Wie wählt man Leistungsschalter aus?

Bei der Auswahl von Leistungsschaltern sollte die Nutzungskategorie entsprechend den spezifischen Einsatzbedingungen ausgewählt werden und die Parameter wie Nennarbeitsspannung, Nennstrom und Einstellstrom des Auslösegeräts sollten ausgewählt werden. Die Schutzeigenschaften sollten unter Bezugnahme auf die durch Produktmuster bereitgestellte Schutzcharakteristikkurve ausgewählt werden, und die Kurzschlusseigenschaften und der Empfindlichkeitskoeffizient sollten überprüft werden. Klassifizierung von Leistungsschaltern (1) Rahmenleistungsschalter (ACB)

Rahmenleistungsschalter, auch Universal-Leistungsschalter genannt, alle seine Teile sind in einem isolierten Metallrahmen eingebaut, der meist offen ist, und können mit diversem Zubehör ausgestattet werden. Es erleichtert den Austausch von Kontakten und Teilen und wird häufig im Hauptschalter auf der Stromversorgungsseite verwendet. Der Überstromauslöser umfasst elektromagnetische, elektronische und intelligente Auslöser. Der Leistungsschalter verfügt über einen vierstufigen Schutz für lange Verzögerung, kurze Verzögerung, Momentan- und Erdschlussschutz, und der Einstellwert jedes Schutzes wird innerhalb eines bestimmten Bereichs entsprechend seiner Gehäuserahmenqualität angepasst.

     (2) Kompaktleistungsschalter (MCCB)

Der Kompaktleistungsschalter wird auch Geräteschutzschalter genannt und der Außenkontakt des Erdungskabelanschlusses, die Lichtbogenlöschkammer, der Auslöser und der Betätigungsmechanismus sind alle in einem Kunststoffgehäuse untergebracht. Hilfskontakte, Unterspannungsauslöser und Arbeitsstromauslöser sind größtenteils modularisiert und der Aufbau ist sehr kompakt. Da eine Wartung im Allgemeinen nicht berücksichtigt wird, sind sie für Abzweigschutzschalter geeignet. Kompaktleistungsschalter enthalten in der Regel thermomagnetische Auslöseeinheiten, während großformatige Kompaktleistungsschalter mit elektronischen Auslösesensoren ausgestattet sind.

Es gibt zwei Arten von Überstromauslösern für Kompaktleistungsschalter: elektromagnetische und elektronische. Im Allgemeinen sind elektromagnetische Kompaktleistungsschalter nicht selektive Leistungsschalter mit nur zwei Schutzmodi: lange Verzögerung und unverzögert. Der elektronische Kompaktleistungsschalter verfügt über vier Schutzfunktionen: lange Verzögerung, kurze Verzögerung, unverzögert und Erdschluss. Einige neue Produkte elektronischer Kompaktleistungsschalter verfügen auch über eine regionale selektive Verriegelungsfunktion.  

Kompaktleistungsschalter werden im Allgemeinen zur Steuerung und zum Schutz von Verteilereinspeisungen, als Hauptschalter niederspannungsseitiger Abgänge kleiner Verteiltransformatoren, zur Steuerung von Stromverteilungsklemmen und auch für die Leistungsschalter verschiedener Produktionsmaschinen eingesetzt.

Der Rahmen-Leistungsschalter ist für das Verteilungsnetz Wechselstrom 50 Hz, Nennspannung 380 V, 660 V und Nennstrom 200 A–6300 A geeignet. Es wird hauptsächlich zur Verteilung elektrischer Energie und zum Schutz von Leitungen und Stromversorgungsgeräten vor Überlast, Unterspannung, Kurzschluss, einphasiger Erdung und anderen Fehlern verwendet. Der Leistungsschalter verfügt über verschiedene intelligente Schutzfunktionen und kann einen selektiven Schutz erreichen. Unter normalen Bedingungen kann es für seltenes Umschalten von Leitungen verwendet werden. Leistungsschalter unter 1250 A können zum Schutz des Motors vor Überlastung und Kurzschluss im Netz mit Wechselspannung von 50 Hz und 380 V eingesetzt werden.

