Sähkökytkimen valinta ja asetukset: Kattava opas peruspärmistä selektiiviseen suojaukseen

Sulkujen luokittelu

(1) Ilmasulku (ACB)
Ilmasulku, jota myös kutsutaan muovirunkosulkuksi tai yleispäteväksi sulkuksi, sisältää kaikki komponentit eristettyyn metallirunkoon. Se on yleensä avoimena, mikä mahdollistaa erilaisten lisävarusteiden asennuksen ja kontaktien ja osien helpot vaihto. Sitä käytetään usein päävirtalähdettä varten. Ylikirjoitetut trip-yksiköt ovat sähkömagneettisia, sähköisiä ja älykkäitä tyyppejä. Sulku tarjoaa nelivaiheisen suojauksen: pitkäaikainen viive, lyhytaikainen viive, välittömästi ja maasuojaus. Jokaisen suojauksen asetus voidaan säätää rungon koon mukaan.

Ilmasulkujen käyttösovellukset ovat sopivia 50 Hz vaihtovirtajärjestelmissä, 380 V tai 660 V nimellisillä jännitteillä, ja 200 A - 6300 A nimellisillä virtavoimalloilla. Niitä käytetään pääasiassa sähköenergian jakamiseen ja sähköverkon sekä laitteiden suojaamiseen ylikuormitukselta, alijännitykseltä, lyhytsulkuilta, yhden fasin maanumeroitumiselta ja muilta virheiltä. Nämä sulkut tarjoavat useita älykkäitä suojatoimintoja ja mahdollistavat valikoivan suojauksen. Normaaleissa olosuhteissa niitä voidaan käyttää harvinaisiin sulkujen avaamiseen. ACB-sulkut, joiden arvo on enintään 1250 A, voidaan käyttää 50 Hz, 380 V verkoissa moottorien ylikuormitus- ja lyhytsulku-suojaksi.

Ilmasulkuja käytetään myös yleisesti pääsulkuna 400 V puolella muuntimia, bus tie -sulkuna, suurena syöttösulkuna ja isoissa moottorien ohjauskytkimissä.

(2) Muovirunkosulku (MCCB)
Tätä myös kutsutaan pistokkeelliseksi sulkuksi, ja se sisältää päät, kontaktit, sähkökaasun tuhoamisyksikön, trip-yksiköt ja toimintamekanismit muovirunkoon. Apukontaktit, alijännityksen aiheuttamat trip-yksiköt ja shunt-trip-yksiköt ovat usein modulaarisia. Rakenne on tiivis, ja huolto ei yleensä ole tarpeen. Sitä käytetään haarakierretyn suojaukseen. Muovirunkosulkujen trip-yksiköt ovat yleensä lämpö-magneettisia, mutta suurempi malli voi olla varustettu kiinteän tilan trip-anturilla.

MCCB-sulkujen ylikirjoitetut trip-yksiköt ovat saatavilla sähkömagneettisessa ja sähköisessä versiossa. Yleensä sähkömagneettiset MCCB-sulkut eivät ole valikoivia ja tarjoavat vain pitkäaikaista viivettä ja välittömän suojauksen. Sähköiset MCCB-sulkut tarjoavat neljä suojatoimintoa: pitkäaikainen viive, lyhytaikainen viive, välittömästi ja maasuojaus. Joitakin uusia sähköisiä MCCB-sulkkeja on myös varustettu aluevalikoivalla lukitsemisella.

Muovirunkosulkuja käytetään yleisesti syöttösulkujen ohjaamiseen ja suojaukseen, pääsulkuna pienien jakomuuntimien alijännitepuolella, loppujakoamisen ohjaamiseen ja erilaisten tuotantokoneiden sähkökytkimiin.

