Sissejuhatus
Keskpinge jaotusvõrkudes on võime koormusvoolu ohutult katkestada - ilma kaitselüliti täieliku vea katkestamise võimekuseta - igapäevane tegevusnõue. Rõngapealseid magistraalüksusi, fiiderite lülitusi, trafode isoleerimist ja sektsioneerimist mõjutab üks seade, mis töötab usaldusväärselt tuhandeid kordi oma tööea jooksul: koormuskatkestuslüliti.
Koormuse katkestuslüliti (LBS) töötab, eraldades mehaaniliselt pingestatud kontaktid, kustutades samal ajal koormusvoolu katkestamisel tekkiva kaare - kasutades õhu, SF6 gaasi või vaakumi kui kaare kustutamise keskkonda -, mis võimaldab vooluahelate ohutut lülitamist kuni selle nimikoormusvooluni, katkestamata rikkevoolusid.
Ometi käsitlevad liiga paljud insenerid LBSi valikut kui kaubaotsust, keskendudes ainult pingeväärtusele ja ignoreerides kaare kustutamise mehhanism1, mehaanilise vastupidavuse klass ja keskkonnasõbralikkus. Tulemuseks on kontaktide enneaegne erosioon, ebaõnnestunud lülitustoimingud ja plaanivälised katkestused jaotusvõrkudes, mis on projekteeritud 30-aastaseks kasutusajaks.
Selles artiklis selgitatakse täpselt, kuidas koormuslülitid töötavad - mehaaniliselt ja elektriliselt - ja mida see tähendab valikule, rakendamisele ja töökindlusele keskpinge jaotussüsteemides.
Sisukord
- Mis on koormuslüliti ja kuidas see on määratletud?
- Kuidas töötab kaarekustutusmehhanism LBS-i sees?
- Kuidas valida õige koormuslüliti teie rakenduse jaoks?
- Millised on tavalised LBS-i paigaldusvigad ja hooldusnõuded?
Mis on koormuslüliti ja kuidas see on määratletud?
Koormuse katkestuslüliti on mehaaniline lülitusseade, mis on võimeline tekitama, kandma ja katkestama voolu tavalistes vooluahela tingimustes - sealhulgas kindlaksmääratud ülekoormustingimustes -, kuid ei ole ette nähtud lühisvoolude katkestamiseks. See erinevus on oluline: LBS ei ole kaitselüliti ja selle kasutamine üle selle nimiväljalülitusvõimsuse on tõsine ohutusrikkumine.
Elektrilised põhimääratlused
- Nimipinge: Tavaliselt 12 kV, 24 kV või 40,5 kV (IEC 62271-1032)
- Nominaalne normaalne voolutugevus: 400 A, 630 A või 1250 A pidevalt
- Nominaalkoormuse purunemisvool: Võrdne nominaalse normaalvooluga
- Lühiajaline nimivoolutugevus (): 16 kA, 20 kA või 25 kA (ainult vastupidavus - mitte purunemine)
- Nimivool (tipp):
- Mehhaanilise vastupidavuse klass: M1 (1000 operatsiooni) või M2 (10 000 operatsiooni)3 vastavalt IEC 62271-103
- Elektriline vastupidavusklass: E1 (100 koormuse katkestamise toimingut) või E2 (1000 toimingut).4
LBS vs. kaitselüliti: Kriitiline erinevus
| Parameeter | Koormuse katkestuslüliti | Vaakumkaitselüliti |
|---|---|---|
| Koormusvoolu katkestamine | ✔ Jah | ✔ Jah |
| Rikkevoolu katkestamine | ✗ Ei | ✔ Jah |
| Short-Circuit tegemine | ✔ Jah | ✔ Jah |
| Tüüpilised rakendused | Sektsionaliseerimine, isoleerimine | Kaitse, vea kõrvaldamine |
| Kaare kustutusvahend | Õhk / SF6 / vaakum | Vaakum / SF6 |
| Kulud | Alumine | Kõrgemad |
| Mehhaaniline keerukus | Alumine | Kõrgemad |
LBS tootevariandid Beptos
Bepto koormuslüliti valik hõlmab kolme peamist konfiguratsiooni:
- Siseruumides LBS: Jaotuskilpide, rõngaspõhimoodulite ja sekundaarsete alajaamade (12-24 kV) jaoks.
