Wyłącznik obwodu - Circuit breaker

Wyłącznik obwodu
Symbol elektroniczny
BreakerSymbols.svg
Wyłącznik powietrzny do rozdzielnic rozdzielczych niskiego napięcia (poniżej 1000 V)
Dwubiegunowy wyłącznik nadprądowy
Cztery jednobiegunowe wyłączniki nadprądowe

Wyłącznik jest automatycznie sterowane elektryczny przełącznik przeznaczone do ochrony obwodu elektrycznego uszkodzeń spowodowanych nadmiernym prądem z przeciążenia lub zwarcie . Jego podstawową funkcją jest przerwanie przepływu prądu po wykryciu usterki. W przeciwieństwie do bezpiecznika , który działa raz, a następnie musi zostać wymieniony, wyłącznik automatyczny można zresetować (ręcznie lub automatycznie), aby wznowić normalne działanie.

Wyłączniki są produkowane w różnych rozmiarach, od małych urządzeń chroniących obwody niskoprądowe lub indywidualne urządzenia gospodarstwa domowego, po duże rozdzielnice zaprojektowane do ochrony obwodów wysokiego napięcia zasilających całe miasto. Ogólna funkcja wyłącznika lub bezpiecznika , jako automatycznego sposobu odłączania zasilania z wadliwego systemu, jest często określana skrótem OCPD (urządzenie zabezpieczające przed przeciążeniem).

Początki

Wczesna forma wyłącznika została opisana przez Thomasa Edisona w zgłoszeniu patentowym z 1879 roku, chociaż w jego komercyjnym systemie dystrybucji energii zastosowano bezpieczniki . Jego celem była ochrona okablowania obwodów oświetleniowych przed przypadkowymi zwarciami i przeciążeniami. Nowoczesny miniaturowy wyłącznik, podobny do obecnie używanych, został opatentowany przez Browna, Boveri & Cie w 1924 roku. Hugo Stotz, inżynier, który sprzedał swoją firmę BBC , został uznany za wynalazcę DRP ( Deutsches Reichspatent ) 458392. Wynalazek był prekursorem nowoczesnego wyłącznika termiczno-magnetycznego powszechnie stosowanego do dziś w domowych centrach obciążeniowych.

Wzajemne połączenie wielu źródeł generatorów w sieć elektryczną wymagało opracowania wyłączników o rosnących wartościach napięcia i zwiększonej zdolności do bezpiecznego przerywania rosnących prądów zwarciowych wytwarzanych przez sieci. Proste, ręczne wyłączniki pneumatyczne wytwarzały niebezpieczne łuki podczas przerywania wysokiego napięcia; te ustąpiły miejsca stykom zamkniętym w oleju i różnym formom wykorzystującym ukierunkowany przepływ sprężonego powietrza lub oleju pod ciśnieniem do chłodzenia i przerywania łuku. Do 1935 roku specjalnie skonstruowane wyłączniki stosowane w projekcie Boulder Dam wykorzystują osiem przerw szeregowych i przepływ oleju pod ciśnieniem do przerywania zwarć do 2500 MVA, w trzech cyklach częstotliwości prądu przemiennego.

Operacja

Wszystkie systemy wyłączników mają wspólne cechy działania, ale szczegóły różnią się znacznie w zależności od klasy napięcia, prądu znamionowego i typu wyłącznika.

Wyłącznik musi najpierw wykryć stan błędu. W małych wyłącznikach sieciowych i niskonapięciowych zwykle odbywa się to w samym urządzeniu. Zazwyczaj wykorzystuje się efekty cieplne lub magnetyczne prądu elektrycznego. Wyłączniki dla dużych prądów lub wysokich napięć są zwykle wyposażane w urządzenia pilotowe przekaźnika zabezpieczającego , aby wykryć stan błędu i obsługiwać mechanizm otwierający. Wymagają one zazwyczaj oddzielnego źródła zasilania, takiego jak akumulator , chociaż niektóre wyłączniki wysokonapięciowe są samowystarczalne z przekładnikami prądowymi , przekaźnikami ochronnymi i wewnętrznym źródłem zasilania sterowania.

