Hochspannungs-Lastschalter-Sicherungskombination Elektrische Anlagelösung: Sicherheitsanwendungshandbuch basierend auf Übertragungsstrom

I. Kernproblem und Ziel​
Diese Lösung zielt darauf ab, die Sicherheitsrisiken zu beheben, die aus der Unstimmigkeit zwischen dem Kernparameter "Transferstrom" des "Lastschalter-Sicherungskombinations-Elektrogeräts" und dem tatsächlichen System-Kurzschlussstrom bei der Schutzfunktion von Stromtransformern entstehen. Das Ziel ist es, klare Richtlinien für Auswahl, Prüfung und Anwendung bereitzustellen, um sicherzustellen, dass das Kombinationsgerät korrekt und zuverlässig während Transformatorfehlern arbeitet. Dies verhindert, dass der Lastschalter durch Unterbrechungsströme beschädigt wird, die über seine Fähigkeiten hinausgehen, und schützt das gesamte Verteilersystem.

​II. Schlüsselbegriff: Transferstrom​

1. ​Definition und Mechanismus​
   Der Transferstrom ist der kritische Stromwert, der bestimmt, ob ein Fehlerstrom durch die Sicherung oder den Lastschalter unterbrochen wird. Sein Auftreten hängt eng mit dem Arbeitsmechanismus des Kombinationsgeräts zusammen:
   • ​Kleiner Fehlerstrom: Die Sicherung einer Phase (der erste ausfallende Leiter) schmilzt zuerst, und ihr Auslöser aktiviert den Mechanismus des Lastschalters, wodurch alle drei Pole des Lastschalters gleichzeitig öffnen und den verbleibenden Zweiphasenstrom unterbrechen.
   • ​Großer Fehlerstrom: Alle drei Sicherungen schmelzen fast gleichzeitig und schnell, unterbrechen den Fehlerstrom, bevor der Lastschalter öffnet.
   • Der Transferstrom ist genau die Grenze zwischen diesen beiden Betriebsarten.
2. ​Amtliche Bestimmungsmethode​
   Gemäß IEC-Normen wird der Transferstrom (Itr) basierend auf folgendem bestimmt:
   • Die Gesamtunterbrechungszeit des Lastschalters (T0): Die Zeit vom Aktivieren des Sicherungs-Auslösers bis zur vollständigen Trennung der Kontakte des Lastschalters.
   • Die Zeit-Strom-Kennlinie der Sicherung: Auf der Kennlinie mit einer Herstellungsabweichung von -6,5% entspricht der Stromwert, der einer Betriebszeit von 0,9 × T0 entspricht, dem Transferstrom.
3. ​Klassifizierung und Einflussfaktoren​
   • ​Nominaler Transferstrom: Der Standardwert, der vom Hersteller angegeben wird, basierend auf der maximalen Sicherungselementbewertung.
   • ​Tatsächlicher Transferstrom (Ic,zy)​: Der Wert, der in ingenieurstechnischen Anwendungen überprüft werden muss, abgeleitet aus der Kennlinie basierend auf der tatsächlich gewählten Sicherungselementbewertung und T0.
   • ​Haupteinflussfaktoren: Die Unterbrechungszeit T0 des Lastschalters ist der primäre Faktor. Eine kleinere T0 führt zu einem größeren Transferstrom. Die Eigenschaften der Sicherung selbst sind ebenfalls ein Faktor.

​III. Kernanwendungsprinzipien und Prüfprozess​

1. ​Goldene Regel​
   Um die Sicherheit zu gewährleisten, muss die folgende Bedingung erfüllt sein:
   Der Wert des dreiphasigen Kurzschlussstroms an der Niederspannungsseite des Transformators, umgerechnet auf die Hochspannungsseite (Isc) > Tatsächlicher Transferstrom des Kombinationsgeräts (Ic,zy)
   • ​Wenn erfüllt: Der dreiphasige Kurzschlussstrom wird durch die Sicherung unterbrochen, was den Lastschalter schützt.
   • ​Wenn nicht erfüllt: Der Lastschalter muss den Strom (ungefähr den zweiphasigen Kurzschlussstrom) unterbrechen und harte Transiente Erholungsspannungen (TRV) aushalten, was eine hohe Wahrscheinlichkeit von Unterbrechungsfehlern und damit Unfällen bedeutet.
2. ​Auswahl- und Prüfschritte​
   Um das Kombinationsgerät korrekt anzuwenden, müssen die folgenden Schritte befolgt werden:
3. ​Systemparameter sammeln: Gewinnen Sie die systeminternen Kurzschlusskapazität, die Transformatorleistung und die Impedanzspannung ein.
4. ​Vorläufige Auswahl: Basierend auf dem Nennstrom des Transformators wählen Sie vorläufig geeignete Sicherungsspezifikationen und Lastschaltertypen aus.
5. ​Wichtige Ströme berechnen:
   o Berechnen Sie den dreiphasigen Kurzschlussstrom an der Niederspannungsseite des Transformators und konvertieren Sie ihn auf die Hochspannungsseite (Isc).
   o Basierend auf den gewählten Sicherungsspezifikationen und der T0-Zeit des Lastschalters, beziehen Sie sich auf die vom Hersteller bereitgestellte Kurve, um den tatsächlichen Transferstrom (Ic,zy) zu erhalten.
6. ​Kernprüfung durchführen: Vergleichen Sie Isc und Ic,zy.
   o Wenn Isc > Ic,zy, besteht die Prüfung, und die Lösung ist im Wesentlichen sicher.
   o Wenn Isc < Ic,zy, birgt die Lösung Risiken, und Optimierungsmaßnahmen müssen ergriffen werden (siehe Teil IV).
7. ​Endgültige Leistungsprüfung: Bestätigen Sie, ob die Unterbrechungsfähigkeit des nomimalen Transferstroms des ausgewählten Lastschalters größer als der berechnete Ic,zy ist. Dies dient als letzte Sicherheitsbarriere.

