Brytervalg og innstilling: En komplett guide fra grunnleggende parametere til selektiv beskyttelse

Klassifisering av strømbrytere

(1) Luftstrømbryter (ACB)
En luftstrømbryter, også kjent som en formet ramme- eller universell strømbryter, inneholder alle komponenter i en isolert metallramme. Den er vanligvis åpen type, som tillater installasjon av ulike tilbehør, og forenkler enkel bytte av kontakter og deler. Den brukes ofte som hovedstrømforsyningsswitch. Overstrømingsavbrytere inkluderer elektromagnetiske, elektroniske og intelligente typer. Bryteren gir firetrinnsbeskyttelse: langvarig forsinkelse, kortvarig forsinkelse, øyeblikkelig og jordfeilbeskyttelse. Hver beskyttelsesinnstilling kan justeres innenfor et område basert på rammestørrelse.

Luftstrømbrytere er egnet for AC 50Hz, spenningsnivåer på 380V eller 660V, og strømnivåer fra 200A til 6300A i distribusjonsnett. De brukes hovedsakelig for å fordele elektrisk energi og beskytte kretser og strømtiltak mot overlast, undervoltage, kortslutning, en-fase jordkontakt og andre feil. Disse bryterne tilbyr flere intelligente beskyttelsesfunksjoner og muligheter for selektiv beskyttelse. Under normale forhold kan de brukes for sjeldne skruing av kretser. ACB-er med kapasiteter opp til 1250A kan brukes i AC 50Hz, 380V-nett for å beskytte motorene mot overlast og kortslutning.

Luftstrømbrytere brukes også ofte som hovedskruer på 400V-siden av transformatorer, buskoblingskryssere, høykapasitetsføderkryssere og store motorstyringskryssere.

(2) Formet kassestrømbryter (MCCB)
Denne, også kjent som en plug-in strømbryter, inneholder terminaler, kontakter, buelokkekanaler, avbrytere og driftmekanismer i en plastikkasse. Hjelpskontakter, undervoltageavbrytere og parallelavbrytere er ofte modulære. Strukturen er kompakt, og vedlikehold regnes generelt ikke som nødvendig. Den er egnet for grensekretsbeskyttelse. Formede kassebrytere inkluderer vanligvis termomagnetiske avbrytere, mens større modeller kan være utstyrt med faststiltat avbrytersensorer.

Overstrømingsavbrytere for MCCB-er er tilgjengelige i elektromagnetiske og elektroniske typer. Vanligvis er elektromagnetiske MCCB-er ikke-selektive og gir bare langvarig forsinkelse og øyeblikkelig beskyttelse. Elektroniske MCCB-er tilbyr fire beskyttelsesfunksjoner: langvarig forsinkelse, kortvarig forsinkelse, øyeblikkelig og jordfeilbeskyttelse. Noen nylig introduserte elektroniske MCCB-er har også zoneselective låsing.

Formede kassestrømbrytere brukes generelt for kontroll og beskyttelse av føderkretser, hovedskruer på lavspenningsiden av små distribusjonstransformatorer, terminalstrømforsyning og som strømkryssere for ulike produksjonsmaskiner.

(3) Miniaturstrømbryter (MCB)
Miniaturstrømbryter er den mest brukte sluttkretsbeskyttelsesenheter i bygningers elektriske sluttdistribusjonssystemer. Den brukes for beskyttelse mot kortslutning, overlast og overvoltage i en-fase og tre-fase kretser opp til 125A, og kommer i enpol (1P), topol (2P), trepol (3P) og firepol (4P) konfigurasjoner.

En MCB består av en driftmekanism, kontakter, beskyttelsesenhet (ulike avbrytere) og en buelokkesystem. Hovedkontaktene lukkes manuelt eller elektrisk. Etter at de er lukket, låses kontaktene i lukket posisjon av en fri-slipp mekanisme. Spolen til overstrømingsavbryteren og varmealmenget til termoavbryteren er koblet i serie med hovedkretsen, mens spolen til undervoltageavbryteren er koblet parallelt med strømforsyningen.

I elektrisk design av boliger brukes miniaturstrømbrytere hovedsakelig for beskyttelse og driftsformål som overlast, kortslutning, overstrømning, tap av spenning, undervoltage, jording, lekkasje, automatisk overføring av dobbelt strømforsyning og sjeldne motorstarter.

