Vacuüm Circuit Breaker Selectiehandleiding: Parameters & Toepassingen

I. Selectie van vacuümschakelaars

Vacuümschakelaars moeten worden geselecteerd op basis van de nominale stroom en de nominale korte-slagsstroom, met als referentie de werkelijke capaciteit van het elektriciteitsnet. Het is aan te raden om overmatig hoge veiligheidsfactoren te vermijden. Te voorzichtige selectie leidt niet alleen tot economisch ongunstige "oversizing" (grote schakelaar voor kleine belasting), maar beïnvloedt ook de prestaties van de schakelaar bij het onderbreken van kleine inductieve of capacitaire stromen, wat kan leiden tot stroomonderbrekingsoverspanningen.

Volgens relevante literatuur hebben ongeveer 93,1% van de 10kV voedingscircuits in operationele elektriciteitsnetten in China een nominale stroom van 2000A of minder. Daarom moet de selectie van de nominale werkingstroom zich voornamelijk richten op waarden van 2000A en lager. De selectie van de maximale korte-slagsstroom moet voldoen aan de eisen van de "Richtlijnen voor stedelijke netwerkplanning en -herstructurering", en overmatige veiligheidsmarges moeten worden vermeden.

Momenteel op de Chinese markt zijn veel gebruikte geïmporteerde merkschakelaars Schneider's HVX, ABB's VD4 en Siemens' 3AE-serie. Inheemse merken zijn Changshu Switchgear's CV1, Shanglian's RMVS1 en Baoguang's ZN172-serie. Het kwaliteitsverschil tussen inheemse en geïmporteerde merken is nu minimaal.

II. Vacuümschakelaars en hun kenmerken

Een schakelaar is een schakelapparaat uitgerust met een speciale boogverdelende kamer. Het kan stromen sluiten, dragen en onderbreken onder normale circuitomstandigheden, en kan stromen sluiten, dragen en onderbreken onder abnormale circuitomstandigheden (bijvoorbeeld kortsluitingen) binnen gespecificeerde tijdsperiodes. Het is geschikt voor elektriciteitsnetwerken met een frequentie van 50Hz en spanningenniveaus van 3,6kV en hoger, gebruikt om belastingsstromen (typisch niet meer dan 4000A), overbelastingsstromen en nominale korte-slagsstromen (typisch niet meer dan 63kA) aan en uit te schakelen.

Het kan ook in speciale toepassingen worden gebruikt om lege lange transmissielijnen, lege transformators, condensatorbanken, enz. aan en uit te schakelen, en om korte-slagsstromen (typisch niet meer dan 63kA) gedurende gespecificeerde tijdsduur (1s, 3s, 4s) te dragen, evenals om korte-slagsstromen (typisch niet meer dan 160kA) te sluiten. De mechanische levensduur van schakelaars is doorgaans 10.000 bedieningen, met speciale modellen die 30.000 of 60.000 bedieningen halen. Wanneer uitgerust met een permanente magneetactuator, kan het tot 100.000 bedieningen halen. Volgens CB1984-2014 is de elektrische levensduur van een schakelaar 274 bedieningen.

Schakelaars hebben doorgaans automatische herinschakelfuncties, waardoor de stroomvoorziening snel kan worden hersteld na storingverwijdering, en worden meestal gebruikt in cruciale toepassingen. Echter, schakelaars zijn relatief duur (vereist overeenkomstige relais- of microprocessor gebaseerde bescherming), en de tijd voor storingonderbreking ligt binnen 80ms (afhankelijk van de reactietijd van het beschermingsrelais, de schakeltijd van de schakelaar en de boogtijd). Hun snelheid bij het onderbreken van storingen is langzamer dan die van schakelinstallaties, waardoor de beschermd apparatuur voldoende korte-tijd doorlaatstroomcapaciteit moet hebben.

III. Hoofdtoepassingen van schakelaars

Schakelaars worden voornamelijk gebruikt in industriële en mijnbouwbedrijven, elektriciteitscentrales en transformatorstations voor het ontvangen, regelen en beschermen van elektriciteitsystemen. Een typische configuratie (met 12kV als voorbeeld) bestaat uit twee ingaande schakelaars en één of meer uitgaande schakelaars (zie diagram). De ingaande schakelaarstroom is doorgaans niet meer dan 4000A, met een korte-slagsonderbrekingstroom die doorgaans niet meer dan 50kA bedraagt. De nominale stroom van uitgaande schakelaars is doorgaans niet meer dan 1600A, met een korte-slagsonderbrekingstroom die doorgaans niet meer dan 40kA bedraagt.

