Ce parametri cheie ar trebui să verificați înainte de a alege un întrerupător de circuit în vid?

Ce face un întrerupător de circuit în vid diferit?

A întrerupător de circuit în vid (VCB) întrerupe curentul de defect prin separarea contactelor sale în interiorul unui întrerupător de vid sigilat, unde absența moleculelor de gaz înseamnă că un arc format între contacte se stinge aproape imediat - de obicei în prima trecere a curentului cu zero după separarea contactului. În comparație cu întrerupătoarele cu ulei, aer sau SF6, VCB-urile oferă o stingere mai rapidă a arcului, o viață electrică mult mai lungă (de obicei 10.000 sau mai multe operațiuni la curent nominal), cerințe minime de întreținere și niciun risc de incendiu sau degajare de gaz toxic. Aceste avantaje le-au făcut alegerea dominantă pentru aparatele de comutare de medie tensiune în intervalul de la 3,6 kV până la 40,5 kV, care acoperă instalații industriale, substații de distribuție a utilităților, clădiri comerciale, operațiuni miniere și instalații de energie regenerabilă.

În ciuda fiabilității lor, VCB-urile nu sunt un dispozitiv unic. Clasa de tensiune, curentul nominal, capacitatea de întrerupere în scurtcircuit, mecanismul de operare și caracteristicile specifice ale sarcinii protejate influențează întrerupătorul care este corect pentru o anumită aplicație. Selectarea unui VCB care este subdimensionat pentru nivelul său de defecțiune, nepotrivit tipului său de sarcină sau incompatibil cu panoul său de comutație va compromite atât protecția, cât și durata de viață a echipamentului. Acest ghid prezintă fiecare parametru critic de selecție în termeni practici.

Pasul unu: confirmați tensiunea sistemului și clasa de tensiune

Primul și cel mai fundamental criteriu de selecție este tensiunea maximă nominală a întreruptorului, care trebuie să egaleze sau să depășească cea mai mare tensiune care va apărea la bornele întreruptorului în orice condiție de funcționare, inclusiv supratensiuni temporare în timpul comutării sau evenimentelor de defecțiune. VCB-urile sunt fabricate în clasele standard de tensiune definite de IEC 62271-100 și ANSI/IEEE C37.04. Clasele comune includ 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV și 40,5 kV pentru aplicații de medie tensiune.

Nu selectați un întrerupător nominal exact la tensiunea nominală a sistemului. Un sistem de distribuție de 6,6 kV ar trebui să utilizeze un întrerupător nominal de 7,2 kV, iar un sistem de 11 kV necesită un întrerupător de clasă de 12 kV, deoarece tensiunea maximă nominală ține cont de toleranțele de tensiune ale sistemului și supratensiunile tranzitorii. La fel de importantă este tensiunea nominală de rezistență la frecvența de putere și tensiunea nominală de rezistență la impulsul de trăsnet (BIL), care confirmă că întrerupătorul poate supraviețui solicitărilor dielectrice impuse de loviturile de trăsnet și supratensiunile de comutare pe rețeaua conectată.

Pasul doi: Determinați curentul normal nominal

Curentul normal nominal este curentul continuu pe care întrerupătorul îl poate transporta la nesfârșit fără a depăși limitele de temperatură ale contactelor, conductorilor și bornelor sale. Această valoare trebuie adaptată la curentul maxim de sarcină continuă al circuitului protejat, cu o marjă de siguranță adecvată. Curenții nominali standard pentru VCB de medie tensiune sunt 630 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A și 3150 A.

Când calculați curentul nominal necesar, luați în considerare curentul de sarcină maximă al celui mai mare motor sau transformator care este protejat, plus orice sarcini suplimentare pe același alimentator. Pentru alimentatoarele transformatorului, utilizați curentul de sarcină maximă al transformatorului la tensiunea primară, nu numai kVA de pe plăcuța de identificare. Pentru alimentatoarele de motoare, includeți factorul de serviciu și creșterea potențială a sarcinii viitoare. Selectarea unui curent nominal cu cel puțin 20–25% spațiu liber peste curentul de sarcină maxim calculat este o practică bună și evită îmbătrânirea termică neplăcută a contactelor întreruptorului pe durata de viață a acestuia.