Po wykryciu usterki styki wyłącznika muszą się otworzyć, aby przerwać obwód; odbywa się to zwykle przy użyciu energii zmagazynowanej mechanicznie zawartej w wyłączniku, takiej jak sprężyna lub sprężone powietrze w celu oddzielenia styków. Wyłączniki mogą również wykorzystywać wyższy prąd spowodowany zwarciem do rozdzielenia styków, na przykład rozszerzalności cieplnej lub pola magnetycznego. Małe wyłączniki zwykle mają ręczną dźwignię sterującą do wyłączania obciążenia lub resetowania wyzwolonego wyłącznika, podczas gdy większe jednostki wykorzystują solenoidy do wyzwalania mechanizmu i silniki elektryczne do przywracania energii sprężynom.

Styki wyłącznika muszą przenosić prąd obciążenia bez nadmiernego nagrzewania, a także muszą wytrzymać ciepło łuku wytwarzanego podczas przerywania (otwierania) obwodu. Styki wykonane są z miedzi lub stopów miedzi, stopów srebra i innych materiałów silnie przewodzących. Żywotność styków jest ograniczona przez erozję materiału styków na skutek wyładowania łukowego podczas przerywania prądu. Wyłączniki miniaturowe i kompaktowe są zwykle wyrzucane, gdy styki są zużyte, ale wyłączniki mocy i wyłączniki wysokonapięciowe mają wymienne styki.

W przypadku przerwania wysokiego prądu lub napięcia powstaje łuk . Długość łuku jest generalnie proporcjonalna do napięcia, podczas gdy intensywność (lub ciepło) jest proporcjonalna do prądu. Łuk ten musi być ograniczany, chłodzony i wygaszany w kontrolowany sposób, aby szczelina między stykami mogła ponownie wytrzymać napięcie w obwodzie. Różne wyłączniki wykorzystują próżnię , powietrze, gaz izolacyjny lub olej jako medium, w którym tworzy się łuk. Do gaszenia łuku stosuje się różne techniki, w tym:

  • Wydłużenie lub odchylenie łuku
  • Intensywne chłodzenie (w komorach strumieniowych)
  • Podział na częściowe łuki
  • Wygaszanie punktu zerowego (styki otwierają się przy przejściu prądu przemiennego w czasie przez zero , skutecznie przerywając prąd jałowy w momencie otwarcia. Przejście przez zero następuje przy dwukrotnie większej częstotliwości linii, tj. 100 razy na sekundę dla 50 Hz i 120 razy na sekundę dla 60 Hz AC.)
  • Łączenie kondensatorów równolegle ze stykami w obwodach prądu stałego .

Wreszcie, po usunięciu usterki, styki muszą być ponownie zamknięte, aby przywrócić zasilanie przerwanego obwodu.

Przerwanie łuku

Miniaturowe wyłączniki nadprądowe niskiego napięcia (MCB) wykorzystują do gaszenia łuku samo powietrze. Te wyłączniki zawierają tak zwane komory łukowe, stos wzajemnie izolowanych równoległych płyt metalowych, które dzielą i schładzają łuk. Dzieląc łuk na mniejsze łuki, łuk jest schładzany, podczas gdy napięcie łuku jest zwiększane i służy jako dodatkowa impedancja, która ogranicza prąd płynący przez wyłącznik. Części przewodzące prąd w pobliżu styków zapewniają łatwe odchylanie łuku do komory łukowej za pomocą siły magnetycznej ścieżki prądowej, chociaż magnetyczne cewki wydmuchowe lub magnesy trwałe mogą również odchylać łuk do komory łukowej (stosowane w wyłącznikach dla wyższych ocen). Liczba płytek w komorze łukowej zależy od wartości znamionowej zwarcia i napięcia znamionowego wyłącznika.

W większych wartościach wyłączniki olejowe polegają na odparowaniu części oleju w celu wystrzelenia strumienia oleju przez łuk.

Gaz (zwykle sześciofluorek siarki ) wyłączniki czasami rozciągają łuku za pomocą pola magnetycznego, a następnie polegać na wytrzymałości dielektrycznej części sześciofluorek siarki (SF 6 ), aby ugasić rozciągniętej łuku.

