Kako tačno izabrati vakuumski prekidače

01 Uvod

U srednjenskim sistemima, prekidači su nezamenljivi primarni komponenti. Vakuumski prekidači dominiraju na domaćem tržištu. Stoga je tačno električno projektovanje neodvojivo od pravog izbora vakuumskih prekidača. U ovom odeljku razgovarati ćemo o tome kako pravilno izabrati vakuumski prekidač i o čestim nesporazumima u njihovom biranju.

02 Prekidna snaga za strujni prekid ne mora biti previsoka

Prekidna snaga prekidača za strujni prekid ne mora biti previsoka, ali treba da ima neki margine kako bi se prilagodila budućem proširenju kapaciteta mreže koje može dovesti do povećanja strujnog preklapa. Međutim, u stvarnom električnom projektovanju, izabrana prekidna snaga prekidača često je previsoka. 

Na primer, u transformatornim postajama krajnjih korisnika unutar 10kV sistema, strujni prekid na busbarskoj crti najčešće iznosi oko 10kA, a u sistemima veće kapaciteta može doseći do 16kA. Ipak, u crtežima električnog projektovanja, prekidna snaga vakuumskih prekidača često je navedena kao visoko do 31.5kA, ili čak 40kA. Takva visoka prekidna snaga dovodi do nepotrebnog ulaganja. U gornjim slučajevima, prekidna snaga od 20kA ili 25kA bi bila dovoljna. Trenutno, međutim, vakuumski prekidači sa prekidnom snagom od 31.5kA imaju veliku potražnju i masovnu proizvodnju, što dovodi do smanjenja troškova proizvodnje i cijene, te postaju široko prihvaćeni.

U električnom projektovanju, izračunate strujne preklopi su obično na višoj strani. Razlog je taj što se impedansa sistema i kontaktne otporne u krugu često zanemaruju tokom izračunavanja. Naravno, prekidna snaga prekidača mora biti izabrana na osnovu maksimalnog mogućeg strujnog preklapa. Međutim, postavka zaštite od strujnog preklapa ne bi trebalo da se temelji na maksimalnom strujnom preklapu. 

Ovo je zato što se tijekom strujnih preklapa često javljaju lukovi, a otpor luka je vrlo visok. U izračunavanjima projektovanja, strujni preklopi se tretiraju kao čisti metalni tri-fazni strujni preklopi, pretpostavljajući da nema luka i da nema kontaktne otporne. U stvarnim statistikama grešaka, preko 80% strujnih preklapa su jednofazni, a lukovi su gotovo uvijek prisutni tijekom događaja strujnih preklapa. Kao rezultat, stvarni strujni preklop je mnogo niži od idealno izračunate vrijednosti. 

Ako je postavka zaštite previsoka, to smanjuje osjetljivost zaštite ili dovodi do neuspeha trenutne zaštite. U inženjerskoj praksi, problem je često ne u tome što prekidač ne prekida, već u tome što element zaštite ne aktivira zbog previsokih postavki. Uz to, čisti metalni tri-fazni strujni preklopi rijetko se dešavaju—dešavaju se samo kada se zemljačke žice ne uklone nakon održavanja prije zatvaranja prekidača. Međutim, zemljanje se obično vrši putem zemljačkih prekidača ili zemljačkih vagoneta, a postoje interlok funkcije, što čini čiste metalne strujne preklope ekstremno nevjerojatnim.

U crtežima električne građevine, često se vidi da je prekidna snaga glavnog ulaznog prekidača navedena jednu razinu više nego prekidna snaga prekidača isporuke. To nije nužno. Glavni prekidač rukuje greškama strujnog preklapa na busbarskoj crti, dok prekidači isporuke rukuju greškama u svojim odgovarajućim krugovima. Međutim, bliže opterećenoj strani prekidača isporuke, zbog blizine busbarskoj crti, strujni preklop nije značajno različit od strujnog preklapa na busbarskoj crti. Stoga bi prekidne snage glavnog i prekidača isporuke trebale biti iste.