Leistungsschalter in Rahmenausführung werden häufig auch in Hauptsteckdosenschaltern, Sammelschienenkontaktschaltern, Einspeiseschaltern mit großer Kapazität und großen Motorsteuerungsschaltern auf der 400-V-Seite des Transformators verwendet.

(3) Miniatur-Leistungsschalter (MCB)

Der Miniatur-Leistungsschalter ist eines der am häufigsten verwendeten Klemmenschutzgeräte beim Bau elektrischer Klemmenverteilungsgeräte. Es wird für den Kurzschluss-, Überlast- und Überspannungsschutz von einphasigen und dreiphasigen unter 125 A verwendet, einschließlich unipolarem 1P, bipolarem 2P, dreipoligem 3P und vierpoligem 4P.

Der Miniatur-Leistungsschalter besteht aus einem Betätigungsmechanismus, Kontakten, Schutzvorrichtungen (verschiedene Auslösevorrichtungen) und einem Lichtbogenlöschsystem. Sein Hauptkontakt ist manuell betätigt oder elektrisch geschlossen. Nachdem der Hauptkontakt geschlossen ist, verriegelt der Freiauslösemechanismus den Hauptkontakt in der Schließposition. Die Spule des Überstromauslösers und das Thermoelement des Thermoauslösers sind in Reihe zum Hauptstromkreis geschaltet, die Spule des Unterspannungsauslösers ist parallel zur Stromversorgung geschaltet.

Bei der Elektroplanung von Zivilgebäuden werden Miniatur-Leistungsschalter hauptsächlich für Überlast, Kurzschluss, Überstrom, Spannungsverlust, Unterspannung, Erdung, Leckage, automatische Umschaltung von Doppelstromversorgungen sowie zum Schutz und Betrieb von Motoren verwendet, wenn diese nicht häufig gestartet werden.

Grundlegende charakteristische Parameter des Leistungsschalters

(1) Bemessungsbetriebsspannung Ue

Die Nennarbeitsspannung bezieht sich auf die Nennspannung des Leistungsschalters, die unter den angegebenen normalen Einsatz- und Leistungsbedingungen kontinuierlich betrieben werden kann.

In China beträgt die maximale Arbeitsspannung das 1,15-fache der Nennspannung des Systems auf dem Spannungsniveau von 220 kV und darunter. Der Spannungspegel von 330 kV und höher beträgt das 1,1-fache der Nennspannung als höchste Arbeitsspannung. Der Leistungsschalter kann die Isolierung unter der höchsten Betriebsspannung des Systems halten und kann gemäß den angegebenen Bedingungen geschlossen und geöffnet werden.

(2) Nennstrom In

Der Nennstrom bezieht sich auf den Strom, den der Auslöser bei Umgebungstemperatur über einen langen Zeitraum durchlassen kann

Die Temperatur liegt unter 40℃. Bei einem Leistungsschalter mit einstellbarem Auslöser handelt es sich um den maximalen Strom, den der Auslöser über einen langen Zeitraum durchlassen kann.

Wenn die Umgebungstemperatur 40℃ überschreitet, jedoch nicht mehr als 60℃ beträgt, kann das Gerät über einen längeren Zeitraum mit reduzierter Last betrieben werden.

(3) Aktueller Einstellwert Ir des Überlastauslösers

Der Strom übersteigt den aktuellen Einstellwert Ir des Auslösers und der Leistungsschalter löst rechtzeitig aus. Es stellt auch den maximalen Strom dar, dem der Leistungsschalter standhalten kann, ohne auszulösen. Dieser Wert muss größer sein als der maximale Laststrom Ib, aber kleiner als der von der Leitung maximal zulässige Strom Iz.

Der Ir des thermischen Auslöserelais kann normalerweise im Bereich von 0,7 bis 1,0 Zoll eingestellt werden. Wenn jedoch elektronische Geräte verwendet werden, ist der Einstellbereich größer, normalerweise 0,4 bis 1,0 Zoll. Bei Leistungsschaltern, die mit einem nicht einstellbaren Überstromauslöserelais ausgestattet sind, gilt Ir = In.

