Hodnocení vypínače | Přerušovací a zavírací proud krátkého spojení
Hodnocení vypínače zahrnuje:
Nominální proud krátkého spojení.
Nominální proud při vytváření krátkého spojení.
Nominální operační sekvence vypínače.
Nominální krátkodobý proud.
Proud krátkého spojení vypínače
Toto je maximální proud krátkého spojení, který vypínač (CB) může unést, než jsou jeho kontakty otevřeny a dojde k jeho vyřízení.
Když proud krátkého spojení prochází vypínačem, dochází k termickým a mechanickým napětí v částech vypínače, které nesou proud. Pokud plocha kontaktů a průřez vodičových částí vypínače nejsou dostatečně velké, může dojít k trvalému poškození izolace a vodičových částí CB.
Podle Jouleova zákona o tavení je rostoucí teplota přímo úměrná druhé mocnině proudu krátkého spojení, odporu kontaktu a délce trvání proudu krátkého spojení. Proud krátkého spojení pokračuje v průtoku vypínačem, dokud není krátké spojení vyřízeno otevřením vypínače.
Jelikož termické napětí v vypínači je úměrné dobu trvání krátkého spojení, závisí kapacita vypínače na době provozu. Při 160oC hliník změkne a ztratí svou mechanickou pevnost, tato teplota může být považována za limit teplotního vzestupu kontaktů vypínače během krátkého spojení.
Tedy kapacita vypínání krátkého spojení nebo proud krátkého spojení vypínače je definován jako maximální proud, který může procházet vypínačem od okamžiku vzniku krátkého spojení do okamžiku jeho vyřízení bez jakéhokoli trvalého poškození v CB.
Hodnota proudu krátkého spojení je vyjádřena v efektivní hodnotě.
Během krátkého spojení je vypínač vystaven nejen termickým, ale i mechanickým napětí. Proto při určování kapacity krátkého spojení se bere v úvahu také mechanická pevnost vypínače.
Pro volbu vhodného vypínače je zřejmé určit úroveň poruchy v daném bodu systému, kde má být vypínač nainstalován. Jakmile je určena úroveň poruchy libovolné části elektrické přenosy, je snadné vybrat správně ohodnocený vypínač pro tuto část sítě.
Nominální kapacita vytváření krátkého spojení
Kapacita vytváření krátkého spojení vypínače je vyjádřena v maximální hodnotě, nikoli v efektivní hodnotě, jako je to u kapacity vypínání. Teoreticky v okamžiku vzniku poruchy v systému může proud krátkého spojení narůstat na dvojnásobek jeho symetrické úrovně poruchy.
V okamžiku zapnutí vypínače v poruchovém stavu systému, je část systému spojená s zdrojem. První cyklus proudu během uzavření vypínačem má maximální amplitudu. Tato amplituda je zhruba dvakrát větší než amplituda symetrického proudu poruchy.
Kontakty vypínače musí unést tuto nejvyšší hodnotu proudu během prvního cyklu, když je vypínač uzavřen pod poruchou. Na základě tohoto faktu by měl být vybraný vypínač ohodnocen s kapacitou vytváření krátkého spojení.
Jelikož nominální proud vytváření krátkého spojení vypínače je vyjádřen v maximální hodnotě, je vždy vyšší než nominální proud krátkého spojení vypínače. Běžná hodnota proudu vytváření krátkého spojení je 2,5krát vyšší než proud krátkého spojení. To platí pro oba standardní a dálkově ovládané vypínače.
Nominální operační sekvence nebo cyklus provozu vypínače
Toto je mechanická požadavkem operačního mechanismu vypínače. Sekvence nominálního operačního cyklu vypínače je specifikována jako:
Kde O označuje otevírací operaci CB.
CO reprezentuje čas uzavírací operace, která je ihned následována otevírací operací bez jakékoli úmyslné prodlevy.
t’ je čas mezi dvěma operacemi, který je nutný k obnovení počátečních podmínek a/nebo k prevenci nadměrného zahřívání vodičových částí vypínače. t = 0,3 sekundy pro vypínač, pokud není jinak specifikováno.
