Vysokonapěťové spínači zátěže - kombinace s pojistkou: bezpečnostní průvodce aplikací založený na přenosovém proudu

I. Základní problém a cíl​
Toto řešení má za cíl odstranit bezpečnostní rizika vyplývající z nesouladu mezi klíčovým parametrem "přenosový proud" kombinovaného elektrického přístroje "přepínač zátěže-spojka" a skutečným systémovým krátkozaměrným proudem při ochraně transformátorů. Cílem je poskytnout jasnou sadu pokynů pro výběr, ověření a použití, aby bylo zajištěno správné a spolehlivé fungování kombinovaného elektrického přístroje během poruch na transformátoru. Tím se zabrání poškození přepínače zátěže přerušením proudu nad jeho schopnosti a chrání se celý distribuční systém.

​II. Klíčový koncept: Přenosový proud​

1. ​Definice a mechanismus​
   Přenosový proud je kritická hodnota proudu, která určuje, zda je poruchový proud přerušen spojkou nebo přepínačem zátěže. Jeho vznik je úzce spojen s pracovním mechanismem kombinovaného elektrického přístroje:
   • ​Drobný poruchový proud: Spojka jedné fáze (nejprve vyhozená fáze) roztaví první, a její udeřitel aktivuje mechanismus přepínače zátěže, což vede k současnému otevření všech tří polů přepínače zátěže a přerušení zbývajícího dvoufázového proudu.
   • ​Větší poruchový proud: Všechny tři spojky roztaví téměř současně a rychle, přerušují poruchový proud před otevřením přepínače zátěže.
   • Přenosový proud je právě hranicí mezi těmito dvěma režimy fungování.
2. ​Oficiální metoda stanovení​
   Podle IEC standardů je přenosový proud (Itr) stanoven na základě:
   • Celkového času rozrušení přepínače zátěže (T0): Čas od aktivace udeřitele spojky do úplného oddělení kontaktů přepínače zátěže.
   • Charakteristické křivky spojky: Na charakteristické křivce s výrobní odchylkou -6,5 % je hodnota proudu odpovídající času fungování 0,9 × T0 přenosovým proudem.
3. ​Klasifikace a vlivné faktory​
   • ​Nominální přenosový proud: Standardní hodnota poskytnutá výrobcem, založená na maximálním kalibrování elementu spojky.
   • ​Skutečný přenosový proud (Ic,zy)​: Hodnota, kterou je třeba ověřit v inženýrských aplikacích, odvozená z charakteristické křivky na základě skutečně zvoleného kalibrování elementu spojky a T0.
   • ​Hlavní vlivné faktory: Čas rozrušení T0 přepínače zátěže je hlavním faktorem. Menší T0 vede ke většímu přenosovému proudu. Charakteristiky samotné spojky jsou také faktorem.

​III. Zásadní principy použití a ověřovací proces​

1. ​Zlaté pravidlo​
   Pro zajištění bezpečnosti musí být splněna následující podmínka:
   Hodnota trojfázového krátkozaměrného proudu na nízkonapěťové sbírce transformátoru, převedená na vysokonapěťovou stranu (Isc) > Skutečný přenosový proud kombinovaného elektrického přístroje (Ic,zy)
   • ​Pokud je splněno: Trojfázový krátkozaměrný proud je přerušen spojkou, chrání přepínač zátěže.
   • ​Pokud není splněno: Přepínač zátěže je nucen přerušit proud (přibližně dvoufázový krátkozaměrný proud) a snášet tvrdé Dočasné Obnovovací Napětí (TRV), což zvyšuje pravděpodobnost selhání přerušení a vedoucí k nehodám.
2. ​Kroky pro výběr a ověření​
   Pro správné použití kombinovaného elektrického přístroje musí být dodrženy následující kroky:
3. ​Sběr systémových parametrů: Získání systémové krátkozaměrné kapacity, kapacity transformátoru a impedančního napětí.
4. ​Předběžný výběr: Na základě nominálního proudu transformátoru předběžně vyberte vhodné specifikace spojek a typ přepínače zátěže.
5. ​Výpočet klíčových proudů:
   o Výpočet trojfázového krátkozaměrného proudu na nízkonapěťové straně transformátoru a jeho převod na vysokonapěťovou stranu (Isc).
   o Na základě vybraných specifikací spojek a času T0 přepínače zátěže se podle charakteristické křivky poskytnuté výrobce získá skutečný přenosový proud (Ic,zy).
6. ​Základní ověření: Srovnání Isc a Ic,zy.
   o Pokud Isc > Ic,zy, ověření proběhne a řešení je zásadně bezpečné.
   o Pokud Isc < Ic,zy, řešení nese rizika a musí být provedena optimalizační opatření (viz část IV).
7. ​Konečné ověření schopnosti: Ověřte, zda je schopnost přerušení nominálního přenosového proudu vybraného přepínače zátěže větší než vypočtený Ic,zy. To slouží jako konečná bezpečnostní bariéra.

