Van MVA naar kA/kV: Waarom stroomonderbrekerspecificaties zijn veranderd

Stroomonderbrekerspecificaties – Onderbrekingsvermogen, Sluitvermogen, Spanning- & Stroomspecificatie, Schakelcyclus & Kortsluitstroomdraagvermogen

Vergeet niet de verrassende MVA-specificatie van een stroomonderbreker te noemen – we hebben allemaal gehoord van 500 of 1000 MVA stroomonderbrekers. Deze specificaties komen niet meer op recente modellen voor, want de logica is veranderd. Om het basisconcept te begrijpen en te weten wat er precies met de regels is gebeurd, bekijken we de volgende uitleg. Het is eigenlijk het onderbrekingsvermogen (niet de onderbrekingsstroom) wat nu in kA uitgedrukt wordt in plaats van MVA (zoals vroeger).

Voordat we in detail gaan, laten we weten wat een stroomonderbreker precies doet en wat de verschillende specificaties zijn.

Een stroomonderbreker is een bedienings- en beschermingsapparaat gebruikt voor schakelmechanisme en systeembescherming dat:

• Het circuit handmatig of automatisch maakt en breekt in normale en foutcondities.
• Het circuit automatisch breekt en het pad sluit voor kortsluit- en overstromen om door te stromen.
• De foutstroom gedraagt gedurende een zeer korte tijd terwijl andere in serie aangesloten stroomonderbrekers de fout in het aangesloten circuit opruimen.

Gerelateerd: Hoe de juiste grootte van een stroomonderbreker te bepalen? Calculator & voorbeelden

Op basis van de drie taken van een stroomonderbreker hierboven, zijn er zes specificaties:

• Onderbrekingsvermogen (Breaking Capacity)
• Sluitvermogen (Making Capacity)
• Schakelcyclus van stroomonderbreker (Gewaardeerde bedieningsvolgorde)
• Spanningsspecificatie (Voltage Rating)
• Kortsluitstroomdraagvermogen (Short Time Operation Capacity)
• Normale stroomspecificatie (Normal Current Rating)

Onderbrekingsvermogen (Vroeger MVA, Nu kA)

Onderbrekingsvermogen is de maximale fout- of kortsluitstroom (RMS) die een stroomonderbreker kan weerstaan of onderbreken door de gesloten contacten te openen bij gewaardeerde herstelmspanning zonder de stroomonderbreker en aangesloten apparaten te beschadigen.

Het onderbrekingsvermogen wordt uitgedrukt in RMS-waarde vanwege symmetrische en asymmetrische factoren door de aanwezigheid van golven en DC-componenten tijdens de fout voor een zeer korte tijd.

Het onderbrekingsvermogen van een stroomonderbreker werd vroeger gewaardeerd in MVA, rekening houdend met de gewaardeerde onderbrekingsstroom en gewaardeerde bedrijfsspanning van een CB. Het kan als volgt berekend worden:

Onderbrekingsvermogen = √3 × V × I × 10^-6 … MVA

of

Onderbrekings- of Afbrekingsvermogen = √3 × Gewaardeerde Lijnspanning × Gewaardeerde Lijnstroom × 10^-6 … MVA

Voorbeeld:

Wat is de onderbrekings- of afbrekingsstroom van een stroomonderbreker met een specificatie van 100 MVA onderbrekingsvermogen en 11 kV gewaardeerde dienstspanning.

Oplossing:

Onderbrekingsstroom = 100 × 10^-6 / (√3 × 11 kV) = 52,48 kA

Waarom het onderbrekingsvermogen in kA uitgedrukt wordt in plaats van MVA?

Het is duidelijk onlogisch om de specificatie van een stroomonderbreker in MVA uit te drukken, omdat er tijdens kortsluitfouten een zeer lage spanning en hoogste stroom is. Wanneer de onderbreker de contacten openstelt om de foutstromen te elimineren, verschijnt de gewaardeerde spanning over de contacten van de stroomonderbreker. Kortom: dezelfde gewaardeerde grootheden verschijnen niet continu tijdens de foutstromen. Daarom kan het onderbrekingsvermogen van een stroomonderbreker niet in MVA uitgedrukt worden.

Om deze redenen volgen fabrikanten de recente en herziene internationale standaarden om het onderbrekingsvermogen van de stroomonderbreker uit te drukken in symmetrische onderbrekingsstroom in kA bij gewaardeerde spanning in plaats van MVA. De onderbrekingsvermogenspecificatie in ampères of kA wordt gevolgd door de onderbrekingsstroom en Tijdelijke Herstelmspanning (TRV) omdat het zowel symmetrisch als asymmetrisch kan zijn tijdens kortsluitfouten.

Gerelateerd: Verschil tussen MCB, MCCB, ELCB & RCB, RCD of RCCB stroomonderbrekers

Sluitvermogen (Making Capacity)

Het sluitvermogen van een stroomonderbreker is de piekwaarde van de stroom inclusief de korte-termijn golf-factoren en DC-componenten tijdens de eerste cyclus van de foutstroomgolf na sluiting van de stroomonderbrekercontacten.