(4) Einstellwert für den Kurzschluss-Auslösestrom Im

Das Kurzschlussauslöserelais (unverzögert oder mit kurzer Verzögerung) wird verwendet, um den Leistungsschalter schnell auszulösen, wenn ein hoher Fehlerstromwert auftritt. Die Auslöseschwelle liegt bei Im.

(5) Bemessungskurzzeitstromfestigkeit Icw

Bezieht sich auf den aktuellen Wert, der innerhalb der vereinbarten Zeit vergehen darf. Der Stromwert fließt innerhalb der vereinbarten Zeit durch den Leiter und der Leiter wird nicht durch Überhitzung beschädigt.

(6) Ausschaltvermögen

Das Ausschaltvermögen des Leistungsschalters bezieht sich auf die Fähigkeit des Leistungsschalters, den Fehlerstrom sicher zu unterbrechen, was nicht unbedingt mit seinem Nennstrom zusammenhängt. Es liegen 36KA, 50KA und andere Spezifikationen vor. Im Allgemeinen wird es in das Grenzkurzschlussausschaltvermögen Icu und das Betriebskurzschlussausschaltvermögen Ics unterteilt.

Allgemeine Grundsätze für die Auswahl von Leistungsschaltern

Zunächst werden Typ und Polzahl des Leistungsschalters entsprechend dem Einsatzzweck ausgewählt; Wählen Sie den Nennstrom des Leistungsschalters entsprechend dem maximalen Arbeitsstrom; Wählen Sie je nach Bedarf die Art der Auslösung sowie die Arten und Spezifikationen des Zubehörs aus. Die spezifischen Anforderungen sind wie folgt.

1) Die Nennbetriebsspannung des Leistungsschalters ist größer oder gleich der Nennspannung der Leitung.

2) Die Nennkurzschluss-Ein-Aus-Kapazität des Leistungsschalters ist größer oder gleich dem Laststrom der Leitungsberechnung.

3) Die Nenn-Kurzschluss-Ein-Aus-Kapazität des Leistungsschalters ist größer oder gleich dem maximalen Kurzschlussstrom, der in der Leitung auftreten kann (im Allgemeinen berechnet nach dem Effektivwert).  

4) Der einzelne Phase-Erde-Kurzschlussstrom am Ende der Leitung beträgt ≥1,25-mal den momentanen (oder kurzzeitigen) Auslöse-Einstellstrom des Leistungsschalters.

5) Die Nennspannung des Unterspannungsauslösers des Leistungsschalters entspricht der Nennspannung der Leitung.

6) Die Nennspannung des Arbeitsstromauslösers des Leistungsschalters entspricht der Steuerspannung der Versorgungsspannung.

7) Die Nennbetriebsspannung des elektrischen Übertragungsmechanismus entspricht der Steuerstromversorgungsspannung.  

8) Wenn der Leistungsschalter im Beleuchtungsstromkreis verwendet wird, beträgt der momentane Einstellstrom des elektromagnetischen Auslösers im Allgemeinen das Sechsfache des Laststroms.  

9) Wenn ein Leistungsschalter als Kurzschlussschutz eines einzelnen Motors verwendet wird, beträgt der Einstellstrom der Sofortauslösung das 1,35-fache (Leistungsschalter der DW-Serie) bzw. das 1,7-fache (Leistungsschalter der DZ-Serie) des Anlaufstroms des Motors.  

10) Wenn der Leistungsschalter als Kurzschlussschutz für mehrere Motoren verwendet wird, beträgt der Einstellstrom des Schnellauslösers das 1,3-fache des Anlaufstroms des größten Motors plus dem Arbeitsstrom der übrigen Motoren.

