Nasıl Doğru Şekilde Vakum Kesici Seçilir?
01 Önsöz
Orta gerilim sistemlerinde, devre kesiciler ayrılmaz birincil bileşenlerdir. Vakumlu devre kesiciler yerel piyasayı egeliyor. Bu nedenle, doğru elektriksel tasarım vakumlu devre kesicilerin doğru seçilmesinden ayrılabilir. Bu bölümde, vakumlu devre kesicilerin nasıl doğru seçileceği ve seçimlerindeki yaygın yanlış anlaşılmaları ele alacağız.
02 Kısa Devre Akımını Kesme Kapasitesi Çok Yüksek Olması Gerekmez
Bir devre kesicinin kısa devre akım kesme kapasitesi çok yüksek olmasa da, gelecekteki şebeke kapasitesi genişlemesine bağlı olarak artan kısa devre akımlarına uyum sağlayacak bir marj olmalıdır. Ancak, gerçek elektriksel tasarımda, devre kesicilerin seçilen kesme kapasiteleri genellikle çok yüksektir.
Örneğin, 10kV sistemler içindeki son kullanıcı transformator istasyonlarında, ana hat kısa devre akımı çoğunlukla 10kA civarındadır ve daha büyük kapasiteli sistemlerde 16kA'ya kadar ulaşabilir. Bununla birlikte, elektriksel tasarım çizimlerinde, vakumlu devre kesicilerin kesme kapasitesi sıklıkla 31.5kA veya hatta 40kA olarak belirtilir. Bu kadar yüksek kesme kapasitesi gereksiz yatırım anlamına gelir. Yukarıdaki durumlarda, 20kA veya 25kA kesme kapasitesi yeterli olacaktır. Ancak şu anda, 31.5kA kesme kapasitesine sahip vakumlu devre kesiciler talep gösterecek ve toplu üretim yaparak üretim maliyetleri düşecek, bu da daha yaygın kullanım sağlayacaktır.
Elektriksel tasarımda, hesaplanan kısa devre akımları genellikle daha yüksektir. Nedeni, hesaplama sırasında döngü devresindeki sistem impedansı ve temas direnci genellikle ihmal edilmesidir. Tabii ki, devre kesicilerin kesme kapasitesi en yüksek olası kısa devre akımı temelinde seçilmelidir. Ancak, kısa devre koruma ayar değeri en yüksek kısa devre akımı temelinde olmamalıdır.
Bu, kısa devreler sırasında genellikle ark oluşur ve ark direnci çok yüksektir. Tasarımda, kısa devreler saf metalli üç fazlı kısa devre olarak kabul edilir, arka ve temas direnci olmadığı varsayılır. Gerçek hata istatistiklerinde, kısa devrelerin %80'den fazlası tek fazlıdır ve kısa devre olayları sırasında neredeyse her zaman ark vardır. Sonuç olarak, gerçek kısa devre akımı ideal hesaplanan değerden çok daha düşüktür.
Koruma ayar değeri çok yüksekse, koruma hassasiyetini azaltır veya anlık korumanın çalışmasını engeller. Mühendislik uygulamasında, sorun genellikle devre kesicinin kesememesi değil, aşırı ayar değerlerine bağlı olarak koruma unsurlarının etkinleşmemesidir. Yolcasına, saf metalli üç fazlı kısa devreler nadiren görülür—genellikle bakım sonrası yerleştirici kablolar çıkarılmadan devre kesicisi kapatıldığında gerçekleşir. Ancak, yerleştirme genellikle yerleştirici anahtarlardan veya yerleştirici trollelerden yapıldığından ve kilitleme fonksiyonları olduğundan, saf metalli kısa devreler oldukça olası değildir.
Elektriksel inşaat çizimlerinde, ana giriş devre kesicisinin kesme kapasitesinin besleyici devre kesicilerden bir seviye daha yüksek olması yaygındır. Bu gerekli değildir. Ana kesiciler ana hat kısa devre hatalarını, besleyici kesiciler ise kendi devrelerindeki hataları yönetir. Ancak, bir besleyici kesicinin yük tarafında, ana hattın yakınlığından dolayı, kısa devre akımı ana hat kısa devre akımından çok farklı değildir. Bu nedenle, ana ve besleyici kesicilerin kesme kapasiteleri aynı olmalıdır.