Pasul trei: Potriviți capacitatea de întrerupere a scurtcircuitului la nivelul defecțiunii

Capacitatea de întrerupere a scurtcircuitului (numită și curentul nominal de întrerupere a scurtcircuitului sau Isc) este, fără îndoială, cel mai critic parametru de siguranță în selecția VCB. Acesta definește curentul de defect maxim posibil pe care întrerupătorul îl poate întrerupe în siguranță, fără a deteriora întrerupătorul sau pierderea izolației. Dacă nivelul real de defecțiune la punctul de instalare depășește capacitatea nominală de întrerupere a întreruptorului, întrerupătorul poate să nu întrerupă defecțiunea, ducând la formarea arcului electric susținut, explozia întreruptorului cu vid și daune potențiale catastrofale ale instalației de comutare și echipamentelor conectate.

Curentul de defect potențial în orice punct al rețelei trebuie calculat folosind un studiu de scurtcircuit, ținând cont de impedanța sursei sursei de alimentare, impedanța tuturor transformatoarelor și cablurilor dintre sursă și întrerupător și contribuția oricăror generatoare locale sau motoare mari. Curenții de întrerupere nominali obișnuiți pentru VCB de medie tensiune sunt 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31,5 kA și 40 kA (RMS simetric). Selectați întotdeauna un întrerupător al cărui curent nominal de întrerupere depășește curentul de defect estimat la punctul de instalare, inclusiv scenariile viitoare de consolidare a rețelei care ar putea crește nivelul de defecțiune.

Strâns legat este curentul nominal de rezistență de scurtă durată (Ik), care este curentul de defect pe care întrerupătorul îl poate transporta pentru o durată specificată (de obicei 1 sau 3 secunde) fără deteriorare. Acest parametru este relevant pentru întreruptoarele de secțiune de magistrală și de cuplare de magistrală care pot transporta curent de defect în timp ce protecția în amonte funcționează.

Pasul patru: Înțelegeți tipul de încărcare și impactul acesteia asupra selecției

Natura sarcinii conectate la circuit influențează semnificativ selecția VCB, deoarece diferitele tipuri de sarcină impun tensiuni diferite asupra întreruptorului în vid în timpul comutării.

Sarcini de motor

Comutarea motoarelor de medie tensiune este una dintre cele mai solicitante aplicații VCB. În momentul alimentării, un motor consumă un curent de pornire de 6-8 ori curentul de sarcină maximă. Mai important, atunci când un motor în funcțiune este oprit, câmpul magnetic în colaps generează un vârf de tensiune cunoscut sub numele de supratensiune de tăiere sau tranzitoriu de tăiere a curentului virtual. VCB-urile selectate pentru sarcina de comutare a motorului trebuie să aibă un nivel scăzut al curentului de tăiere - de obicei sub 5 A - pentru a minimiza aceste supratensiuni. Mulți producători oferă VCB-uri special evaluate pentru comutarea frecventă a motorului (Clasa M2 conform IEC 62271-100), cu cote de rezistență de 10.000 sau mai multe operațiuni fără sarcină și 2.000 sau mai multe operațiuni de comutare la sarcină completă. Descărcătoarele de supratensiune sau circuitele amortizoare RC sunt, de asemenea, aplicate în mod obișnuit pe partea de sarcină a VCB-urilor de comutare a motorului ca măsură suplimentară de protecție la supratensiune.

