Vodnik za izbiro vakuumskih preklopnikov: Parametri in uporabe

I. Izbira vakuumskih preklopnikov

Vakuumski preklopniki bi morali biti izbrani glede na imenovano tok in imenovano strminjen tok, uporabljajoč dejansko kapaciteto električne mreže kot referenco. Bi se morale izogibati tendenci do uporabe prekomerno visokih varnostnih koeficientov. Prekomerno konzervativna izbira ne le vodi do neekonomičnega "prevelikega" (velik preklopnik za majhen obremenitev), ampak tudi vpliva na zmogljivost preklopnika pri prekinjanju majhnih induktivnih ali kapacitivnih tokov, kar lahko povzroči prekine prekorne pretokove.

Glede na relevantno literaturo približno 93,1% napajalnih vezij z napetostjo 10 kV v delujočih električnih mrežah v Kitajski ima imenovani tok 2000 A ali manj. Zato bi se morala izbira imenovanega delovnega toka osredotočiti predvsem na vrednosti 2000 A in pod. Izbor največjega strminjenega toka bi moral slediti zahtevam "Smernic za načrtovanje in obnavljanje mestne mreže", izogibajoč se slepemu gonjenju po prekomerno visokih varnostnih mejah.

Trenutno na kitajskem trgu so pogosto uporabljeni uvoženi blagovni znamki preklopnikov, kot so Schneider's HVX, ABB's VD4 in Siemens' 3AE serija. Domaca blagovne znamke vključujejo Changshu Switchgear's CV1, Shanglian's RMVS1 in Baoguang's ZN172 serija. Razlika v kakovosti med domačimi in uvoženimi blagovnimi znamkami je zdaj zanemarljiva.

II. Vakuumski preklopniki in njihove značilnosti

Preklopnik je preklopni element opremljen z posebnim odsevalnikom loka. Lahko zapre, nosi in prekine tok v normalnih pogoji vezije ter lahko zapre, nosi in prekine nepravilne pogoje vezije (npr. strminjenja) v določenih časovnih obdobjih. Ustreza električnim mrežam s frekvenco 50 Hz in napetostmi 3,6 kV in višje, uporabljen za vklop in izklop obremenitvenih tokov (običajno ne presegajo 4000 A), pretokov in imenovanih strminjenih tokov (običajno ne presegajo 63 kA).

Lahko se uporablja tudi za posebne namene, kot so preklopi neobremenjenih dolgih prenosnih linij, neobremenjenih transformatorjev, kondenzatorskih sklopov itd., ter nosi strminjene toke (običajno ne presegajo 63 kA) v določenih časovnih obdobjih (1s, 3s, 4s), kot tudi zapre na strminjene toke (običajno ne presegajo 160 kA). Mehanski življenjski čas preklopnikov je običajno 10.000 operacij, posebne modele pa dosežejo 30.000 ali 60.000 operacij. Ko je opremljen z permanentnim magnetnim gibanjem, lahko doseže do 100.000 operacij. Glede na CB1984-2014 je električni življenjski čas preklopnika 274 operacij.

Preklopniki običajno imajo zmogljivost avtomatskega ponovnega vklopa, omogočajo hitro obnovitev oskrbe z energijo po odstranitvi napaka in se običajno uporabljajo v ključnih aplikacijah. Vendar so preklopniki relativno dragi (zahtevajo ustrezen relayski ali mikroprocesorski zaščitni sistem), in njihov čas prekinitve napake je znotraj 80 ms (odvisen od časa odziva zaščitnega relaja, časa odpiranja preklopnika in časa loka). Hitrost prekinitve napakastih tokov je počasnejša kot pri preklopnih sklopov, zato zaščiteni elementi morajo imeti zadostno zmogljivost za kratično obdržanje toka.

III. Glavne uporabe preklopnikov

Preklopniki se glavno uporabljajo v industriji in rudarskih podjetjih, elektrarnah in preobrazovalnih postajah za sprejem, nadzor in zaščito električnih sistemov. Tipična konfiguracija (za primer 12 kV) sestavlja dva vhodna preklopnika in enega ali več izhodnih preklopnikov (glejte shemo). Tok vhodnih preklopnikov običajno ne presega 4000 A, strminjeni tok prekinta običajno ne presega 50 kA. Imenovani tok izhodnih preklopnikov običajno ne presega 1600 A, strminjeni tok prekinta običajno ne presega 40 kA.