Wyłączniki próżniowe mają minimalne wyładowanie łukowe (ponieważ nie ma nic do jonizacji poza materiałem styków). Łuk gaśnie, gdy jest rozciągnięty na bardzo małą ilość (mniej niż 2-3 mm (0,08-0,1 cala)). Wyłączniki próżniowe są często stosowane w nowoczesnych rozdzielnicach średniego napięcia do 38 000 woltów.

Wyłączniki powietrzne mogą używać sprężonego powietrza do zdmuchnięcia łuku lub alternatywnie, styki są szybko wsuwane do małej, szczelnej komory, co powoduje ucieczkę wypartego powietrza, wydmuchując w ten sposób łuk.

Wyłączniki zwykle są w stanie bardzo szybko odciąć cały prąd: zazwyczaj łuk gaśnie pomiędzy 30 ms a 150 ms po zadziałaniu mechanizmu, w zależności od wieku i konstrukcji urządzenia. Maksymalna wartość prądu i przepuszczana energia określają jakość wyłączników.

Zwarcie

Wyłączniki są oceniane zarówno według normalnego prądu, jaki mają przenosić, jak i maksymalnego prądu zwarciowego, który mogą bezpiecznie przerwać. Ta ostatnia liczba to amperowa zdolność przerywania ( AIC ) wyłącznika.

W warunkach zwarcia obliczony lub zmierzony maksymalny spodziewany prąd zwarciowy może być wielokrotnie większy niż normalny prąd znamionowy obwodu. Kiedy styki elektryczne otwierają się, aby przerwać duży prąd, istnieje tendencja do tworzenia się łuku między otwartymi stykami, co umożliwiłoby kontynuowanie prądu. Ten stan może powodować powstawanie przewodzących zjonizowanych gazów i stopionego lub odparowanego metalu, co może spowodować dalszą kontynuację łuku lub powstanie dodatkowych zwarć, potencjalnie skutkujących wybuchem wyłącznika i sprzętu, w którym jest on zainstalowany. wyłączniki muszą posiadać różne funkcje, aby dzielić i gasić łuk.

Maksymalny prąd zwarciowy, który wyłącznik może przerwać, określa się na podstawie testów. Zastosowanie wyłącznika w obwodzie o spodziewanym prądzie zwarciowym wyższym niż jego zdolność przerywania może spowodować, że wyłącznik nie będzie mógł bezpiecznie przerwać zwarcia. W najgorszym przypadku wyłącznik może skutecznie przerwać awarię, a po resecie wybuchnie.

Typowe wyłączniki do paneli domowych są przystosowane do przerywania kA (6000 A ) prąd zwarciowy.

Miniaturowe wyłączniki stosowane do ochrony obwodów sterowania lub małych urządzeń mogą nie mieć wystarczającej zdolności przerywania do zastosowania na płycie rozdzielczej; te wyłączniki nazywane są „dodatkowymi zabezpieczeniami obwodów”, aby odróżnić je od wyłączników typu dystrybucyjnego.

Standardowe oceny bieżące

Czas do wyłączenia w funkcji prądu jako wielokrotności prądu znamionowego

Wyłączniki są produkowane w standardowych rozmiarach, przy użyciu systemu preferowanych liczb, aby pokryć szereg wartości znamionowych. Wyłączniki nadprądowe mają stałe ustawienie wyzwalania; zmiana wartości prądu roboczego wymaga wymiany całego wyłącznika. Większe wyłączniki mogą mieć regulowane nastawy wyzwalania, co pozwala na zastosowanie znormalizowanych elementów, ale z nastawą mającą na celu poprawę ochrony. Na przykład wyłącznik z „rozmiarem obudowy” 400 amperów może mieć ustawioną detekcję przetężenia na działanie tylko 300 amperów, aby chronić kabel zasilający.

W przypadku wyłączników rozdzielczych niskiego napięcia, normy międzynarodowe IEC 60898-1 określają prąd znamionowy jako maksymalny prąd, który wyłącznik ma przenosić w sposób ciągły. Powszechnie dostępne preferowane wartości prądu znamionowego to 1  A, 2  A, 4  A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A, 63 A, 80 A, 100 A i 125 A. Wyłącznik jest oznaczony prądem znamionowym w amperach poprzedzonym literą, która wskazuje chwilowy prąd zadziałania, który powoduje wyłączenie wyłącznika bez zamierzonego opóźnienia czasowego wyrażonego w wielokrotnościach prądu znamionowego:

Rodzaj Chwilowy prąd wyzwalający
b 3-5 razy prąd znamionowy I n Na przykład urządzenie 10 A wyłączy się przy 30–50 A
C 5 do 10 razy I n
D 10-20 razy ja n
K 8 do 12 razy I n

Do ochrony obciążeń, które powodują częste krótkotrwałe (około 400 ms do 2 s) skoki prądu podczas normalnej pracy.