(3) Pieni sulku (MCB)
Pieni sulku on yleisin loppusuojalaitteisto rakennusten sähköverkostossa. Sitä käytetään suojamaan lyhytsulkuilta, ylikuormitukselta ja ylijännitteeltä yksifaseissa ja kolmifaseissa piireissä enintään 125 A:sta, ja se on saatavilla yhden (1P), kahden (2P), kolmen (3P) ja neljän (4P) poltteen konfiguraatioissa.

MCB koostuu toimintamekanismista, kontakteista, suojalaitteista (erilaisia trip-yksiköitä) ja sähkökaasun tuhoamisjärjestelmästä. Pääkontaktit suljetaan manuaalisesti tai sähköisesti. Kun ne on suljettu, vapaa-trippimekanismi lukitsee kontaktit suljetuksi. Ylikirjoitetun trip-yksikön spooli ja lämpötrip-yksikön lämmöntuotanto yhdistetään sarjapätkässä pääpiirin kanssa, kun taas alijännityksen aiheuttaman trip-yksikön spooli yhdistetään rinnan voimansiirron kanssa.

Kotitalousrakentamisessa MCB:tä käytetään pääasiassa suojamaan ja ohjamaan ylikuormitukselta, lyhytsulkuilta, ylikirjoituksesta, alijännitykseltä, maanumeroitumiselta, vuodosta, kaksipuolen voiman automaattisesta siirtymästä ja harvinaisista moottorin käynnistämisestä.

Sulkujen perusominaisuudet

(1) Nimellinen toimintajännite (Ue)
Nimellinen toimintajännite on sulkuun liittyvä nimellinen jännite, jossa sulku voi toimia jatkuvasti määritellyillä normaaleilla käyttö- ja suorituskykyehdoilla.

Kiinassa, jänniteasteilla korkeintaan 220 kV, maksimitoimintajännite on 1,15 kertaa järjestelmän nimellinen jännite; 330 kV:lle ja sitä ylemmille, maksimitoimintajännite on 1,1 kertaa nimellinen jännite. Sulku täytyy säilyttää eristyksen ja kykenee sulkea ja keskeyttää järjestelmän maksimitoimintajännitteen alla.

(2) Nimellinen virta (In)
Nimellinen virta on virta, jota trip-yksikkö voi kantaa jatkuvasti lämpötilassa, joka on alle 40°C. Säädettävillä trip-yksiköillä se tarkoittaa maksimiarvoa, jota trip-yksikkö voi kantaa jatkuvasti.

Kun sitä käytetään lämpötilassa, joka on yli 40°C, mutta ei ylitä 60°C, sulku voi toimia pienemmillä kuormituksilla pitkäaikaisessa käytössä.

(3) Ylikuormitusvirran asetusarvo (Ir)
Kun virta ylittää trip-yksikön asetusarvon Ir, sulku trippaa aikaviipeen jälkeen. Se edustaa myös suurinta virtaa, jota sulku voi kantaa ilman trippausta. Tämän arvon täytyy olla suurempi kuin suurin kuorman virta Ib, mutta pienempi kuin piirin sallittu maksimivirta Iz.

Lämpö-magneettisilla trip-yksiköillä Ir on yleensä säädettävissä 0,7–1,0 In:n välillä. Sähköisillä trip-yksiköillä säädettävyysalue on yleensä laajempi, yleensä 0,4–1,0 In. Sulkujen, joilla ei ole säädettäviä ylikirjoitustyyppejä, Ir = In.

(4) Lyhytsulkuvirran asetusarvo (Im)
Lyhytsulku (välitön tai lyhytaikainen viive) aiheuttaa sulkun nopean trippauksen, kun suuret virhevirtat syntyvät. Sen trippausrajana on Im.

(5) Nimellinen lyhytaikainen kestovirta (Icw)
Tämä on virtaarvo, joka sallitaan kulkea johtimessa määritellyn ajanjakson ajan ilman, että se aiheuttaa vahinkoa ylipaistessa.