- Välitingimustes LBS: Mastile või alusele paigaldatud jaotuskatkestus (12-40,5 kV)
- SF6 koormuse katkestuslüliti: Hermeetiliselt suletud, hooldusvaba konstruktsioon karmide või ruumiliselt piiratud keskkondade jaoks
Kuidas töötab kaarekustutusmehhanism LBS-i sees?
Kaare kustutamismehhanism on iga koormuslüliti süda. Kui kontaktid koormusvoolu all eralduvad, tekib eralduvate kontaktide vahel koheselt elektrikaar. Kui seda kaar ei kustutata esimese voolu nulltaseme ületamise ajal, kiireneb kontaktide erosioon, isolatsioon laguneb ja lülitustoiming ebaõnnestub. Kõik on sõltuvuses kaare kustutuskeskkonnast ja kontaktide geomeetriast.
Kaare teke ja kustumise füüsika
Kui LBS-kontaktid hakkavad eralduma, tõuseb kontakttakistus järsult, tekitades intensiivset lokaalset kuumust, mis ioniseerib ümbritseva keskkonna juhtivaks plasmaks - kaareks. Kaar kannab kogu koormusvoolu, kuni see kustub loomuliku voolu nullini. Kaare kustutussüsteem peab:
- Kiiresti pikendada kaarega kaarpinge tõstmiseks üle süsteemipinge
- Jahuta kaarekolonni vähendada plasmajuhtivust
- Deioniseerige kontaktvahe enne kui järgmine pinge pooltsükkel lülitab kaare uuesti sisse.
Võrreldes kaare kustutamise meetodeid
Õhukaare kustutamine (siseruumides LBS):
Kaar juhitakse elektromagnetilise jõu abil kaarekahuritesse - metallist jaotusplaatide virnad - (kaarekahuri geomeetria). Kaar jaguneb mitmeks järjestikuseks lühemaks kaareks, mis tõstab kaare kogupinge üle süsteemipinge ja sunnib kustutama. Efektiivne 12-24 kV siseruumides mõõduka lülitussagedusega.
SF6 gaasikaare kustutamine (SF6 LBS):
SF6 gaas on dielektriline tugevus ligikaudu 2,5× suurem kui õhul ja erakordsed kaarelülitusomadused tänu kõrgele elektronegatiivsusele.5. Kontaktseparatsiooni ajal surub puhverkolb SF6 gaasi kokku ja suunab suure kiirusega gaasipaisu üle kaarekolonni, mis jahutab ja deioniseerib seda kiiresti. SF6 LBS saavutab kaare kustutamise < 1 voolutsükli jooksul ja tekitab minimaalse kontakti erosiooni.
Vaakumkaare kustutamine (Vacuum LBS):
Vaakumkatkestites tekib kaar kontaktmaterjali aurustumisel metalliauruplasmana. Kuna gaasimolekulid ei toeta kaarega, siis plasma difundeerub kiiresti ja kondenseerub kontaktipindadel voolu nullpunktis, saavutades kustumise mikrosekundite jooksul. Vaakum-LBS pakub kõrgeimat elektrilist vastupidavust ja seda eelistatakse üha enam MV-rakendustes siseruumides.
Tulemuslikkuse võrdlus: Arc Quenching Media
| Parameeter | Õhukaarevarju | SF6 gaas | Vaakum |
|---|---|---|---|
| Dielektriline taastamise kiirus | Mõõdukas | Kiire | Väga kiire |
| Kontakt Erosioon operatsiooni kohta | Mõõdukas | Madal | Väga madal |
| Hooldusnõue | Perioodiline kontroll | Suletud, minimaalne | Suletud, minimaalne |
| Keskkonna sobivus | Ainult siseruumides | Siseruumides ja väljas | Eelistatud siseruumides |
| SF6 gaas (kasvuhoonegaaside probleem) | Puudub | Jah | Puudub |
| Elektriline vastupidavusklass | E1 | E2 | E2 |
| Tüüpilised rakendused | Sekundaarne alajaam | Rõngastatud peaüksus, välitingimustes | Kaasaegne keskpinge lülitusseade |
Klientide juhtum: SF6 LBS-i usaldusväärsus rannikuringi peaseadmes
Kagu-Aasias asuva piirkondliku kommunaalteenuse hankejuht võttis meiega ühendust pärast korduvaid hoolduskõnesid rannikuäärsetesse peajaamades paigaldatud õhku isoleeritud LBS-üksuste puhul. Soolaga koormatud niiske õhk kiirendas kaarevarju saastumist ja kontaktide oksüdeerumist, vähendades lülituskindlust ja nõudes üle 40 seadme iga-aastaseid hooldustöid.
