Volledige gids voor het selecteren en berekenen van de instellingen van schakelaars

Hoe Circuitschakelaars Selecteren en Instellen

1. Soorten Circuitschakelaars

1.1 Luchtcircuitschakelaar (ACB)
Ook bekend als een gegoten frame- of universele schakelaar, waarbij alle componenten in een geïsoleerd metaalframe zijn gemonteerd. Het is meestal open type, waardoor het gemakkelijk is om contacten en onderdelen te vervangen, en kan worden uitgerust met verschillende accessoires. ACB's worden vaak gebruikt als hoofdvoedingschakelaars. Overstroomuit-trippel-eenheden omvatten elektromagnetische, elektronische en intelligente types. Ze bieden vierfase bescherming: langdurige vertraging, kortetermijnvertraging, onmiddellijk en aardfout, waarbij elke beschermingsinstelling binnen een bereik kan worden aangepast op basis van de framesize.

ACB's zijn geschikt voor wisselspanningsnetwerken van 50Hz met genoemde spanningen van 380V of 660V en genoemde stroomsterkten van 200A tot 6300A. Ze worden voornamelijk gebruikt voor energieverspreiding en bescherming tegen overbelasting, onderspanning, kortsluiting en eenfasig aarding. Deze schakelaars bieden meerdere intelligente beschermingsfuncties en selectieve bescherming. Onder normale omstandigheden kunnen ze worden gebruikt voor zeldzame circuitswitching. ACB's met een rating tot 1250A kunnen ook motoren in 380V/50Hz-systemen beschermen tegen overbelasting en kortsluiting.

Gewone toepassingen omvatten hoofduitgangsschakelaars aan de 400V-kant van transformatoren, busverbindingsschakelaars, hoogcapaciteitsvoederschakelaars en grote motorkontroleschakelaars.

1.2 Gegoten Behuizing Circuitschakelaar (MCCB)
Ook bekend als een plug-in schakelaar, waarbij de terminals, boogverdelgers, uit-trippel-eenheden en bedieningsmechanismen in een plastic behuizing zijn ondergebracht. Hulpcontacten, onderspanninguit-trippel-eenheden en paralleluit-trippel-eenheden zijn vaak modulair, wat resulteert in een compact ontwerp. MCCB's zijn doorgaans niet ontworpen voor reparatie en worden meestal gebruikt als takcircuitsbescherming.

De meeste MCCB's hebben thermomagnetische uit-trippel-eenheden. Grotere modellen kunnen vaste-staatsensoruit-trippel-eenheden hebben. Overstroomuit-trippel-eenheden kunnen elektromagnetisch of elektronisch zijn. Elektromagnetische MCCB's zijn meestal niet selectief en bieden alleen langdurige en onmiddellijke bescherming. Elektronische MCCB's bieden vier beschermingsfuncties: langdurig, kortetermijn, onmiddellijk en aardfout. Sommige nieuwere modellen bevatten zone-selectieve koppeling.

MCCB's worden vaak gebruikt voor voeder-circuitcontrole en -bescherming, hoofduitgangsschakelaars op kleine distributietransformatoren, motorcontroleterminals en als voederschakelaars voor diverse machines.

1.3 Miniature Circuitschakelaar (MCB)
MCB's zijn de meest gebruikte eindbeschermdispositieven in gebouwelektrische systemen. Ze beschermen eenfase en driefase circuits tot 125A tegen kortsluiting, overbelasting en overspanning. Beschikbaar in configuraties van 1P, 2P, 3P en 4P.

Een MCB bestaat uit een bedieningsmechanisme, contacten, beschermingsapparatuur (verschillende uit-trippel-eenheden) en een boogverdelingssysteem. Contacten worden handmatig of elektrisch gesloten en worden vastgehouden door een vrij-trippel-mechanisme. De spoel van de overstroomuit-trippel-eenheid en het verwarmingslichaam van de thermische uit-trippel-eenheid zijn in serie verbonden met het hoofdcircuit, terwijl de onderspanninguit-trippelspoel parallel met de voeding is aangesloten.