Z 2 do 3 razy I n dla okresów rzędu dziesiątek sekund.

Do ochrony obciążeń takich jak urządzenia półprzewodnikowe lub obwody pomiarowe za pomocą przekładników prądowych.

Wyłączniki są również oceniane na podstawie maksymalnego prądu zwarciowego, który mogą przerwać; pozwala to na stosowanie bardziej ekonomicznych urządzeń w systemach, w których mało prawdopodobne jest wytworzenie wysokiego prądu zwarciowego, jaki można znaleźć na przykład w dużych systemach dystrybucji budynków komercyjnych.

W Stanach Zjednoczonych Underwriters Laboratories (UL) wydaje certyfikaty znamionowe urządzeń, zwane Series Ratings (lub „integrated equipment ratings”), dla urządzeń wyłączników automatycznych stosowanych w budynkach. Wyłączniki mocy oraz wyłączniki średniego i wysokiego napięcia stosowane w przemysłowych lub elektrycznych systemach energetycznych są projektowane i testowane zgodnie z normami ANSI lub IEEE serii C37. Na przykład, norma C37.16 wymienia preferowane wartości znamionowe wielkości obudowy dla wyłączników mocy w zakresie od 600 do 5000 amperów. Nastawy prądu wyzwalania dn charakterystyki czasowo-prądowe tych wyłączników są generalnie regulowane.

W przypadku wyłączników średniego i wysokiego napięcia stosowanych w rozdzielnicach lub podstacjach i stacjach wytwórczych, zwykle wytwarza się stosunkowo niewiele standardowych rozmiarów ram. Te wyłączniki są zwykle sterowane przez oddzielne systemy przekaźników ochronnych , oferujące regulowane ustawienia prądu i czasu wyzwalania, a także umożliwiające bardziej złożone schematy zabezpieczeń.

Rodzaje

Panel przedni wyłącznika powietrznego 1250 A firmy ABB. Ten wyłącznik niskiego napięcia można wyjąć z obudowy w celu serwisowania. Charakterystyki wyzwalania można konfigurować za pomocą przełączników DIP na panelu przednim.

Można dokonać wielu klasyfikacji wyłączników na podstawie ich cech, takich jak klasa napięcia, typ konstrukcji, typ przerywania i cechy konstrukcyjne.

Niskie napięcie

Typy niskonapięciowe (poniżej 1000 V AC ) są powszechne w zastosowaniach domowych, komercyjnych i przemysłowych i obejmują:

  • Wyłącznik nadprądowy (MCB) — prąd znamionowy do 125 A. Charakterystyki wyzwalania zwykle nie są regulowane. Działanie termiczne lub termomagnetyczne. Wyłączniki zilustrowane powyżej należą do tej kategorii.
  • Wyłącznik kompaktowy (MCCB) — prąd znamionowy do 1600 A. Działanie termiczne lub termomagnetyczne. Prąd wyzwalający może być regulowany przy większych wartościach znamionowych.
  • Wyłączniki mocy niskiego napięcia mogą być montowane wielopiętrowo w rozdzielnicach nn lub szafach rozdzielczych .

Charakterystyki wyłączników niskonapięciowych są określone przez międzynarodowe normy, takie jak IEC 947. Wyłączniki te są często instalowane w obudowach wysuwnych, które umożliwiają wyjmowanie i wymianę bez demontażu rozdzielnicy.

Duża obudowa niskonapięciowa i wyłączniki mocy mogą być wyposażone w napędy do silników elektrycznych, dzięki czemu mogą one otwierać się i zamykać za pomocą pilota. Mogą one stanowić część systemu automatycznego przełączania źródeł zasilania w trybie czuwania.

