ics) unterteilt.

3. Allgemeine Prinzipien für die Auswahl von Leistungsschaltern

• Nennbetriebsspannung ≥ Schaltkreis-Nennspannung.

• Nennkurzschluss-Mach- und -Trennfähigkeit ≥ berechneter Laststrom.

• Nennkurzschluss-Mach- und -Trennfähigkeit ≥ maximal möglicher Kurzschlussstrom im Schaltkreis.

• Einsphasiger Erdungsfehlerstrom am Schaltkreisende ≥ 1,25 × Sofort- (oder Kurzzeit-)Auslöseeinstellung.

• Unterpannungsauslöseeinheit Nennspannung = Schaltkreis-Nennspannung.

• Shunt-Trip-Einheit Nennspannung = Steuerspannung.

• Elektrischer Betriebsmechanismus Nennspannung = Steuerspannung.

• Für Beleuchtungsschaltkreise: Setzen Sie den Sofortauslösung-Strom auf 6-mal den Laststrom.

• Für Kurzschutz von Einzelmotoren: 1,35× Motoranfangsstrom (DW-Reihe) oder 1,7× (DZ-Reihe).

• Für mehrere Motoren: 1,3× größter Motoranfangsstrom + Summe der anderen Motoren-Laufströme.

• Als Hauptschalter an der Niederdruckseite des Transformators: Trennfähigkeit > Transformator-Niederdruckkurzschlussstrom; Auslöseenennstrom ≥ Transformator-Nennstrom; Kurzzeiteinstellung = 6–10× Transformator-Nennstrom; Überlasteinstellung = Transformator-Nennstrom.

• Nach der vorläufigen Auswahl koordinieren Sie mit ober- und untergeordneten Schaltern, um Kaskaden-Auslösungen zu verhindern und den Ausfallbereich zu minimieren.

4. Selektivität von Leistungsschaltern
Leistungsschalter werden als selektiv oder nicht-selektiv klassifiziert. Selektive Schalter bieten zweistufigen oder dreistufigen Schutz: Sofort- und Kurzzeit-Schutz für Kurzschlüsse, Langzeit-Schutz für Überlast. Nicht-selektive Schalter sind in der Regel sofortig (nur Kurzschluss) oder langzeitig (nur Überlast). Selektivität wird durch Kurzzeitverzögerung-Auslöseeinheiten mit unterschiedlichen Zeiteinstellungen erreicht. Wichtige Überlegungen:

• Oberer Sofortauslösung-Wert ≥ 1,1 × maximaler dreiphasiger Kurzschlussstrom am Ausgang des untergeordneten Schalters.

• Wenn der untergeordnete Schalter nicht-selektiv ist, oberer Kurzzeit-Wert ≥ 1,2 × unterer Sofortauslösung-Wert, um Selektivität aufrechtzuerhalten.

• Wenn der untergeordnete Schalter ebenfalls selektiv ist, obere Kurzzeitverzögerungszeit ≥ untere Kurzzeitverzögerungszeit + 0,1 s.
  Allgemein Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Kaskadenschutz
In der Systemplanung stellt die Koordination zwischen ober- und untergeordneten Schaltern Selektivität, Geschwindigkeit und Sensitivität sicher. Eine angemessene Koordination ermöglicht die selektive Fehlerisolierung und behält gesunde Schaltkreise mit Strom. Kaskaden verwenden die strömungsbeschränkende Wirkung des oberen Schalters (QF1). Wenn ein Kurzschluss unterhalb (bei QF2) auftritt, reduziert die strömungsbeschränkende Wirkung von QF1 den tatsächlichen Fehlerstrom, sodass QF2 einen höheren als seinen Nennstrom unterbrechen kann. Dies erlaubt die Verwendung von kostengünstigeren, niedrigeren Trennfähigkeiten untergeordneter Schalter. Bedingungen umfassen keine kritischen Lasten auf benachbarten Schaltkreisen (da ein QF1-Auslösen QF3 ausschaltet), und eine angemessene Anpassung der Sofortauslösung-Einstellungen. Kaskadendaten werden durch Tests bestimmt und von Herstellern bereitgestellt.

6. Sensitivität von Leistungsschaltern
Um eine zuverlässige Funktion bei minimalen Fehlbedingungen zu gewährleisten, muss die Sensitivität (Sp) nach GB50054-95 ≥1,3 betragen:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Wobei Iop der Sofort- oder Kurzzeit-Auslösewert ist, und Ik.min der minimale Kurzschlussstrom am Ende des geschützten Leiters bei minimaler Systemoperation. Für selektive Schalter mit sowohl Kurzzeit- als auch Sofortauslösung muss nur die Kurzzeit-Auslösungssensitivität überprüft werden.

7. Auswahl und Einstellung von Auslöseeinheiten

(1) Sofortüberstrom-Auslöseeinstellung. Muss den Spitzenstrom (Ipk) des Schaltkreises während des Motorstarts überschreiten:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = Zuverlässigkeitsfaktor)

(2) Kurzzeitüberstrom-Auslöseeinstellung und -zeit
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Zeitverzögerungen sind in der Regel 0,2 s, 0,4 s oder 0,6 s, eingestellt, um sicherzustellen, dass die oberen Betriebszeiten um einen Zeitschritt länger sind als die unteren.

(3) Langzeitüberstrom-Auslöseeinstellung und -zeit
Schützt vor Überlast: Iop(l) ≥ Krel × I30 (maximaler Laststrom). Zeitstellung muss länger als die zulässige kurze Überlastdauer sein.

(4) Koordination zwischen Auslöseeinstellungen und Kabelkapazität.Um eine Überhitzung oder Brand des Kabels ohne Auslösung zu verhindern:

Iop ≤ Kol × Ial
Wobei Ial = zulässige Strombelastung des Kabels, Kol = kurzfristiger Überlastfaktor (4,5 für Sofort- und Kurzzeit-Auslösung; 1,1 für Langzeit-Auslösung als Kurzschutz; 1,0 für reine Überlastschutz). Falls dies nicht erfüllt ist, stellen Sie die Auslöseeinstellung ein oder erhöhen Sie die Kabelgröße.