Nøgleforskelle: IEEE vs IEC Vakuumbrydere

Forskelle mellem vakuumkredsløbsafbrydere, der overholder IEEE C37.04 og IEC/GB-standarder

Vakuumkredsløbsafbrydere, der er designet til at opfylde den nordamerikanske IEEE C37.04-standard, viser flere vigtige design- og funktionsforskelle i forhold til dem, der overholder IEC/GB-standarder. Disse forskelle skyldes primært sikkerheds-, service- og systemintegrationskrav i nordamerikanske skabningspraksisser.

1. Ufrigjort mekanisme (Anti-pumpning)

"Ufrigjort" mekanisme - funktionsmæssigt ligetilsvarende en anti-pumpningsfunktion - sikrer, at hvis et mekanisk udbrydelsessignal (ufrigjort) anvendes og vedligeholdes, før nogen lukkekommando (elektrisk eller manuel) gives, må afbryderen ikke lukkes, selv midlertidigt.

• Når et udbrydelsessignal initieres, skal de bevægelige kontakter returnere til og blive i fuldt åbent stilling, uanset fortsatte lukkekommandoer.

• Denne mekanisme kan kræve frigivelse af lagret fjederenergi under drift.

• Kontaktbevægelsen under denne proces må dog ikke reducere kontaktspændingen med mere end 10%, og heller ikke kompromittere dielektriske standbyegenskaber. Kontakterne skal forblive i en fuldstændig isoleret, åben tilstand.

• Både elektriske og mekaniske låsninger skal forhindre lukning under disse forhold.

Implementeringsmetoder:

• Elektrisk låsning: En solenoide forhindrer lukning. Når udbrydelsesknappe (manuel eller elektrisk) trykkes, deenergiserer mikroswitch 1 (vist på figur 2) lukkebobinen. Samtidig udvider solenoidestangen for at blokere lukkeknappen mekanisk. Desuden lukker mikroswitch 2, indfører dens normalt åbne kontakt i række med lukkebobinens kredsløb, hvilket forhindrer elektrisk lukning.

• Alternativ mekanisk design: Lukkeknappen kan trykkes, men den lagrede energi i fjederen frigives i luften (dvs. ingen last), i stedet for at blive overført til hovedskakten for at lukke vakuumafbryderen. Dette sikrer sikkerhed, mens det tillader mekanisk aktivering uden faktisk lukning.

2. Automatisk fjederudladelser (ASD)

ASD (Automatisk Fjederudladning) er en kritisk sikkerhedsforpligtelse ifølge IEEE-standarderne. Det pålægger, at kredsløbsafbryderen ikke må være i en opladet (fjederenergiseret) tilstand, når den placeres ind eller ud af sin kompartment - enten ved at flytte fra test- til serviceposition, eller ved at trække ud eller sætte ind i skabningskabinet.

• Dette forhindrer personale i at blive udsat for højenergifjedermekanismer under håndtering, hvilket eliminerer risikoen for uheldig energifrigivelse.

• Derfor skal afbryderen være åben og uopladet, før placeringsoperationer kan begynde.

• En dedikeret automatisk energifrigivningsmekanisme skal integreres for at sikre sikkert frigivelse af den lagrede fjederenergi under eller før trækning fra den forbundne position.

• Hvis energien frigives, før fjernelse, skal en yderligere elektrisk låsning forhindre automatisk genopladning af fjederen, så afbryderen forbliver sikker under vedligeholdelse.

Denne funktion forbedrer personalesikkerheden og passer til nordamerikanske sikkerhedsprotokoller for metalbeklædte skabninger.

3. MOC – Indikator for hovedkontaktstillinger (C37.20.2-7.3.6)

I modsætning til IEC/GB-afbrydere, hvor hjælpekontakter (f.eks. S5/S6), der angiver hovedkontaktstillinger, typisk monteres indeni afbryderens driftmekanismekomponent og direkte drevet af hovedskakten via en kobling (enkel og pålidelig), kræver IEEE-standarder, at Hoved-Åben/Hoved-Lukket (MOC) hjælpekontakter monteres indeni det faste skabningskomponent, ikke på selve afbryderen.

