Τι είναι η λειτουργία διακοπής φορτίου σε διακόπτες; Ορισμός, παραδείγματα & εφαρμογές

Εισαγωγή

Στη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης, κάθε συμβάν μεταγωγής δεν είναι ίσο. Μια συσκευή διακοπής που κλείνει σε έναν απενεργοποιημένο δίαυλο, ανοίγει σε συνθήκες μηδενικού φορτίου ή διακόπτει ένα ρεύμα σφάλματος εκτελεί θεμελιωδώς διαφορετικές λειτουργίες - η καθεμία με ξεχωριστά επίπεδα ηλεκτρικής καταπόνησης, επιπτώσεις στη φθορά των επαφών και απαιτήσεις ικανότητας του εξοπλισμού. Η αντιμετώπιση όλων των διακοπτικών συμβάντων ως ισοδύναμων είναι ένα σφάλμα προδιαγραφών που οδηγεί σε υποδιαστασιολογημένο εξοπλισμό, πρόωρη αστοχία επαφών και υποβαθμισμένη προστασία του δικτύου.

Μια λειτουργία διακοπής φορτίου είναι το συγκεκριμένο συμβάν μεταγωγής κατά το οποίο μια συσκευή διακοπής διακόπτει ένα κύκλωμα που μεταφέρει κανονικό ρεύμα λειτουργίας - όχι ρεύμα σφάλματος, όχι ρεύμα χωρίς φορτίο, αλλά ονομαστικό ρεύμα φορτίου υπό πλήρη τάση του συστήματος - και αυτός ο ακριβής ορισμός καθορίζει ποιες συσκευές είναι ονομαστικές για λειτουργία διακοπής φορτίου, πώς σχεδιάζονται οι επαφές τους και πώς ταξινομείται η κατηγορία ηλεκτρικής αντοχής τους σύμφωνα με το πρότυπο IEC 62271.

Για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς που σχεδιάζουν συστήματα διανομής ΜV και τους υπεύθυνους προμηθειών που καθορίζουν τους διακόπτες, ο ορισμός λειτουργίας διακοπής φορτίου είναι η οριακή συνθήκη που διαχωρίζει τους διακόπτες διακοπής φορτίου και τους διακόπτες κυκλώματος από τους αποζεύκτες και τους απομονωτές - ένα όριο που, όταν παρεξηγείται, οδηγεί σε καταστροφικές αποτυχίες μεταγωγής, κατεστραμμένες επαφές και περιστατικά ασφάλειας του προσωπικού.

Αυτό το άρθρο παρέχει μια πλήρη τεχνική αναφορά για τις λειτουργίες διακοπής φορτίου σε διακόπτες μέσης τάσης - από τους ορισμούς IEC και την ηλεκτρική φυσική έως την επιλογή συσκευής, τα σενάρια εφαρμογής και τις επιπτώσεις συντήρησης σε όλους τους τύπους διακοπτών AIS, GIS και SIS.

Πίνακας περιεχομένων

• Τι είναι η λειτουργία διακοπής φορτίου και πώς ορίζεται επακριβώς σύμφωνα με τα πρότυπα IEC;
• Πώς καταπονούνται οι επαφές διακοπής φορτίου σε τύπους AIS, GIS και SIS;
• Πώς να καθορίσετε σωστά τη δυνατότητα διακοπής φορτίου για την εφαρμογή διακοπής;
• Ποιες είναι οι συνήθεις βλάβες λειτουργίας διακοπής φορτίου και οι απαιτήσεις συντήρησης;

Τι είναι η λειτουργία διακοπής φορτίου και πώς ορίζεται επακριβώς σύμφωνα με τα πρότυπα IEC;

Μια λειτουργία διακοπής φορτίου ορίζεται ως εξής IEC 62271-100¹ και IEC 62271-103² ως μια λειτουργία μεταγωγής κατά την οποία μια συσκευή διαχωρίζει τις επαφές ενώ μεταφέρει ρεύμα με ή κάτω από το ονομαστικό κανονικό ρεύμα (In), υπό την πλήρη ονομαστική τάση του συστήματος, με την προσδοκία ότι το προκύπτον τόξο θα σβήσει εντός της ονομαστικής ικανότητας σβέσης τόξου της συσκευής - επαναφέροντας το κύκλωμα σε ανοικτή, πλήρως μονωμένη κατάσταση.

Ακριβή στοιχεία ορισμού IEC

Ο ορισμός του IEC για τη λειτουργία διακοπής φορτίου περιλαμβάνει τέσσερις ταυτόχρονες συνθήκες που πρέπει να είναι όλες παρούσες για να χαρακτηριστεί η λειτουργία ως ονομαστική διακοπή φορτίου:

1. Μέγεθος ρεύματος - Σε ή κάτω από το ονομαστικό κανονικό ρεύμα (In):
Το ρεύμα του κυκλώματος τη στιγμή του διαχωρισμού της επαφής δεν πρέπει να υπερβαίνει το ονομαστικό κανονικό ρεύμα της συσκευής. Για έναν διακόπτη διακοπής φορτίου με ονομαστική τιμή 630Α, κάθε διακοπή στα 630Α ή κάτω από αυτά χαρακτηρίζεται ως λειτουργία διακοπής φορτίου. Η διακοπή πάνω από το In - είτε λόγω υπερφόρτωσης είτε λόγω σφάλματος - αποτελεί διαφορετική κατηγορία λειτουργίας με διαφορετικές απαιτήσεις ικανότητας.