(6) Keskeytyskyky
Sulkuun liittyvä keskeytyskyky tarkoittaa sen kykyä turvallisesti keskeyttää virhevirta, joka ei välttämättä ole liittyvä sen nimelliseen virtaan. Yleisiä arvoja ovat 36 kA ja 50 kA. Se on yleensä jaettu äärimmäiseksi lyhytsulku-keskeytyskyvyydeksi (Icu) ja käytännön lyhytsulku-keskeytyskyvyydeksi (Ics).

Yleiset periaatteet sulkujen valitsemiseksi

Valitse ensin sulkutyyppi ja pisteiden määrä sovelluksen mukaan; sitten valitse nimellinen virta suurimman toimintavirtan mukaan; lopuksi valitse trip-yksikön tyyppi ja lisävarusteet. Erityiset vaatimukset ovat seuraavat:

• Sulkuun liittyvä nimellinen toimintajännite ≥ linjan nimellinen jännite.

• Sulkuun liittyvä nimellinen lyhytsulku-keskeytyskyky ≥ linjan laskettu kuorman virta.

• Sulkuun liittyvä nimellinen lyhytsulku-keskeytyskyky ≥ linjan suurin mahdollinen lyhytsulkuvirta (yleensä laskettu RMS-arvona).

• Linjan päätepisteen yhden fasin maanumeroitumisvirta ≥ 1,25 kertaa sulkuun liittyvä välitön (tai lyhytaikainen viive) trip-asetus.

• Alijännityksen aiheuttaman trip-yksikön nimellinen jännite = linjan nimellinen jännite.

• Shunt-trip-yksikön nimellinen jännite = ohjausvirtalähteen jännite.

• Sähköisen toimintamekanismin nimellinen toimintajännite = ohjausvirtalähteen jännite.

• Valaistuspiireissä sähkömagneettisen trip-yksikön välitön trip-asetus on yleensä 6 kertaa kuorman virta.

• Kun sulku käytetään yhden moottorin lyhytsulku-suojaksi, välitön trip-asetus on 1,35 kertaa moottorin käynnistysvirta (DW-sarjalle) tai 1,7 kertaa (DZ-sarjalle).

• Kun sulku käytetään useiden moottorien lyhytsulku-suojaksi, välitön trip-asetus on 1,3 kertaa suurimman moottorin käynnistysvirta plus muut moottorit, jotka ovat käynnissä.

• Kun sulku käytetään pääsulkuna jakomuuntimen alijännitepuolella, sen keskeytyskyky täytyy ylittää muuntimen alijännitepuolen lyhytsulkuvirta. Trip-yksikön nimellinen virta ei saa olla pienempi kuin muuntimen nimellinen virta. Lyhytsulku-suojauksen asetus on yleensä 6–10 kertaa muuntimen nimellinen virta; ylikuormitus-suojauksen asetus on sama kuin muuntimen nimellinen virta.

• Kun sulkutyypit ja arvot on valittu alustavasti, ne on yhdenmukaistettava ylä- ja alavalvojen kanssa, jotta voidaan välttää kaskadinen trippaus ja minimoida onnettomuuden laajuus.

Sulkujen valikoiva suojauks

Jakojärjestelmissä sulkut luokitellaan valikoivaksi tai ei-valikoivaksi suojauksen perusteella. Valikoivat alijännitesulkut voivat olla kahden tai kolmen vaiheen suojauksessa. Välitön ja lyhytaikainen viive käytetään lyhytsulku-suojaukseen, kun taas pitkäaikainen viive käytetään ylikuormitus-suojaukseen. Ei-valikoivat sulkut ovat yleensä välittömiä, joita käytetään vain lyhytsulku-suojaukseen, tai pitkäaikaisia, joita käytetään vain ylikuormitus-suojaukseen.

