Ocena wyłącznika | Prąd przerywania i włączania przy zwarciu

Ocena wyłącznika obejmuje:

1. Maksymalna przerzutowa wartość natężenia prądu zamykającego.

2. Maksymalna przerzutowa wartość natężenia prądu otwierającego.

3. Zdefiniowana sekwencja pracy wyłącznika.

4. Maksymalne krótkotrwałe natężenie prądu.

Przerzutowa wartość natężenia prądu zamykającego wyłącznika

Jest to maksymalne natężenie prądu, które wyłącznik (CB) może przeprowadzić przed ostatecznym usunięciem poprzez otwarcie swoich kontaktów.

Gdy prąd zwarciowy przepływa przez wyłącznik, w częściach przewodzących występują naprężenia termiczne i mechaniczne. Jeśli powierzchnia kontaktowa i przekrój przewodzących części wyłącznika nie są wystarczająco duże, może dojść do trwałego uszkodzenia izolacji oraz przewodzących części CB.

Zgodnie z prawem Joule'a, wzrost temperatury jest proporcjonalny do kwadratu natężenia prądu zwarciowego, oporu kontaktowego i czasu trwania prądu zwarciowego. Prąd zwarciowy płynie przez wyłącznik do momentu, gdy zwarcie zostanie usunięte poprzez otwarcie wyłącznika.

Naprężenie termiczne w wyłączniku jest proporcjonalne do czasu trwania zwarca, więc zdolność do przerywania prądu zwarciowego zależy od czasu pracy. Przy 160oC aluminium staje się miękkie i traci swoją wytrzymałość mechaniczną, ta temperatura może być przyjęta jako limit wzrostu temperatury kontaktów wyłącznika podczas zwarca.

Dlatego zdolność do przerywania prądu zwarciowego lub przerzutowa wartość natężenia prądu zamykającego wyłącznika definiuje się jako maksymalny prąd, który może przepłynąć przez wyłącznik od momentu wystąpienia zwarca do momentu jego usunięcia bez trwałych uszkodzeń w CB.
Wartość przerzutowej wartości natężenia prądu zwarciowego wyraża się w RMS.

Podczas zwarca, wyłącznik jest narażony nie tylko na naprężenia termiczne, ale również na znaczne naprężenia mechaniczne. Dlatego przy określaniu zdolności do przerywania zwarca bierze się również pod uwagę wytrzymałość mechaniczną wyłącznika.

Dlatego, aby wybrać odpowiedni wyłącznik, należy określić poziom awarii w tym punkcie systemu, gdzie ma zostać zainstalowany CB. Po określeniu poziomu awarii jakiejś części sieci elektroenergetycznej łatwo jest wybrać odpowiednio oceniony wyłącznik dla tej części sieci.

Zdolność do zamykania prądu zwarciowego

Zdolność do zamykania prądu zwarciowego wyłącznika wyraża się w wartości szczytowej, a nie w RMS, jak zdolność do przerywania prądu zwarciowego. Teoretycznie w momencie wystąpienia awarii w systemie, prąd zwarciowy może wzrosnąć do dwukrotności swojej symetrycznej wartości.

W momencie włączenia wyłącznika w stanie awaryjnym systemu, część systemu połączona ze źródłem. Pierwszy cykl prądu podczas zamknięcia wyłącznika ma maksymalną amplitudę. Jest to około dwukrotność amplitudy symetrycznego prądu zwarciowego.

Kontakty wyłącznika muszą wytrzymać tę najwyższą wartość prądu podczas pierwszego cyklu fali, gdy wyłącznik jest zamknięty podczas awarii. Na podstawie tego powyższego zjawiska, wybrany wyłącznik powinien być oceniany według zdolności do zamykania prądu zwarciowego.

Ponieważ zdolność do zamykania prądu zwarciowego wyłącznika jest wyrażana w maksymalnej wartości szczytowej, jest ona zawsze większa niż zdolność do przerywania prądu zwarciowego wyłącznika. Normalna wartość zdolności do zamykania prądu zwarciowego jest 2,5 razy większa niż zdolność do przerywania prądu zwarciowego. To dotyczy zarówno standardowych, jak i zdalnie sterowanych wyłączników.