Grunnleggende karakteristiske parametre for strømbrytere

(1) Nominell driftsspenning (Ue)
Nominell driftsspenning er den nominelle spenningen for strømbryteren, under hvilken bryteren kan operere kontinuerlig under angitte normale drifts- og ytelsesforhold.

I Kina, for spenningsnivåer opp til 220kV, er maksimal driftsspenning 1,15 ganger systemets nominelle spenning; for 330kV og høyere, er maksimal driftsspenning 1,1 ganger nominell spenning. Strømbryteren må opprettholde isolasjon og være i stand til å lukke og avbryte under systemets maksimale driftsspenning.

(2) Nominell strøm (In)
Nominell strøm er strømmen som avbryteren kan bære kontinuerlig ved romtemperatur under 40°C. For brytere med justerbare avbrytere refererer det til den maksimale strømmen avbryteren kan bære kontinuerlig.

Når brukt ved romtemperatur over 40°C, men ikke over 60°C, kan bryteren operere med redusert last for langsiktig drift.

(3) Overlast avbryterstrøminnstilling (Ir)
Når strøm overskrider avbryterens innstilling Ir, avbryter strømbryteren etter en forsinkelse. Det representerer også den maksimale strømmen bryteren kan bære uten å avbryte. Dette verdien må være større enn den maksimale laststrømmen Ib, men mindre enn den maksimale tillatte strømmen Iz i kretsen.

For termomagnetiske avbrytere, er Ir vanligvis justerbart innenfor 0,7–1,0In. For elektroniske avbrytere, er justeringsområdet vanligvis bredere, typisk 0,4–1,0In. For brytere med ikke-justerbare overstrømingsavbrytere, er Ir = In.

(4) Kortslutningsavbryterstrøminnstilling (Im)
Kortslutningsavbryteren (øyeblikkelig eller kortvarig forsinkelse) gjør at strømbryteren avbryter raskt når det oppstår høye feilstrømmer. Dens avbrytergrense er Im.

(5) Nominell kortvarig tålegrensestrøm (Icw)
Dette er strømmen som er tillatt å passere gjennom ledningen i en angitt periode uten å forårsake skade på grunn av overoppvarming.

(6) Avbrytingskapasitet
Avbrytingskapasiteten til en strømbryter refererer til dens evne til å sikker avbryte feilstrømmer, som ikke nødvendigvis er relatert til dens nominelle strøm. Vanlige vurderinger inkluderer 36kA og 50kA. Den er vanligvis delt i ultimate kortslutningsavbrytingskapasitet (Icu) og service kortslutningsavbrytingskapasitet (Ics).

Generelle prinsipper for valg av strømbrytere

Først velger du typen og antallet poler basert på anvendelse; deretter velger du nominell strøm basert på maksimal driftsstrøm; til slutt velger du typen avbryter og tilbehør. Spesifikke krav er som følger:

• Strømbryterens nominell driftsspenning ≥ linjens nominell spenning.

• Strømbryterens nominell kortslutningsavbrytingskapasitet ≥ beregningsbelasted strøm i linjen.

• Strømbryterens nominell kortslutningsavbrytingskapasitet ≥ den maksimale mulige kortslutningsstrømmen i linjen (vanligvis beregnet som effektiv verdi).

• En-fase til jord kortslutningsstrøm ved linjens ende ≥ 1,25 ganger øyeblikkelig (eller kortvarig forsinkelse) avbryterinnstilling for strømbryteren.

• Undervoltageavbryterens nominell spenning = linjens nominell spenning.

• Parallelavbryterens nominell spenning = kontrollstrømforsyningens spenning.

• Elektrisk driftsmekanismens nominell driftsspenning = kontrollstrømforsyningens spenning.

• Når brukt i belysningskretser, er øyeblikkelig avbryterinnstilling for elektromagnetisk avbryter vanligvis 6 ganger laststrømmen.

• Når en strømbryter brukes for kortslutningsbeskyttelse av en enkelt motor, er øyeblikkelig avbryterinnstilling 1,35 ganger motorens startstrøm (for DW-serien) eller 1,7 ganger (for DZ-serien).

• Når en strømbryter brukes for kortslutningsbeskyttelse av flere motorer, er øyeblikkelig avbryterinnstilling 1,3 ganger startstrømmen til den største motoren pluss driftsstrømmene til de andre motorer.