Jakojärjestelmissä, jos yläsulku on valikoiva ja alasulku on ei-valikoiva tai valikoiva, valikoivuus saavutetaan käyttämällä lyhytaikaisen viiven trip-yksikön aikaviipeä tai aikaviive-asetusten eroja. Kun yläsulku toimii aikaviipeen kanssa, huomioon otetaan seuraavat seikat:

• Riippumatta siitä, onko alasulku valikoiva vai ei-valikoiva, yläsulun välitön ylikirjoitustyypin asetus tulisi yleensä olla vähintään 1,1 kertaa alasulun ulostuloa koskeva suurin kolmifaseinen lyhytsulkuvirta.

• Jos alasulku on ei-valikoiva, estääksesi yläsulun lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin toimimisen ensimmäisenä lyhytsulkuvirheen aikana alasulun välittömän trip-yksikön riittämättömän herkyyden vuoksi, yläsulun lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin asetus tulisi yleensä olla vähintään 1,2 kertaa alasulun välitön trip-asetus.

• Jos alasulku on myös valikoiva, varmistaaksesi valikoivuuden, yläsulun lyhytaikainen toiminta-aika tulisi olla vähintään 0,1 sekuntia pidempi kuin alasulun toiminta-aika.

Yleisesti, varmistaaksesi valikoivan toiminnan ylä- ja alasulkujen välillä, yläsululla tulisi olla lyhytaikainen ylikirjoitustyypin trip-yksikkö, ja sen toiminta-virta tulisi olla vähintään yksi taso suurempi kuin alasulun trip-yksikön toiminta-virta. Vähimmäisvaatimuksena yläsulun toiminta-virta Iop.1 tulisi olla vähintään 1,2 kertaa alasulun toiminta-virta Iop.2, eli Iop.1 ≥ 1,2 Iop.2.

Sulkujen kaskadeisuussuojauks

Jakojärjestelmän suunnittelussa ylä- ja alasulkujen välinen yhteistyö on saavutettava "valikoivuuden, nopeuden ja herkyyden" perusteella. Valikoivuus liittyy sulkujen väliseen yhteistyöhön, kun taas nopeus ja herkkyys liittyvät suojalaitteen ominaisuuksiin ja piirin toimintatapaan.

Oikea yhteistyö ylä- ja alasulkujen välillä mahdollistaa virhepiirin valikoivan eristämisen, jolloin muut ei-virhepiirit jatkavat normaalia toimintaa. Huono yhteistyö vaikuttaa järjestelmän luotettavuuteen.

Kaskadeisuussuojauks on sulkujen sähkörajoittavien ominaisuuksien käytännön sovellus. Sen pääperiaate on käyttää yläsulun (QF1) sähkörajoittavaa vaikutusta, mikä mahdollistaa alasulun (QF2) valitsemisen pienemmällä keskeytyskyvyllä, mikä vähentää kustannuksia. Sähkörajoittava yläsulku QF1 voi keskeyttää suurimman ennustettavan lyhytsulkuvirtan asennuspisteessään. Koska ylä- ja alasulkut ovat sarjakytkettyjä, kun lyhytsulku tapahtuu alasulun QF2 ulostulossa, todellinen lyhytsulkuvirta vähenee merkittävästi QF1:n sähkörajoittavan vaikutuksen ansiosta, joka on paljon pienempi kuin ennustettu lyhytsulkuvirta kyseisessä pisteessä. Näin ollen QF2:n keskeytyskyky paranee QF1:n ansiosta, ylittäen sen nimellisen keskeytyskyvyn.

Kaskadeisuussuojaukselle on tietyt ehdot: esimerkiksi, vierekkäisillä piireillä ei tulisi olla kriittisiä kuormia (koska QF1:n trippaus poistaisi myös QF3:n piirin energian), ja QF1:n ja QF2:n väliset välittömät asetukset on oltava oikein yhteensopivat. Kaskadeisuuden tiedot voidaan määrittää vain kokeellisesti, ja ylä- ja alasulkujen välinen yhteistyö on annettava valmistajan toimesta.