11) Wenn der Leistungsschalter als Hauptschalter auf der Niederspannungsseite des Verteilungstransformators verwendet wird, sollte sein Ausschaltvermögen größer sein als der Kurzschlussstromwert der Niederspannungsseite des Transformators, der Nennstrom des Auslösers sollte nicht kleiner als der Nennstrom des Transformators sein und der Einstellstrom des Kurzschlussschutzes beträgt im Allgemeinen das 6- bis 10-fache des Nennstroms des Transformators; Der Einstellstrom des Überlastschutzes entspricht dem Nennstrom des Transformators.

12) Nachdem der Typ und die Klasse des Leistungsschalters vorläufig ausgewählt wurden, ist es notwendig, mit den Schutzeigenschaften der oberen und unteren Schalter zusammenzuarbeiten, um eine Sprungauslösung zu vermeiden und den Unfallumfang zu erweitern.

Selektivität des Leistungsschalters

Leistungsschalter, die in Stromverteilungssystemen verwendet werden, können entsprechend ihrer Schutzleistung in selektive und nicht selektive Typen unterteilt werden. Es gibt zwei Arten von selektiven Niederspannungs-Leistungsschaltern: zweistufigen Schutz und dreistufigen Schutz. Unter diesen eignen sich die Momentancharakteristik und die Kurzverzögerungscharakteristik für den Kurzschlussschutz, während die Langverzögerungscharakteristik für den Überlastschutz geeignet ist. Nichtselektive Leistungsschalter sind im Allgemeinen unverzögert und werden nur zum Kurzschlussschutz verwendet. Bei einigen davon handelt es sich um langverzögerte Aktionen, die nur dem Lastschutz dienen. Wenn im Stromverteilungssystem der Leistungsschalter der oberen Ebene einen selektiven Leistungsschalter und der Leistungsschalter der unteren Ebene einen nicht selektiven Leistungsschalter oder einen selektiven Leistungsschalter verwendet, wird hauptsächlich der Unterschied zwischen Verzögerungswirkung oder Verzögerungswirkungszeit der Kurzverzögerungsauslösung genutzt, um Selektivität zu erzielen. Bitte beachten Sie folgende Probleme beim Durchlaufen der Verzögerungswirkung des Leistungsschalters auf der nächsthöheren Ebene.

1) Unabhängig davon, ob es sich bei der nächsten Stufe um einen selektiven Leistungsschalter oder einen nicht selektiven Leistungsschalter handelt, darf der Einstellstrom des unverzögerten Überstromauslösers des Leistungsschalters der vorherigen Stufe im Allgemeinen nicht weniger als das 1,1-fache des maximalen dreiphasigen Kurzschlussstroms am Ausgangsende des Leistungsschalters der nächsten Stufe betragen.

2) Wenn es sich bei der nächsten Stufe um einen nicht selektiven Leistungsschalter handelt, reicht die Sofortwirkungsempfindlichkeit dieser Stufe nicht aus, um zu verhindern, dass in dem durch den Leistungsschalter der nächsten Stufe geschützten Stromkreis ein Kurzschlussstrom auftritt, sodass der kurzverzögerte Überstromauslöser der vorherigen Stufe zuerst wirkt und seine Selektivität verliert. Im Allgemeinen beträgt der Einstellstrom des kurzverzögerten Überstromauslösers des Leistungsschalters der oberen Ebene nicht weniger als das 1,2-fache des Einstellstroms des unverzögerten Überstromauslösers der unteren Ebene.

3) Wenn die nächste Stufe ebenfalls ein selektiver Leistungsschalter ist, ist die kurze Verzögerungszeit des Leistungsschalters in der nächsten Stufe mindestens 0,1 s länger als die des Leistungsschalters in der nächsten Stufe, um die Selektivität sicherzustellen. Um die selektive Wirkung zwischen den oberen und unteren Niederspannungs-Leistungsschaltern sicherzustellen, sollte der obere Leistungsschalter im Allgemeinen einen Überstrom wählen

Auslöser mit kurzer Verzögerung, und sein Aktionsstrom sollte mehr als eine Stufe höher sein als der des Überstromauslösers der unteren Ebene, und mindestens der Aktionsstrom Iop.1 des Leistungsschalters der oberen Ebene sollte nicht weniger als das 1,2-fache desjenigen des Leistungsschalters der unteren Ebene betragen, d. h. iop1 ≥ 1,2 iop.2.