​IV. Leitfaden für verschiedene Szenarien​

1. ​Transformatorleistung ≤ 630kVA​
   • ​Lösung: Die Verwendung eines Kombinationsgeräts ist in der Regel sicher und wirtschaftlich.
   • ​Erklärung: Wie in der Tabelle gezeigt, wird die Bedingung Isc > Ic,zy leicht erfüllt, wenn die systeminternen Kurzschlusskapazitäten ausreichend sind, für 500kVA und 630kVA-Transformatoren (mit 4% Impedanz).
   • ​Empfehlung: Gewöhnliche pneumatische Lastschalter-Kombinationsgeräte können ausgewählt werden.
2. ​Transformatorleistung 800 ~ 1250kVA​
   • ​Lösung: Hochriskantes Bereich, strikte Prüfung ist erforderlich.
   • ​Analyse: Wie in der Tabelle gezeigt, ist es sogar bei einer Transformatorimpedanz von 6% schwierig, die Bedingung Isc > Ic,zy für Transformatoren mit einer Leistung von 800kVA und höher zu erfüllen. Wenn Vakuumschalter oder SF6-Lastschalter mit kleinerer T0 gewählt werden, ist ihr Transferstrom größer, was die Erfüllung der Bedingung noch schwieriger macht.
   • ​Optimierungsmaßnahmen:
   o Priorisieren Sie die Verwendung pneumatischer Lastschalter mit längerer Unterbrechungszeit (T0), um den Transferstrom zu reduzieren und die Bedingung einfacher erfüllbar zu machen.
   o Kommunizieren Sie aktiv mit den Herstellern, um zu erfragen, ob Vakuumschalter oder SF6-Lastschalter so angepasst werden können (durch Erhöhung von T0), dass ein geringerer Transferstrom erreicht wird.
   o Wenn die Bedingung nach Berechnung und Prüfung nicht erfüllt werden kann, sollte die Lösung mit dem Kombinationsgerät verworfen werden.
   • ​Endgültige Empfehlung: Für 1000kVA- und 1250kVA-Transformatoren, insbesondere Trockentransformatoren, wird dringend empfohlen, direkt Schaltwerke zu verwenden.
3. ​Transformatorleistung > 1250kVA​
   • ​Lösung: Schaltwerke müssen zum Schutz und Steuerung verwendet werden.
   • ​Erklärung: Das Kurzschlussstromniveau bei dieser Leistung übersteigt den zuverlässigen Schutzbereich von Kombinationsgeräten. Schaltwerke sind die einzige sichere Wahl.

​V. Zusammenfassung und Besonderheiten​

1. ​Prüfung ist zwingend erforderlich: Verlassen Sie sich niemals nur auf Erfahrung oder wenden Sie Kombinationsgeräte einfach basierend auf der Transformatorleistung an. Die Berechnung und der Vergleich von Isc und Ic,zy müssen durchgeführt werden.
2. ​Berücksichtigung des Lastschaltertyps: Nehmen Sie nicht blind an, dass Vakuumschalter oder SF6-Lastschalter mit stärkeren Unterbrechungsfähigkeiten besser sind. Ihre kleinere T0 führt zu einem größeren Transferstrom, was die Erfüllung der kernprüfrelevanten Bedingung erschweren und stattdessen Risiken einführen kann.
3. ​Wichtigkeit der systeminternen Kurzschlusskapazität: Die systeminterne Kurzschlusskapazität beeinflusst direkt den Wert von Isc. In Systemen mit geringerer Kurzschlusskapazität, wie Industrieparks oder Netzwerkendpunkten, treten die oben genannten Probleme stärker hervor, und bei der Auswahl muss besondere Vorsicht walten.