Sulkujen herkkyys

Varmistaaksemme välittömän tai lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin toimivuuden järjestelmän vähimmäiskohtaustiloissa ja lievimmässä lyhytsulkuvirheessä sen suojauksen alueella, sulkun herkkyys täytyy täyttää "Alijännitejärjestelmien suunnittelukoodin" (GB50054-95) vaatimukset, jotka määrittelevät herkyyden vähintään 1,3, eli Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Tässä Iop on välittömän tai lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin toiminta-virta, Ik.min on suojattavan linjan päätepisteen yhden tai kahden fasin lyhytsulkuvirta järjestelmän vähimmäiskohtaustiloissa, ja Sp on sulkun herkkyys.

Valittaessa sulkua, sen herkkyys on myös tarkistettava. Valikoiville sulkulle, jolla on sekä lyhytaikainen että välitön ylikirjoitustyypin trip-yksiköt, tarkistetaan vain lyhytaikaisen trip-yksikön herkkyys; välittömän trip-yksikön herkkyys ei vaadi tarkistusta.

Sulkun trip-yksiköiden valitseminen ja asettaminen

(1) Välitön ylikirjoitustyypin toiminta-virta-asetus
Jotkut sulkun suojamiit elektroniikkalaitteet voivat tuottaa korkeita huippuvirtauksia käynnistyksen aikana, useita kertoja suurempia kuin nimellinen virta, mikä aiheuttaa sulkun kohdattavaksi lyhytaikaiset korkeat huippuvirtaukset. Välittömän ylikirjoitustyypin toiminta-virta Iop(o) täytyy olla suurempi kuin piirin huippuvirta Ipk, eli Iop(o) ≥ Krel·Ipk, missä Krel on luotettavuuskertoim. Valittaessa sulkua, varmista, että sen välitön ylikirjoitustyypin asetus ylittää huippuvirtan, jotta vältetään häiriötrippoja.

(2) Lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin toiminta-virta- ja aikasetus
Lyhytaikaisen ylikirjoitustyypin toiminta-virta Iop(s) täytyy myös olla suurempi kuin piirin huippuvirta Ipk, eli Iop(s) ≥ Krel·Ipk, missä Krel on luotettavuuskertoim. Lyhytaikaiset trip-aikat ovat yleensä 0,2s, 0,4s tai 0,6s, määritetty yhteensopivuuden perusteella ylä- ja alasuojalaitteiden kanssa, varmistaen, että ylälaite toimii myöhemmin kuin alasulku yhden aikavaiheen verran.

(3) Pitkäaikaisen ylikirjoitustyypin toiminta-virta- ja aikasetus
Pitkäaikainen ylikirjoitustyypin trip-yksikkö käytetään pääasiassa ylikuormitus-suojaukseen. Sen toiminta-virta Iop(l) tarvitsee olla suurempi kuin piirin suurin kuorman virta (laskettu virta I30), eli Iop(l) ≥ Krel·I30, missä Krel on luotettavuuskertoim. Toiminta-aika täytyy olla suurempi kuin sallitun lyhytaikaisen ylikuormituksen kesto, jotta vältetään häiriötrippoja.

(4) Ylikirjoitustyypin toiminta-virta- ja suojattavan piirin väliset yhteensopivuusvaatimukset
Välttääksesi eristyksen vaurion tai palon ylikuormituksen tai lyhytsulkuvirheen takia ilman, että sulku trippaa, ylikirjoitustyypin toiminta-virta Iop täytyy täyttää seuraava ehto: Iop ≤ Kol·Ial. Tässä Ial on eristettyjen johtimien sallittu kantokyky; Kol on sallittu lyhytaikainen ylikuormituskerroin—yleensä 4,5 välittömälle ja lyhytaikaiselle trip-yksikölle, 1,1 pitkäaikaiselle trip-yksikölle, jota käytetään lyhytsulku-suojaksi, ja 1,0, kun sitä käytetään vain ylikuormitus-suojaksi. Jos tämä yhteensopivuusehto ei täyty, trip-yksikön asetus tul