Houd er rekening mee dat het sluitvermogen in kA uitgedrukt wordt in piekwaarde in plaats van RMS-waarde (het onderbrekingsvermogen is in RMS-waarde). Dit is vanwege de mogelijkheid de contacten met succes te sluiten tijdens foutstromen terwijl de elektromagnetische krachten en boogvorming en -blussing worden beheerd zonder de onderbreker en het circuit te beschadigen.

Deze schadelijke krachten zijn recht evenredig met het kwadraat van de maximum ogenblickelijke waarde van de stroom bij sluiting. Daarom wordt het sluitvermogen in piekwaarde aangegeven vergeleken met het onderbrekingsvermogen in RMS-waarde.

De waarde van kortsluitstromen is maximaal bij de eerste fase of golf in geval van maximale asymmetrie in een fase verbonden met de onderbreker. In eenvoudige woorden: De sluitstroom is gelijk aan de maximumwaarde van de asymmetrische stroom, dus Het sluitvermogen van de onderbreker is altijd groter dan het onderbrekingsvermogen.

De gewaardeerde kortsluitsluitstroom wordt genomen als 2,5 × RMS-waarde van AC-componenten van de gewaardeerde onderbrekingsstroom, theoretisch kan de foutstroom namelijk stijgen tot twee keer zijn symmetrische foutniveau in de beginfase.

Het sluitvermogen van de onderbreker kan als volgt berekend worden:

Om de symmetrische onderbrekingsstroom van RMS naar piekwaarde te converteren:

Sluitvermogen = Symmetrische onderbrekingsstroom × √2

Vermenigvuldig de bovenstaande uitdrukking met 1,8 om het verdubbelingseffect van maximale asymmetrie te includeren. Dit is het effect van kortsluitstroom met rekening houdende lichte daling in stroom tijdens het eerste kwart van de cyclus.

Sluitvermogen = √2 × 1,8 × Symmetrische onderbrekingsstroom = 2,55 × Symmetrische onderbrekingsstroom

Sluitvermogen = 2,55 × Symmetrische onderbrekingsstroom

Gerelateerd: Hoofdverschil tussen zekering en stroomonderbreker

Schakelcyclus van stroomonderbreker of Gewaardeerde Bedieningsvolgorde

Deze toont de mechanische belastingseis van het schakelmechanisme van de stroomonderbreker.

De schakelcyclus of gewaardeerde bedieningsvolgorde kan als volgt uitgedrukt worden:

O – t – CO – t' – CO

Waarbij:

• O = Openingsbediening van stroomonderbreker
• t = 0,3 sec voor eerste automatische herinschakelplicht indien niet gespecificeerd
• t' = Tijd tussen twee bedieningen (herstel initiële toestand en voorkom oneigenlijke verwarming van CB-contacten)
• CO = Sluitingsbediening onmiddellijk na openingsbediening zonder tijdsvertraging

Gewaardeerde Spanning

De waarde van de veilige maximumspanningsgrens waar de onderbreker zonder schade bediend kan worden, is de gewaardeerde spanning van de stroomonderbreker.

De waarde van de gewaardeerde spanning hangt af van de isolatiedikte en het isolatiemateriaal gebruikt in de constructie. De gewaardeerde spanning van de onderbreker hangt samen met de hoogste systeemspanning door de stijging in spanning door geen belasting of plotselinge verandering in belasting naar een lagere waarde. Op deze manier kan het de stijging in de systeemspanning tot de hoogste gewaardeerde capaciteit aan. Bijvoorbeeld: de stroomonderbreker moet 10% van de gewaardeerde systeemspanning weerstaan in geval van 40 kV systeem waar de limiet 5% boven de 400 kV systeemspanning is. Op deze manier moet een stroomonderbreker voor een 6,6 kV lijn ongeveer 7,2 kV gewaardeerd zijn enzovoort.

Aan de andere kant mag een 400V AC gewaardeerde stroomonderbreker niet op hogere spanning bediend worden (bijv. 1000V of meer), terwijl een 1000V AC gewaardeerde onderbreker wel op 400V systeemspanning gebruikt kan worden. Als we de onderbreker op de gewaardeerde spanning gebruiken, kan hij de boog in de contacten blussen. Als we de onderbreker op hogere spanningsniveaus gebruiken in plaats van de gewaardeerde spanning, kan de tijdelijke herstelmspanning (TRV) ten opzichte van de dielectrische sterkte van het boogblussingsmedium te hoog zijn. In dat geval kan de boog nog steeds bestaan omdat het medium hem niet succesvol kan blussen, wat leidt tot schade aan de onderbreker of isolatie.

Over het algemeen is de gewaardeerde spanning van de stroomonderbreker hoger dan de bus- en belastingsspecificatie in het energiesysteem. Er zijn typisch twee typen stroomonderbrekers met betrekking tot spanningsniveaus: Lage Spanning en Hoge Spanning met de volgende kenmerken.