Wyłączniki niskonapięciowe są również produkowane do zastosowań prądu stałego (DC), takich jak DC dla linii metra. Prąd stały wymaga specjalnych wyłączników, ponieważ łuk jest ciągły – w przeciwieństwie do łuku prądu przemiennego, który ma tendencję do gaśnięcia co pół cyklu, wyłącznik prądu stałego ma cewki wydmuchowe, które wytwarzają pole magnetyczne, które szybko rozciąga łuk. Małe wyłączniki są albo instalowane bezpośrednio w urządzeniu, albo są umieszczone w panelu wyłączników .

Wewnątrz miniaturowego wyłącznika automatycznego

Szynie DIN -mounted miniaturowy wyłącznik termiczny magnetyczny jest najczęstszą styl w nowoczesnych domowych urządzeń konsumenckich i handlowych elektrycznych tablic rozdzielczych w całej Europie . Projekt zawiera następujące elementy:

  1. Dźwignia aktywatora - służy do ręcznego wyzwalania i resetowania wyłącznika. Wskazuje również stan wyłącznika (włączony lub wyłączony/wyzwolony). Większość wyłączników zaprojektowano tak, aby mogły się wyzwolić, nawet jeśli dźwignia jest przytrzymana lub zablokowana w pozycji „włączonej”. Jest to czasami określane jako operacja „bezpłatna podróż” lub „dodatnia podróż”.
  2. Mechanizm wykonawczy - wymusza łączenie lub rozsuwanie styków.
  3. Kontakty - zezwalaj na prąd podczas dotykania i przerywaj prąd po rozsunięciu.
  4. Terminale
  5. Listwa bimetaliczna - rozdziela styki w odpowiedzi na mniejsze, długotrwałe przetężenia
  6. Śruba kalibracyjna - umożliwia producentowi precyzyjne ustawienie prądu zadziałania urządzenia po montażu.
  7. Elektromagnes - szybko rozdziela styki w odpowiedzi na wysokie przetężenia
  8. Dzielnik łuku/gaśnica

Stan stały

Wyłączniki półprzewodnikowe , znane również jako wyłączniki cyfrowe, to innowacja technologiczna, która obiecuje zaawansowaną technologię wyłączników z poziomu mechanicznego do elektrycznego. Daje to wiele korzyści, takich jak cięcie obwodu w ułamkach mikrosekund, lepsze monitorowanie obciążenia obwodu i dłuższa żywotność.

Magnetyczny

Wyłączniki magnetyczne wykorzystują solenoid ( elektromagnes ), którego siła ciągnąca wzrasta wraz z prądem . Niektóre konstrukcje wykorzystują siły elektromagnetyczne oprócz sił elektromagnetycznych. Styki wyłącznika są utrzymywane w stanie zamkniętym za pomocą zatrzasku. Gdy prąd w elektromagnesie wzrasta powyżej wartości znamionowej wyłącznika, pociągnięcie elektromagnesu zwalnia zatrzask, który umożliwia otwarcie styków przez działanie sprężyny. Są to najczęściej stosowane wyłączniki w USA.

Termomagnetyczny

Shihlin Electric MCCB z SHT

Magnetyczne wyłączniki termiczne , które są typu znajdującego się w większości tablic rozdzielczych w Europie i krajach o podobnym układzie okablowania, zawierają obie techniki, w których elektromagnes reaguje natychmiast na duże przepięcia prądu (zwarcie), a pasek bimetaliczny reaguje na mniej ekstremalne, ale długoterminowe warunki nadprądowe. Część termiczna wyłącznika zapewnia funkcję odpowiedzi czasowej, która wyzwala wyłącznik wcześniej w przypadku większych przetężeń, ale pozwala na dłuższe utrzymywanie się mniejszych przeciążeń. Pozwala to na krótkie impulsy prądowe, takie jak powstające podczas włączania silnika lub innego obciążenia nierezystancyjnego. Przy bardzo dużych przetężeniach podczas zwarcia element magnetyczny wyłącza wyłącznik bez celowego dodatkowego opóźnienia.