03 Električki i mehanički životni vijek ne mora biti previsoki

Električki život koji se ovdje spominje ne odnosi na broj otvaranja i zatvaranja prekidača pod nominalnom ili parcijalnom opterećenom strujom u određenim intervalima, već na broj prekida strujnog preklapa bez potrebe za održavanjem. Za ovaj broj ne postoji nacionalni standard. Obično proizvođači dizajniraju za 30 takvih prekida. Neki proizvođači proizvode mogu obraditi 50. U dokumentaciji za licitaciju korisničkih projekata, često se vide previsoke zahtjeve za broj prekida strujnog preklapa. Na primjer, jedan tender zahtijevao je da 12kV linija zaštitnog vakuumskog prekidača prekine nominalni strujni preklop 100 puta, s mehaničkim životnim vijekom od 100.000 radnji i prekidom nominalne struje 20.000 puta—ovi zahtjevi su nerazumni.

Previsoki broj prekida strujnog preklapa nije potreban. Strujni preklop je veliki električni incident. Svaki događaj treba tretirati kao ozbiljan nesrećni slučaj koji zahtijeva analizu uzroka i korektivne akcije kako bi se sprečilo ponavljanje. Stoga, tijekom efektivnog životnog vijeka prekidača, on će prekinuti strujne preklope samo nekoliko puta. Što je više napona sistema, to je veća šteta koju uzrokuju strujni preklopi, ali manja vjerojatnost pojavljivanja. Dakle, srednji-naponski prekidač sposoban za prekid 30 strujnih preklapa je dovoljan. Tip testiranja za prekid strujnog preklapa je skupo. Za 12kV vakuumski prekidač, svaki test prekida strujnog preklapa trenutno košta oko 10.000 RMB. Izvođenje prekomjernog broja testova dovodi do visokih troškova i nije potrebno.

Znači li viši broj uspješnih prekida bolju prekidnu sposobnost? To je još jedno često nesporazume. Ključ za testiranje prekida strujnog preklapa vakuumskih prekidača leži u prvih deset operacija. Ako prekidač uspješno prekine određenu struju u prvih deset testova, njegove nadaljnje performanse su općenito pouzdane. Statistički podaci tip testiranja pokazuju da je vjerojatnost greške najveća tijekom prvih deset prekida i postepeno opada s porastom broja prekida. Nakon 30 prekida, vjerojatnost greške u nadaljnjim testovima je skoro nula. Stoga, mogućnost prekida 30 puta ne znači da ne može prekinuti 50, već da daljnje testiranje nije potrebno.

Što se tiče mehaničkog životnog vijeka vakuumskih prekidača, nema potrebe za previsokim zahtjevima. M1 klasa je originalno barem 2.000 radnji, a M2 klasa je samo 10.000. Sada, proizvođači se natječu u mehaničkom životnom vijeku—jedan tvrdi 25.000, drugi 100.000. U procesu licitacije, sudionici upoređuju vrijednosti mehaničkog životnog vijeka, što je besmisleno za vakuumsku prekidača namijenjenog distribuciji. Međutim, u specifičnim primjenama poput česte prekidnice motora, lukove peći ili automatskih kondenzatorskih kompenzacijnih krugova, vakuumski kontaktori su prikladniji (SF6 prekidači se često koriste za prekid srednje-naponskih kondenzatorskih banki). Kontaktori imaju mehanički i električki život preko milijun radnji (njihov električki život mjeri se prekidom nominalne struje, a ne strujnog preklapa). Nema potrebe za natjecanjem u mehaničkom životnom vijeku prekidača.