​IV. Pokyny pro různé scénáře​

1. ​Kapacita transformátoru ≤ 630 kVA​
   • ​Řešení: Použití kombinovaného elektrického přístroje je obecně bezpečné a ekonomické.
   • ​Vysvětlení: Jak ukazuje tabulka, pro transformátory o kapacitě 500 kVA a 630 kVA (s impedancí 4 %) je podmínka Isc > Ic,zy snadno splněna, pokud je systémová krátkozaměrná kapacita dostatečná.
   • ​Doporučení: Lze vybrat obyčejné pneumatické kombinované elektrické přístroje.
2. ​Kapacita transformátoru 800 ~ 1250 kVA​
   • ​Řešení: Vysokorizikový rozsah, nutné striktní ověření.
   • ​Analýza: Jak ukazuje tabulka, i s impedancí transformátoru 6 % je pro transformátory o kapacitě 800 kVA a více obtížné splnit podmínku Isc > Ic,zy. Pokud jsou vybrány vakuumové nebo SF6 přepínače zátěže s menším T0, jejich přenosový proud je větší, což dělá splnění podmínky ještě obtížnější.
   • ​Optimalizační opatření:
   o Upřednostňujte použití pneumatických přepínačů zátěže s delším časem rozrušení (T0) pro snížení přenosového proudu a usnadnění splnění podmínky.
   o Aktivně komunikujte s výrobci a zeptejte se, zda lze vakuumové nebo SF6 přepínače zátěže upravit (prodloužením T0) pro dosažení menší hodnoty přenosového proudu.
   o Pokud po výpočtu a ověření nelze splnit podmínku, by mělo být řešení kombinovaného elektrického přístroje opuštěno.
   • ​Konečné doporučení: Pro transformátory o kapacitě 1000 kVA a 1250 kVA, zejména suché transformátory, se silně doporučuje použít přerušovače.
3. ​Kapacita transformátoru > 1250 kVA​
   • ​Řešení: Pro ochranu a kontrolu musí být použity přerušovače.
   • ​Vysvětlení: Úroveň krátkozaměrného proudu při této kapacitě přesahuje spolehlivý ochranný rozsah kombinovaných elektrických přístrojů. Přerušovače jsou jedinou bezpečnou volbou.

​V. Shrnutí a speciální poznámky​

1. ​Ověření je povinné: Nikdy se nespolehejte pouze na zkušenosti nebo používání kombinovaných elektrických přístrojů pouze na základě kapacity transformátoru. Musí být proveden výpočet a srovnání Isc a Ic,zy.
2. ​Zohledněte vliv typu přepínače zátěže: Neblindujte se tím, že vakuumové nebo SF6 přepínače zátěže s větší schopností přerušení jsou lepší. Jejich menší T0 vede k většímu přenosovému proudu, což může ztěžovat splnění základní podmínky ověření a místo toho přinést rizika.
3. ​Význam systémové krátkozaměrné kapacity: Systémová krátkozaměrná kapacita přímo ovlivňuje hodnotu Isc. V systémech s menší krátkozaměrnou kapacitou, jako jsou průmyslové parky nebo konce sítě, se tyto problémy stávají výraznějšími, a při výběru je třeba být extra opatrní.