Předpokládejme, že nominální operační cyklus vypínače je:
To znamená, že otevírací operace vypínače je následována uzavírací operací po časovém intervalu 0,3 sekundy, a poté se vypínač opět otevře bez jakékoli úmyslné prodlevy. Po této otevírací operaci je vypínač opět uzavřen po 3 minutách a pak okamžitě spustí bez jakékoli úmyslné prodlevy.
Nominální krátkodobý proud
Toto je limit proudu, který vypínač může bezpečně nesít po určitou dobu bez jakéhokoli poškození. Vypínače nevyřizují proud krátkého spojení okamžitě, jakmile dojde k poruše v systému. Vždy existuje nějaká úmyslná a neúmyslná prodleva mezi okamžikem vzniku poruchy a okamžikem vyřízení poruchy vypínačem.
Tato prodleva je způsobena dobou provozu ochranných relé, dobou provozu vypínače a také může být nějaká úmyslná prodleva zavedena v relé pro správnou koordinaci ochrany elektrického systému. I když vypínač selže, porucha bude vyřízena následujícím vypínačem umístěným výše.
V tomto případě je doba vyřízení poruchy delší. Proto musí vypínač nesít proud krátkého spojení po určitou dobu. Součet všech prodlev by neměl být větší než 3 sekundy, proto musí být vypínač schopen nesít maximální poruchový proud alespoň po tento krátký časový interval.
Proud krátkého spojení může mít uvnitř vypínače dva hlavní efekty.
Z důvodu vysokého elektrického proudu může dojít k vysokému termickému napětí v izolaci a vodičových částech vypínače.
Vysoký proud krátkého spojení vytváří významné mechanické napětí v různých vodičových částech vypínače.
Vypínač je navržen tak, aby odolal těmto stresům. Ale žádný vypínač nesmí nesít proud krátkého spojení déle než určitý čas. Nominální krátkodobý proud vypínače je alespoň roven nominálnímu proudu krátkého spojení vypínače.
Nominální napětí vypínače
Nominální napětí vypínače závisí na jeho izolačním systému. Pro systémy nižší než 400 kV je vypínač navržen tak, aby odolal 10% nad normálním systémovým napětím. Pro systémy 400 kV a vyšší by měla izolace vypínače být schopna odolat 5% nad normálním systémovým napětím.
To znamená, že nominální napětí vypínače odpovídá nejvyššímu systémovému napětí. To je proto, že během chodu bez zatížení nebo malého zatížení je povolen výstup napětí elektrického systému až k nejvyššímu napěťovému stupni systému.
Vypínač je také vystaven dvěma dalším stavům vysokého napětí.
Náhlé odpojení velkého zatížení z jakéhokoli důvodu, napětí uvalené na vypínač a mezi kontakty, když je vypínač otevřen, může být mnohem vyšší než vyšší systémové napětí. Toto napětí může být síťové frekvence, ale nezůstává dlouho, protože tuto situaci s vysokým napětím musí vyřídit ochranné přepínače.
Ale vypínač musí být schopen odolat tomuto síťovému frekvenčnímu vysokému napětí po konkrétní dobu. Obvykle je tato doba 60 sekund. Vytváření kapacity odolnosti proti síťové frekvenci delší než 60 sekund není ekonomické a prakticky nežádoucí, protože všechny neobvyklé situace elektrického systému jsou určitě vyřízeny v mnohem kratší době než 60 sekund.Stejně jako ostatní zařízení připojené k síti, může být vypínač během svého životního cyklu vystaven impulsům blesku a přepínacím impulsům.
Izolační systém vypínače a mezera mezi kontakty otevřeného vypínače musí odolat těmto impulsním napěťovým vlnám, jejichž amplituda je velmi vysoká, ale extrémně krátkodobá. Proto je vypínač navržen tak, aby odolal tomuto impulsnímu vysokému napětí pouze v mikrosekundovém rozmezí.