IV. Selectiecriteria voor schakelaars

• Gebruik een schakelaar bij het regelen van belastingsstromen die 630A overschrijden.

• Gebruik een schakelaar bij het beschermen van transformators met een capaciteit groter dan 1600kVA aan de energieleveringsside.

• Gebruik een schakelaar bij het beschermen van motoren met een capaciteit groter dan 1200kW.

• Gebruik een schakelaar bij het schakelen van condensatorbanken.

• Gebruik een specifieke generator-schakelaar bij het beschermen van generatoren.

• Gebruik een schakelaar bij het beschermen van elektriciteitslijnen of cruciale apparatuur.

Toepassingvoorbeelden van schakelaars

V. Voorzorgsmaatregelen tijdens het gebruik van vacuümschakelaars

Tijdens het gebruik moet de onderhoudsfrequentie van vacuümschakelaars worden bepaald op basis van de gebruiksomstandigheden en de frequentie van gebruik. Voor schakelaars met weinig bedieningen (jaarlijkse bedieningen niet meer dan 1/5 van de mechanische levensduur) is een jaarlijkse routine-inspectie voldoende binnen de mechanische levensduur. Voor vaak gebruikte schakelaars moet het aantal bedieningen tussen inspecties niet meer dan 1/5 van de mechanische levensduur bedragen.

Bij uiterst hoge gebruiksfrequentie of wanneer de mechanische/electrische levensduur naderend einde is, moeten de inspectie-intervallen worden verkort. Inspectie- en aanpassingsitems omvatten vacuüm-niveau, reisafstand, contactreis, synchronisatie, openings/sluitingsnelheid, evenals controles op belangrijke componenten van het bedieningsmechanisme, externe elektrische verbindingen, isolatie en controlekrachtvoorziening auxiliaire contacten.

De volgende punten moeten worden opgemerkt tijdens het gebruik van vacuümschakelaars:

(1) Overspanningsproblemen

Vacuümschakelaars produceren vaak hoge overspanningen bij het onderbreken van kleine stromen, vooral kleine inductieve stromen zoals transformator-magnetiseringsstromen, vanwege significante stroomonderbreking. Bovendien, bij het onderbreken van capacitaire stromen van condensatorbanken, is het moeilijk om boogherontsteking te vermijden; zodra herontsteking optreedt, kan dit herontstekings-overspanningen veroorzaken. Daarom moeten er high-performance metaloxide overspanningsbeveiligingen of RC (resistor-capacitor) beschermingsapparaten worden geïnstalleerd voor bescherming.

(2) Monitoring van het vacuüm in de onderbrekerkamer

Het vacuüm-niveau binnen de vacuüm-onderbreker wordt doorgaans gehandhaafd tussen 10⁻⁴ en 10⁻⁶ Pa. Naarmate de onderbreker ouder wordt en meer schakelbewegingen maakt, of door externe invloeden, verslechtert het vacuüm-niveau geleidelijk. Zodra het daalt onder een kritische drempel, worden de onderbrekingscapaciteit en de diëlektrische sterkte aangetast. Daarom moet het vacuüm-niveau binnen de onderbreker regelmatig worden getest tijdens het gebruik.

(3) Monitoring van contactversleten

De contactoppervlakken van de vacuüm-onderbreker slijten geleidelijk na meerdere stroomonderbrekingen. Naarmate het contactversleten toeneemt, neemt de contactreis toe, wat op zijn beurt de werkingsslag van de bellow verhoogt, waardoor de levensduur aanzienlijk afneemt. Doorgaans is de maximale toegestane elektrische slijtage ongeveer 3mm. Wanneer de cumulatieve slijtage deze waarde bereikt of overschrijdt, verslechteren zowel de onderbrekingsprestaties als de geleidbaarheid van de vacuüm-onderbreker, wat het einde van de levensduur aangeeft.

VI. Conclusie

Bij de selectie van vacuümschakelaars moet volledig rekening worden gehouden met de werkelijke energievoorzieningsomstandigheden en de echte belastingskenmerken aan de belastingside. Correcte en rationele selectie van schakelaars speelt een belangrijke rol in het verbeteren van de veilige en betrouwbare werking van het systeem.