• Når en strømbryter brukes som hovedskru på lavspenningsiden av en distribusjonstransformator, bør dens avbrytingskapasitet overstige kortslutningsstrømmen på lavspenningsiden av transformatoren. Avbryterens nominell strøm bør ikke være mindre enn transformatorens nominell strøm. Kortslutningsbeskyttelsesinnstilling er vanligvis 6–10 ganger transformatorens nominell strøm; overlastbeskyttelsesinnstilling er lik transformatorens nominell strøm.

• Etter foreløpig valg av strømbrytertype og -vurdering, kreves koordinering med opp- og nedstrems beskyttelsesenheter for å unngå kaskadefall og minimere uhellsscope.

Selektivitet av strømbrytere

I distribusjonssystemer er strømbrytere klassifisert som selektive eller ikke-selektive basert på beskyttelsesytelse. Selektive lavspenningsstrømbrytere har enten to-trinns eller tre-trinnsbeskyttelse. Øyeblikkelig og kortvarig forsinkelse karakteristikk brukes for kortslutningsbeskyttelse, mens langvarig forsinkelse karakteristikk brukes for overlastbeskyttelse. Ikke-selektive brytere er typisk øyeblikkelige, brukt kun for kortslutningsbeskyttelse, eller langvarig forsinkelse, brukt kun for overlastbeskyttelse.

I distribusjonssystemer, hvis oppstrømsbryteren er selektiv og nedstrømsbryteren er ikke-selektiv eller selektiv, oppnås selektivitet ved å benytte kortvarig forsinkelse avbryterens tidsoverskyting eller forskjeller i tidsoverskytingsinnstillinger. Når oppstrømsbryteren opererer med forsinkelse, må følgende tas hensyn til:

• Uansett om nedstrømsbryteren er selektiv eller ikke-selektiv, bør øyeblikkelig overstrømingsavbryterinnstilling for oppstrømsbryteren generelt ikke være mindre enn 1,1 ganger den maksimale tre-fase kortslutningsstrømmen ved nedstrømsbryterens utgang.

• Hvis nedstrømsbryteren er ikke-selektiv, for å unngå at oppstrøms kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryteren opererer først på grunn av utilstrekkelig sensitivitet hos nedstrøms øyeblikkelig avbryter under kortslutning, bør kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryterinnstilling for oppstrømsbryteren generelt ikke være mindre enn 1,2 ganger nedstrøms øyeblikkelig avbryterinnstilling.

• Hvis nedstrømsbryteren også er selektiv, for å sikre selektivitet, bør kortvarig forsinkelse driftstid for oppstrømsbryteren være minst 0,1 sekunder lenger enn for nedstrømsbryteren.

Generelt, for å sikre selektiv drift mellom opp- og nedstrems lavspenningsstrømbrytere, bør oppstrømsbryteren helst ha en kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryter, og dens driftsstrøm bør være minst ett nivå høyere enn nedstrøms avbryterens. Minst skal oppstrøms driftsstrøm Iop.1 ikke være mindre enn 1,2 ganger nedstrøms driftsstrøm Iop.2, altså Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.

Kaskadeproteksjon av strømbrytere

I distribusjonssystemdesign, må koordinering mellom opp- og nedstrems strømbrytere oppnå "selektivitet, hastighet og sensitivitet." Selektivitet er relatert til koordinering mellom brytere, mens hastighet og sensitivitet er knyttet til beskyttelsesenheten og driftsmodusen for kretsen.

Riktig koordinering mellom opp- og nedstrems brytere gjør det mulig å selektivt isolere den defekte kretsen, slik at andre ikke-defekte kretser fortsetter normal drift. Dårlig koordinering påvirker systemets pålitelighet.

Kaskadeproteksjon er en praktisk anvendelse av strømbryterens strømbegrensingskarakteristikk. Dens hovedprinsipp er å benytte strømbegrensingseffekten av oppstrømsbryteren (QF1), som tillater valg av en nedstrømsbryter (QF2) med lavere avbrytingskapasitet, og dermed reduserer kostnader. Strømbegrensende oppstrømsbryter QF1 kan avbryte den maksimale potensielle kortslutningsstrømmen ved sin installasjonspunkt. Siden opp- og nedstrems brytere er koblet i serie, når det oppstår kortslutning ved utgangen av nedstrømsbryter QF2, blir den faktiske kortslutningsstrømmen betydelig redusert av QF1s strømbegrensingseffekt, langt under den potensielle kortslutningsstrømmen ved dette punktet. Dermed økes QF2s avbrytingskapasitet effektivt av QF1, over dens nominelle avbrytingskapasitet.