2. Συντελεστής ισχύος - Εντός του ονομαστικού συντελεστή ισχύος δοκιμής:
Το IEC 62271-103 καθορίζει τους συντελεστές ισχύος δοκιμής για λειτουργίες διακοπής φορτίου:

• Κυρίως επαγωγικό φορτίο: cos φ = 0,3-0,7 (φορτία κινητήρα, ρεύμα μαγνήτισης μετασχηματιστή)
• Κυρίως ωμικό φορτίο: cos φ = 0,7-1,0 (ωμική θέρμανση, φωτισμός)
• Χωρητικό φορτίο: Ξεχωριστή ακολουθία δοκιμών κατά IEC 62271-100 παράρτημα G (φόρτιση καλωδίων, συστοιχίες πυκνωτών)

Το συντελεστής ισχύος³ καθορίζει τη σχέση φάσης μεταξύ μηδενικού ρεύματος και κορυφής τάσης τη στιγμή της σβέσης του τόξου - η οποία καθορίζει άμεσα τη σοβαρότητα της τάση μεταβατικής αποκατάστασης⁴ (TRV) στο διάκενο επαφής αμέσως μετά την εξάλειψη του τόξου.

3. Τάση συστήματος - Στην ονομαστική τάση:
Η πλήρης ονομαστική τάση του συστήματος εμφανίζεται στο διάκενο επαφής αμέσως μετά τη σβέση του τόξου ως τάση μεταβατικής αποκατάστασης (TRV). Μια λειτουργία διακοπής φορτίου σε μειωμένη τάση δεν αποτελεί ονομαστική συνθήκη δοκιμής - οι συσκευές πρέπει να είναι ικανές να αντέχουν την πλήρη TRV σε ονομαστική τάση.

4. Εξαφάνιση τόξου - Εντός της ονομαστικής ικανότητας της συσκευής:
Το τόξο που δημιουργείται από τον διαχωρισμό των επαφών πρέπει να σβήσει εντός του πρώτου ή του δεύτερου μηδενισμού του ρεύματος, χρησιμοποιώντας το ονομαστικό μέσο σβέσης τόξου της συσκευής (αέρας, SF6 ή κενό). Η μη κατάσβεση εντός αυτού του παραθύρου συνιστά αποτυχημένη λειτουργία διακοπής φορτίου.

Λειτουργίες διακοπής φορτίου έναντι άλλων τύπων συμβάντων μεταγωγής

Η κατανόηση των λειτουργιών διακοπής φορτίου απαιτεί ακριβή διαφοροποίηση από τις παρακείμενες κατηγορίες συμβάντων μεταγωγής:

Γεγονός εναλλαγής	Τρέχον επίπεδο	Τάση Παρούσα	Παραγόμενο τόξο	Απαιτούμενη συσκευή
Εναλλαγή χωρίς φορτίο (απομόνωση)	0A (χωρίς φορτίο)	Ναι	Ελάχιστο	Αποζεύκτης / Απομονωτής
Λειτουργία διακοπής φορτίου	≤ In (κανονικό φορτίο)	Ναι	Μέτρια	LBS / Διακόπτης κυκλώματος
Εναλλαγή υπερφόρτωσης	In σε ~6× In	Ναι	Σοβαρή	Διακόπτης κυκλώματος
Διακοπή βραχυκυκλώματος	Μέχρι Isc (σφάλμα)	Ναι	Extreme	Μόνο διακόπτης κυκλώματος
Κάνοντας σε σφάλμα	0 → Ipeak (σφάλμα)	Ναι	Extreme	Μόνο διακόπτης κυκλώματος
Χωρητική μεταγωγή	Μικρό κύριο ρεύμα	Ναι	Υψηλή πίεση TRV	Ονομαστική τιμή CB ή LBS
Επαγωγική μεταγωγή	Μικρό ρεύμα υστέρησης	Ναι	Υψηλή πίεση TRV	Ονομαστική τιμή CB ή LBS

Ειδικές κατηγορίες λειτουργίας διακοπής φορτίου

Πέρα από το τυπικό σπάσιμο φορτίου αντίστασης / επαγωγής, το IEC 62271 ορίζει διάφορες ειδικές κατηγορίες λειτουργίας διακοπής φορτίου που επιβάλλουν ξεχωριστές ηλεκτρικές καταπονήσεις:

Εναλλαγή ρεύματος φόρτισης καλωδίου:
Διακοπή του ρεύματος χωρητικής φόρτισης των μη φορτισμένων καλωδίων ΜV (τυπικά 1-50Α ρεύμα αιχμής). Παρόλο που το μέγεθος του ρεύματος είναι χαμηλό, ο χωρητικός συντελεστής ισχύος παράγει ένα σοβαρό TRV με ταχεία αύξηση της τάσης (RRRV) που μπορεί να προκαλέσει εκ νέου πυροδότηση του τόξου μετά από φαινομενική σβέση. Οι συσκευές πρέπει να είναι ειδικά διαβαθμισμένες για χωρητική μεταγωγή ρεύματος⁵ κατά IEC 62271-100 παράρτημα G.

