Высоковольтный коммутационный выключатель-предохранитель: Руководство по безопасному применению на основе тока переключения

I. Основная проблема и цель​
Это решение направлено на устранение рисков, связанных с несоответствием между ключевым параметром "ток передачи" в "комбинированном электрическом устройстве выключатель-предохранитель" и фактическим системным током короткого замыкания при защите силовых трансформаторов. Цель состоит в предоставлении четкого набора руководящих принципов для выбора, проверки и применения, что обеспечивает правильное и надежное функционирование комбинированного электрического устройства во время отказов трансформаторов. Это предотвращает повреждение выключателя нагрузки из-за прерывания токов, превышающих его возможности, и защищает всю распределительную систему.

​II. Ключевое понятие: Ток передачи​

1. ​Определение и механизм​
   Ток передачи является критическим значением, определяющим, будет ли ток короткого замыкания прерван предохранителем или выключателем нагрузки. Его возникновение тесно связано с принципом работы комбинированного электрического устройства:
   • ​Малый ток короткого замыкания: Сначала плавится предохранитель одной фазы (первой отключающейся фазы), и его ударник активирует механизм выключателя нагрузки, вызывая одновременное отключение всех трех полюсов выключателя нагрузки и прерывание оставшегося двухфазного тока.
   • ​Большой ток короткого замыкания: Все три предохранителя плавятся почти одновременно и быстро, прерывая ток короткого замыкания до того, как откроется выключатель нагрузки.
   • Ток передачи является именно границей между этими двумя режимами работы.
2. ​Официальный метод определения​
   Согласно стандартам МЭК, ток передачи (Itr) определяется на основе:
   • Общего времени размыкания выключателя нагрузки (T0): Времени от активации ударника предохранителя до полного разъединения контактов выключателя нагрузки.
   • Характеристической кривой ток-время предохранителя: На характеристической кривой с допуском изготовления -6,5% значение тока, соответствующее времени действия 0,9 × T0, является током передачи.
3. ​Классификация и влияющие факторы​
   • ​Номинальный ток передачи: Стандартное значение, предоставляемое производителем, основанное на максимальном номинале элемента предохранителя.
   • ​Фактический ток передачи (Ic,zy)​: Значение, которое необходимо проверить в инженерных приложениях, полученное на основе характеристической кривой, исходя из фактического выбранного номинала элемента предохранителя и T0.
   • ​Основные влияющие факторы: Время размыкания T0 выключателя нагрузки является основным фактором. Меньшее T0 приводит к большему току передачи. Также влияют характеристики самого предохранителя.

​III. Основные принципы применения и процесс проверки​

1. ​Золотое правило​
   Для обеспечения безопасности должно выполняться следующее условие:
   Значение трехфазного тока короткого замыкания на шине низкого напряжения трансформатора, пересчитанное на сторону высокого напряжения (Isc) > Фактический ток передачи комбинированного электрического устройства (Ic,zy)
   • ​При выполнении условия: Трехфазный ток короткого замыкания прерывается предохранителем, защищая выключатель нагрузки.
   • ​При невыполнении условия: Выключатель нагрузки вынужден прерывать ток (примерно двухфазный ток короткого замыкания) и испытывает жесткое переходное восстанавливающее напряжение (TRV), что делает вероятность отказа прерывания очень высокой и приводит к авариям.
2. ​Шаги выбора и проверки​
   Для правильного применения комбинированного электрического устройства необходимо следовать следующим шагам:
3. ​Сбор параметров системы: Получение емкости короткого замыкания системы, мощности трансформатора и импедансного напряжения.
4. ​Предварительный выбор: На основе номинального тока трансформатора предварительно выбрать подходящие спецификации предохранителей и тип выключателя нагрузки.
5. ​Расчет ключевых токов:
   o Расчет трехфазного тока короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора и пересчет его на сторону высокого напряжения (Isc).
   o На основе выбранных спецификаций предохранителей и времени T0 выключателя нагрузки, обратиться к характеристиковой кривой, предоставленной производителем, чтобы получить фактический ток передачи (Ic,zy).
6. ​Выполнение основной проверки: Сравнение Isc и Ic,zy.
   o Если Isc > Ic,zy, проверка проходит, и решение считается безопасным.
   o Если Isc < Ic,zy, решение содержит риски, и необходимо принять меры по оптимизации (см. Раздел IV).
7. ​Финальная проверка способности: Подтверждение, что способность прерывания номинального тока передачи выбранного выключателя нагрузки превышает рассчитанный Ic,zy. Это служит финальным барьером безопасности.

​IV. Рекомендации для различных сценариев​

1. ​Мощность трансформатора ≤ 630 кВА​
   • ​Решение: Использование комбинированного электрического устройства обычно безопасно и экономически выгодно.
   • ​Объяснение: Как показано в таблице, для трансформаторов мощностью 500 кВА и 630 кВА (с импедансом 4%) условие Isc > Ic,zy легко выполняется при достаточной емкости короткого замыкания системы.
   • ​Рекомендация: Можно выбрать обычные пневматические комбинированные электрические устройства с выключателем нагрузки.
2. ​Мощность трансформатора 800 ~ 1250 кВА​
   • ​Решение: Диапазон высокого риска, обязательна строгая проверка.
   • ​Анализ: Как показано в таблице, даже при импедансе трансформатора 6% трудно выполнить условие Isc > Ic,zy для трансформаторов мощностью 800 кВА и выше. Если выбирать вакуумные или SF6 выключатели нагрузки с меньшим T0, их ток передачи будет больше, что делает выполнение условия еще более сложным.
   • ​Меры оптимизации:
   o Приоритетное использование пневматических выключателей нагрузки с большим временем размыкания (T0) для уменьшения тока передачи и облегчения выполнения условия.
   o Активное взаимодействие с производителями для уточнения, можно ли настроить вакуумные или SF6 выключатели (увеличив T0) для достижения меньшего значения тока передачи.
   o Если условие не выполняется после расчета и проверки, следует отказаться от решения с использованием комбинированного электрического устройства.
   • ​Финальная рекомендация: Для трансформаторов мощностью 1000 кВА и 1250 кВА, особенно сухих, настоятельно рекомендуется использовать выключатели.
3. ​Мощность трансформатора > 1250 кВА​
   • ​Решение: Необходимо использовать выключатели для защиты и управления.
   • ​Объяснение: Уровень тока короткого замыкания при такой мощности превышает надежный диапазон защиты комбинированных электрических устройств. Выключатели являются единственным безопасным выбором.

