Belangrijkste verschillen: IEEE vs IEC vacuümschakelaars

Verschillen tussen vacuümschakelaars die voldoen aan IEEE C37.04 en IEC/GB-normen

Vacuümschakelaars die zijn ontworpen om te voldoen aan de Noord-Amerikaanse IEEE C37.04-norm vertonen verschillende belangrijke ontwerp- en functionele verschillen vergeleken met die welke voldoen aan IEC/GB-normen. Deze verschillen komen voornamelijk voort uit veiligheids-, onderhouds- en systeemintegratievereisten in Noord-Amerikaanse schakelkastpraktijken.

1. Vrije uitschakeling (anti-pompmogelijkheid)

De "vrije uitschakeling" - functioneel equivalent aan een anti-pompmogelijkheid - zorgt ervoor dat als een mechanisch uitschakelsignaal (vrije uitschakeling) wordt aangebracht en gehandhaafd voor elke inschakelopdracht (elektrisch of handmatig), de schakelaar niet mag sluiten, zelfs tijdelijk niet.

• Zodra een uitschakelsignaal wordt geïnitieerd, moeten de bewegende contacten terugkeren naar en blijven in de volledig open positie, ongeacht doorlopende inschakelopdrachten.

• Dit mechanisme kan het vrijgeven van opgeslagen veerenergie tijdens de werking vereisen.

• Tijdens dit proces mogen de contactbewegingen echter de contactafstand niet verkleinen met meer dan 10%, noch de dielektrische weerstand van de afstand inperken. De contacten moeten in een volledig geïsoleerde, open staat blijven.

• Zowel elektrische als mechanische interlocks moeten sluiting onder deze omstandigheden voorkomen.

Implementatiemethoden:

• Elektrische interlock: Een elektromagneet voorkomt sluiting. Wanneer de uitschakelknop (handmatig of elektrisch) wordt ingedrukt, de-energiseert Microschakelaar 1 (zie figuur 2) de sluitingsbobine. Tegelijkertijd breidt de plunger van de elektromagneet zich uit om de sluitingknop mechanisch te blokkeren. Bovendien sluit Microschakelaar 2, waardoor zijn normaal open contact in serie wordt ingevoegd in het sluitingsbobinecircuit, waardoor elektrische sluiting wordt voorkomen.

• Alternatief mechanisch ontwerp: De sluitingknop kan worden ingedrukt, maar de opgeslagen energie in de veer wordt in de lucht geloosd (d.w.z. zonder belasting), in plaats van overgebracht naar de hoofdas om de vacuümonderbreker te sluiten. Dit zorgt voor veiligheid terwijl mechanische activering zonder daadwerkelijke sluiting mogelijk is.

2. Automatische veerverlichting (ASD)

ASD (Automatische Veerverlichting) is een cruciale veiligheidsvereiste volgens IEEE-normen. Het stelt dat de schakelaar niet in een geladen (veergeënergieerde) staat mag zijn wanneer hij wordt ingeschoven of eruit geschoven uit zijn compartiment - of het nu gaat om verplaatsing van test- naar bedieningspositie, of bij het verwijderen of invoeren in de schakelkast.

• Dit voorkomt dat personeel wordt blootgesteld aan hoge-energie veermechanismen tijdens het hanteren, waardoor het risico van onbedoelde energieloosing wordt geëlimineerd.

• Daarom moet de schakelaar open en ongeladen zijn voordat de inschuifoperaties kunnen beginnen.

• Er moet een speciaal automatisch energieloosmechanisme worden ingebouwd om de opgeslagen veerenergie veilig te lozen tijdens of vóór het verwijderen uit de verbonden positie.

• Als de energie wordt geloosd voordat het apparaat wordt verwijderd, moet een extra elektrische interlock voorkomen dat de veer automatisch opnieuw wordt geënergiseerd, waardoor de schakelaar tijdens het onderhoud veilig blijft.

Deze functie verhoogt de veiligheid van het personeel en past in de Noord-Amerikaanse veiligheidsprotocollen voor metalen behuizingsschakelkasten.

3. MOC – Hoofdcontactpositieindicator (C37.20.2-7.3.6)

In tegenstelling tot IEC/GB-schakelaars, waarbij hulpcontacten (bijvoorbeeld S5/S6) die de positie van de hoofdcontacten aangeven, meestal binnen de behuizing van het bedieningsmechanisme van de schakelaar zijn gemonteerd en rechtstreeks door de hoofdas worden aangedreven (eenvoudig en betrouwbaar), vereisen IEEE-normen dat de Hoofd-Open/Hoofd-Gesloten (MOC) hulpcontacten binnen het vaste schakelkastcompartiment moeten worden gemonteerd, niet op de schakelaar zelf.