Εναλλαγή ρεύματος μαγνήτισης μετασχηματιστή:
Διακοπή του επαγωγικού ρεύματος μαγνήτισης των μη φορτισμένων μετασχηματιστών (τυπικά 0,5-5A ρεύμα υστέρησης). Ο ιδιαίτερα επαγωγικός συντελεστής ισχύος δημιουργεί υψηλής συχνότητας τεμαχισμό ρεύματος και κλιμάκωση τάσης (εικονικός τεμαχισμός ρεύματος) που μπορεί να παράγει υπερτάσεις 3-5 φορές την ονομαστική τάση - δυνητικά καταστρέφοντας τη μόνωση του μετασχηματιστή. Οι συσκευές πρέπει να είναι ονομαστικές για μεταγωγή ρεύματος μαγνήτισης μετασχηματιστή.

Εναλλαγή βρόχου:
Άνοιγμα ενός κανονικά κλειστού βρόχου σε ένα δίκτυο διανομής δακτυλίου, όπου το ρεύμα μέσω της συσκευής μεταγωγής είναι το ρεύμα του κυκλικού βρόχου (συνήθως 10-200Α). Η μεταγωγή βρόχου είναι μια τυπική λειτουργία διακοπής φορτίου, αλλά απαιτεί η συσκευή να έχει ονομαστική ονομαστική τιμή για το συγκεκριμένο μέγεθος ρεύματος βρόχου στο σημείο εγκατάστασης.

Σύνοψη ονομαστικού ρεύματος διακοπής φορτίου ανά τύπο συσκευής:

Τύπος συσκευής	Ονομαστικό ρεύμα διακοπής φορτίου	Πρότυπο IEC	Ειδικά καθήκοντα
Διακόπτης διακοπής φορτίου (LBS)	Μέχρι την ονομαστική τιμή In (400A-1250A)	IEC 62271-103	Βρόχος, καλώδιο φόρτισης
Διακόπτης κενού (VCB)	Μέχρι το ονομαστικό In (630A-4000A)	IEC 62271-100	Όλα τα ειδικά καθήκοντα
Διακόπτης κυκλώματος SF6	Μέχρι το ονομαστικό In (630A-4000A)	IEC 62271-100	Όλα τα ειδικά καθήκοντα
Αποζεύκτης / Απομονωτής	0A (χωρίς δυνατότητα διακοπής φορτίου)	IEC 62271-102	Κανένα
Διακόπτης γείωσης	0A (χωρίς δυνατότητα διακοπής φορτίου)	IEC 62271-102	Κανένα

Πώς καταπονούνται οι επαφές διακοπής φορτίου σε τύπους AIS, GIS και SIS;

Η ηλεκτρική καταπόνηση που επιβάλλεται στις επαφές των διακοπτών κατά τη διάρκεια μιας λειτουργίας διακοπής φορτίου είναι συνάρτηση τριών αλληλεπιδρώντων μεταβλητών: της ενέργειας του τόξου που παράγεται κατά τον διαχωρισμό της επαφής, της τάσης μεταβατικής ανάκτησης (TRV) μετά την εξάλειψη του τόξου και του αθροιστικού ρυθμού διάβρωσης της επαφής κατά τη διάρκεια της λειτουργικής ζωής της συσκευής. Κάθε τύπος διακόπτη ανταποκρίνεται διαφορετικά σε αυτές τις καταπονήσεις με βάση το μέσο σβέσης του τόξου και το σχεδιασμό της επαφής του.

Ενέργεια τόξου κατά τη διάρκεια εργασιών διακοπής φορτίου

Το ενέργεια τόξου ανά λειτουργία διακοπής φορτίου καθορίζεται από τη διάρκεια του τόξου και την τάση του τόξου:

$E_{arc} = V_{arc} \times I_{load} \times t_{arc}$

Πού $I_{load}$ είναι το ρεύμα φορτίου κατά τη διακοπή,$V_{arc}$ είναι η τάση του τόξου (εξαρτάται από το μέσο) και $t_{arc}$ είναι η διάρκεια του τόξου μέχρι την εξαφάνιση.

Για λειτουργία διακοπής φορτίου 630A:

• AIS (αλεξίπτωτο τόξου αέρα): $t_{arc}$= 20-60ms (1-3 κύκλοι),;$E_{arc}$ = 500-2,000J
• GIS (SF6 puffer): $t_{arc}$= 8-20ms (< 1 κύκλος),;$E_{arc}$ = 100-500J
• SIS (κενό): $t_{arc}$= 2-10ms (< 0,5 κύκλος),;$E_{arc}$ = 20-100J

Αυτή η διαφορά 10-100 φορές στην ενέργεια τόξου ανά λειτουργία διακοπής φορτίου εξηγεί άμεσα γιατί οι διακόπτες κενού επιτυγχάνουν ηλεκτρική αντοχή E2 (1.000 λειτουργίες διακοπής φορτίου για διακόπτες- 10.000 για διακόπτες κυκλώματος) ως τυπικό αποτέλεσμα σχεδιασμού, ενώ οι σχεδιασμοί με αερότοξο απαιτούν βελτιωμένα υλικά επαφής για να φτάσουν στην κατηγορία E2.