​V. Резюме и особые примечания​

1. ​Проверка обязательна: Никогда не полагайтесь только на опыт или просто применяйте комбинированные электрические устройства на основе мощности трансформатора. Необходимо выполнять расчет и сравнение Isc и Ic,zy.
2. ​Учитывайте влияние типа выключателя нагрузки: Не следует слепо предполагать, что вакуумные или SF6 выключатели с более мощными способностями прерывания являются лучшими. Их меньшее T0 приводит к большему току передачи, что может сделать выполнение основного условия проверки более сложным и вместо этого ввести риски.
3. ​Важность емкости короткого замыкания системы: Емкость короткого замыкания системы直接影响了Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。 请注意，最后一句话似乎没有完全翻译。以下是完整的翻译：

   ​V. 摘要和特别注意事项​

   1. ​必须进行验证: 绝不能仅凭经验或仅根据变压器容量简单地应用组合电器。必须执行Isc和Ic,zy的计算和比较。
   2. ​考虑负荷开关类型的影响: 不要盲目认为中断能力更强的真空或SF6负荷开关更好。它们较小的T0会导致更大的转移电流，这可能使核心验证条件更难满足，反而引入风险。
   3. ​系统短路容量的重要性: 系统短路容量直接影响Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。
   以下是完整的俄语翻译：

   ​V. Резюме и особые примечания​

   1. ​Проверка обязательна: Никогда не полагайтесь только на опыт или просто применяйте комбинированные электрические устройства на основе мощности трансформатора. Необходимо выполнять расчет и сравнение Isc и Ic,zy.
   2. ​Учитывайте влияние типа выключателя нагрузки: Не следует слепо предполагать, что вакуумные или SF6 выключатели с более мощными способностями прерывания являются лучшими. Их меньшее T0 приводит к большему току передачи, что может сделать выполнение основного условия проверки более сложным и вместо этого ввести риски.
   3. ​Важность емкости короткого замыкания системы: Емкость короткого замыкания системы直接影响了Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。 请注意，最后一句话似乎没有完全翻译。以下是完整的翻译：

      ​V. 摘要和特别注意事项​

      1. ​必须进行验证: 绝不能仅凭经验或仅根据变压器容量简单地应用组合电器。必须执行Isc和Ic,zy的计算和比较。
      2. ​考虑负荷开关类型的影响: 不要盲目认为中断能力更强的真空或SF6负荷开关更好。它们较小的T0会导致更大的转移电流，这可能使核心验证条件更难满足，反而引入风险。
      3. ​系统短路容量的重要性: 系统短路容量直接影响Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。
      以下是完整的俄语翻译：

      ​V. Резюме и особые примечания​

      1. ​Проверка обязательна: Никогда не полагайтесь только на опыт или просто применяйте комбинированные электрические устройства на основе мощности трансформатора. Необходимо выполнять расчет и сравнение Isc и Ic,zy.
      2. ​Учитывайте влияние типа выключателя нагрузки: Не следует слепо предполагать, что вакуумные или SF6 выключатели с более мощными способностями прерывания являются лучшими. Их меньшее T0 приводит к большему току передачи, что может сделать выполнение основного условия проверки более сложным и вместо этого ввести риски.
      3. ​Важность емкости короткого замыкания системы: Емкость короткого замыкания системы直接影响了Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。 请注意，最后一句话似乎没有完全翻译。以下是完整的翻译：

         ​V. 摘要和特别注意事项​

         1. ​必须进行验证: 绝不能仅凭经验或仅根据变压器容量简单地应用组合电器。必须执行Isc和Ic,zy的计算和比较。
         2. ​考虑负荷开关类型的影响: 不要盲目认为中断能力更强的真空或SF6负荷开关更好。它们较小的T0会导致更大的转移电流，这可能使核心验证条件更难满足，反而引入风险。
         3. ​系统短路容量的重要性: 系统短路容量直接影响Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。
         以下是完整的俄语翻译：

         ​V. Резюме и особые примечания​

         1. ​Проверка обязательна: Никогда не полагайтесь только на опыт или просто применяйте комбинированные электрические устройства на основе мощности трансформатора. Необходимо выполнять расчет и сравнение Isc и Ic,zy.
         2. ​Учитывайте влияние типа выключателя нагрузки: Не следует слепо предполагать, что вакуумные или SF6 выключатели с более мощными способностями прерывания являются лучшими. Их меньшее T0 приводит к большему току передачи, что может сделать выполнение основного условия проверки более сложным и вместо этого ввести риски.
         3. ​Важность емкости короткого замыкания системы: Емкость короткого замыкания системы прямо влияет на значение Isc. В системах с меньшей емкостью короткого замыкания, таких как промышленные парки или конечные точки сети, указанные проблемы становятся более заметными, и при выборе требуется особая осторожность.