Magnetyczno-hydrauliczne

Magnetycznego hydrauliczny wyłącznik wykorzystuje cewkę dostarczenie działające siły w celu otwarcia styków. Młoty magnetyczno-hydrauliczne zawierają funkcję hydraulicznego opóźnienia czasowego przy użyciu lepkiego płynu. Sprężyna przytrzymuje rdzeń, dopóki prąd nie przekroczy wartości znamionowej wyłącznika. Podczas przeciążenia prędkość ruchu elektromagnesu jest ograniczona przez płyn. Opóźnienie pozwala na krótkotrwałe skoki prądu przekraczające normalny prąd pracy dla rozruchu silnika, zasilania urządzeń itp. Prądy zwarciowe zapewniają wystarczającą siłę solenoidu do zwolnienia zatrzasku niezależnie od położenia rdzenia, omijając w ten sposób funkcję opóźnienia. Temperatura otoczenia wpływa na opóźnienie czasowe, ale nie wpływa na prąd znamionowy wyłącznika magnetycznego.

Wyłączniki dużej mocy, stosowane w obwodach o napięciu powyżej 1000 woltów, mogą zawierać elementy hydrauliczne w mechanizmie napędowym styków. Energia hydrauliczna może być dostarczana przez pompę lub magazynowana w akumulatorach. Stanowią one inny typ niż wyłączniki wypełnione olejem, w których olej jest środkiem do gaszenia łuku.


Wspólne wyłączniki (zbiorowe)

Trójbiegunowy wspólny wyłącznik wyzwalający do zasilania urządzenia trójfazowego. Ten wyłącznik ma ocenę 2 A.

Aby zapewnić jednoczesne wyłączanie wielu obwodów z powodu zwarcia w którymkolwiek z nich, wyłączniki mogą być wykonane jako zespół sprzężony. Jest to bardzo powszechne wymaganie dla systemów 3-fazowych, w których rozłączenie może być 3 lub 4 biegunowe (stały lub przełączany przewód neutralny). Niektórzy producenci wytwarzają zestawy do łączenia, umożliwiające łączenie grup wyłączników jednofazowych zgodnie z wymaganiami.

W Stanach Zjednoczonych, gdzie zasilacze z rozdzieloną fazą są powszechne, w obwodach odgałęzionych z więcej niż jednym przewodem pod napięciem, każdy przewód pod napięciem musi być chroniony przez biegun wyłącznika. Aby zapewnić, że wszystkie przewody pod napięciem zostaną przerwane w przypadku wyzwolenia dowolnego bieguna, należy użyć wyłącznika „wspólnego wyzwalania”. Mogą one zawierać dwa lub trzy mechanizmy wyzwalające w jednej obudowie lub, w przypadku małych wyłączników, mogą zewnętrznie wiązać bieguny ze sobą za pomocą ich uchwytów operacyjnych. Dwubiegunowe wspólne wyłączniki wyzwalające są powszechne w systemach 120/240 V, w których obciążenia 240 V (w tym główne urządzenia lub dalsze tablice rozdzielcze) obejmują dwa przewody pod napięciem. Trójbiegunowe wspólne wyłączniki wyzwalające są zwykle używane do dostarczania trójfazowej energii elektrycznej do dużych silników lub dalszych tablic rozdzielczych.

Oddzielne wyłączniki automatyczne nie mogą być nigdy używane do zasilania i neutralnego, ponieważ jeśli przewód neutralny zostanie odłączony, podczas gdy przewód pod napięciem pozostaje podłączony, powstaje bardzo niebezpieczny stan: obwód wydaje się być pozbawiony napięcia (urządzenia nie działają), ale przewody pozostają pod napięciem i niektóre urządzenia różnicowoprądowe (RCD) mogą nie zadziałać, jeśli ktoś dotknie przewodu pod napięciem (ponieważ niektóre RCD wymagają zasilania do wyłączenia). Z tego powodu, gdy wymagane jest przełączanie przewodu neutralnego, należy używać tylko zwykłych wyłączników wyzwalających.

Zespoły wyzwalaczy bocznikowych

Wyzwalacz bocznikowy wygląda podobnie do normalnego wyłącznika, a ruchome siłowniki są połączone z normalnym mechanizmem wyłącznika, aby działały razem w podobny sposób, ale wyzwalacz bocznikowy jest elektrozaworem przeznaczonym do sterowania zewnętrznym sygnałem stałego napięcia, zamiast prądu, zwykle lokalnego napięcia sieciowego lub  DC. Są one często używane do odcinania zasilania w przypadku wystąpienia zdarzenia wysokiego ryzyka, takiego jak alarm pożaru lub zalania, lub innego stanu elektrycznego, takiego jak wykrycie przepięcia. Wyzwalacze bocznikowe mogą być akcesorium montowanym przez użytkownika do standardowego wyłącznika lub dostarczane jako integralna część wyłącznika.