Τάση μεταβατικής αποκατάστασης (TRV) μετά από λειτουργίες διακοπής φορτίου

Αμέσως μετά τη σβέση του τόξου σε λειτουργία διακοπής φορτίου, η πλήρης τάση του συστήματος επανεμφανίζεται στο διάκενο επαφής ως μεταβατική τάση αποκατάστασης. Η κυματομορφή TRV χαρακτηρίζεται από:

• Μέγιστη τάση TRV (Uc): Τυπικά 1,4-1,7 × ονομαστική τάση φάσης για σφάλματα τερματικών. χαμηλότερη για λειτουργίες διακοπής φορτίου
• Ρυθμός αύξησης της τάσης ανάκτησης (RRRV): kV/μs - η ταχύτητα με την οποία δημιουργείται τάση στο διάκενο μετά την εξάλειψη
• Συχνότητα TRV: Καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά LC του συνδεδεμένου κυκλώματος

Το διάκενο επαφής πρέπει να ανακτά επαρκή διηλεκτρική αντοχή ταχύτερα από την αύξηση του TRV - εάν ο ρυθμός ανάκτησης του διηλεκτρικού χάσματος πέσει κάτω από το RRRV, το τόξο ξαναχτυπά και η λειτουργία διακοπής φορτίου αποτυγχάνει. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επιλογή του μέσου απόσβεσης τόξου είναι κρίσιμη: το κενό επιτυγχάνει διηλεκτρική αποκατάσταση σε μικροδευτερόλεπτα, το SF6 σε χιλιοστά του δευτερολέπτου και ο αέρας σε δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Σύγκριση τάσεων λειτουργίας διακοπής φορτίου ανά τύπο διακόπτη

Παράμετρος στρες	AIS (αέρας)	GIS (SF6)	SIS (κενό)
Ενέργεια τόξου ανά Op (630A)	500-2,000J	100-500J	20-100J
Διάρκεια τόξου	1-3 κύκλοι	< 1 κύκλος	< 0,5 κύκλος
Ρυθμός ανάκτησης διηλεκτρικού	Αργή (εύρος ms)	Γρήγορα (εύρος ms)	Πολύ γρήγορα (εύρος μs)
TRV Κίνδυνος επανεπιδρομής	Μέτρια	Χαμηλή	Πολύ χαμηλό
Επαφή Διάβρωση ανά Op	2-10 mg	0,5-3 mg	< 0,5 mg
Κατηγορία E2 Επιτευξιμότητα	Πιθανή (βελτιωμένος σχεδιασμός)	Πρότυπο	Εγγενές
Ικανότητα ειδικών καθηκόντων	Περιορισμένη	Πλήρης	Πλήρης

Περίπτωση πελάτη: Διακοπή φορτίου σε χωρητικό καθήκον μεταγωγής

Ένας υπεύθυνος προμηθειών σε μια εταιρεία κοινής ωφέλειας που διαχειρίζεται ένα υπόγειο δίκτυο καλωδίων 12kV σε μια ευρωπαϊκή πόλη επικοινώνησε με την Bepto μετά από μια σειρά αποτυχιών διακοπής φορτίου σε πίνακες μεταγωγής τροφοδοσίας. Οι αστοχίες - οι οποίες χαρακτηρίζονταν από εκ νέου ανάφλεξη τόξου μετά από φαινομενική σβέση, ακολουθούμενη από συγκόλληση επαφής - συνέβαιναν σε εργασίες μεταγωγής τροφοδότη καλωδίων, όπου το ρεύμα φόρτισης καλωδίων ήταν περίπου 12Α οδηγητικό (χωρητικό).

Η διερεύνηση αποκάλυψε ότι οι εγκατεστημένοι πίνακες LBS είχαν βαθμολογηθεί για τυπικό επαγωγικό καθήκον διακοπής φορτίου, αλλά δεν είχαν δοκιμαστεί ή βαθμολογηθεί για χωρητική εναλλαγή ρεύματος σύμφωνα με το παράρτημα G του IEC 62271-100. Ο χωρητικός συντελεστής ισχύος παρήγαγε σοβαρό TRV με RRRV που υπερέβαινε το ρυθμό ανάκτησης διηλεκτρικού τόξου του αγωγού αεροτομής, προκαλώντας συνεχή επαναφορά του τόξου σε κάθε λειτουργία ενεργοποίησης του καλωδίου.

Μετά την αντικατάσταση των επηρεαζόμενων πινάκων με το διακοπτικό σύστημα SIS της Bepto που ενσωματώνει διακόπτες κενού με ονομαστική ονομαστική αξία για μεταγωγή χωρητικού ρεύματος, η εταιρεία κοινής ωφέλειας επιβεβαίωσε μηδενικά περιστατικά επαναφοράς σε 240 λειτουργίες μεταγωγής καλωδίων κατά τους επόμενους 18 μήνες. Ο ρυθμός διηλεκτρικής ανάκτησης μικροδευτερολέπτων του διακόπτη κενού παρείχε το περιθώριο έναντι του χωρητικού TRV που δεν μπορούσε να προσφέρει ο σχεδιασμός του αγωγού τόξου αέρα.