• Lage spanning onderbrekers voor 1 kV AC en 1,2 kV DC, hoge spanning is hoger.
• Hoge spanning onderbrekers worden zowel binnen- als buitentoepassingen in hoge spanningssystemen gebruikt, lage spanning onderbrekers voor binnen toepassingen.
• Lage spanning onderbrekers zijn complexer en schakelen vaker dan hoge spanning onderbrekers door minder fase-tussen-fase en fase-tussen-aarde afstanden. Testmethoden verschillen voor beide typen.

Gerelateerd: Slimme WiFi Stroomonderbreker – Constructie, Installatie en Werking

Naast de bovenstaande spanningsspecificatie kunnen twee additionele spanningsspecificaties in aanmerking komen bij het overwegen van spanningsniveaus voor stroomonderbrekers voor verschillende bedieningen.

1. Impuls Spanningsspecificatie
2. Netfrequentie Weerstandsspanning Specificatie

Impuls spanningsspecificatie van een stroomonderbreker toont de capaciteit om tijdelijke impuls door bliksem of schakelimpulsen aan te kunnen. De duur van de impuls of tijdelijke spanningsspecificatie is in microseconden. Daarom zijn de contacten ten opzichte van de isolatie ontworpen om de piekimpulsspanning voor een zeer korte tijd te weerstaan.

Netfrequentie weerstandsspanning specificatie van een stroomonderbreker toont de capaciteit om een plotselinge stijging in de spanning te beheren die veel hoger is dan de hoogste systeemspanning. Dit is door plotselinge veranderingen in de belasting of het ontkoppelen van een groot deel van de belasting in één keer.

Deze spanning door netfrequentie is voor een zeer korte tijd, doorgaans 60 seconden, maar de stroomonderbreker moet in staat zijn de netfrequentie overspanning te hanteren.

Het volgende diagram toont de verschillende specificaties van spanningsniveaus van stroomonderbrekers: Nominale Systeemspanning, Hoogste Systeemspanning, Netfrequentie Weerstandsspanning en Impuls Spanningniveaus.

Gerelateerd:

• Hoe MCB typeplaatgegevens te lezen?
• Stroomonderbreker, Zekering en Beschermingssymbolen

Kortsluitstroomdraagvermogen (Short Time Operation Capacity)

Het kortsluitstroomdraagvermogen van een stroomonderbreker is de gespecificeerde korte periode waarin de stroomonderbreker de foutstroom draagt terwijl de contacten gesloten blijven.

Om ongewenste bediening van een stroomonderbreker te voorkomen – zoals foutstroom voor een zeer korte tijd of plotselinge verandering of vermindering in belasting – mag de stroomonderbreker niet afschakelen en het circuit ontkoppelen als de fout automatisch verdwijnt en de elektromagnetische kracht en temperatuurstijging kan worden afgehandeld. Als de gespecificeerde tijd in seconden of milliseconden wordt overschreden, zal de onderbreker de contacten openen om de maximaal mogelijke bescherming van de aangesloten belasting en apparatuur te garanderen.

Er zijn verschillende klassen zoals B, C, D en Klasse 1, Klasse 2 en Klasse 3 met bijbehorende kurven. Klasse 3 is het beste wat maximaal 1,5L joule/seconde toelaat getest volgens IS 60898. Bijvoorbeeld: een olie-stroomonderbreker heeft een tijdscapaciteit van 3 seconden en mag de exacte 3s niet overschrijden tijdens het dragen van de kortsluitstroom. Het gewaardeerde kortsluitstroomdraagvermogen moet gelijk zijn aan het gewaardeerde onderbrekingsvermogen van de stroomonderbreker. Daarom moet voor gevoelige apparaten rekening gehouden worden met de tijdscapaciteitsspecificatie van onderbrekers.

Gerelateerde artikelen:

• Verschil tussen stroomonderbreker en isolator / ontkoppelaar
• Verschil tussen relais en stroomonderbreker

Normale Stroomspecificatie

De normale stroomspecificatie van een stroomonderbreker is de RMS-waarde van de stroom die hij continu kan dragen bij zijn gewaardeerde spanning en frequentie zonder veranderingen in de werking door temperatuurstijging tijdens normale bediening.

De normale stroom moet 125% zijn van de gewaardeerde stroom van het circuit. Bijvoorbeeld: als de belastingstroom 24A is, moet de stroomonderbrekerspecificatie als volgt zijn:

= 24A × 125%

= 24A × 1,25

Stroomonderbreker Stroomgrootte = 30 A

Een andere manier: de onderbrekerstroomgrootte kan gedeeld worden door 0,8 om de belastingstroom te vinden. Bijv. een 25A onderbreker kan gebruikt worden voor 20A verlichtingsbelasting etc.

Belastingstroom = Onderbreker Stroomspecificatie × 0,8

Belastingstroom = 25A × 0,8 = 20A.