In gebouwelektrisch ontwerp worden MCB's gebruikt voor overbelasting, kortsluiting, overstroom, onderspanning, aardfout, lekkagebescherming, automatische overdracht van dubbele energiebronnen en zeldzame motoraanrijding en -bescherming.

2. Belangrijke Technische Parameters van Circuitschakelaars

• Genoemde Werkspanning (Ue)
  De nominale spanning waarop de circuitschakelaar continu wordt ontworpen om te werken onder gespecificeerde omstandigheden. In China, voor systemen tot 220kV, is de maximale werkspanning 1,15 keer de systeemgenoemde spanning; voor 330kV en hoger is het 1,1 keer. De schakelaar moet isolatie en schakelbewerkingen onderhouden bij de maximale werkspanning van het systeem.

• Genoemde Stroom (In)
  De stroom die de uit-trippel-eenheid continu kan dragen bij omgevingstemperaturen tot 40°C. Voor instelbare uit-trippel-eenheden is dit de maximale instelbare stroom. Bij temperaturen boven 40°C (tot 60°C) is derating toegestaan.

• Overbelasting Uit-trippel-stroom-instelling (Ir)
  De schakelaar trippelt met tijdsvertraging wanneer de stroom Ir overschrijdt, wat de maximale stroom vertegenwoordigt die de schakelaar kan dragen zonder te trippelen. Ir moet groter zijn dan de maximale belastingsstroom (Ib) maar kleiner dan de toegestane stroom van de kabel (Iz). Voor thermomagnetische schakelaars is Ir meestal instelbaar van 0,7 tot 1,0In; elektronische uit-trippel-eenheden bieden een breder bereik, meestal 0,4 tot 1,0In. Voor vaste uit-trippel-eenheden is Ir = In.

• Kortsluiting Uit-trippel-stroom-instelling (Im)
  Het drempelpunt waarop de onmiddellijke of kortetermijnuit-trippel-eenheid actief wordt om het circuit snel te ontkoppelen bij hoge foutstromen.

• Genoemde Kortetermijn Tegengaan-stroom (Icw)
  De stroom die de schakelaar kan weerstaan gedurende een gespecificeerde duur zonder thermische schade.

• Afbrekingscapaciteit
  De maximale foutstroom die een schakelaar veilig kan onderbreken, onafhankelijk van de genoemde stroom. Gewone waarden zijn 36kA en 50kA. Het wordt gecategoriseerd in uiteindelijke afbrekingscapaciteit (Icu) en dienstafbrekingscapaciteit (Ics).

3. Algemene Principe voor de Selectie van Circuitschakelaars

• Genoemde werkspanning ≥ circuittenoemde spanning.

• Genoemde kortsluiting maken/breken capaciteit ≥ berekende belastingsstroom.

• Genoemde kortsluiting maken/breken capaciteit ≥ maximale mogelijke kortsluitingsstroom in het circuit.

• Eénfasige-aarde kortsluitingsstroom aan het einde van het circuit ≥ 1,25 × onmiddellijke (of kortetermijn) uit-trippel-instelling.

• Onderspanninguit-trippel-eenheid genoemde spanning = circuittenoemde spanning.

• Paralleluit-trippel-eenheid genoemde spanning = controlevoedingsspanning.

• Elektrisch bedieningsmechanisme genoemde spanning = controlevoedingsspanning.

• Voor verlichtingscircuits, stel de onmiddellijke elektromagnetische uit-trippel-stroom in op 6 keer de belastingsstroom.

• Voor kortsluitingbescherming van één motor: 1,35× motorstartstroom (DW-serie) of 1,7× (DZ-serie).

• Voor meerdere motoren: 1,3× grootste motorstartstroom + som van andere motorenloopstromen.

• Als hoofdschakelaar aan de laagspanningskant van de transformatie: afbrekingscapaciteit > laagspanningskortsluitingsstroom van de transformatie; uit-trippel-genoemde stroom ≥ transformatiegenoemde stroom; kortsluitinginstelling = 6–10× transformatiegenoemde stroom; overbelastingsinstelling = transformatiegenoemde stroom.

• Na voorlopige selectie, coördineer met upstream en downstream schakelaars om cascading trips te voorkomen en de uitvalbereik te minimaliseren.