Kaskadenschutz des Leistungsschalters

Bei der Gestaltung eines Stromverteilungssystems muss die selektive Zusammenarbeit zwischen der oberen und unteren Stufe von Leistungsschaltern „Selektivität, Schnelligkeit und Empfindlichkeit“ aufweisen.

Die Selektivität hängt mit der Zusammenarbeit zwischen den oberen und unteren Leistungsschaltern zusammen, während Schnelligkeit und Empfindlichkeit mit den Eigenschaften der Schutzgeräte bzw. der Netzbetriebsart zusammenhängen.

Wenn die oberen und unteren Leistungsschalter richtig aufeinander abgestimmt sind, kann der Fehlerstromkreis selektiv entfernt werden, um sicherzustellen, dass andere fehlerfreie Stromkreise im Verteilungssystem weiterhin normal funktionieren. Andernfalls wird die Zuverlässigkeit des Verteilungssystems beeinträchtigt.

Der Kaskadenschutz ist eine konkrete Anwendung der Strombegrenzungseigenschaften von Leistungsschaltern. Sein Hauptprinzip besteht darin, die Strombegrenzungsfunktion überlegener Leistungsschalter zu nutzen, um Leistungsschalter mit geringerer Ausschaltkapazität auszuwählen, um Kosten zu senken und Kosten zu sparen.

Der übergeordnete strombegrenzende Leistungsschalter QF1 kann an seinem Einbauort den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom unterbrechen. Da die übergeordneten und untergeordneten Leistungsschalter im Energieverteilungssystem in Reihe geschaltet sind, ist bei einem Kurzschluss am Ausgang des untergeordneten Leistungsschalters QF2 der tatsächliche Wert des Kurzschlussstroms aufgrund der strombegrenzenden Wirkung des übergeordneten Leistungsschalters QF1 weitaus geringer als der dort erwartete Kurzschlussstrom. Das heißt, das Ausschaltvermögen des untergeordneten Leistungsschalters QF2 wird mit Hilfe des übergeordneten Leistungsschalters QF1, der über dessen Nennausschaltvermögen hinausgeht, erheblich verbessert. Für diese Art des Kaskadenschutzes gelten auch bestimmte Bedingungen, z. B. dass die benachbarten Stromkreise keine wichtigen Lasten haben dürfen (denn sobald QF1 auslöst, verliert auch der QF3-Stromkreis Strom), und gleichzeitig müssen die momentanen Einstellwerte von QF1 und QF2 richtig angepasst sein. Kaskadendaten können nur durch Versuche ermittelt werden, und die passende Auswahl von oberen und unteren Leistungsschaltern kann nur durch den Leistungsschalterhersteller bestimmt werden.

Empfindlichkeit des Leistungsschalters

Um sicherzustellen, dass der sofortige oder kurzverzögerte Überstromauslöser des Leistungsschalters zuverlässig arbeiten kann, wenn der geringste Kurzschlussfehler innerhalb seines Schutzbereichs im minimalen Betriebsmodus des Systems auftritt. Die Empfindlichkeit des Leistungsschalterschutzes muss der Anforderung des Code for Design of Low Voltage Distribution (CB50054-95) entsprechen, dass seine Empfindlichkeit nicht weniger als 1,3 betragen darf, d. h. Sp=lk.min/Iop≥1,3. Dabei ist lop der Aktionsstrom des unverzögerten oder kurzzeitverzögerten Überstromauslösers, Ik.Min der einphasige Kurzschlussstrom oder zweiphasige Kurzschlussstrom am durch den Leistungsschalter geschützten Leitungsende im Mindestbetriebsmodus des Systems und Sp die Empfindlichkeit des Leistungsschalters.

