Πώς να επιλέξετε Σωστά τους Διακόπτες Υποβαθμισμένης Τάσης;
01 Πρόλογος
Στα συστήματα μεσαίας τάσης, οι διακόπτες είναι απαραίτητα βασικά συστατικά. Οι διακόπτες κενού κυριαρχούν στην εσωτερική αγορά. Συνεπώς, η σωστή ηλεκτρική σχεδίαση είναι αδιαίρετη από την ορθή επιλογή διακόπτων κενού. Σε αυτή την ενότητα, θα συζητήσουμε πώς να επιλέξουμε σωστά διακόπτες κενού και τις κοινές παρεξηγήσεις στην επιλογή τους.
02 Η ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης δεν χρειάζεται να είναι υπερβολικά υψηλή
Η ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης ενός διακόπτη δεν χρειάζεται να είναι υπερβολικά υψηλή, αλλά πρέπει να έχει μια μικρή περιθώριο για να εξυπηρετήσει τη μελλοντική επέκταση της ικανότητας του δικτύου που μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του ρεύματος σύντομης σύνδεσης. Ωστόσο, στην πραγματική ηλεκτρική σχεδίαση, η επιλεγμένη ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης των διακόπτων κενού είναι συχνά υπερβολικά υψηλή.
Για παράδειγμα, στις μετατροπείς τελικών χρηστών σε συστήματα 10kV, το ρεύμα σύντομης σύνδεσης της μπάρας είναι συνήθως περίπου 10kA, και σε συστήματα μεγαλύτερης ικανότητας, μπορεί να φτάσει έως 16kA. Ωστόσο, στις σχεδιαστικές σχεδίες, η ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης των διακόπτων κενού συχνά καθορίζεται ως υψηλή ως 31.5kA, ή ακόμη και 40kA. Αυτή η υψηλή ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης οδηγεί σε απώλεια επενδύσεων. Στις παραπάνω περιπτώσεις, μια ικανότητα διακοπής 20kA ή 25kA θα ήταν επαρκής. Σήμερα, όμως, οι διακόπτες κενού με ικανότητα διακοπής 31.5kA είναι υψηλής ζήτησης και μαζικά παραγόμενοι, οδηγώντας σε μείωση του κόστους παραγωγής και τιμών, καθώς και σε ευρεία αποδοχή.
Στην ηλεκτρική σχεδίαση, τα υπολογισμένα ρεύματα σύντομης σύνδεσης είναι συνήθως στην υψηλότερη πλευρά. Ο λόγος είναι ότι συχνά αγνοούνται η αντίσταση του συστήματος και η αντίσταση επαφής στον κύκλο. Φυσικά, η ικανότητα διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης των διακόπτων πρέπει να επιλεγεί με βάση το μέγιστο πιθανό ρεύμα σύντομης σύνδεσης. Ωστόσο, η τιμή ρύθμισης προστασίας σύντομης σύνδεσης δεν πρέπει να βασίζεται στο μέγιστο ρεύμα σύντομης σύνδεσης.
Αυτό συμβαίνει επειδή συχνά παρουσιάζονται οι τόξοι κατά τη σύντομη σύνδεση, και η αντίσταση των τόξων είναι πολύ υψηλή. Στους υπολογισμούς σχεδίασης, η σύντομη σύνδεση θεωρείται ως καθαρά μεταλλική τριφασική σύντομη σύνδεση, υποθέτοντας ότι δεν υπάρχουν τόξοι και αντίσταση επαφής. Στα πραγματικά στατιστικά δεδομένα, πάνω από το 80% των συντομών συνδέσεων είναι μονοφασικές, και συνήθως υπάρχουν τόξοι κατά τη διάρκεια των συντομών συνδέσεων. Συνεπώς, το πραγματικό ρεύμα σύντομης σύνδεσης είναι πολύ χαμηλότερο από την ιδανική υπολογισμένη τιμή.
Εάν η τιμή ρύθμισης προστασίας είναι υπερβολικά υψηλή, μειώνει την ευαισθησία της προστασίας ή προκαλεί αποτυχία λειτουργίας της άμεσης προστασίας. Στην εργασιακή πρακτική, το πρόβλημα συνήθως δεν είναι ότι ο διακόπτης αποτυγχάνει να διακόψει, αλλά ότι το στοιχείο προστασίας αποτυγχάνει να ενεργοποιηθεί λόγω υπερβολικών τιμών ρύθμισης. Επιπλέον, οι καθαρά μεταλλικές τριφασικές συντομές συνδέσεις συμβαίνουν σπάνια—συμβαίνουν μόνο όταν οι γεωμετρικές συνδέσεις δεν αφαιρούνται μετά την διατήρηση πριν από την ενεργοποίηση του διακόπτη. Ωστόσο, η γεωμετρία συνήθως γίνεται μέσω γεωμετρικών στροφών ή γεωμετρικών βαγονιών, και υπάρχουν συνδυασμένες λειτουργίες, καθιστώντας τις καθαρά μεταλλικές συντομές συνδέσεις εξαιρετικά απίθανες.
