Brytarens betyg | Strömförande kapacitet vid kortslutning
Brytarens kapacitet inkluderar:
Kortslutningsströmskapacitet.
Kortslutningsström vid stängning.
Nominell driftsekvens för brytaren.
Kortvarig strömkapacitet.
Kortslutningsströmskapacitet för brytare
Detta är den maximala kortslutningsström som en brytare (CB) kan motstå innan den slutligen avbryts genom att öppna sina kontakter.
När en kortslutningsström passerar genom en brytare uppstår termiska och mekaniska belastningar i de strömledande delarna av brytaren. Om kontaktytan och tvärsnittet av de ledande delarna inte är tillräckligt stora, finns det en risk för permanent skada på både isoleringen och de ledande delarna av CB.
Enligt Joules lag om uppvärmning är temperaturökningen direkt proportionell till kvadraten av kortslutningsströmmen, kontaktresistansen och varaktigheten av kortslutningsströmmen. Kortslutningsströmmen fortsätter att flöda genom brytaren tills kortslutningen avbryts genom öppningsoperationen av brytaren.
Eftersom den termiska belastningen i brytaren är proportionell mot perioden av kortslutning, beror brytarens kapacitet på drifttid. Vid 160oC blir aluminium mjukt och förlorar sin mekaniska styrka, denna temperatur kan tas som gräns för temperaturökning av brytarkontakter under kortslutning.
Därför definieras kortslutningsavbrottskapaciteten eller kortslutningsavbrottsström för brytare som den maximala ström som kan passera genom brytaren från tidpunkten för kortslutningens inträffande till tidpunkten då kortslutningen avbryts utan någon permanent skada i CB.
Värdet för kortslutningsavbrottsström anges i RMS.
Under kortslutning utsätts inte bara CB för termisk belastning, den drabbas också allvarligt av mekaniska belastningar. Så när kortslutningskapaciteten fastställs beaktas också brytarens mekaniska styrka.
För att välja en lämplig brytare är det självklart att bestämma felnivån vid den punkt i systemet där CB ska installeras. När felet i någon del av elektrisk överföring har fastställts är det lätt att välja rätt nominell brytare för denna del av nätverket.
Nominell kortslutningsstängningskapacitet
Kortslutningsstängningskapaciteten för en brytare anges i toppvärde, inte i RMS-värde som avbrottskapaciteten. Teoretiskt kan strömmen vid feluppkomsten i ett system öka till två gånger dess symmetriska felnivå.
Vid stängning av en brytare i felaktigt tillstånd, kopplas den kortslutande delen av systemet till källan. Första cykeln av strömmen under brytarens stängning har maximal amplitud. Detta är ungefär två gånger amplituden av den symmetriska felsignalen.
Brytarens kontakter måste klara detta högsta värde av ström under den första cykeln av signalen när brytaren stängs under fel. Baserat på detta ovan nämnda fenomen bör en vald brytare vara utrustad med kortslutningsstängningskapacitet.
Eftersom den nominella kortslutningsstängningsströmmen för en brytare anges i maximalt toppvärde, är den alltid mer än den nominella kortslutningsavbrottsströmmen för brytaren. Det normala värdet för kortslutningsstängningsström är 2,5 gånger mer än kortslutningsavbrottsström. Detta gäller för både standard- och fjärrstyrdbrytare.
Nominell driftsekvens eller cykel för brytare
Detta är den mekaniska kraven för brytarens driftmekanism. Sekvensen av den nominella driftcykeln för en brytare har specificerats som:
Där O indikerar öppningsoperationen av CB.
CO representerar stängningsoperationstiden som omedelbart följs av en öppningsoperation utan någon avsiktlig tidsfördröjning.
t’ är tiden mellan två operationer som är nödvändig för att återställa de ursprungliga villkoren och/eller förhindra onödig uppvärmning av de strömledande delarna av brytaren. t = 0,3 sekunder för brytare avsedda för första automatiska återställning, om inte annat angetts.