Kaskadeproteksjon har visse betingelser: for eksempel, nabokretser bør ikke ha kritiske belastninger (siden tripping av QF1 vil også deaktivere QF3s krets), og øyeblikksinnstillinger for QF1 og QF2 må være riktig matchet. Kaskadedata kan bare fastsettes eksperimentelt, og koordinering mellom opp- og nedstrems brytere må leveres av produsenten.

Sensitivitet av strømbrytere

For å sikre pålitelig drift av øyeblikkelig eller kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryter under minimumsystemdriftsforhold og under mildest kortslutning i dens beskyttelsesområde, må strømbryterens sensitivitet oppfylle kravene i "Low-Voltage Electrical Distribution Design Code" (GB50054-95), som spesifiserer en sensitivitet på minst 1,3, altså Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Her er Iop driftsstrømmen for øyeblikkelig eller kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryter, Ik.min er en-fase eller to-fase kortslutningsstrømmen ved kretsenden under minimumsystemdriftsforhold, og Sp er strømbryterens sensitivitet.

Når man velger en strømbryter, må også sensitiviteten verifiseres. For selektive brytere med både kortvarig forsinkelse og øyeblikkelig overstrømingsavbryter, trenger bare sensitiviteten for kortvarig forsinkelse avbryter å verifiseres; sensitiviteten for øyeblikkelig avbryter krever ikke verifisering.

Valg og innstilling av strømbryterens avbrytere

(1) Innstilling av øyeblikkelig overstrømingsavbryterens driftsstrøm
Noen elektriske enheter beskyttet av strømbryteren har høy toppstrøm under oppstart, flere ganger nominell strøm, som fører til at bryteren opplever høy toppstrøm midlertidig. Driftsstrømmen Iop(o) for øyeblikkelig overstrømingsavbryter må overstige kretsens toppstrøm Ipk, altså Iop(o) ≥ Krel·Ipk, der Krel er pålitelighetsfaktor. Når man velger en strømbryter, må man sørge for at dens øyeblikkelig overstrømingsavbryterinnstilling overstiger toppstrømmen for å unngå ubehagelige avbrytninger.

(2) Innstilling av kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryterens driftsstrøm og tid
Driftsstrømmen Iop(s) for kortvarig forsinkelse overstrømingsavbryteren må også overstige kretsens toppstrøm Ipk, altså Iop(s) ≥ Krel·Ipk, der Krel er pålitelighetsfaktor. Kortvarig forsinkelse avbrytertid er vanligvis 0,2s, 0,4s eller 0,6s, bestemt basert på selektivitet med opp- og nedstrems beskyttelsesenheter, for å sikre at oppstrømsenheten opererer senere enn nedstrømsenheten med én tidstrinn.

(3) Innstilling av langvarig forsinkelse overstrømingsavbryterens driftsstrøm og tid
Langvarig forsinkelse overstrømingsavbryter brukes hovedsakelig for overlastbeskyttelse. Driftsstrømmen Iop(l) trenger bare å overstige kretsens maksimale laststrøm (beregningsstrøm I30), altså Iop(l) ≥ Krel·I30, der Krel er pålitelighetsfaktor. Driftstiden må overstige varigheten av tillatte kortvarige overlast for å unngå ubehagelige avbrytninger.

(4) Koordineringskrav mellom overstrømingsavbryterens driftsstrøm og beskyttet krets
For å unngå isolasjonsskade eller brann på grunn av overlast eller kortslutning uten at strømbryteren avbryter, må overstrømingsavbryterens driftsstrøm Iop oppfylle betingelsen: Iop ≤ Kol·Ial. Her er Ial tillatte strømforeskapasiteten til isolert kabel; Kol er tillatt kortvarig overlastfaktor—vanligvis 4,5 for øyeblikkelig og kortvarig forsinkelse avbrytere, 1,1 for langvarig forsinkelse avbrytere brukt for kortslutningsbeskyttelse, og 1,0 når brukt kun for overlastbeskyttelse. Hvis dette koordineringskravet ikke er oppfylt, bør avbryterinnstillingen justeres, eller lednings- eller kabeltværsnitten bør økes passende.