Średnie napięcie

Wyłącznik powietrzny marki Siemens zamontowany na szafce sterowniczej silnika

Wyłączniki średniego napięcia o napięciu znamionowym od 1 do 72  kV mogą być montowane w liniach rozdzielnic w obudowach metalowych do użytku wewnętrznego lub mogą być pojedynczymi komponentami instalowanymi na zewnątrz w podstacji . Wyłączniki powietrzne zastąpiły jednostki wypełnione olejem do zastosowań wewnętrznych, ale teraz same są zastępowane przez wyłączniki próżniowe (do około 40,5  kV). Podobnie jak wyłączniki wysokiego napięcia opisane poniżej, są one również obsługiwane przez przekaźniki ochronne wykrywające prąd obsługiwane przez przekładniki prądowe . Charakterystyki wyłączników średniego napięcia są podane przez międzynarodowe normy, takie jak IEC 62271. Wyłączniki średniego napięcia prawie zawsze używają oddzielnych czujników prądu i przekaźników ochronnych , zamiast polegać na wbudowanych termicznych lub magnetycznych czujnikach nadprądowych.

Wyłączniki średniego napięcia można sklasyfikować według medium użytego do gaszenia łuku:

  • Wyłączniki próżniowe — o prądzie znamionowym do 6300  A i wyższym do zastosowań z wyłącznikami generatora (do 16 000  A i 140  kA). Te wyłączniki przerywają prąd, tworząc i gasząc łuk w pojemniku próżniowym - zwanym "butelką". Mieszki o długiej żywotności są zaprojektowane tak, aby przemieszczać się o 6–10 mm, w których styki muszą się rozdzielić. Są one na ogół stosowane dla napięć do około 40 500  V, co odpowiada mniej więcej zakresowi średniego napięcia systemów elektroenergetycznych. Wyłączniki próżniowe mają dłuższą żywotność między remontami niż inne wyłączniki. Ponadto ich potencjał globalnego ocieplenia jest znacznie niższy niż wyłącznika SF 6 .
  • Wyłączniki powietrzne — prąd znamionowy do 6300  A i wyższy dla wyłączników generatorowych. Charakterystyki wyzwalania są często w pełni regulowane, w tym konfigurowalne progi wyzwalania i opóźnienia. Zwykle sterowane elektronicznie, chociaż niektóre modele są sterowane mikroprocesorem za pomocą zintegrowanego elektronicznego wyzwalacza. Często używany do głównej dystrybucji mocy w dużych zakładach przemysłowych, gdzie wyłączniki są rozmieszczone w obudowach wysuwnych w celu ułatwienia konserwacji.
  • Wyłączniki SF 6 gaszą łuk w komorze wypełnionej gazowym sześciofluorkiem siarki .

Wyłączniki średniego napięcia można podłączać do obwodu za pomocą połączeń śrubowych do szyn lub przewodów, zwłaszcza w rozdzielniach zewnętrznych. Wyłączniki średniego napięcia w rozdzielnicach są często budowane z konstrukcją wysuwną, umożliwiającą wyjęcie wyłącznika bez zakłócania połączeń obwodu mocy, przy użyciu mechanizmu napędzanego silnikiem lub ręczną korbą do oddzielenia wyłącznika od obudowy.

Wysokie napięcie

Trzy jednofazowe sowieckie/rosyjskie wyłączniki olejowe 110 kV
Wyłączniki typu „live tank” 400 kV SF 6

Sieci przesyłu energii elektrycznej są chronione i kontrolowane przez wyłączniki wysokiego napięcia. Definicja wysokiego napięcia jest różna, ale w przypadku przesyłu energii zwykle uważa się, że wartość napięcia wynosi 72,5 kV lub więcej, zgodnie z ostatnią definicją Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). Wyłączniki wysokonapięciowe są prawie zawsze sterowane elektromagnetycznie , a przekaźniki ochronne wykrywające prąd obsługiwane przez przekładniki prądowe . W podstacjach schemat przekaźnika ochronnego może być złożony, chroniąc sprzęt i szyny przed różnymi typami przeciążeń lub zwarć doziemnych.

