Как да изберете правилно вакуумни прекъсвачи

01 Въведение

В системите със средно напрежение, прекъсвателите са незаменими основни компоненти. Вакуумните прекъсватели доминират на вътрешния пазар. Поради това правилната електрическа концепция не може да бъде отделена от правилното избор на вакуумни прекъсватели. В този раздел ще обсъдим как да изберем правилно вакуумни прекъсватели и общите грешки при техния избор.

02 Прекъсващата способност за краткосрочен ток не трябва да бъде прекомерно висока

Прекъсващата способност на прекъсвателя за краткосрочен ток не трябва да бъде прекомерно висока, но трябва да има някакво допълнително пространство, за да се акомулира бъдещото разширяване на мрежовата капацитет, което може да доведе до увеличаване на краткосрочния ток. Но в действителната електрическа концепция, избраната прекъсваща способност на прекъсвателите често е твърде висока.

Например, в крайните трансформаторни станции в системи с 10кВ, краткосрочният ток на шината е повечето време около 10кА, а в системи с по-голям капацитет, може да достигне до 16кА. Но в електрическите концептуални чертежи, прекъсващата способност на вакуумните прекъсватели често се определя високо като 31.5кА, или дори 40кА. Такава висока прекъсваща способност води до безполезна инвестиция. В гореспоменатите случаи, прекъсваща способност от 20кА или 25кА би била достатъчна. В момента обаче, вакуумните прекъсватели с прекъсваща способност от 31.5кА са високосъхранявани и масово произвеждани, което води до намалени производствени разходи и цени, ставайки по-широко приемани.

В електрическата концепция, изчислените краткосрочни токове обикновено са по-високи. Причината е, че системното импеданс и контактното съпротивление в контурната верига често се пренебрегват при изчисленията. Разбира се, прекъсващата способност на прекъсвателите трябва да бъде избрана въз основа на максималния възможен краткосрочен ток. Но настройката за защита от краткосрочен ток не трябва да бъде основана на максималния краткосрочен ток.

Това е, защото при краткосрочните токове често се образуват дъги, които имат много високо съпротивление. В концептуалните изчисления, краткосрочните токове се третират като чисто метални трифазни краткосрочни токове, предполагайки, че няма дъга и няма контактно съпротивление. В реалните статистически данни, повече от 80% от краткосрочните токове са единични фази, и дъгите почти винagi съществуват при краткосрочни токове. Резултатът е, че реалният краткосрочен ток е много по-нисък от идеално изчислената стойност.

Ако настройката за защита е твърде висока, това намалява чувствителността на защитата или причинява провал на моменталната защита. В инженерната практика, проблемът често не е, че прекъсвателят не прекъсва, а че защитният елемент не активира поради прекомерно високи настройки. Като допълнение, чисто метални трифазни краткосрочни токове рядко се случват – те се случват само, когато заземящите жици не са премахнати след поддръжка, преди да се затвори прекъсвателят. Но заземяването обикновено се осъществява чрез заземящи ключове или заземящи колички, и има функции за взаимно свързване, което прави чисто металните краткосрочни токове изключително маловероятни.

В електрическите строителни чертежи, често се вижда, че прекъсващата способност на главния входящ прекъсвател е определена с едно ниво по-висока от тази на прекъсвателите на линии. Това не е необходимо. Главният прекъсвател се справя с краткосрочни дефектни ситуации на шината, докато прекъсвателите на линиите се справят с дефектни ситуации в техните собствени вериги. Но близо до нагрузката на прекъсвателите на линиите, поради близостта до шината, краткосрочният ток не е значително различен от краткосрочния ток на шината. Следователно, прекъсващите способности на главния и прекъсвателите на линиите трябва да са еднакви.

03 Електрическите и механическите жизнени изисквания не трябва да бъдат прекомерно високи

Електрическият живот, споменат тук, не означава броя на пъти, в които прекъсвателят може да отваря и затваря при номинален или частичен ток на заредена или частично заредена верига при определени интервали, а броя на пъти, в които може да прекъсва краткосрочен ток без необходимост от поддръжка. Няма национален стандарт за този брой. Обикновено производителите проектират за 30 такива прекъсвания. Някои продукти на производители могат да обработят 50. В документи за покана за оферти за потребителски проекти, често се виждат прекомерно високи изисквания за броя на краткосрочните прекъсвания. Например, един документ за покана за оферти изисква 12кВ линия за защита на вакуумен прекъсвател да прекъсва номинален краткосрочен ток 100 пъти, с механичен живот от 100,000 операции и прекъсване на номиналния ток 20,000 пъти – тези изисквания са неразумни.

Прекомерно висок брой краткосрочни прекъсвания не е необходим. Краткосрочната авария е сериозен електрически инцидент. Всяко събитие трябва да бъде третирано като сериозна авария, изискваща анализ на кореновата причина и коректиращи действия, за да се предотврати повторно събитие. Следователно, през ефективния период на използване на прекъсвателя, той ще прекъсне краткосрочни аварии само няколко пъти. Колкото по-високо е системното напрежение, толкова повече вреда причинява краткосрочният ток, но по-нисока е вероятността за събитие. Следователно, прекъсвател със средно напрежение, способен да прекъсва 30 краткосрочни аварии, е достатъчен. Типовите тестове за краткосрочно прекъсване са скъпи. За 12кВ вакуумен прекъсвател, всеки тест за краткосрочно прекъсване в момента струва около 10,000 китайски юана. Изпълняването на прекомерно количество тестове води до високи разходи и не е необходимо.