Στις σχεδιαστικές σχεδίες, είναι συνηθές να βλέπουμε την ικανότητα διακοπής του κύριου εισερχόμενου διακόπτη να καθορίζεται ένα επίπεδο υψηλότερο από αυτή των διακόπτων εξόδου. Αυτό δεν είναι απαραίτητο. Ο κύριος διακόπτης αντιμετωπίζει συντομές συνδέσεις της μπάρας, ενώ οι διακόπτες εξόδου αντιμετωπίζουν συντομές συνδέσεις στους αντίστοιχους κύκλους τους. Ωστόσο, κοντά στην πλευρά φορτίου ενός διακόπτη εξόδου, λόγω της κοντινής τους απόστασης από τη μπάρα, το ρεύμα σύντομης σύνδεσης δεν διαφέρει σημαντικά από το ρεύμα σύντομης σύνδεσης της μπάρας. Συνεπώς, η ικανότητα διακοπής των κυρίων και των διακόπτων εξόδου πρέπει να είναι ίδια.
03 Η ηλεκτρική και η μηχανική ζωή δεν χρειάζεται να είναι υπερβολικά υψηλή
Η ηλεκτρική ζωή που αναφέρεται εδώ δεν αναφέρεται στον αριθμό των ανοίγματων και κλεισίμων υπό ρεύματα πλήρους ή μερικής φόρτησης σε καθορισμένα διαστήματα, αλλά στον αριθμό των διακοπών ρεύματος σύντομης σύνδεσης χωρίς να απαιτείται συντήρηση. Δεν υπάρχει εθνικό πρότυπο γι' αυτόν τον αριθμό. Συνήθως, οι κατασκευαστές σχεδιάζουν για 30 τέτοιες διακοπές. Κάποια προϊόντα κατασκευαστών μπορούν να αντιμετωπίσουν 50. Στα προσχέδια διαγωνισμών για έργα χρηστών, είναι συνηθές να βλέπουμε υπερβολικά υψηλές απαιτήσεις για τον αριθμό των διακοπών ρεύματος σύντομης σύνδεσης. Για παράδειγμα, ένας διαγωνισμός απαιτούσε από έναν 12kV διακόπτη προστασίας γραμμής να διακόψει το ρεύμα σύντομης σύνδεσης 100 φορές, με μηχανική ζωή 100.000 λειτουργιών και διακοπή ρεύματος πλήρους φόρτησης 20.000 φορές—αυτές οι απαιτήσεις είναι ανόητες.
Υπερβολικά υψηλοί αριθμοί διακοπών ρεύματος σύντομης σύνδεσης δεν είναι απαραίτητοι. Μια σύντομη σύνδεση είναι ένα μεγάλο ηλεκτρικό περιστατικό. Κάθε περίπτωση πρέπει να θεωρείται ως σοβαρό ατύχημα που απαιτεί ανάλυση της βαθιάς αιτίας και διορθωτικά μέτρα για να αποτραπεί η επανάληψη. Συνεπώς, κατά τη διάρκεια της ισχύουσας ζωής ενός διακόπτη, θα διακόψει ρεύματα σύντομης σύνδεσης μόνο λίγες φορές. Το υψηλότερο το επίπεδο τάσης, το μεγαλύτερο το προκαλούμενο ζημία, αλλά το χαμηλότερο το πιθανότητα εμφάνισης. Συνεπώς, ένας διακόπτης μεσαίας τάσης που μπορεί να διακόψει 30 ρεύματα σύντομης σύνδεσης είναι επαρκής. Οι δοκιμές τύπου για τη διακοπή ρεύματος σύντομης σύνδεσης είναι ακριβές. Για έναν 12kV διακόπτη κενού, κάθε δοκιμή διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης κοστίζει περίπου 10.000 RMB. Η διεξαγωγή υπερβολικών δοκιμών είναι ακριβή και αναγκαία.
