رتبه دهنده برشکن | جریان قطع و ایجاد کوتاه مدار
رتبهبندی یک شکن مدار شامل است:
جریان کوتاهمداری نامیده شده برای شکستن.
جریان کوتاهمداری نامیده شده برای ساخت.
دنباله عملیاتی نامیده شده برای شکن مدار.
جریان کوتاهمدت نامیده شده.
جریان کوتاهمداری شکن مدار
این جریان کوتاهمداری بیشینه است که یک شکن مدار (CB) میتواند تحمل کند قبل از آنکه با باز کردن تماسهای خود، به طور نهایی پاک شود.
وقتی یک جریان کوتاهمداری از طریق یک شکن مدار میگذرد، تنشهای حرارتی و مکانیکی در بخشهای حامل جریان شکن وجود دارد. اگر مساحت تماس و مقطع عرضی قطعات هادی شکن مدار کافی نباشد، ممکن است خسارت دائمی در عایقها و قطعات هادی CB رخ دهد.
بر اساس قانون گرمایی جول، افزایش دما مستقیماً متناسب با مجذور جریان کوتاهمداری، مقاومت تماس و مدت زمان جریان کوتاهمداری است. جریان کوتاهمداری ادامه مییابد تا زمانی که شکن مدار با باز کردن عملیات خود، کوتاهمداری را پاک کند.
چون تنش حرارتی در شکن مدار متناسب با مدت زمان کوتاهمداری است، ظرفیت شکستن شکن الکتریکی، به مدت زمان عملیات بستگی دارد. در ۱۶۰°C آلومینیوم نرم میشود و قدرت مکانیکی خود را از دست میدهد، این دما میتواند به عنوان حد افزایش دما در تماسهای شکن در زمان کوتاهمداری در نظر گرفته شود.
بنابراین ظرفیت کوتاهمداری یا جریان کوتاهمداری شکن مدار به عنوان بیشترین جریانی تعریف میشود که میتواند از زمان وقوع کوتاهمداری تا زمان پاک کردن کوتاهمداری بدون هیچ خسارت دائمی در CB جریان یابد.
مقدار جریان کوتاهمداری شکن مدار به صورت RMS بیان میشود.
در زمان کوتاهمداری، CB نه تنها به تنش حرارتی بلکه به تنشهای مکانیکی نیز مواجه میشود. بنابراین در تعیین ظرفیت کوتاهمداری، قدرت مکانیکی CB نیز در نظر گرفته میشود.
بنابراین برای انتخاب شکن مدار مناسب، مشخص کردن سطح خطا در آن نقطه از سیستم که CB باید نصب شود، ضروری است. یک بار که سطح خطا در هر بخشی از انتقال الکتریکی مشخص شد، انتخاب شکن مدار با رتبهبندی صحیح برای این بخش از شبکه آسان خواهد بود.
ظرفیت ساخت کوتاهمداری نامیده شده
ظرفیت ساخت کوتاهمداری شکن مدار به صورت مقدار اوج بیان میشود و نه به صورت RMS مانند ظرفیت شکستن. نظریاً در لحظه وقوع خرابی در یک سیستم، جریان خرابی میتواند به دو برابر سطح متقارن خرابی افزایش یابد.
در لحظه روشن کردن یک شکن مدار در حالت خرابی سیستم، بخش کوتاهمداری سیستم به منبع متصل میشود. دورة اول جریان در زمان بسته شدن شکن مدار، دامنه بیشترین را دارد. این حدوداً دو برابر دامنه موج جریان خرابی متقارن است.
تماسهای شکن باید این بیشترین مقدار جریان را در دوره اول موج وقتی شکن تحت خرابی بسته میشود تحمل کنند. بر اساس این پدیده ذکر شده، یک شکن انتخاب شده باید با ظرفیت ساخت کوتاهمداری نامیده شود.
چون ظرفیت ساخت کوتاهمداری نامیده شده شکن مدار به صورت مقدار اوج بیان میشود، همیشه بیشتر از ظرفیت شکستن کوتاهمداری شکن مدار است. مقدار معمولی جریان ساخت کوتاهمداری ۲.۵ برابر بیشتر از جریان شکستن کوتاهمداری است. این برای هر دو نوع شکن مدار استاندارد و کنترل از راه دور صدق میکند.
دنباله عملیاتی یا دورة کاری نامیده شده شکن مدار
این نیاز مکانیکی مکانیزم عملیاتی شکن مدار است. دنباله عملیاتی نامیده شده یک شکن مدار به صورت زیر مشخص شده است:
که در آن O نشاندهنده عملیات باز کردن CB است.
CO نشاندهنده زمان عملیات بستن است که فوراً پس از آن عملیات باز کردن بدون هیچ تأخیر مورد نظر انجام میشود.
t' زمان بین دو عملیات است که برای بازگرداندن شرایط اولیه و/یا جلوگیری از گرم شدن غیرطبیعی قطعات هادی شکن مدار ضروری است. t = 0.3 ثانیه برای شکن مدار مورد نظر برای دورة اولیه بازپرداخت خودکار، اگر به طور خاص مشخص نشده باشد.