IV. Kriteriji za izbiro preklopnikov

• Uporabite preklopnik, kadar nadzirate obremenitvene toke, ki presegajo 630 A.

• Uporabite preklopnik, kadar zaščitujete transformatorje z kapaciteto večjo od 1600 kVA na strani oskrbe.

• Uporabite preklopnik, kadar zaščitujete motorje z kapaciteto večjo od 1200 kW.

• Uporabite preklopnik, kadar preklopite kondenzatorske sklope.

• Uporabite poseben generatorji preklopnik, kadar zaščitujete generatore.

• Uporabite preklopnik, kadar zaščitujete električne vezije ali ključne elemente.

Primeri uporabe preklopnikov

V. Previdnost pri delovanju vakuumskih preklopnikov

Pri delovanju bi vzdrževanje vakuumskih preklopnikov moralo biti določeno glede na pogoje uporabe in pogostost delovanja. Za preklopnike z redkim delovanjem (letni operacije ne presegajo 1/5 mehanskega življenjskega časa) je dovolj ena rutinska pregleda letno v okviru mehanskega življenjskega časa. Za pogosto delujoče preklopnike bi število operacij med pregledi ne smelo presegati 1/5 mehanskega življenjskega časa.

Ko je pogostost delovanja zelo visoka ali ko se mehanski/električni življenjski čas bliža svojemu koncu, bi morali biti intervalidi med pregledi skrajšani. Pregled in prilagoditveni elementi vključujejo raven vakuma, pot, pot stikov, sinhronizacijo, hitrost odpiranja/zapiranja, kot tudi preglede glavnih komponent mehanizma, zunanje električne povezave, izolacijo in kontrolne pomozne stike za napajanje.

Pri delovanju vakuumskih preklopnikov bi se morali upoštevati naslednji problemi:

(1) Problem prekornih pretokov

Vakuumski preklopniki pogosto ustvarjajo visoke prekorne pretokove, ko prekinjajo majhne tokove, zlasti majhne induktivne tokove, kot so magnetizacijski toki transformatorjev, zaradi znatnega prekina. Poleg tega, ko prekinjajo kapacitivne tokove kondenzatorskih sklopov, je težko izogniti se ponovnemu zagnanju loka; ko se zagnane, lahko povzročijo prekorne pretokove ponovnega zagnanja. Zato bi morali biti nameščeni visoko zmogljivi metaloksidski prekorni zaščitni elementi ali RC (upornik-kondenzator) zaščitni sistemi.

(2) Nadzor integritete vakuma v prekinitvenem odsevalniku

Raven vakuma znotraj vakuumskih prekinitvenih odsevalnikov je običajno ohranjan med 10⁻⁴ in 10⁻⁶ Pa. S starostenjem odsevalnika in z nakopičenjem več operacij preklopanja ali zaradi zunanjih vplivov se raven vakuma postopoma poslabša. Ko pada pod kritično stopnjo, se zmogljivost prekinitve in dielektrična moč kompromitirata. Zato mora biti raven vakuma znotraj odsevalnika redno testirana med delovanjem.

(3) Nadzor noseča strmina stikov

Plosčice vakuumskih prekinitvenih odsevalnikov se postopoma nosijo po večkratnem prekidanju tokov. S povečanjem noseča strmina stikov se poveča pot stikov, kar vpliva na delovno pot gumena zavojnega cevca, značilno zmanjša njegov življenjski čas. Običajno je največja dopustna električna noseča strmina okoli 3 mm. Ko se kumulativna noseča strmina doseže ali preseže to vrednost, se zmogljivost prekinitve in vodljivost vakuumskih prekinitvenih odsevalnikov zmanjšata, kar kaže na konec njihovega življenjskega časa.

VI. Zaključek

Pri izbiri vakuumskih preklopnikov bi morali biti temeljito upoštevani dejanski pogoji oskrbe z energijo in resnični obremenitveni karakteristiki na strani obremenitve. Pravilna in racionalna izbira preklopnikov igra bistveno vlogo pri izboljšanju varnega in zanesljivega delovanja sistema.