Σημαίνει ότι ένας υψηλότερος αριθμός επιτυχών διακοπών σημαίνει καλύτερη ικανότητα διακοπής; Αυτό είναι άλλη μια κοινή παρεξήγηση. Το κλειδί στις δοκιμές διακοπής ρεύματος σύντομης σύνδεσης διακόπτων κενού βρίσκεται στις πρώτες δέκα λειτουργίες. Όσον αφορά τον διακόπτη, αρκεί να διακόψει επιτυχώς το καθορισμένο ρεύμα στις πρώτες δέκα δοκιμές, και η επόμενη απόδοσή του είναι συνήθως αξιόπιστη. Στατιστικά δεδομένα από δοκιμές τύπου δείχνουν ότι η πιθανότητα αποτυχίας είναι υψηλότερη κατά τις πρώτες δέκα διακοπές και μειώνεται σταδιακά με τον αυξανόμενο αριθμό διακοπών. Μετά από 30 διακοπές, η πιθανότητα αποτυχίας σε επόμενες δοκιμές είναι σχεδόν μηδενική. Συνεπώς, η δυνατότητα να διακόψει 30 φορές δεν σημαίνει ότι δεν μπορεί να διακόψει 50—απλώς σημαίνει ότι περαιτέρω δοκιμές δεν είναι αναγκαίες.
Σχετικά με τη μηχανική ζωή των βακουόμετρων διασπαστών, δεν υπάρχει ανάγκη για εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις. Η κλάση M1 είναι αρχικά όχι λιγότερες από 2.000 λειτουργίες, ενώ η κλάση M2 είναι μόνο 10.000. Τώρα, οι κατασκευαστές ανταγωνίζονται στη μηχανική ζωή—ο ένας ισχυρίζεται 25.000, ο άλλος 100.000. Στις διαδικασίες δημοπρασιών, οι συμμετέχοντες συγκρίνουν τις τιμές της μηχανικής ζωής, που είναι άσκοπο για βακουόμετρα διασπαστών που χρησιμοποιούνται σε διανομή. Ωστόσο, σε συγκεκριμένες εφαρμογές όπως συχνή σύνδεση κινητήρων, θηριακών φούρνων ή αυτόματων κατανεμητών καπασιτόρων, τα επαφοφόρα βακουόμετρα είναι πιο κατάλληλα (οι διασπάστες SF6 χρησιμοποιούνται συνήθως για την σύνδεση μεσαίων ρεύματος καπασιτόρων). Τα επαφοφόρα έχουν μηχανική και ηλεκτρική ζωή πάνω από ένα εκατομμύριο λειτουργίες (η ηλεκτρική τους ζωή μετριέται με την διάρρηξη ρεύματος πλήρους τάσης, όχι με την διάρρηξη ρεύματος σύντομης σύνδεσης). Δεν υπάρχει ανάγκη να ανταγωνιστούν στη μηχανική ζωή των διασπαστών.
04 Υπερβολικές Απαιτήσεις για Άλλους Ηλεκτρικούς Παραμέτρους
Η σύντομη αντοχή σε ρεύμα ενός διασπάστη αναφέρεται στην ικανότητα του να αντέχει τον θερμικό στρες του ρεύματος σύντομης σύνδεσης κατά την εμφάνιση σφάλματος. Αυτό δεν είναι το ίδιο με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η δοκιμή αύξησης θερμοκρασίας περιλαμβάνει την πέραση του ρεύματος πλήρους τάσης ή καθορισμένου ρεύματος μέσω του διασπάστη για μεγάλο χρονικό διάστημα και εξασφαλίζει ότι η αύξηση της θερμοκρασίας σε διάφορα σημεία δεν υπερβαίνει τους καθορισμένους ορίους. Η σύντομη αντοχή σε ρεύμα ενός διασπάστη δοκιμάζεται συνήθως για 3 δευτερόλεπτα.
Κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου, η θερμότητα που παράγεται από το ρεύμα σύντομης σύνδεσης δεν πρέπει να καταστρέψει τον διασπάστη. Μια θερμική αντοχή 3 δευτερόλεπτα είναι επαρκής. Ο λόγος είναι ότι μετά την εμφάνιση σύντομης σύνδεσης, η χρονοποιημένη προστασία μπορεί να περιλαμβάνει εκτελεσματική καθυστέρηση για να εξασφαλίσει την επιλεξιμότητα. Για την χρονοποιημένη προστασία, μια καθυστέρηση 0,5 δευτερόλεπτα μεταξύ γειτονικών διασπαστών εξασφαλίζει την επιλεξιμότητα. Εάν οι διασπάστες διαφέρουν κατά δύο επίπεδα, η καθυστέρηση είναι 1 δευτερόλεπτο· εάν κατά τρία επίπεδα, 1,5 δευτερόλεπτα. Μια αντοχή 3 δευτερόλεπτα είναι ήδη επαρκής. Ωστόσο, κάποιοι χρήστες ή σχεδιαστές επιμένουν σε μια 5-δευτερολεπτιαία θερμική αντοχή, που είναι πραγματικά αναγκαία.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνδεσης ενός διασπάστη, τα κινητά και σταθερά επαφών μπορεί να ριχτούν. Εάν ο χρόνος ρίξης είναι πολύ μεγάλος ή η τριφασική σύγχρονη σύνδεση είναι μεγάλη, μπορεί να προκληθεί διάρρηξη και ανασύνδεση μεταξύ των επαφών. Η ανασύνδεση προκαλεί μια διαδικασία φόρτισης-ξεφόρτισης στο πλάνο, αυξάνοντας την ένταση και την αμπλιτούδα της υπερτάσης. Αυτή η υπερτάση είναι γνωστή ως υπερτάση ανασύνδεσης επαφών.