Doel van deze vereiste:

• Toestaan dat secundaire systeemtests worden uitgevoerd zonder de schakelaar: Technici kunnen de positie van de schakelaar (open/gesloten) simuleren met behulp van een testsonde of simulator, waardoor de verificatie van beschermingsrelais, bedieningsschakelingen en signaalsystemen mogelijk is - zelfs wanneer de schakelaar is verwijderd uit de kast.

• Ondersteuning voor hoge-stroom hulpkringlopen: Oudere bedieningssystemen vereisten soms hoge-stroom signaling (bijv. >5A), wat standaard secundaire stekcontacten (meestal gerateerd voor 1,5 mm² draad) niet betrouwbaar kunnen dragen. Vaste MOC-schakelaars staan toe voor zwaardere leidingen binnen het compartiment.

Ontwerputdagingen:

• De hoofdas van de schakelaar moet de vaste MOC-schakelaar drijven in zowel de test- als de bedieningspositie.

• Een drijflinkage (boven, onder of zijdelings gemonteerd) moet de beweging overbrengen van de bewegende schakelaar naar de stationaire schakelaar.

• Dit vereist een beweegbare koppeling in plaats van een starre verbinding, wat de mechanische complexiteit verhoogt.

• Vanwege hoge impactkrachten tijdens de werking en mogelijke uitlijningstoleranties, zijn betrouwbaarheid en mechanische duurzaamheid cruciaal.

• IEEE vereist minimaal 500 mechanische operaties voor MOC-mechanismen, maar in de praktijk moeten ze de volledige mechanische levensduur van de schakelaar matchen (vaak 10.000 operaties).

• Het toegevoegde gewicht van de linkage kan de sluit- en vooral de openingsnelheid beïnvloeden, dus lichte, laag-inertia componenten zijn essentieel om de prestatieimpact te minimaliseren.

4. TOC – Test- en Verbonden Positie Indicator (C37.20.2-7.3.6)

In tegenstelling tot IEC/GB-schakelaars, waarbij positie-indicatoren (bijvoorbeeld S8/S9) meestal op het chassis van de schakelaar zijn gemonteerd en worden aangedreven door de inschuifschroef, vereisen IEEE-normen dat de Test- en Verbonden (TOC) positie-schakelaars binnen het schakelkastcompartiment zijn vastgemonteerd.

• Deze schakelaars detecteren en signaleren de fysieke positie van de schakelaartruck: of deze zich in de verbonden (bediening), test- of losgekoppelde (verwijderde) positie bevindt.

• Door vast te zitten in het compartiment wordt een consistente, betrouwbare indicatie gegarandeerd, onafhankelijk van de interne toestand van de schakelaar.

• Dit ondersteunt veilige interlocking (bijvoorbeeld het voorkomen van sluiting wanneer niet volledig verbonden) en stelt remote monitoring van de schakelaarpositie mogelijk.

5. Mechanische contactverslettingsindicator voor vacuümonderbrekers

In tegenstelling tot SF₆-schakelaars zijn vacuümonderbrekers gesloten eenheden met face-to-face contacten en geen booghoorns of pre-invoegcontacten. Zowel het onderbreken van storingstromen als normale mechanische operaties veroorzaken contacterosie en slijtage.

• Contactversletting is de primaire bepalende factor voor de elektrische levensduur van een vacuümschakelaar.

• Terwijl veel algoritmen de elektrische levensduur schatten op basis van het aantal operaties, kortsluitstroomniveaus en boogtijd, zijn deze grotendeels theoretisch of empirisch.

• Vanwege variaties in de eerste pool die wordt vrijgegeven, de stroomfase en individuele eenheidsverschillen, komt de voorspelde levensduur vaak niet precies overeen met de daadwerkelijke fysieke slijtage.

• Er bestaat een kloof tussen software-gebaseerde voorspellingen en de werkelijke fysieke degradatie.

Daarom eist de Noord-Amerikaanse markt een mechanische contactverslettingsindicator die direct is geïntegreerd in de vacuümonderbreker of het bedieningsmechanisme.

• Deze visuele of mechanische indicator stelt onderhoudspersoneel in staat om de graad van contactversletting direct te observeren tijdens inspectie.

• Het biedt een betrouwbare, fysieke meting van de resterende contactlevensduur, waardoor predictief onderhoud wordt verbeterd en tijdige vervanging wordt gegarandeerd voordat er een storing optreedt.