Welke belangrijke parameters moet u controleren voordat u een vacuümstroomonderbreker selecteert?

Wat maakt een vacuümstroomonderbreker anders?

A vacuüm stroomonderbreker (VCB) onderbreekt de foutstroom door de contacten te scheiden in een afgedichte vacuümonderbreker, waarbij de afwezigheid van gasmoleculen betekent dat een boog gevormd tussen de contacten vrijwel onmiddellijk dooft - meestal binnen de eerste stroomnuldoorgang na contactscheiding. Vergeleken met olie-, luchtstroom- of SF6-stroomonderbrekers bieden VCB's een snellere boogdoving, een veel langere elektrische levensduur (doorgaans 10.000 of meer schakelingen bij nominale stroom), minimale onderhoudsvereisten en geen risico op brand of het vrijkomen van giftige gassen. Deze voordelen hebben ze tot de dominante keuze gemaakt voor middenspanningsschakelapparatuur in het bereik van 3,6 kV tot 40,5 kV, voor industriële installaties, onderstations voor nutsdistributie, commerciële gebouwen, mijnbouwactiviteiten en installaties voor hernieuwbare energie.

Ondanks hun betrouwbaarheid zijn VCB's geen one-size-fits-all-apparaat. Spanningsklasse, nominale stroom, kortsluitvermogen, bedieningsmechanisme en de specifieke kenmerken van de te beschermen belasting hebben allemaal invloed op welke onderbreker geschikt is voor een bepaalde toepassing. Het selecteren van een VCB die te klein is vanwege het foutniveau, niet past bij het belastingstype of incompatibel is met het schakelpaneel, zal zowel de bescherming als de levensduur van de apparatuur in gevaar brengen. In deze gids worden alle kritische selectieparameters in praktische termen doorgenomen.

Stap één: Bevestig de systeemspanning en spanningsklasse

Het eerste en meest fundamentele selectiecriterium is de nominale maximale spanning van de onderbreker, die gelijk moet zijn aan of hoger is dan de hoogste spanning die onder alle bedrijfsomstandigheden op de onderbrekerterminals zal verschijnen, inclusief tijdelijke overspanningen tijdens schakel- of foutgebeurtenissen. VCB's worden vervaardigd in standaardspanningsklassen gedefinieerd door IEC 62271-100 en ANSI/IEEE C37.04. Gemeenschappelijke klassen omvatten 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV en 40,5 kV voor middenspanningstoepassingen.

Selecteer geen onderbreker die exact de nominale systeemspanning heeft. Een distributiesysteem van 6,6 kV moet een onderbreker van 7,2 kV gebruiken, en een systeem van 11 kV vereist een onderbreker van de klasse 12 kV, omdat de nominale maximale spanning rekening houdt met systeemspanningstoleranties en transiënte overspanningen. Even belangrijk zijn de nominale netfrequentie-houdspanning en de nominale bliksem-impuls-houdspanning (BIL), die bevestigen dat de onderbreker de diëlektrische spanningen kan overleven die worden veroorzaakt door blikseminslagen en schakelpieken op het aangesloten netwerk.

Stap twee: Bepaal de nominale normale stroom

De nominale normale stroom is de continue stroom die de onderbreker voor onbepaalde tijd kan dragen zonder de temperatuurlimieten van de contacten, geleiders en aansluitingen te overschrijden. Deze waarde moet overeenkomen met de maximale continue belastingsstroom van het te beveiligen circuit, met een passende veiligheidsmarge. De standaard nominale stromen voor VCB's met middenspanning zijn 630 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A en 3150 A.

Houd bij het berekenen van de vereiste stroomsterkte rekening met de volledige belastingsstroom van de grootste motor of transformator die wordt beschermd, plus eventuele extra belastingen op dezelfde feeder. Gebruik voor transformatorvoedingen de volledige belastingsstroom van de transformator bij de primaire spanning, niet alleen het typeplaatje kVA. Neem voor motorfeeders de servicefactor en de potentiële toekomstige belastingsgroei op. Het selecteren van een stroomwaarde met minimaal 20-25% vrije ruimte boven de berekende maximale belastingsstroom is een goede praktijk en voorkomt hinderlijke thermische veroudering van de contacten van de onderbreker gedurende de levensduur ervan.