Pärast üleminekut Bepto hermeetiliselt suletud SF6 koormuslülititele kogu ringvõrgus teatas kommunaalettevõte, et 24-kuulise jälgimisperioodi jooksul ei esinenud planeerimata lülitusrikkeid ja et iga-aastane kaarevarju hooldus jäi täielikult ära. Hermeetiline SF6-konstruktsioon osutus otsustavaks korrosiivses rannikukeskkonnas.
Kuidas valida õige koormuslüliti teie rakenduse jaoks?
LBSi valikul tuleb lähtuda elektriliste nõuete, keskkonnatingimuste ja kasutusprofiili süstemaatilisest hindamisest, mitte ainult hinnast. Siin on esitatud struktureeritud valikuprotsess, mida kogenud keskpingejaotuse insenerid kasutavad.
1. samm: Elektriliste nõuete määratlemine
- Süsteemi pinge: Kinnitage nimipinge (12 kV / 24 kV / 40,5 kV) ja isolatsioonitase (BIL).
- Koormusvool: Valige nimivool (400 A / 630 A / 1250 A), mis ületab maksimaalset koormust.
- Lühiajaline vastupidavus: Kinnitage nimiväärtus vastab eelnevale kaitsekoordineerimisele (16 kA / 20 kA / 25 kA)
- Lülitussagedus: Määrake nõutav elektriline vastupidavusklass (E1 harva kasutatava, E2 sagedase kasutamise korral).
2. samm: Keskkonnatingimuste arvestamine
- Siseruumide ja välitingimustes paigaldamine: Siseruumides kasutatav LBS jaotuskilpide jaoks; välitingimustes kasutatav LBS postile või alusele paigaldatud rakenduste jaoks.
- Saastetase: IEC 60815 klass I-IV; ranniku- ja tööstuskeskkondades on nõutav III või IV klassi hiilimiskaugus.
- Ümbritseva temperatuuri vahemik: Standard -25°C kuni +40°C; saadaval on arktilised ja troopilised variandid.
- Niiskus ja kondensatsioon: Suletud SF6- või vaakumkonstruktsioonid välistavad niiskuse sissetungi ohu
- Seismiline tsoon: Määrata mehaaniline vastupidavus vastavalt IEC 60068-3-3 maavärinatundlikele piirkondadele.
3. samm: Sobitamine standardite ja sertifikaatide vahel
- IEC 62271-103: Esmane standard vahelduvvoolu lülitite jaoks nimipingele üle 1 kV kuni 52 kV
- IEC 62271-200: LBS-i puhul, mis on paigaldatud metallkattega jaotusseadmete komplektidesse
- GB/T 3804: Hiina riiklik standard HV AC lülitite jaoks
- IP-reiting: IP65 minimaalne kaitseaste välitingimustes; IP67 üleujutusohtlikes kohtades
Rakendusstsenaariumid
- Elektrivõrgu sektsionaliseerimine: LBS välitingimustes õhuliinidel rikete isoleerimiseks ja koormuse ülekandmiseks
- Rõngaspõhiseadmed (RMU): SF6 LBS standardse lülituselemendina kompaktsetes sekundaarsetes alajaamades RMU-des
- Tööstuslik alajaam: Siseruumides asuv LBS trafo HV lülitamiseks ja bussi sektsioneerimiseks 12-24 kV tehases asuvatel alajaamades
- Päikeseenergia / taastuvenergia MV kogumine: LBS siseruumides, mis on mõeldud kihtide kombaini MV lülitamiseks päikeseelektrijaamades.
- Mere- ja avameretööstus: Hermeetiline SF6 LBS platvormi elektrienergia jaotamiseks soolase uduga keskkondades
Millised on tavalised LBS-i paigaldusvigad ja hooldusnõuded?