Πώς να καθορίσετε σωστά τη δυνατότητα διακοπής φορτίου για την εφαρμογή διακοπής;

Ο σωστός προσδιορισμός της ικανότητας διακοπής φορτίου απαιτεί συστηματικό χαρακτηρισμό κάθε περιστατικού μεταγωγής που θα εκτελέσει η συσκευή κατά τη διάρκεια της διάρκειας ζωής της - όχι μόνο το ονομαστικό κανονικό ρεύμα, αλλά και τον συντελεστή ισχύος, τις ειδικές κατηγορίες λειτουργίας και το περιβάλλον TRV στο συγκεκριμένο σημείο εγκατάστασης.

Βήμα 1: Χαρακτηρισμός όλων των συμβάντων μεταγωγής

Καταγράψτε κάθε τύπο συμβάντος μεταγωγής που θα εκτελέσει η συσκευή:

• Κανονική μεταγωγή φορτίου: Μέγεθος ρεύματος (A), συντελεστής ισχύος (cos φ), συχνότητα (λειτουργίες/έτος)
• Εναλλαγή φόρτισης καλωδίου: Μήκος καλωδίου και ρεύμα φόρτισης (A leading)- προσδιορίστε τη βαθμολογία IEC 62271-100 Annex G
• Μεταγωγή μαγνήτισης μετασχηματιστή: Ονομαστική ισχύς μετασχηματιστή (kVA) και ρεύμα μαγνήτισης (A υστέρηση)- προσδιορίστε την ονομαστική τιμή μεταγωγής ρεύματος μαγνήτισης
• Εναλλαγή βρόχου: Μέγεθος ρεύματος βρόχου (A) και διαμόρφωση συστήματος (ανοικτός δακτύλιος / κλειστός δακτύλιος)
• Εναλλαγή τράπεζας πυκνωτών: Ονομαστική ισχύς της τράπεζας (kVAr) και χαρακτηριστικά ρεύματος εισόδου- προσδιορίστε την ονομαστική ισχύ μεταγωγής της τράπεζας πυκνωτών.
• Εναλλαγή κινητήρα: Ονομαστική ισχύς κινητήρα (kW) και χαρακτηριστικά ρεύματος εκκίνησης- προσδιορίστε την ονομαστική ισχύ μεταγωγής εκτός φάσης, εάν ισχύει

Βήμα 2: Καθορισμός απαιτήσεων TRV

• Υπολογίστε το μελλοντικό TRV: Χρησιμοποιήστε τη σύνθετη αντίσταση βραχυκυκλώματος του συστήματος και τις παραμέτρους του συνδεδεμένου καλωδίου/μετασχηματιστή για τον υπολογισμό της μέγιστης τάσης TRV (Uc) και της RRRV στο σημείο εγκατάστασης.
• Επαληθεύστε τη δυνατότητα TRV της συσκευής: Επιβεβαιώστε ότι το ονομαστικό περίβλημα TRV του καθορισμένου διακόπτη σύμφωνα με τον πίνακα 1 του IEC 62271-100 καλύπτει το μελλοντικό TRV στο σημείο εγκατάστασης.
• Ειδικές συνθήκες TRV: Η χωρητική μεταγωγή και η μεταγωγή μαγνήτισης του μετασχηματιστή δημιουργούν κυματομορφές TRV που υπερβαίνουν τα τυποποιημένα φάκελα TRV τερματικών σφαλμάτων - επαληθεύστε συγκεκριμένες ονομαστικές τιμές λειτουργίας

Βήμα 3: Επιλέξτε τύπο συσκευής και κατηγορία αντοχής

Αντιστοιχίστε το προφίλ συμβάντος μεταγωγής με τον κατάλληλο τύπο συσκευής και την κατάλληλη κατηγορία αντοχής:

• Μόνο τυπική μεταγωγή επαγωγικού/αντίσταση φορτίου: Βαθμολογία LBS κατά IEC 62271-103 με κατάλληλη κλάση E1 ή E2
• Συμπεριλαμβάνεται χωρητική, μαγνητική ή βρόγχος μεταγωγής: Διακόπτης κυκλώματος (VCB ή SF6 CB) ονομαστικός κατά IEC 62271-100 με δηλωμένες ειδικές ονομαστικές τιμές λειτουργίας
• Υψηλή συχνότητα μεταγωγής (> 100 ops/έτος): Κατηγορία E2 υποχρεωτική- προτιμάται διακόπτης κενού για το χαμηλότερο ποσοστό διάβρωσης επαφής
• Μικτή λειτουργία (διακοπή φορτίου + διακοπή σφάλματος): Διακόπτης κυκλώματος με συνδυασμένη ηλεκτρική αντοχή E2 και μηχανική αντοχή M2- επαληθεύστε και τους δύο κύκλους λειτουργίας στο πιστοποιητικό δοκιμής τύπου.