Sarcini de transformatoare și condensatoare

Alimentarea transformatoarelor generează curenți de pornire cu offset DC mare care pot atinge de 8-12 ori curentul nominal al transformatorului pentru mai multe cicluri. VCB trebuie să poată rezista la această pornire fără declanșări nedorite dacă protecția la supracurent instantanee este setată prea sensibil. Comutarea bancului de condensatori creează o problemă diferită: pornirea inițială este un tranzitoriu de frecvență extrem de înaltă care solicită dielectric întrerupătorul în vid. Pentru funcționarea băncii de condensatoare, selectați un VCB cu o capacitate de comutare a condensatorului back-to-back care specifică atât curentul de pornire de vârf, cât și frecvența acestuia, confirmând că întrerupătorul poate gestiona întreruperea fără reactivare a curentului capacitiv.

Pasul cinci: Selectați mecanismul de operare potrivit

Mecanismul de acționare stochează și eliberează energia necesară pentru a deschide și închide contactele întreruptorului cu viteză și forță suficientă pentru a obține o întrerupere sigură a arcului și o presiune de contact. Cele două tipuri de mecanisme dominante în VCB-urile moderne sunt mecanismele cu arc și mecanismele de acționare magnetice (magnet permanent).

• Mecanisme încărcate cu arc stochează energie într-un arc mecanic care este încărcat de un motor electric sau manual. Sunt robuste, dovedite de-a lungul deceniilor de funcționare și pot efectua o operațiune de închis-deschidere (CO) de la arcul încărcat chiar și după o pierdere a puterii auxiliare. Sunt alegerea standard pentru majoritatea aplicațiilor utilitare și industriale.
• Mecanisme de acţionare cu magnet permanent (PMA). utilizați forța electromagnetică de la un impuls de bobină pentru a deschide și închide contactele, cu magnetul permanent ținând contactele în poziție fără alimentare continuă. PMA-urile au mult mai puține piese în mișcare decât mecanismele cu arc, oferind rezistență mecanică foarte mare (până la 50.000 de operații), timpi de funcționare extrem de rapid și consecvenți și practic fără cerințe de lubrifiere sau reglare. Sunt alegerea preferată pentru aplicațiile cu ciclu înalt, cum ar fi comutarea frecventă a motorului, serviciul de reînchidere și automatizarea rețelei inteligente.

Tensiunea de alimentare auxiliară pentru mecanismul de comandă (de obicei 110 V DC, 220 V DC sau 230 V AC) trebuie să se potrivească cu sursa de alimentare de control disponibilă în panoul aparatului de comutare. Verificați acest lucru în etapa de specificație pentru a evita modernizarea costisitoare.

Parametrii de selecție cheie dintr-o privire

Următorul tabel rezumă parametrii primari de selecție și întrebările la care fiecare răspunde în timpul procesului de specificare:

Standarde de conformitate și compatibilitate cu panourile

Un VCB nu funcționează izolat – este integrat într-un panou de comutație (interior sau exterior, fix sau retractabil) care trebuie să respecte standardele relevante pentru țara și sectorul de instalare. Întrerupătorul trebuie să fie compatibil dimensional și electric cu panoul său, cu geometria conexiunii primare, dispozițiile terminalelor secundare și dimensiunile raftului sau ale căruciorului demontabil. IEC 62271-100 este standardul internațional principal care reglementează testarea de tip și caracteristicile nominale ale întrerupătoarelor de curent alternativ. În America de Nord, ANSI/IEEE C37.04, C37.06 și C37.09 guvernează evaluările și testele pentru întrerupătoarele de înaltă tensiune.

Solicitați întotdeauna certificatele de testare de tip de la producător care confirmă că modelul de întrerupător specific a fost testat conform standardului aplicabil la un laborator independent acreditat. Verificați dacă tensiunea de testare, curentul și capacitatea de întrerupere se potrivesc sau depășesc cerințele aplicației dvs. - nu doar că valorile nominale de pe plăcuță se potrivesc. Pentru proiecte de infrastructură critică, de utilitate sau de export, confirmați că întrerupătorul și panoul său de comutație au certificările cerute de specificațiile utilizatorului final, cum ar fi rapoartele de testare KEMA, CESI sau CPRI. Un VCB ales cu o atenție riguroasă acordată acestor parametri vă va proteja rețeaua în mod fiabil timp de 25 până la 30 de ani, cu o intervenție minimă.