Õige paigaldus ja distsiplineeritud hooldus on sama olulised kui õige tootevalik. Tuginedes keskpinge jaotamise projektides saadud kogemustele, on need kõige sagedamini esinevad veamustrid, mida on võimalik ennetada.
Paigaldamise kontrollnimekiri
- Kontrollida nimesildi hinnanguid - Kinnitage nimipinge, voolu, , ja voolu vastavusse viimine paigalduskonstruktsiooniga enne paigaldamist
- Kontrollige faasi järjestust ja polaarsust - Vale faaside ühendus kolmefaasilise LBS-i puhul põhjustab tasakaalustamata lülitamist ja kiirendatud kaarepõletust.
- Kontrollida mehaanilist sidet - Kontrollida, et töömehhanism liigub vabalt läbi kogu avamis-/sulgemisteekonna; sidumine põhjustab puudulikku kontakti sisselülitumist.
- Kinnitage maandamise järjepidevust - LBS-raam peab olema kindlalt maandatud vastavalt IEC 62271-1; ujuvad raamid tekitavad puudutuspinge ohu.
- Viige läbi pingestamiseelne isolatsiooniresistentsuse test - IR > 1000 MΩ 2,5 kV DC juures faaside vahel ja faasi ja maa vahel enne voolu sisselülitamist
- Kontrollida blokeerimisfunktsiooni - Enne kasutuselevõtmist kinnitage, et mehaanilised ja elektrilised blokeeringud toimivad nõuetekohaselt.
Levinumad paigaldus- ja käitamisvead
- Nimivoolutugevuse ületamine: Katse katkestada rikkevoolud LBS-iga põhjustab katastroofilise kaarepurunemise - kooskõlastage alati eelneva ülevoolukaitsega.
- Ignoreerides mehaanilise vastupidavuse klassi: M1 (1 000 toimingut) määramine sageli lülitatavale sööturirakendusele põhjustab mehhanismi enneaegset kulumist.
- Vale paigaldusorientatsioon: Mõne LBSi konstruktsiooni puhul sõltub kontaktide langemine gravitatsioonist; paigaldamine mittesoovitatavas asendis põhjustab kontaktide põrgetamist ja uuesti löömist.
- SF6 rõhu jälgimise unarusse jätmine: SF6 LBS-seadmed, mille rõhk on madalam kui minimaalne nimirõhk, kaotavad kaare kustutamise võime - kontrollige rõhunäitajaid igal hoolduskäigul.
Hooldusgraafik
| Intervall | Tegevus |
|---|---|
| 6 kuud | Kontaktide, kaarekanalite ja isolatsioonipindade visuaalne kontroll |
| 1 aasta | Mehaanilise töö test (avamis-/sulgemistsükkel); isolatsioonitakistuse mõõtmine |
| 3 aastat | Kontakttakistuse mõõtmine (< 100 μΩ); kaarevarju kontrollimine ja puhastamine |
| 5 aastat | Täielik kapitaalremont: kontaktide vahetus, kui erosioon ületab tootja piirnormi. |
| Rikkejuhtumi korral | Valguskaare kustutamise komponentide kohene kontrollimine enne taas kasutusele võtmist |
Kokkuvõte
Koormuse katkestuslüliti on palju enamat kui mehaaniline sisse/välja lülitusseade - see on täppisvalguskaare juhtimissüsteem, mille töökindlus sõltub õigest kaare kustutuskeskkonnast, mehaanilisest vastupidavusklassist, keskkonnakaitsest ja paigaldusdistsipliinist. Olenemata sellest, kas see on ette nähtud rõngaspõhiste peajaamade, tööstuslike alajaamade või õhuliinide jaoks, on iga usaldusväärse keskpinge lülitusrakenduse aluseks arusaamine, kuidas LBS töötab elektrilisel ja mehaanilisel tasandil.
Määrake oma keskkonna jaoks õige kaare kustutuskeskkond, kontrollige vastupidavusklassi oma lülitussageduse suhtes ja ärge kunagi paluge koormuslülitil teha kaitselüliti tööd - see üks distsipliin hoiab ära enamiku LBS-i riketest välitingimustes.
Korduma kippuvad küsimused selle kohta, kuidas koormuslülitid töötavad
K: Mis on peamine erinevus koormuslüliti ja vaakumkaitselüliti vahel keskpingesüsteemides?