Βήμα 4: Αντιστοίχιση προτύπων και πιστοποιήσεων

• IEC 62271-100: Δυνατότητα διακοπής φορτίου και διακοπής σφάλματος του διακόπτη κυκλώματος - συμπεριλαμβανομένων των ειδικών ονομαστικών τιμών λειτουργίας (χωρητικότητα, μαγνήτιση, βρόχος)
• IEC 62271-103: Ικανότητα διακοπής φορτίου διακόπτη εναλλασσόμενου ρεύματος - τυπικό επαγωγικό/αντίσταση καθήκον.
• IEC 62271-200: Συγκρότημα μεταλλικού κλειστού διακόπτη - ικανότητα διακοπής φορτίου ολόκληρου του συγκροτήματος, όχι μόνο του διακοπτικού στοιχείου
• IEC 62271-1: Κοινές προδιαγραφές - απαιτήσεις TRV και ορισμοί ονομαστικής τάσης/ρεύματος
• GB/T 3804 / GB/T 11022: Εθνικά πρότυπα της Κίνας για διακόπτες και συγκροτήματα διακοπτών HV

Σενάρια εφαρμογής ανά τύπο καθήκοντος διακοπής φορτίου

• Εναλλαγή τροφοδοσίας αστικού δικτύου καλωδίων: VCB ή SF6 CB με χωρητική ικανότητα μεταγωγής ρεύματος- κλάση E2 για συχνές εργασίες ενεργοποίησης καλωδίων
• Κύρια μονάδα δακτυλίου Εναλλαγή βρόχου: LBS με βαθμολογία μεταγωγής βρόχου σύμφωνα με το IEC 62271-103. Κατηγορία E2 για καθημερινές λειτουργίες μεταφοράς φορτίου
• Βιομηχανικός μετασχηματιστής HV Switching: LBS ή VCB με βαθμολογία μεταγωγής ρεύματος μαγνήτισης μετασχηματιστή- κλάση E1 για σπάνια μεταγωγή
• Εναλλαγή τράπεζας πυκνωτών: Αφιερωμένη τράπεζα πυκνωτών μεταγωγής VCB κατά IEC 62271-100 παράρτημα G- ενδέχεται να απαιτείται ειδικός αντιδραστήρας περιορισμού του ρεύματος εισόδου.
• Εναλλαγή συλλογής MV ηλιακού πάρκου: VCB με ονομαστικές τιμές φόρτισης καλωδίων και μαγνήτισης μετασχηματιστή- κλάση E2/M2 για καθημερινές λειτουργίες με βάση την ακτινοβολία
• Διακόπτης τροφοδοσίας κινητήρα MV: Κατηγορία E2 για καθημερινές λειτουργίες εκκίνησης/διακοπής του κινητήρα

Ποιες είναι οι συνήθεις βλάβες λειτουργίας διακοπής φορτίου και οι απαιτήσεις συντήρησης;

Οι αστοχίες λειτουργίας διακοπής φορτίου είναι από τα πιο καταστροφικά συμβάντα στους διακόπτες MV - συνδυάζοντας την καταστροφική ενέργεια ενός συνεχιζόμενου τόξου με τη μηχανική καταπόνηση μιας αποτυχημένης λειτουργίας μεταγωγής. Η κατανόηση των τρόπων αστοχίας που αφορούν κάθε τύπο λειτουργίας διακοπής φορτίου επιτρέπει την προληπτική προδιαγραφή, την επαλήθευση της θέσης σε λειτουργία και τον προγραμματισμό της συντήρησης.

Κατάλογος ελέγχου επαλήθευσης διακοπής φορτίου πριν από τον τερματισμό λειτουργίας

1. Επαληθεύστε τη βαθμολογία διακοπής φορτίου έναντι όλων των συμβάντων μεταγωγής - Επιβεβαιώστε ότι το ονομαστικό ρεύμα διακοπής φορτίου της συσκευής ≥ μέγιστο ρεύμα φορτίου στο σημείο εγκατάστασης- επιβεβαιώστε ότι οι ειδικές ονομαστικές τιμές λειτουργίας (χωρητικότητα, μαγνήτιση, βρόχος) αντιστοιχούν σε όλους τους αναγνωρισμένους τύπους διακοπτικών συμβάντων.
2. Επιβεβαίωση ικανότητας TRV - Επαληθεύστε ότι το περίβλημα TRV της συσκευής σύμφωνα με το IEC 62271-100 καλύπτει το υπολογισμένο μελλοντικό TRV στο σημείο εγκατάστασης για όλους τους τύπους διακοπτικών συμβάντων.
3. Ελέγξτε τη ρύθμιση του διακένου επαφής - Επαληθεύστε ότι το διάκενο επαφής είναι εντός των προδιαγραφών του κατασκευαστή- το ανεπαρκές διάκενο μειώνει την αντοχή του TRV μετά την εξάλειψη του τόξου διακοπής φορτίου
4. Επικύρωση μέσου απόσβεσης τόξου - Για GIS: επιβεβαιώστε ότι η πίεση SF6 είναι στην ονομαστική πίεση πλήρωσης πριν από την πρώτη λειτουργία διακοπής φορτίου- για SIS: διεξάγετε δοκιμή hi-pot κενού σε όλους τους διακόπτες.
5. Δοκιμή σε μειωμένο ρεύμα πρώτα - Όπου είναι δυνατόν, διεξάγετε αρχικές λειτουργίες διακοπής φορτίου σε μειωμένο φορτίο πριν από την πλήρη εναλλαγή ονομαστικού ρεύματος.
6. Καταγραφή της βασικής αντίστασης επαφής - Μετρήστε και καταγράψτε την αντίσταση επαφής (< 100 μΩ) πριν από την πρώτη λειτουργία διακοπής φορτίου- η σύγκριση μετά τη λειτουργία ανιχνεύει την ανώμαλη διάβρωση του τόξου