4. Selectiviteit van Circuitschakelaars
Circuitschakelaars worden geclassificeerd als selectief of niet-selectief. Selectieve schakelaars bieden twee- of drietraps bescherming: onmiddellijk en kortetermijn voor kortsluiting, langdurig voor overbelasting. Niet-selectieve schakelaars zijn meestal onmiddellijk (alleen kortsluiting) of langdurig (alleen overbelasting). Selectiviteit wordt bereikt door middel van kortetermijnvertraginguit-trippel-eenheden met verschillende tijdinstellingen. Belangrijkste overwegingen:

• Upstream onmiddellijke uit-trippel-instelling ≥ 1,1 × maximale driedefase kortsluitingsstroom aan de output van de downstream schakelaar.

• Als downstream niet-selectief is, upstream kortetermijn uit-trippel-instelling ≥ 1,2 × downstream onmiddellijke uit-trippel-instelling om selectiviteit te behouden.

• Als downstream ook selectief is, upstream kortetermijnvertragingstijd ≥ downstream kortetermijnvertragingstijd + 0,1s.
  Algemeen, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Cascadende Bescherming
Bij systeemontwerp zorgt de coördinatie tussen upstream en downstream schakelaars voor selectiviteit, snelheid en gevoeligheid. Juiste coördinatie stelt selectieve foutisolatie in staat, waardoor energie wordt behouden voor gezonde circuits. Cascading maakt gebruik van het stroombeperkende effect van de upstream schakelaar (QF1). Wanneer er een kortsluiting plaatsvindt downstream (bij QF2), beperkt de stroombeperkende werking van QF1 de werkelijke foutstroom, waardoor QF2 een stroom kan onderbreken die hoger is dan de genoemde capaciteit. Dit stelt lager geprijsde, lager afbrekingscapaciteit downstream schakelaars in staat. Voorwaarden omvatten geen kritieke belastingen op naburige circuits (omdat een trip van QF1 een zwartuitval zou veroorzaken bij QF3) en juiste matchen van onmiddellijke instellingen. Cascadinggegevens worden bepaald door testen en worden door fabrikanten verstrekt.

6. Gevoeligheid van Circuitschakelaars
Om betrouwbare werking te garanderen bij minimale foutcondities, moet de gevoeligheid (Sp) ≥1,3 volgens GB50054-95 zijn:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Waarbij Iop de onmiddellijke of kortetermijn uit-trippel-instelling is, en Ik.min de minimale kortsluitingsstroom is aan het einde van de beschermd lijn onder minimale systeembewerking. Voor selectieve schakelaars met zowel kortetermijn als onmiddellijke uit-trippel-eenheden hoeft alleen de gevoeligheid van de kortetermijn uit-trippel-eenheid te worden gecontroleerd.

7. Selectie en Instelling van Uit-trippel-eenheden

(1) Onmiddellijke Overstroom Uit-trippel-instelling. Moet de piekstroom (Ipk) van het circuit tijdens de motorstart overschrijden:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = betrouwbaarheidsfactor)

(2) Kortetermijn Overstroom Uit-trippel-instelling en Tijd
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Tijdsvertragingen zijn meestal 0,2s, 0,4s of 0,6s, ingesteld om ervoor te zorgen dat de upstream operatiestijd meer dan één tijdstap langer is dan de downstream.

(3) Langdurige Overstroom Uit-trippel-instelling en Tijd
Bescherming tegen overbelasting: Iop(l) ≥ Krel × I30 (maximale belastingsstroom). Tijdinstelling moet langer zijn dan de toegestane kortetermijnoverbelastingduur.

(4) Coördinatie tussen Uit-trippel-instellingen en Kabelcapaciteit.Om oververhitting of brand van de kabel te voorkomen zonder te trippelen:

Iop ≤ Kol × Ial
Waarbij Ial = toegestane stroomdraagcapaciteit van de kabel, Kol = kortetermijnoverbelastingsfactor (4,5 voor onmiddellijke/kortetermijn uit-trippel-eenheden; 1,1 voor langdurige uit-trippel-eenheden als kortsluitingbescherming; 1,0 voor alleen overbelastingsbescherming). Als dit niet wordt voldaan, pas de uit-trippel-instelling aan of vergroot de kabelmaat.