Antag att den nominella driftcykeln för en brytare är:
Detta innebär att en öppningsoperation av brytaren följs av en stängningsoperation efter en tidsperiod på 0,3 sekunder, och sedan öppnas brytaren igen utan någon avsiktlig tidsfördröjning. Efter denna öppningsoperation stängs CB igen efter 3 minuter och öppnas genast igen utan någon avsiktlig tidsfördröjning.
Nominell kortvarig ström
Detta är strömbegränsningen som en brytare kan bära säkert under viss specifik tid utan någon skada. Brytare rensar inte kortslutningsströmmen så snart som ett fel uppstår i systemet. Det finns alltid vissa avsiktliga och oavsiktliga tidsfördröjningar mellan tidpunkten för felets inträffande och tidpunkten då felet rensas av CB.
Denna fördröjning beror på skyddspelares drifttid, brytarens drifttid och det kan också finnas vissa avsiktliga tidsfördröjningar införda i relä för korrekt samordning av strömförsörjningsskydd. Även om en brytare misslyckas med att trippe, kommer felet att rensas av nästa högre placerade brytare.
I detta fall är felet rensningstid längre. Därför måste en brytare bära kortslutningsströmmen under viss tid efter felet. Summan av alla tidsfördröjningar bör inte vara mer än 3 sekunder; därför bör en brytare kunna bära en maximal felaktig ström under åtminstone denna korta tidsperiod.
Kortslutningsströmmen kan ha två huvudsakliga effekter inuti en brytare.
På grund av den höga elektriska strömmen kan det uppstå höga termiska belastningar i isoleringen och de strömledande delarna av CB.
Den höga kortslutningsströmmen producerar betydande mekaniska belastningar i olika strömledande delar av brytaren.
En brytare är designad för att klara dessa belastningar. Men ingen brytare behöver bära en kortslutningsström mer än ström under en angiven kort tidsperiod. Den nominella kortvariga strömmen för en brytare är åtminstone lika stor som den nominella kortslutningsavbrottsströmmen för brytaren.
Nominell spänning för brytare
Nominell spänning för brytare beror på dess isoleringssystem. För system under 400 KV är brytaren designad för att klara 10% över det normala systemspänningen. För system över eller lika med 400 KV bör brytarens isolering kunna klara 5% över det normala systemspänningen.
Det innebär att den nominella spänningen för brytaren motsvarar den högsta systemspänningen. Detta beror på att under lätta eller små belastningsvillkor tillåts spänningsnivån i strömförsörjningssystemet att stiga upp till systemets högsta spänningsklass.
En brytare utsätts också för två andra höga spänningsvillkor.
Plötslig avkoppling av en stor belastning på grund av någon annan orsak, kan spänningen pålagd på CB och mellan kontakterna när CB är öppen, vara mycket högre jämfört med det högre systemspänningen. Denna spänning kan vara av nätfrekvens men håller inte i lång tid eftersom denna höga spänningssituation måste rensas av skyddsswitchgear.
Men en brytare måste klara denna nätfrekvensbelastning under sin normala livslängd.
Brytaren måste vara nominell för nätfrekvensbelastning under en specifik tid, vanligtvis 60 sekunder. Att göra nätfrekvensbelastningskapaciteten mer än 60 sekunder är inte ekonomiskt och inte praktiskt önskvärt eftersom alla oregelbundenheter i strömförsörjningssystemet definitivt rensas inom en mycket kortare tid än 60 sekunder.Som andra apparater anslutna till strömförsörjning, kan en brytare också ställas inför blixtimpuls och växlingsimpulser under sin livslängd.
Isoleringsystemet för CB och kontaktgapet för en öppen CB måste klara dessa impuls-spänningssignalsamplitud är mycket hög men extremt kortvarig. Så en brytare är designad för att klara denna impulshög spänning under mikrosekundsintervall endast.