به عنوان مثال، دورة کاری نامیده شده یک شکن مدار عبارت است از:
این به معنای آن است که عملیات باز کردن شکن مدار با یک عملیات بستن پس از یک فاصله زمانی ۰.۳ ثانیه دنبال میشود، و سپس شکن مدار بدون هیچ تأخیر مورد نظر باز میشود. پس از این عملیات باز کردن، CB دوباره پس از ۳ دقیقه بسته میشود و سپس فوراً بدون هیچ تأخیر مورد نظر میسوزد.
جریان کوتاهمدت نامیده شده
این حد جریان است که یک شکن مدار میتواند به طور ایمن برای مدت زمان خاصی بدون هیچ خسارت در آن حمل کند. شکنهای مدار خرابی کوتاهمداری را به محض وقوع هر خطا در سیستم پاک نمیکنند. همیشه تأخیرهای مورد نظر و غیر مورد نظری بین لحظه وقوع خطا و لحظه پاک کردن خطا توسط CB وجود دارد.
این تأخیر به دلیل زمان عملیات رلههای محافظت، زمان عملیات شکن مدار و همچنین ممکن است تأخیرهای مورد نظری در رله برای هماهنگی صحیح محافظت سیستم قدرت وجود داشته باشد. حتی اگر یک شکن مدار نتواند سوزاند، خطا توسط شکن مدار بعدی بالاتر پاک خواهد شد.
در این حالت زمان پاک کردن خطا طولانیتر است. بنابراین، پس از خطا، یک شکن مدار باید جریان کوتاهمداری را برای مدت خاصی حمل کند. مجموع تمام تأخیرها نباید بیش از ۳ ثانیه باشد؛ بنابراین یک شکن مدار باید قادر به حمل جریان خرابی بیشینه برای حداقل این مدت کوتاه باشد.
جریان کوتاهمداری ممکن است دو تأثیر عمده در داخل یک شکن مدار داشته باشد.
به دلیل جریان الکتریکی بالا، ممکن است تنش حرارتی بالا در عایق و قطعات هادی CB وجود داشته باشد.
جریان کوتاهمداری بالا، تنشهای مکانیکی قابل توجهی در بخشهای مختلف حامل جریان شکن مدار ایجاد میکند.
یک شکن مدار طراحی شده تا این تنشها را تحمل کند. اما هیچ شکن مداری نباید جریان کوتاهمداری بیش از جریان برای مدت زمان مشخصی حمل کند. جریان کوتاهمدت نامیده شده یک شکن مدار حداقل برابر با جریان کوتاهمداری شکن مدار است.
ولتاژ نامیده شده شکن مدار
ولتاژ نامیده شده شکن مدار به سیستم عایقبندی آن بستگی دارد. برای سیستمهای زیر ۴۰۰ کیلوولت، شکن مدار طراحی شده تا ۱۰٪ بالاتر از ولتاژ سیستم معمولی را تحمل کند. برای سیستمهای بالاتر یا مساوی ۴۰۰ کیلوولت، عایقبندی شکن مدار باید قادر به تحمل ۵٪ بالاتر از ولتاژ سیستم معمولی باشد.
این به این معناست که ولتاژ نامیده شده شکن مدار مربوط به بالاترین ولتاژ سیستم است. این به دلیل این است که در شرایط بدون بار یا بار کم، سطح ولتاژ سیستم مجاز است تا به بالاترین ولتاژ رتبهبندی سیستم افزایش یابد.
یک شکن مدار همچنین در دو وضعیت ولتاژ بالا دیگر قرار میگیرد.
قطع ناگهانی بار بزرگ به هر دلیلی، ولتاژ وارد شده به CB و همچنین بین تماسها وقتی CB باز است، ممکن است بسیار بالاتر از ولتاژ سیستم بالاتر باشد. این ولتاژ ممکن است فرکانس توان باشد اما برای مدت زمان بسیار طولانی نمیماند زیرا این وضعیت ولتاژ بالا باید توسط تجهیزات محافظ باز شود.
اما یک شکن مدار ممکن است باید این ولتاژ فرکانس توان را در طول عمر عادی خود تحمل کند.
شکن مدار باید برای تحمل ولتاژ فرکانس توان برای مدت زمان خاصی رتبهبندی شود. معمولاً این مدت زمان ۶۰ ثانیه است. ساختن تحمل ولتاژ فرکانس توان بیش از ۶۰ ثانیه اقتصادی نیست و از نظر عملی مطلوب نیست زیرا تمام شرایط غیرعادی سیستم قدرت قطعاً در مدت زمان کوتاهتر از ۶۰ ثانیه پاک میشوند.مانند دیگر تجهیزات متصل به سیستم قدرت، یک شکن مدار ممکن است باید با ضربههای نوری و ضربههای کلیدزنی در طول عمر خود مواجه شود.
سیستم عایقبندی CB و شکاف تماسهای یک CB باز باید این موج ولتاژ ضربهای را تحمل کنند. دامنه این اختلال بسیار بسیار بالا است اما به طور موقتی بسیار کوتاهمدت است. بنابراین یک شکن مدار طراحی شده تا این ولتاژ ضربهای را برای مدت زمان میکروثانیه تحمل کند.