Stap drie: Stem het kortsluitonderbrekingsvermogen af op het foutniveau

Het kortsluitbreekvermogen (ook wel de nominale kortsluitbreekstroom of Isc genoemd) is misschien wel de meest kritische veiligheidsparameter bij de VCB-selectie. Het definieert de maximale verwachte foutstroom die de onderbreker veilig kan onderbreken zonder schade aan de onderbreker of verlies van insluiting. Als het werkelijke foutniveau op het installatiepunt het nominale uitschakelvermogen van de onderbreker overschrijdt, is het mogelijk dat de onderbreker de fout niet kan onderbreken, wat kan leiden tot aanhoudende vonken, explosie van de vacuümonderbreker en potentieel catastrofale schade aan de schakelapparatuur en aangesloten apparatuur.

De verwachte foutstroom op elk punt in het netwerk moet worden berekend met behulp van een kortsluitonderzoek, waarbij rekening wordt gehouden met de bronimpedantie van de nutsvoorziening, de impedantie van alle transformatoren en kabels tussen de bron en de onderbreker, en de bijdrage van eventuele lokale generatoren of grote motoren. Gangbare nominale breukstromen voor middenspannings-VCB's zijn 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31,5 kA en 40 kA (symmetrische RMS). Selecteer altijd een onderbreker waarvan de nominale breukstroom groter is dan de berekende verwachte foutstroom op het installatiepunt, inclusief toekomstige netwerkversterkingsscenario's die het foutniveau kunnen verhogen.

Nauw verwant is de nominale kortstondige houdstroom (Ik), de foutstroom die de onderbreker gedurende een bepaalde duur (doorgaans 1 of 3 seconden) zonder schade kan dragen. Deze parameter is relevant voor bussectie- en buskoppelaaronderbrekers die foutstroom kunnen transporteren terwijl de stroomopwaartse beveiliging in werking is.

Stap vier: Begrijp het belastingstype en de impact ervan op de selectie

De aard van de belasting die op het circuit is aangesloten, heeft een aanzienlijke invloed op de VCB-selectie, omdat verschillende belastingstypen tijdens het schakelen verschillende spanningen op de vacuümonderbreker uitoefenen.

Motorbelastingen

Het schakelen van middenspanningsmotoren is een van de meest veeleisende VCB-toepassingen. Op het moment van bekrachtiging trekt een motor een inschakelstroom van 6 tot 8 keer de volledige belastingsstroom. Belangrijker is dat wanneer een draaiende motor wordt uitgeschakeld, het instortende magnetische veld een spanningspiek genereert die bekend staat als een hakkende overspanning of een virtuele stroombrekende transiënt. VCB's die zijn geselecteerd voor motorschakeltaken moeten een laag snijstroomniveau hebben (meestal minder dan 5 A) om deze overspanningen te minimaliseren. Veel fabrikanten bieden VCB's aan die specifiek geschikt zijn voor frequent schakelen van motoren (Klasse M2 volgens IEC 62271-100), met duurzaamheidswaarden van 10.000 of meer onbelaste schakelingen en 2.000 of meer vollast schakelingen. Overspanningsafleiders of RC-snubbercircuits worden ook vaak toegepast aan de belastingzijde van motorschakelende VCB's als extra overspanningsbeveiligingsmaatregel.

Transformator- en condensatorbankbelastingen

Het bekrachtigen van transformatoren genereert inschakelstromen met een hoge DC-offset die gedurende verschillende cycli 8 tot 12 maal de nominale stroom van de transformator kunnen bereiken. De VCB moet deze inschakelstroom kunnen weerstaan ​​zonder ongewenst uitschakelen als de onmiddellijke overstroombeveiliging te gevoelig is ingesteld. Het schakelen van condensatorbanken creëert een ander probleem: de initiële inschakelstroom is een transiënt met extreem hoge frequentie die de vacuümonderbreker diëlektrisch belast. Voor condensatorbanktaken selecteert u een VCB met een back-to-back condensatorschakelwaarde die zowel de piekinschakelstroom als de frequentie ervan specificeert, wat bevestigt dat de onderbreker een herstartvrije onderbreking van de capacitieve stroom aankan.