03 Elektriksel ve Mekanik Hayat Gereksinimleri Çok Yüksek Olması Gerekmez
Burada bahsedilen elektriksel hayat, belirli aralıklarla nominal veya kısmi yük akımı altında devre kesicinin açma-kapanma sayısını ifade etmez, ancak bakım gerektirmeden kısa devre akımını kesme sayısıdır. Bu sayı için ulusal bir standart yoktur. Genellikle, üreticiler 30 kez kesme için tasarlar. Bazı üreticilerin ürünleri 50 kez kesme yapabilir. Kullanıcı projelerinin ihale belgelerinde, kısa devre kesme sayısına yönelik aşırı yüksek gereksinimler sıkça görülür. Örneğin, bir ihale belgesi 12kV hat koruma vakumlu devre kesicisinin nominal kısa devre akımını 100 kez kesmesini, mekanik hayatını 100.000 işlem ve nominal akım kesme 20.000 kez olarak belirtmiştir—bu gereksinimler mantıklı değildir.
Çok yüksek sayıda kısa devre kesme gerekli değildir. Kısa devre hatası ciddi bir elektriksel olaydır. Her bir olayın ciddi bir kazaymış gibi değerlendirilmesi ve tekrarlanmasını önlemek için kök neden analizi ve düzeltici eylemler yapılması gerekir. Bu nedenle, bir devre kesicinin etkin hizmet süresi boyunca kısa devre hatalarını birkaç kez keser. Sistem voltajı ne kadar yüksek olursa, kısa devrelerin neden olduğu hasar o kadar fazla olur, ancak meydana gelme olasılığı düşük olur. Bu nedenle, 30 kısa devre hatasını kesmeyi sağlayabilen bir orta gerilim devre kesicisi yeterlidir. Kısa devre kesme tip testleri pahalıdır. 12kV vakumlu devre kesicisi için, her kısa devre kesme testi şu anda yaklaşık 10.000 CNY'ye mal olmaktadır. Aşırı sayıda test yapılması yüksek maliyetler doğurur ve gereksizdir.
Daha yüksek sayıda başarılı kesme, daha iyi kesme yeteneği mi demektir? Bu başka bir yaygın yanlış anlaşılmadır. Vakumlu devre kesicilerin kısa devre kesme testlerinde ilk on işlem çok önemlidir. Kesicinin ilk on testte belirlenen akımı başarıyla kesmesi durumunda, sonraki performansı genellikle güvenilirdir. Tip testlerinden elde edilen istatistiksel verilere göre, ilk on kesmede başarısızlık olasılığı en yüksektir ve kesme sayısının artmasıyla birlikte azalır. 30 kesme sonrasında, sonraki testlerde başarısızlık olasılığı neredeyse sıfırdır. Bu nedenle, 30 kez kesme yapabilmek, 50 kez kesme yapamayacağı anlamına gelmez—sadece daha fazla testin gereksiz olduğunu gösterir.
Vakumlu devre kesicilerin mekanik hayatına yönelik gereksinimler aşırı yüksek olmasına gerek yoktur. M1 sınıfı orijinal olarak en az 2.000 işlem, M2 sınıfı ise sadece 10.000 işlem içermektedir. Şimdi, üreticiler mekanik hayat konusunda rekabet halindedir—bir tanesi 25.000, diğer bir tanesi 100.000 işlem iddia ediyor. İhale süreçlerinde, katılımcılar mekanik hayat değerlerini karşılaştırır, bu dağıtım amaçlı vakumlu devre kesiciler için anlamsızdır. Ancak, motorların, ark fırınların veya otomatik kondansatör telafi devrelerinin sık sık değiştirilmesi gibi özel uygulamalarda, vakumlu kontakterler daha uygun olabilir (orta gerilimli kondansatör bankalarını değiştirmek için genellikle SF6 devre kesiciler kullanılır). Kontakterlerin mekanik ve elektriksel hayatları bir milyondan fazla işlemi aşar (elektriksel hayatları, kısa devre akımı değil, nominal akım kesme ile ölçülür). Devre kesicilerde mekanik hayat üzerinde rekabet etmeye gerek yoktur.
04 Diğer Elektriksel Parametreler için Aşırı Gereksinimler
Devre kesicinin kısa süreli dayanma akımı, bir hatada kısa devre akımı tarafından üretilen termal stresi dayanma yeteneğini ifade eder. Bu, sıcaklık yükseltimi ile aynı değildir. Sıcaklık yükseltimi testi, devre kesiciden uzun süre nominal veya belirli bir akım geçirilerek, çeşitli noktalardaki sıcaklık yükseltiminin belirli sınırları aşmamasını sağlar. Devre kesicinin kısa süreli dayanma akımı genellikle 3 saniye için test edilir.