Η επικινδυνότητά της μπορεί ακόμη και να υπερβεί την υπερτάση διάρρηξης ρεύματος των βακουόμετρων διασπαστών, απειλώντας την μεταξύ τουρνάκιων αμπελώση των τρανσφορματόρων και των κινητήρων. Επομένως, ο χρόνος ρίξης των επαφών και η τριφασική ασυγχρονία δεν πρέπει να υπερβαίνουν 2 ms. Οι παράμετροι των τρέχοντων διασπαστών κατασκευάζονται για να επιτυγχάνουν αυτή την απαίτηση. Ωστόσο, κάποιοι χρήστες απαιτούν τιμές κάτω από 2 ms, ακόμη και λιγότερες από 1 ms, που υπερβαίνει τις τρέχουσες τεχνικές δυνατότητες.
05 Αρνητικά Θέματα Λόγω Υπερβολικά Υψηλού Ρεύματος Έναρξης των Βακουόμετρων Διασπαστών
Το ρεύμα έναρξης για μεσαίου ρεύματος βακουόμετρα διασπαστών είναι 630A. Σήμερα, κάποιοι κατασκευαστές δεν παράγουν πλέον εκδόσεις 630A, και το ελάχιστο ρεύμα έναρξης έχει αυξηθεί σε 1250A. Αυτό σχετίζεται με την κατασκευή των βακουόμετρων διασπαστών. Ωστόσο, φέρνει μια σειρά αρνητικών συνεπειών. Λόγω του υψηλού ρεύματος έναρξης των βακουόμετρων διασπαστών, οι βακουόμετροι διασπαστές που συναρμολογούνται με αυτά τα διασπάστη πρέπει να ταιριάζουν με την τάξη ρεύματος του διασπάστη.
Ως αποτέλεσμα, όλα τα συναφή συστατικά—όπως τα στήλες πόλων, οι επαφές προσάρτησης στις στήλες πόλων, και οι σταθερές επαφές στα στοιχεία σύνδεσης—πρέπει επίσης να ταιριάζουν με την τάξη ρεύματος του διασπάστη. Αυτό οδηγεί σε σοβαρή απώλεια μη-σίδερων μετάλλων σε περισσότερες περιπτώσεις. Για παράδειγμα, ένας 12kV βακουόμετρος διασπάστη μπορεί να εφοδιάζει μόνο έναν 1000kVA τρανσφορματή, το ρεύμα του οποίου στην 10kV πλευρά είναι μόνο 57,7A. Ωστόσο, καθώς το βακουόμετρο διασπάστη ξεκινά σε 1250A, ο διασπάστης πρέπει να είναι τάξης 1250A. Συνεπώς, όλα τα αξεσουάρ του διασπάστη πρέπει να έχουν τάξη ρεύματος τουλάχιστον 1250A, και οι σταθερές επαφές στα στοιχεία σύνδεσης πρέπει επίσης να είναι τάξης ρεύματος τουλάχιστον 1250A, οδηγώντας σε σημαντική απώλεια μη-σίδερων μετάλλων.
Επιπλέον, οι χρήστες ή οι σχεδιαστές επιμένουν ότι η ικανότητα φορτίου των κυρίων ηλεκτροδιαγωγών στα στοιχεία σύνδεσης πρέπει να ταιριάζει με αυτή του διασπάστη—δηλαδή, η ικανότητα φορτίου της ηλεκτροδιαγωγής σχεδιάζεται για 1250A. Στην πραγματικότητα, μια ικανότητα 60A είναι επαρκής, και όσο το ελάχιστο μέγεθος της ηλεκτροδιαγωγής περνάει τις δοκιμές δυναμικής και θερμικής σταθερότητας, υπάρχει σημαντικός χώρος για οικονομία υλικών.