Bei der Auswahl eines Leistungsschalters sollte auch auf die Überprüfung seiner Empfindlichkeit geachtet werden. Bei einem selektiven Leistungsschalter mit Kurzverzögerungs- und unverzögertem Überstromauslöser muss nur die Auslöseempfindlichkeit des Kurzverzögerungs-Überstromauslösers überprüft werden, und die Auslöseempfindlichkeit des unverzögerten Überstromauslösers muss nicht überprüft werden.

Auswahl und Einstellung des Leistungsschalterauslösers

(1) Einstellung des Aktionsstroms des unverzögerten Überstromauslösers

Zu den durch den Leistungsschalter geschützten Objekten gehören einige elektrische Geräte, die während des Startvorgangs in kurzer Zeit einen hohen Spitzenstrom erzeugen, der um ein Vielfaches höher ist als der Nennstrom, sodass der Leistungsschalter in kurzer Zeit einen großen Spitzenstrom aushalten kann. Der Aktionsstrom lop(o) des unverzögerten Überstromauslösers muss den Spitzenstrom Ipk der Leitung vermeiden,

das heißt, IOP (o) ≥ krel ipk. Wobei Krel der Zuverlässigkeitskoeffizient ist. Bei der Auswahl eines Leistungsschalters sollte darauf geachtet werden, den Spitzenstrom des sofortigen Überstromauslösers des Leistungsschalters zu vermeiden, um eine Fehlbedienung des Leistungsschalters zu vermeiden.

(2) Einstellung des Aktionsstroms und der Aktionszeit des Überstromauslösers mit kurzer Verzögerung.

Die Aktionsstromspitzen des kurzverzögerten Überstromauslösers sollten auch den Spitzenstrom Ipk der Leitung vermeiden, d. h. IOP (s) ≥ krel ipk. Wobei Krel der Zuverlässigkeitskoeffizient ist. Die Aktionszeit der kurzverzögerten Überstromauslösung wird im Allgemeinen in drei Typen unterteilt: 0,2 s, 0,4 s und 0,6 s. Sie richtet sich nach der Schutzselektivität der vorderen und hinteren Schutzvorrichtungen, und die Wirkungszeit des ersteren Schutzes sollte um einen Zeitunterschied länger sein als die des letzteren Schutzes.

(3) Einstellung des Aktionsstroms und der Aktionszeit des Überstromauslösers mit langer Verzögerung.

Der Überstromauslöser mit langer Verzögerung wird hauptsächlich zum Schutz vor Überlastung verwendet, sodass sein Aktionsstrom Iop (l) nur den maximalen Laststrom der Leitung, d. h. den berechneten Strom I30, d. h. IOP (L) ≥ Krel I30, vermeiden muss. Wobei Krel der Zuverlässigkeitskoeffizient ist. Die Aktionszeit des langverzögerten Überstromauslösers sollte die Dauer einer kurzzeitigen Überlastung vermeiden, um keine Fehlfunktionen des Niederspannungs-Leistungsschalters zu verursachen.

(4) Die Anpassungsanforderungen zwischen dem Aktionsstrom des Überstromauslösers und der geschützten Leitung.

Um zu verhindern, dass das isolierte Kabel durch Überlastung oder Kurzschluss überhitzt, beschädigt oder sogar in Brand gerät und der Schutzschalter nicht auslöst, muss der Aktionsstrom-Schallpunkt des Überstromauslösers des Schutzschalters den Anforderungen der Formel entsprechen: lop≤Kol·Ial. Dabei ist Ial die zulässige Strombelastbarkeit des isolierten Kabels; Kol ist der zulässige Kurzzeitüberlastkoeffizient eines isolierten Kabels und beträgt im Allgemeinen 4,5 für die sofortige und kurzzeitige Überstromauslösung; Für einen Überstromauslöser mit langer Verzögerung nehmen Sie 1,1 für den Kurzschlussschutz und 1 nur für den Lastschutz. Wenn die oben genannten Anpassungsanforderungen nicht erfüllt sind, sollte der Betriebsstrom des Auslösers neu gewählt oder die Querschnittsfläche des Leiters oder Kabels entsprechend vergrößert werden.