Stap vijf: Selecteer het juiste bedieningsmechanisme

Het bedieningsmechanisme slaat de energie op die nodig is om de contacten van de onderbreker met voldoende snelheid en kracht te openen en te sluiten om een betrouwbare boogonderbreking en contactdruk te bereiken. De twee dominante typen mechanismen in moderne VCB's zijn veerbelaste en magnetische actuatormechanismen (permanente magneet).

• Mechanismen met veermechanisme energie opslaan in een mechanische veer die wordt opgeladen door een elektromotor of handmatig. Ze zijn robuust, hebben zich al tientallen jaren bewezen en kunnen een close-open (CO) werking uitvoeren vanaf de geladen veer, zelfs na verlies van hulpstroom. Ze zijn de standaardkeuze voor de meeste utiliteits- en industriële toepassingen.
• Mechanismen voor permanente magneetactuators (PMA). gebruik elektromagnetische kracht van een spoelpuls om de contacten te openen en te sluiten, waarbij de permanente magneet de contacten op hun plaats houdt zonder continue stroom. PMA's hebben veel minder bewegende delen dan veermechanismen en bieden een zeer hoog mechanisch uithoudingsvermogen (tot 50.000 handelingen), extreem snelle en consistente bedrijfstijden en vrijwel geen smering of afstelvereisten. Ze zijn de voorkeurskeuze voor toepassingen met een hoge cyclus, zoals frequent schakelen van motoren, hersluiting en smart grid-automatisering.

De hulpvoedingsspanning voor het bedieningsmechanisme (doorgaans 110 V DC, 220 V DC of 230 V AC) moet overeenkomen met de beschikbare stuurstroomvoorziening in het schakelpaneel. Controleer dit in de specificatiefase om dure aanpassingen te voorkomen.

Belangrijke selectieparameters in één oogopslag

De volgende tabel geeft een overzicht van de primaire selectieparameters en de vragen die ze allemaal beantwoorden tijdens het specificatieproces:

Nalevingsnormen en paneelcompatibiliteit

Een VCB functioneert niet op zichzelf: hij is geïntegreerd in een schakelpaneel (binnen of buiten, vast of uittrekbaar) dat zelf moet voldoen aan de relevante normen voor het land en de sector van de installatie. De onderbreker moet dimensionaal en elektrisch compatibel zijn met het paneel, met bijpassende primaire verbindingsgeometrie, secundaire terminalindelingen en afmetingen van rekken of uittrekbare wagens. IEC 62271-100 is de belangrijkste internationale norm die de typetests en nominale kenmerken van AC-stroomonderbrekers regelt. In Noord-Amerika zijn ANSI/IEEE C37.04, C37.06 en C37.09 van toepassing op de classificaties en tests voor hoogspanningsstroomonderbrekers.

Vraag altijd de typetestcertificaten aan bij de fabrikant, waarin wordt bevestigd dat het specifieke brekermodel is getest volgens de toepasselijke norm bij een geaccrediteerd onafhankelijk laboratorium. Controleer of de testspanning, stroom en uitschakelcapaciteit overeenkomen met uw toepassingsvereisten of deze zelfs overtreffen, en niet alleen dat de waarden op het typeplaatje overeenkomen. Voor kritieke infrastructuur-, utiliteits- of exportprojecten moet u bevestigen dat de onderbreker en het schakelpaneel de certificeringen hebben die vereist zijn door de specificaties van de eindgebruiker, zoals KEMA-, CESI- of CPRI-testrapporten. Een VCB die is gekozen met strikte aandacht voor deze parameters, beschermt uw netwerk op betrouwbare wijze gedurende 25 tot 30 jaar met minimale tussenkomst.