Zdefiniowana sekwencja pracy lub cykl pracy wyłącznika

To jest wymagania mechaniczne mechanizmu pracy wyłącznika. Sekwencja zdefiniowanej pracy wyłącznika została określona jako:

Gdzie, O oznacza operację otwierającą CB.

CO reprezentuje czas operacji zamykającej, która jest natychmiast następująca po operacji otwierającej bez celowego opóźnienia.

t’ to czas między dwoma operacjami, który jest niezbędny do przywrócenia początkowych warunków i/lub zapobieżenia nadmiernemu nagrzewaniu przewodzących części wyłącznika. t = 0,3 sekundy dla wyłącznika przeznaczonego do pierwszej automatycznej ponownej akcji, jeśli nie jest inaczej określone.

Przykładowa zdefiniowana sekwencja pracy wyłącznika:

To oznacza, że operacja otwierająca wyłącznika jest następująca po operacji zamykającej po czasie 0,3 sekundy, a następnie wyłącznik ponownie otwiera bez celowego opóźnienia. Po tej operacji otwierającej CB ponownie zamyka po 3 minutach, a następnie natychmiastowo wyłącznik tripuje bez celowego opóźnienia.

Maksymalne krótkotrwałe natężenie prądu

To jest granica prądu, którą wyłącznik może bezpiecznie przeprowadzać przez określony czas bez żadnych uszkodzeń. Wyłączniki nie usuwają prądu zwarciowego natychmiast po wystąpieniu awarii w systemie. Zawsze istnieją celowe i niecelowe opóźnienia między momentem wystąpienia awarii a momentem jej usunięcia przez CB.

To opóźnienie wynika z czasu działania relé ochronnych, czasu działania wyłącznika, a także może być narzucone celowe opóźnienie w relé w celu prawidłowej koordynacji ochrony systemu energetycznego. Nawet jeśli wyłącznik nie zatripuje, awaria zostanie usunięta przez kolejny wyżej położony wyłącznik.

W takim przypadku czas usuwania awarii jest dłuższy. Dlatego po awarii wyłącznik musi przeprowadzać prąd zwarciowy przez określony czas. Suma wszystkich opóźnień nie powinna przekraczać 3 sekund, dlatego wyłącznik powinien być w stanie przeprowadzać maksymalny prąd awaryjny przez co najmniej ten krótki okres czasu.

Prąd zwarciowy może mieć dwa główne efekty wewnątrz wyłącznika.

1. Ze względu na wysoki prąd elektryczny, mogą wystąpić wysokie naprężenia termiczne w izolacji i przewodzących częściach CB.

2. Wysoki prąd zwarciowy powoduje znaczne naprężenia mechaniczne w różnych przewodzących częściach wyłącznika.

Wyłącznik jest zaprojektowany, aby wytrzymać te naprężenia. Ale żaden wyłącznik nie powinien przeprowadzać prądu zwarciowego dłużej niż określony krótki okres. Maksymalne krótkotrwałe natężenie prądu wyłącznika jest co najmniej równe maksymalnej wartości natężenia prądu zwarciowego wyłącznika.

Napięcie nominalne wyłącznika

Napięcie nominalne wyłącznika zależy od jego systemu izolacji. Dla systemów poniżej 400 kV, wyłącznik jest zaprojektowany, aby wytrzymać 10% powyżej normalnego napięcia systemu. Dla systemów równych lub powyżej 400 kV, izolacja wyłącznika powinna być w stanie wytrzymać 5% powyżej normalnego napięcia systemu.

To oznacza, że napięcie nominalne wyłącznika odpowiada najwyższemu napięciu systemu. Wynika to z faktu, że podczas braku obciążenia lub małego obciążenia, poziom napięcia systemu może wzrosnąć do najwyższego napięcia systemu.

Wyłącznik jest również narażony na dwa inne stan