Τρόποι αποτυχίας λειτουργίας διακοπής φορτίου

Arc Re-Strike μετά την εξαφάνιση:
Ο πιο συνηθισμένος τρόπος αστοχίας διακοπής φορτίου - το τόξο σβήνει στο μηδενικό ρεύμα, αλλά αναφλέγεται ξανά καθώς το TRV δημιουργείται στο διάκενο επαφής ταχύτερα από την ανάκτηση της διηλεκτρικής αντοχής. Η εκ νέου ανάφλεξη δημιουργεί ένα δεύτερο τόξο με υψηλότερη ενέργεια από το αρχικό, προκαλώντας σοβαρή βλάβη στην επαφή και πιθανή συγκόλληση επαφής. Πρωταρχικές αιτίες:

• Χωρητική μεταγωγή χωρίς ονομαστική ικανότητα χωρητικής μεταγωγής
• Πίεση SF6 κάτω από το ελάχιστο λειτουργικό επίπεδο (GIS)
• Υποβάθμιση διακοπτών κενού (SIS)
• Ανεπαρκές διάκενο επαφής (όλοι οι τύποι)

Επαφή συγκόλλησης:
Οι εργασίες παραγωγής υψηλού ρεύματος ή τα σοβαρά συμβάντα επαναφοράς του τόξου μπορούν να προκαλέσουν στιγμιαία τήξη της επιφάνειας επαφής. Οι συγκολλημένες επαφές αποτυγχάνουν να ανοίξουν στην επόμενη εντολή ενεργοποίησης - ο πιο επικίνδυνος τρόπος αστοχίας διακοπής φορτίου, καθώς εμποδίζει την απομόνωση σφάλματος. Πρωταρχικές αιτίες:

• Δημιουργία σε μη ανιχνευμένο σφάλμα (υπερβαίνει την ονομαστική τιμή δημιουργίας διακοπής φορτίου)
• Επανεκπόνηση τόξου με τις επιφάνειες επαφής σε θέση εγγύς επαφής
• Υλικό επαφής που δεν είναι βελτιστοποιημένο για το συγκεκριμένο μέσο σβέσης τόξου

Ατελής εξαφάνιση τόξου (διατηρούμενο τόξο):
Το τόξο αποτυγχάνει να σβήσει σε οποιοδήποτε σημείο μηδενικού ρεύματος, διατηρώντας ένα αγώγιμο κανάλι πλάσματος που καταστρέφει σταδιακά το συγκρότημα επαφής, το αγωγό τόξου και τη γύρω μόνωση. Σε κλειστούς διακόπτες, ένα συνεχιζόμενο τόξο δημιουργεί ακραία πίεση και θερμοκρασία - πυροδοτώντας ένα εσωτερικό σφάλμα τόξου. Πρωταρχικές αιτίες:

• Ρεύμα που υπερβαίνει την ονομαστική ικανότητα διακοπής φορτίου (ρεύμα υπερφόρτωσης ή σφάλματος)
• Βλάβη του μέσου απόσβεσης τόξου (διαρροή SF6, απώλεια κενού)
• Η διαδρομή επαφής δεν επαρκεί για τη δημιουργία επαρκούς τάσης τόξου

Χρονοδιάγραμμα συντήρησης για διακόπτη διακοπής φορτίου

Σκανδάλη	Δράση	Τυποποιημένη αναφορά
Ετήσια	Μέτρηση αντίστασης επαφής- ανασκόπηση αριθμού λειτουργιών	IEC 62271-100
Ανά 100 επιχειρήσεις διακοπής φορτίου (E1)	Οπτική επιθεώρηση επαφής- αξιολόγηση διάβρωσης τόξου	Πρωτόκολλο κατασκευαστή
Ανά 500 επιχειρήσεις διακοπής φορτίου (E2)	Τάση αντίστασης επαφής; έλεγχος αγωγού τόξου / αερίου / κενού	IEC 62271-100
Ανά λειτουργία διακοπής σφάλματος	Άμεση επιθεώρηση επαφής- έλεγχος του μέσου απόσβεσης τόξου	IEC 62271-100
Αντίσταση επαφής > 150 μΩ	Διερευνήστε την κατάσταση της επιφάνειας επαφής- προγραμματίστε την αντικατάσταση	IEC 62271-100
Στο όριο E1 / E2	Υποχρεωτική αξιολόγηση επαφής πριν από τη συνέχιση της υπηρεσίας	IEC 62271-100/103

