Bewertung des Schalters | Kurzschluss-Auslöse- und Einschaltstrom
Die Kennlinien eines Schalters umfassen:
Nennkurzschlussunterbrechungsstrom.
Nennkurzschlussanschlussstrom.
Nennbetriebsablauf des Schalters.
Nennkurzzeitstrom.
Kurzschlussunterbrechungsstrom des Schalters
Dies ist der maximale Kurzschlussstrom, den ein Schalter (CB) vor dem Öffnen seiner Kontakte durchstehen kann, um ihn schließlich zu löschen.
Wenn ein Kurzschluss durch einen Schalter fließt, gibt es thermische und mechanische Belastungen in den stromführenden Teilen des Schalters. Wenn die Kontaktfläche und der Querschnitt der leitenden Teile des Schalters nicht ausreichend groß sind, besteht die Möglichkeit, dass die Isolation sowie die leitenden Teile des CB dauerhaft beschädigt werden.
Gemäß dem Jouleschen Wärmegesetz steigt die Temperatur direkt proportional zum Quadrat des Kurzschlussstroms, dem Kontaktwiderstand und der Dauer des Kurzschlussstroms. Der Kurzschlussstrom fließt durch den Schalter, bis der Kurzschluss durch das Öffnen des Schalters beseitigt wird.
Da die thermische Belastung im Schalter proportional zur Dauer des Kurzschlusses ist, hängt die Unterbrechungskapazität des elektrischen Schalters von der Betriebszeit ab. Bei 160°C wird Aluminium weich und verliert seine mechanische Festigkeit. Diese Temperatur kann als Grenzwert für die Temperatursteigerung der Schalterkontakte während des Kurzschlusses angenommen werden.
Daher ist die Kurzschlussunterbrechungskapazität oder Kurzschlussunterbrechungsstrom des Schalters definiert als der maximale Strom, der durch den Schalter vom Auftreten des Kurzschlusses bis zur Beseitigung des Kurzschlusses ohne dauerhafte Schäden im CB fließen kann.
Der Wert des Kurzschlussunterbrechungsstroms wird in effektivem Wert angegeben.
Während des Kurzschlusses ist der Schalter nicht nur thermischer, sondern auch mechanischer Belastungen ausgesetzt. Daher wird bei der Bestimmung der Kurzschlusskapazität auch die mechanische Festigkeit des Schalters berücksichtigt.
Um einen geeigneten Schalter auszuwählen, ist es offensichtlich, den Fehlerpegel an dem Punkt des Systems zu bestimmen, an dem der Schalter installiert werden soll. Sobald der Fehlerpegel eines Teils der elektrischen Übertragung bestimmt ist, ist es einfach, den korrekt dimensionierten Schalter für diesen Teil des Netzes auszuwählen.
Nennkurzschlussanschlusskapazität
Die Nennkurzschlussanschlusskapazität eines Schalters wird im Spitzenwert und nicht im effektiven Wert wie die Unterbrechungskapazität angegeben. Theoretisch kann der Fehlerstrom beim Auftreten eines Fehlers im System auf das Doppelte seines symmetrischen Fehlerpegels ansteigen.
Beim Einschalten eines Schalters in einem fehlerhaften Zustand des Systems wird der Kurzschlussanteil des Systems an die Spannungsquelle angeschlossen. Der erste Stromzyklus, während dessen der Schalter den Stromkreis schließt, hat die höchste Amplitude. Dies entspricht etwa dem Doppelten der Amplitude des symmetrischen Fehlerstromverlaufs.
Die Schalterkontakte müssen diesen höchsten Stromwert während des ersten Wellenformzyklus, wenn der Schalter unter einem Fehler geschlossen wird, standhalten. Basierend auf diesem oben genannten Phänomen sollte ein ausgewählter Schalter mit einer Nennkurzschlussanschlusskapazität ausgelegt sein.
Da der Nennkurzschlussanschlussstrom des Schalters im maximalen Spitzenwert angegeben wird, ist er immer höher als der Nennkurzschlussunterbrechungsstrom des Schalters. Der normale Wert des Kurzschlussanschlussstroms ist 2,5-mal höher als der Kurzschlussunterbrechungsstrom. Dies gilt sowohl für Standard- als auch für Fernsteuerschalter.
Nennbetriebsablauf oder -zyklus des Schalters
Dies ist die mechanische Betriebsanforderung an den Betriebsmechanismus des Schalters. Der Ablauf des Nennbetriebsdienstes eines Schalters wurde wie folgt festgelegt:
Wobei O die Öffnungsbetrieb des Schalters bezeichnet.
CO steht für den Schließvorgang, der unmittelbar von einem Öffnungsvorgang ohne absichtliche Zeitverzögerung gefolgt wird.
t' ist die Zeit zwischen zwei Vorgängen, die erforderlich ist, um die Anfangsbedingungen wiederherzustellen und/oder eine unzulässige Erwärmung der leitenden Teile des Schalters zu verhindern. t = 0,3 Sekunden für den Schalter, der für den ersten automatischen Wiederverschluss vorgesehen ist, sofern nicht anders angegeben.