Дали по-висок брой успешни прекъсвания означава по-добро прекъсващо качество? Това е друга честа грешка. Ключовата точка в тестовете за краткосрочно прекъсване на вакуумни прекъсватели е в първите десет операции. Ако прекъсвателят успешно прекъсне зададения ток в първите десет теста, неговото последващо изпълнение обикновено е надеждно. Статистически данни от типови тестове показват, че вероятността за неуспех е най-висока в първите десет прекъсвания и постепенно намалява с увеличаването на броя на прекъсванията. След 30 прекъсвания, вероятността за неуспех в последващи тестове е почти нула. Следователно, способността да прекъсва 30 пъти не означава, че не може да прекъсва 50 – просто означава, че допълнителни тестове не са необходими.

По отношение на механическия живот на вакуумни прекъсватели, няма нужда от прекомерно високи изисквания. Клас M1 изначално не е по-малко от 2,000 операции, а клас M2 е само 10,000. Сега, производителите се съревновават в механически живот – един твърди 25,000, друг твърди 100,000. В процеса на поканата за оферти, участниците сравняват стойностите на механическия живот, което е безсмислено за вакуумни прекъсватели за разпределение. Но в специфични приложения, като често свързвање на двигатели, дуговни печове или автоматични компенсиращи вериги, контактните ключове са по-подходящи (SF6 прекъсвателите се използват обикновено за свързване на средно напрежение компенсиращи вериги). Контактните ключове имат механичен и електричен живот, надхвърлящ един милион операции (техният електричен живот се измерва с прекъсване на номинален ток, а не на краткосрочен ток). Няма нужда да се съревновават по механически живот в прекъсвателите.

04 Прекомерни изисквания за други електрически параметри

Краткосрочната издърживащата способност на прекъсвателя се отнася до способността му да издържа термичния стрес на краткосрочния ток при дефект. Това не е същото като температурно възход. Температурното възход се измерва, като се пропуска номинален или зададен ток през прекъсвателя за дълго време и се гарантира, че температурното възход на различни точки не надхвърля зададените граници. Краткосрочната издърживащата способност на прекъсвателя обикновено се тестира за 3 секунди.

В рамките на това време, топлината, генерирана от краткосрочния ток, не трябва да повреди прекъсвателя. Термична издърживащата способност за 3 секунди е достатъчна. Причината е, че след краткосрочния ток, временният защитен механизм може да включва намерена забава, за да се гарантира селективността. За временна защита, 0.5 секунди забава между съседни прекъсватели гарантира селективност. Ако прекъсвателите са на две нива, забавата е 1 секунда; ако на три нива, забавата е 1.5 секунди. Термична издърживащата способност за 3 секунди вече е достатъчна. Но някои потребители или проектиращи настояват за термична издърживащата способност за 5 секунди, което наистина не е необходимо.

По време на затварянето на прекъсвателя, движещите и неподвижните контакти може да подскокнат. Ако времето на подскачане е твърде дълго или асинхронността при затваряне на три фази е голяма, може да се появи пробив и повторно затваряне между контактите. Повторното затваряне причинява зареждане-разтоварване в веригата, увеличавайки стръмността и амплитудата на надвoltage. Това надвoltage се нарича контактно повторно затваряне надвoltage.

Неговата опасност може дори да надхвърли надвoltage на прекъсване на тока на вакуумни прекъсватели, заплашвайки изолацията на обиколките на трансформаторите и двигателите. Следователно, времето на подскачане на контактите и асинхронността на три фази не трябва да надхвърля 2мс. Параметрите на съвременните прекъсватели са произведени, за да отговарят на това изискване. Но някои потребители искат стойности под 2мс, дори изискват не повече от 1мс, което надхвърля текущите технически възможности.

05 Отрицателни въпроси, причинени от прекомерно висок първоначален ток на вакуумни прекъсватели

Първоначалният номинален ток за вакуумни прекъсватели със средно напрежение е 630А. В момента някои производители вече не произвеждат версии с 630А, и минималният първоначален ток е увеличен до 1250А. Това е свързано с производството на вакуумни прекъсватели. Но това води до редица отрицателни последствия. Поради прекомерно висок първоначален ток на вакуумни прекъсватели, вакуумните прекъсватели, събрани с тези прекъсватели, трябва да съответстват на тока на прекъсвателя.

Резултатът е, че всички свързани компоненти – като колони, вставки на колоните и неподвижни контакти в апаратурата – трябва да съответстват на тока на прекъсвателя. Това води до сериозна загуба на цветни метали в повечето случаи. Например, 12кВ вакуумен прекъсвател може да доставя само 1000кВА трансформатор, чийто 10кВ страна има номинален ток само 57.7А. Но тъй като вакуумният прекъсвател стартира с 1250А, прекъсвателят трябва да бъде с номинален ток 1250А. Следователно, всички принадлежности на прекъсвателя трябва да имат номинален ток поне 1250А, и неподвижните контакти в апаратурата също трябва да имат номинален ток поне 1250А, което води до значителна загуба на цветни метали.

По-лошо, потребителите или проектиращите настояват, че токопроводната способност на главните проводници в апаратурата трябва да съответства на токопроводната способност на прекъсвателя – тоест, токопроводната способност на проводника е проектирана за 1250А. В действителност, способността от 60А е достатъчна, и ако минималният сечение на проводника премине динамичните и термични проверки, има значително място за спестяване на материали.