Bu süre içinde, kısa devre akımı tarafından üretilen ısı devre kesicisini zarar vermeyecek düzeyde olmalıdır. 3 saniyelik termal dayanma yeteneği yeterlidir. Nedeni, kısa devre oluştuğunda, seçicilik sağlamak için kasıtlı bir gecikme olabilir. Zaman bazlı koruma için, komşu devre kesiciler arasında 0.5 saniyelik bir gecikme seçiciliği sağlar. Eğer devre kesiciler iki seviye farkla farklıysa, zıplama gecikmesi 1 saniye; üç seviye farkla farklıysa, 1.5 saniyedir. 3 saniyelik dayanma yeteneği zaten yeterlidir. Ancak bazı kullanıcılar veya tasarımcılar 5 saniyelik termal dayanma yeteneği talep eder, bu gerçekten gereksizdir.
Devre kesicinin kapanma sürecinde, hareketli ve sabit kontaktlar zıplayabilir. Eğer zıplama süresi çok uzunsa veya üç fazlı kapanma asenkronluğu büyükse, kontaktlar arasında kırılma ve yeniden yakılabilir. Yeniden yakılma, devrede bir şarj-boşaltım süreci oluşturur, overvoltajın eğimini ve amplitudunu artırır. Bu overvoltaj, kontakt yeniden yakılma overvoltajı olarak bilinir.
Bu tehlike, vakumlu devre kesicilerin akım kesme overvoltajını aşabilir ve transformatörlerin ve motorların sarım ara yalıtımını tehdit edebilir. Bu nedenle, kontakt zıplama süresi ve üç fazlı asenkronluğu 2ms'yi aşmamalıdır. Güncel devre kesicisi parametreleri bu gereksinime uygun şekilde üretilmektedir. Ancak bazı kullanıcılar 2ms'ten daha düşük değerler talep eder, hatta 1ms'ten daha az olmasını ister, bu güncel teknolojik yetenekleri aşar.
05 Vakum Kesicilerinin Çok Yüksek Başlangıç Akımı Nedeniyle Oluşan Negatif Sorunlar
Orta gerilim vakum kesicilerinin başlangıç nominal akımı 630A'dır. Şu anda, bazı üreticiler 630A versiyonlarını artık üretmiyor ve minimum başlangıç akımı 1250A'ya yükselmiştir. Bu, vakum kesicilerin üretimiyle ilgilidir. Ancak, bu bir dizi negatif sonuç getirir. Çünkü vakum kesicilerin başlangıç akımı çok yüksek olduğundan, bu kesicilerle monte edilmiş vakumlu devre kesiciler, kesicinin akım derecesine uymalıdır.
Sonuç olarak, tüm ilgili parçalar—pole sütunları, pole sütunlarındaki takma kontaktlar ve dağıtım panelindeki sabit kontaktlar—kesicinin akım derecesine uymalıdır. Bu, çoğu durumda kıymetli metal malzemelerin ciddi bir şekilde israfına yol açar. Örneğin, 12kV vakumlu devre kesicisi sadece 1000kVA'lık bir transformatörü besleyebilir, 10kV tarafındaki nominal akım sadece 57.7A'dır. Ancak, vakum kesicisinin başlangıç akımı 1250A olduğundan, devre kesicisi 1250A olarak derecelendirilmelidir. Sonuç olarak, kesicinin tüm aksesuarları en az 1250A nominal akım derecesine sahip olmalı ve dağıtım panelindeki sabit kontaktlar da en az 1250A nominal akım derecesine sahip olmalıdır, bu da kıymetli metal malzemelerin ciddi bir şekilde israfına neden olur.
Daha kötüsü, kullanıcılar veya tasarımcılar, dağıtım panelindeki ana iletkenlerin akım taşıma kapasitesinin devre kesicinin akım taşıma kapasitesine eşleşmesi gerektiğini isterler—yani, iletkenin akım taşıma kapasitesi 1250A olarak tasarlanır. Aslında, 60A kapasitesi yeterlidir ve devre iletkeninin en küçük kesiti dinamik ve termal istikrar kontrolünden geçerse, malzeme tasarrufu için önemli bir alan bulunmaktadır.