Formål med dette krav:

• Gør det muligt at teste sekundærsystem uden afbryder: Tillader teknikere at simulere afbryderens stilling (åben/lukket) ved hjælp af en testsonde eller simulator, hvilket gør det muligt at verificere beskyttelsesrelæ, styrekredsløb og signaleringssystemer - selv når afbryderen er fjernet fra kabinet.

• Støtter højstrømhjælpekredsløb: Ældre styresystemer krævede nogle gange højstrømsignalering (f.eks. >5A), som standardsekundære stikkontakter (typisk kategoriseret for 1,5 mm² ledning) ikke pålideligt kan bære. Faste MOC-kontakter gør det muligt at bruge tykkere ledninger indeni komponentet.

Designudfordringer:

• Afbryderens hovedskakt skal drevet faste MOC-switch i både test- og servicepositioner.

• En drevende kobling (monteret øverst, nederst eller på siden) skal overføre bevægelse fra den bevægende afbryder til den stationære switch.

• Dette kræver en bevægelig kobling i stedet for en rigid forbindelse, hvilket øger mekanisk kompleksitet.

• Pga. høje påvirkningskrefter under drift og potentielle justeringstolerancer, er pålidelighed og mekanisk holdbarhed kritiske.

• IEEE kræver minimum 500 mekaniske operationer for MOC-mekanismer, men i praksis skal de matche afbryderens fulde mekaniske levetid (ofte 10.000 operationer).

• Den tilføjede koblingsmasse kan påvirke luknings- og især åbningshastighed, så letvejtede, lav-inertiekomponenter er nødvendige for at minimere ydeevnen.

4. TOC – Test- og forbundne positionindikator (C37.20.2-7.3.6)

I modsætning til IEC/GB-afbrydere, hvor positionsindikatorer (f.eks. S8/S9) typisk monteres på afbryderens chassis og drevet af placeringsskruen, kræver IEEE-standarder, at Test- og Forbundne (TOC) positionskontakter er faste indeni skabningskomponentet.

• Disse kontakter registrerer og signalerer den fysiske position af afbryderens truck: om den er i Forbundne (Service), Test, eller Frakoblet (Trukket ud) position.

• At være faste i komponentet sikrer konsekvent, pålidelig indikation uafhængigt af afbryderens interne tilstand.

• Dette understøtter sikker låsning (f.eks. forhindrer lukning, når ikke fuldt forbundet) og gør det muligt at overvåge afbryderens position eksternt.

5. Mekanisk kontaktslidningsindikator for vakuumafbrydere

I modsætning til SF₆-kredsløbsafbrydere, er vakuumafbrydere lukkede enheder med ansigt-til-ansigt kontakter og ingen arcbuer eller forhåndsindsættelseskontakter. Både afbrydelse af fejlstrømme og normale mekaniske operationer forårsager kontaktslidning og slitage.

• Kontaktslidning er den primære bestemmende faktor for en vakuumafbryders elektriske levetid.

• Mange algoritmer estimerer elektrisk levetid baseret på antallet af operationer, kortslutningsstrømniveauer og arkningstid, men disse er hovedsageligt teoretiske eller empiriske.

• Pga. variationer i første-pol-for-sletning, strømfase og individuelle enhedsforskelle, korrelerer ofte den forudsagte levetid ikke præcist med den faktiske fysiske slid.

• Der findes en kløft mellem softwarebaserede forudsigelser og virkelige fysiske nedbrydning.

Derfor kræver den nordamerikanske marked en mekanisk kontaktslidningsindikator direkte integreret i vakuumafbryderen eller driftsmekanismen.

• Denne visuelle eller mekaniske måler tillader vedligeholdelsespersonelet at direkte observere graden af kontaktslidning under inspektion.

• Det giver en pålidelig, fysisk måling af resterende kontaktliv, hvilket forbedrer forudsigelig vedligeholdelse og sikrer rettidig udskiftning, før mislykkelse.