Angenommen, der Nennbetriebszyklus eines Schalters lautet:
Das bedeutet, ein Öffnungsvorgang des Schalters wird nach einer Zeitspanne von 0,3 Sekunden von einem Schließvorgang gefolgt, und dann öffnet der Schalter erneut, ohne absichtliche Zeitverzögerung. Nach diesem Öffnungsvorgang wird der Schalter nach 3 Minuten erneut geschlossen und löst sich sofort ohne absichtliche Zeitverzögerung aus.
Nennkurzzeitstrom
Dies ist der Stromgrenzwert, den ein Schalter für bestimmte Zeit ohne Schaden sicher führen kann. Die Schalter klären den Kurzschlussstrom nicht sofort, sobald ein Fehler im System auftritt. Es gibt immer absichtliche und unbeabsichtigte Zeitverzögerungen zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers und dem Zeitpunkt der Fehlersicherung durch den Schalter.
Diese Verzögerung ergibt sich aus der Betriebszeit der Schutzrelais, der Betriebszeit des Schalters und es kann auch eine absichtliche Zeitverzögerung in den Relais für die ordnungsgemäße Koordination des Netzschutzes eingeführt werden. Selbst wenn ein Schalter nicht auslösen sollte, wird der Fehler vom nächsten höher gelegenen Schalter beseitigt.
In diesem Fall ist die Fehlersicherungszeit länger. Daher muss ein Schalter nach einem Fehler den Kurzschlussstrom für eine bestimmte Zeit führen. Die Summe aller Zeitverzögerungen sollte nicht mehr als 3 Sekunden betragen; daher sollte ein Schalter in der Lage sein, den maximalen Fehlerstrom für mindestens diese kurze Zeit zu führen.
Der Kurzschlussstrom kann im Inneren eines Schalters zwei Hauptauswirkungen haben.
Aufgrund des hohen elektrischen Stroms können hohe thermische Belastungen in der Isolation und den leitenden Teilen des Schalters auftreten.
Der hohe Kurzschlussstrom erzeugt erhebliche mechanische Belastungen in den verschiedenen stromführenden Teilen des Schalters.
Ein Schalter ist darauf ausgelegt, diese Belastungen zu überstehen. Aber kein Schalter darf einen Kurzschlussstrom für eine spezifische kurze Zeit über den Nennkurzschlussunterbrechungsstrom hinaus führen. Der Nennkurzzeitstrom eines Schalters beträgt mindestens den Nennkurzschlussunterbrechungsstrom des Schalters.
Nennspannung des Schalters
Die Nennspannung des Schalters hängt von seinem Isolationsystem ab. Für Systeme unter 400 kV ist der Schalter so ausgelegt, dass er 10% über die normale Systemspannung standhält. Für Systeme von 400 kV oder darüber sollte die Isolation des Schalters in der Lage sein, 5% über die normale Systemspannung zu standhalten.
Das bedeutet, die Nennspannung des Schalters entspricht der höchsten Systemspannung. Das liegt daran, dass die Spannungsebene des Energiesystems bei Leer- oder geringer Last bis zur höchsten Spannungsrating des Systems steigen darf.
Ein Schalter ist auch zwei anderen Hochspannungszuständen ausgesetzt.
Bei plötzlicher Trennung einer großen Last aus welchem Grund auch immer, kann die Spannung, die auf den Schalter und zwischen den Kontakten, wenn der Schalter offen ist, aufgebracht wird, sehr hoch im Vergleich zur höheren Systemspannung sein. Diese Spannung kann der Netzfrequenz entsprechen, bleibt aber nicht lange, da dieser Hochspannungszustand durch den Schutzschaltgerät beseitigt werden muss. Aber ein Schalter muss diese Netzfrequenz-Spannungsspitzen während seines normalen Lebensdauers standhalten. Der Schalter muss für eine bestimmte Zeit, in der Regel 60 Sekunden, für die Standfestigkeit gegenüber Netzfrequenz-Spannungsspitzen ausgelegt sein. Eine höhere Standfestigkeit gegen Netzfrequenz-Spannungsspitzen als 60 Sekunden ist wirtschaftlich und praktisch nicht gewünscht, da alle abnormalen Situationen des elektrischen Netzes definitiv innerhalb eines viel kürzeren Zeitraums als 60 Sekunden beseitigt werden.
Wie andere an das Stromsystem angeschlossene Geräte muss auch ein Schalter während seines Lebensdauers Blitzimpulse und Schaltimpulse überstehen. Das Isolationsystem des Schalters und die Kontaktabstände eines offenen Schalters müssen diese Impuls-Spannungswellenformen, deren Amplitude sehr hoch, aber extrem kurzfristig ist, standhalten. Daher ist ein Schalter so ausgelegt, dass er diese impulsive Spannungsspitze nur für Mikrosekunden-Bereiche standhalten kann.
Nominal-Systemspannung |
Höchste Systemspannung |
Standfestigkeit gegenüber Netzfrequenz-Spannung |
Impulsspannungsniveau |
11 kV |
12 kV |
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