Συνήθη λάθη προδιαγραφών και λειτουργίας

• Χρήση αποζεύκτη για διακοπή φορτίου - οι αποζεύκτες έχουν μηδενική ικανότητα διακοπής φορτίου- η προσπάθεια ανοίγματος ενός αποζεύκτη υπό ρεύμα φορτίου παράγει ένα παρατεταμένο ανεξέλεγκτο τόξο που καταστρέφει τη συσκευή και θέτει σε κίνδυνο το προσωπικό
• Καθορισμός LBS για χωρητική μεταγωγή χωρίς βαθμολογία παραρτήματος G - Οι τυποποιημένες ονομαστικές τιμές διακοπής φορτίου LBS δεν καλύπτουν το χωρητικό TRV. Ελέγχετε πάντα την ειδική ικανότητα μεταγωγής χωρητικότητας για εφαρμογές τροφοδοσίας καλωδίων
• Αγνόηση του συντελεστή ισχύος στις προδιαγραφές διακοπής φορτίου - μια διάταξη που έχει ονομασθεί για διακοπή φορτίου 630Α με αντίσταση μπορεί να αποτύχει σε λειτουργία διακοπής φορτίου 630Α με επαγωγή, εάν η διόρθωση του συντελεστή ισχύος δεν επαληθεύεται στη δοκιμή τύπου
• Λειτουργία κάτω από την ελάχιστη λειτουργική πίεση SF6 - Η ικανότητα θραύσης φορτίου GIS εξαρτάται άμεσα από την πίεση SF6- κάτω από την ελάχιστη πίεση, η εξάλειψη του τόξου αποτυγχάνει και η συγκόλληση με επαφή είναι πιθανή.

Συμπέρασμα

Οι λειτουργίες διακοπής φορτίου αντιπροσωπεύουν το καθοριστικό ηλεκτρικό καθήκον των διακοπτών μέσης τάσης - τα συγκεκριμένα συμβάντα μεταγωγής όπου η διακοπή ρεύματος υπό πλήρη τάση του συστήματος δημιουργεί τόξα που καταπονούν τις επαφές, προκαλούν την ανάκτηση του διηλεκτρικού και καταναλώνουν τα επιδόματα κλάσης ηλεκτρικής αντοχής με κάθε λειτουργία. Ο ακριβής καθορισμός του προφίλ λειτουργίας διακοπής φορτίου - μέγεθος ρεύματος, συντελεστής ισχύος, ειδικές κατηγορίες λειτουργίας, περιβάλλον TRV και συχνότητα μεταγωγής - αποτελεί το τεχνικό θεμέλιο κάθε αξιόπιστης προδιαγραφής διακοπτών μέσης τάσης.

Ορίστε κάθε περίπτωση μεταγωγής που θα εκτελέσει η συσκευή σας, ελέγξτε τις ονομαστικές τιμές διακοπής φορτίου σε όλους τους τύπους λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων των ειδικών κατηγοριών, και ποτέ μην ζητάτε από έναν αποζεύκτη να κάνει τη δουλειά ενός διακόπτη διακοπής φορτίου - επειδή στη μεταγωγή μέσης τάσης, η διαφορά μεταξύ μιας ονομαστικής λειτουργίας διακοπής φορτίου και μιας μη ονομαστικής είναι η διαφορά μεταξύ ενός ελεγχόμενου συμβάντος μεταγωγής και ενός καταστροφικού σφάλματος τόξου.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις λειτουργίες διακοπής φορτίου σε διακόπτες

1. “IEC 62271-100:2021”, https://webstore.iec.ch/en/publication/62785. Η πηγή αυτή υποστηρίζει το πρότυπο αναφοράς για τους διακόπτες εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής τάσης. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: IEC 62271-100 πλαίσιο ικανότητας διακοπής φορτίου και διακοπτών ισχύος. ↩

2. “IEC 62271-103:2021”, https://webstore.iec.ch/en/publication/64656. Η πηγή αυτή υποστηρίζει την πρότυπη αναφορά των διακοπτών εναλλασσόμενου ρεύματος και των διακοπτών-διακοπτών για εξοπλισμό άνω του 1 kV έως και 52 kV. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: IEC 62271-103 πλαίσιο μεταγωγής διακοπής φορτίου. ↩

3. “Συντελεστής ισχύος”, https://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor. Η πηγή αυτή υποστηρίζει τον ορισμό του συντελεστή ισχύος ως τη σχέση μεταξύ πραγματικής και φαινόμενης ισχύος σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: Συντελεστής ισχύος σε σχέση με το διακοπτικό καθήκον. ↩

4. “Τάση μεταβατικής αποκατάστασης”, https://en.wikipedia.org/wiki/Transient_recovery_voltage. Αυτή η πηγή υποστηρίζει την εξήγηση ότι το TRV εμφανίζεται στις επαφές της συσκευής μεταγωγής μετά τη διακοπή του ρεύματος και μπορεί να επηρεάσει την επιτυχή διακοπή. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: Τάση TRV μετά τη διακοπή του τόξου. ↩

5. “IEC 62271-100:2021+AMD1:2024 CSV”, https://webstore.iec.ch/en/publication/99635. Αυτή η πηγή υποστηρίζει την επικαιροποιημένη αναφορά του προτύπου IEC για τους διακόπτες κυκλωμάτων που χρησιμοποιείται για δοκιμές διακοπής και ειδικά καθήκοντα μεταγωγής. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: αναφορά διακοπής χωρητικού ρεύματος σύμφωνα με το IEC 62271-100. ↩