A: LBS võib tekitada ja katkestada koormuse nimivoolu, kuid ei saa katkestada rikkevoolusid. VCB pakub täielikku lühise katkestamise võimekust. Kasutage vea kustutamiseks alati LBS-i koos eelneva ülevoolukaitsega.
K: Kuidas parandab SF6 gaas koormuslülituses kaare kustutamise jõudlust võrreldes õhuga?
A: SF6 on 2,5 korda suurema dielektrilise tugevusega kui õhk ja suure elektronegatiivsusega, mis neelab kiiresti vabad elektronid kaarekolonnis, saavutades kaare kustutamise alla ühe voolutsükli minimaalse kontaktide erosiooniga.
K: Millise mehaanilise vastupidavuse klassi peaksin ma määrama sageli kasutatavale jaotussööturile LBS?
A: Määrake M2 (10 000 mehaanilist toimingut) ja E2 (1 000 koormuse katkestamist) vastavalt IEC 62271-103 sagedasti lülitatavate toiteallikate puhul. M1/E1 klass sobib ainult harva lülitatavate rakenduste jaoks.
K: Kas koormuslülitit võib paigaldada välitingimustesse kõrge saastatuse tasemega rannikukeskkonnas?
A: Jah, kasutades kinnist SF6- või vaakumväljaku LBS-i, mis vastab IEC 60815 klassi III või IV saastetasemele, mille kaitseklass on IP65 või kõrgem ja hüdrofoobsed isolatsioonipinnad on soolasudu-kindlad.
K: Mis põhjustab koormuslüliti enneaegset kontakti erosiooni ja kuidas seda vältida?
A: Enneaegne erosioon tuleneb nimilülitusvõimsust ületavatest lülitusvooludest, rakenduse jaoks valest kaarekustutusvahendist või elektrilise vastupidavusklassi piirväärtuste ületamisest. IEC 62271-103 kohane õige valik ja regulaarne kontakttakistuse mõõtmine hoiab ära varajase rikke.
-
“Väävelheksafluoriidi (SF6) põhitõed”,
https://www.epa.gov/eps-partnership/sulfur-hexafluoride-sf6-basics. See allikas toetab SF6 kui elektriseadmetes kasutatava isoleeriva ja elektrikaare kustutamiseks kasutatava gaasi tehnilist konteksti. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: valitsus. Toetab: kaarekustutusmehhanism. ↩ -
“IEC 62271-103:2021 Kõrgepingejaotusseadmed ja juhtimisseadmed”,
https://cdn.standards.iteh.ai/samples/103033/295bb200a1c54d209eff68b891ba6c14/IEC-62271-103-2021.pdf. See allikas toetab IEC 62271-103 kasutamist kõrgepingelülitite üle 1 kV kuni 52 kV peamise standardviitena. Tõendusmaterjali roll: standard; allika tüüp: standard. Toetab: IEC 62271-103. ↩ -
“Mida tähendab kõrge- ja keskpinge kaitselülitite tööklass?”,
https://www.se.com/eg/en/faqs/FA336688/. See allikas toetab keskpinge lülitusseadmete puhul kasutatavate mehaaniliste tööklasside tähendust. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: tööstus. Toetab: M1 (1000 toimingut) või M2 (10 000 toimingut). ↩ -
“HVCB 06-09-2023”,
https://www.scribd.com/document/728235523/HVCB-06-09-2023-1694534621. See allikas toetab elektrilise vastupidavuse klasside kasutamist kõrgepinge lülitusseadmete aruteludes. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: tööstus. Toetab: E1 (100 koormuskatkestust) või E2 (1000 toimingut). ↩ -
“Väävelheksafluoriidi (SF6) põhitõed”,
https://www.epa.gov/eps-partnership/sulfur-hexafluoride-sf6-basics. See allikas toetab SF6 omadusi, mis on olulised keskpinge lülitusseadmete isolatsiooni ja kaarekatkestuse jaoks. Tõendusmaterjali roll: mehhanism; Allikatüüp: valitsus. Toetab: dielektriline tugevus ligikaudu 2,5× suurem kui õhul ja erakordsed kaarekustutusomadused tänu kõrgele elektronegatiivsusele. ↩