04 Previsoki zahtjevi za druge električne parametre

Kratkotrajan otporni struja prekidača odnosi se na njegovu sposobnost da izdrži toplinsku stresu strujnog preklapa tijekom greške. Ovo nije isto što i porast temperature. Testiranje porasta temperature uključuje prolaz struje kroz prekidač duže vrijeme i osigurava da porast temperature na različitim mjestima ne premaši određene granice. Kratkotrajan otporni struja prekidača obično se testira 3 sekunde.

Unutar tog vremena, toplina generisana strujnim preklopom ne smije oštetiti prekidač. Trosekundni toplinski otporni kapacitet je dovoljan. Razlog je taj što, nakon pojavljivanja strujnog preklapa, vremenski slojevi zaštite mogu uključivati namjerno kašnjenje kako bi se osigurala selektivnost. Za vremensku zaštitu, kašnjenje od 0.5 sekundi između susjednih prekidača osigurava selektivnost. Ako prekidači razlikuju dva nivoa, kašnjenje otklapanja je 1 sekunda; ako tri nivoa, 1.5 sekundi. Trosekundni otporni kapacitet je već dovoljan. Međutim, neki korisnici ili dizajneri insistiraju na petosekundnom toplinskom otpornom kapacitetu, što je zaista nepotrebnog.

Tijekom zatvaranja prekidača, pomični i fiksni kontakti mogu odskočiti. Ako je vrijeme odskakanja predugo ili asinkronizam zatvaranja tri faze velik, može doći do proboda i ponovnog zapaljivanja između kontakata. Ponovno zapaljivanje dovodi do procesa nabijanja i razbijanja u krugu, povećavajući nagib i amplitudu prenapona. Taj prenapon se naziva prenapon ponovnog zapaljivanja kontakata.

Njegova opasnost može čak premašiti prenapon odsecanja struje vakuumskih prekidača, prijetići izolaciji medusa transformatora i motora. Stoga, vrijeme odskakanja kontakata i asinkronizam zatvaranja tri faze ne smije premašiti 2ms. Trenutni parametri prekidača proizvedeni su da zadovoljavaju ovaj zahtjev. Međutim, neki korisnici zahtijevaju vrijednosti manje od 2ms, čak i do 1ms, što premašuje trenutne tehničke mogućnosti.

05 Negativne posljedice previsokog početnog struja vakuumskih prekidaca

Početni nominalni struja za srednje-naponske vakuumskih prekidace je 630A. Trenutno, neki proizvođači više ne proizvode verzije od 630A, a minimalna početna struja se povećala na 1250A. To je povezano s proizvodnjom vakuumskih prekidaca. Međutim, to donosi niz negativnih posljedica. Zbog previsokog početnog struja vakuumskih prekidaca, vakuumski prekidači asamblirani s ovim prekidacima moraju odgovarati strujnom kapacitetu prekidaca. 

Kao rezultat, sve povezane komponente—poput stupova, kontakti na stupovima i fiksni kontakti u uređajima za prekid—moraju također odgovarati strujnom kapacitetu prekidaca. To dovodi do značajnog odbačaja neferoznih metala u većini slučajeva. Na primjer, 12kV vakuumski prekidač može snabdevati samo 1000kVA transformator, čiji nominalni struja na 10kV strani iznosi tek 57.7A. Međutim, budući da vakuumski prekidac počinje sa 1250A, prekidač mora biti ocijenjen na 1250A. Stoga, sve dodatke prekidača moraju imati nominalni struja od najmanje 1250A, a fiksni kontakti u uređaju za prekid također moraju biti ocijenjeni na najmanje 1250A, što dovodi do značajnog odbačaja neferoznih metala.

Gore od toga, korisnici ili dizajneri insistiraju da nosivost glavnih vodova u uređaju za prekid mora odgovarati prekidaču—dakle, nosivost voda je projektirana na 1250A. U stvari, kapacitet od 60A bi bio dovoljan, a ako minimalni presjek voda prođe dinamičke i toplinske stabilnosti, postoji značajan prostor za uštedu materijala.