Wyłączniki wysokonapięciowe są szeroko klasyfikowane według medium używanego do gaszenia łuku:

Ze względu na obawy związane z ochroną środowiska i kosztami związanymi z izolacją wycieków oleju, większość nowych młotów wykorzystuje gaz SF 6 do gaszenia łuku.

Wyłączniki mogą być klasyfikowane jako zbiornik pod napięciem , gdzie obudowa zawierająca mechanizm wyłączający jest na potencjale linii, lub zbiornik martwy z obudową na potencjale ziemi. Wyłączniki wysokonapięciowe prądu przemiennego są rutynowo dostępne w wersjach do 765 kV.  Wyłączniki 1200 kV zostały uruchomione przez firmę Siemens w listopadzie 2011 r., a ABB w kwietniu następnego roku.

Wyłączniki wysokiego napięcia stosowane w systemach przesyłowych mogą być ustawione tak, aby umożliwić wyzwolenie pojedynczego bieguna linii trójfazowej, zamiast wyzwalania wszystkich trzech biegunów; w przypadku niektórych klas usterek poprawia to stabilność i dostępność systemu.

Wyłączniki wysokiego napięcia prądu stałego są nadal przedmiotem badań od 2015 r. Takie wyłączniki byłyby przydatne do łączenia systemów przesyłowych HVDC.

Sześciofluorku siarki (SF 6 ) wysokiego napięcia

Wyłącznik obwodu sześciofluorku siarki wykorzystuje styki otoczone gazowym sześciofluorkiem siarki do gaszenia łuku. Są one najczęściej stosowane do napięć na poziomie przesyłu i mogą być wbudowane w kompaktową rozdzielnicę z izolacją gazową. W zimnym klimacie, uzupełniającego ogrzewanie lub znamionowych wyłączników mogą być wymagane na skutek skraplania SF 6 gazu.

Odłączanie wyłącznika (DCB)

Wyłącznik odłączający (DCB) został wprowadzony w 2000 roku i jest wyłącznikiem wysokiego napięcia wzorowanym na wyłączniku SF 6 . Przedstawia rozwiązanie techniczne, w którym funkcja odłączania jest zintegrowana w komorze wyłączania, eliminując potrzebę stosowania oddzielnych odłączników. Zwiększa to dostępność , ponieważ główne styki otwartego odłącznika wymagają konserwacji co 2–6 lat, podczas gdy nowoczesne wyłączniki wymagają konserwacji co 15 lat. Wdrożenie rozwiązania DCB zmniejsza również wymagania przestrzenne w podstacji i zwiększa niezawodność , ze względu na brak oddzielnych odłączników.

Aby jeszcze bardziej zredukować wymaganą przestrzeń podstacji, a także uprościć projektowanie i inżynierię podstacji, z DCB można zintegrować światłowodowy czujnik prądu (FOCS). 420 kV DCB z układów FoC może zmniejszyć podstacji za emisję z ponad 50% w porównaniu do konwencjonalnego rozwiązania żywych wyłączników zbiornika z wyłączników i prądowych , z powodu zmniejszonej materiałów i bez dodatkowego nośnika izolacyjnego.

Dwutlenek węgla (CO 2 ) wysokiego napięcia

W 2012 roku ABB zaprezentowała  wyłącznik wysokiego napięcia 75 kV, który wykorzystuje dwutlenek węgla jako medium do gaszenia łuku. Wyłącznik na dwutlenek węgla działa na tych samych zasadach co wyłącznik SF 6 i może być również produkowany jako wyłącznik rozłączający. Przechodząc z SF 6 na CO 2 , możliwe jest zmniejszenie emisji CO 2 o 10 ton w cyklu życia produktu.

Wyłączniki „inteligentne”

Kilka firm zastanawiało się nad dodaniem monitorowania urządzeń za pomocą elektroniki lub wykorzystaniem cyfrowego wyłącznika do zdalnego monitorowania wyłączników. Firmy użyteczności publicznej w Stanach Zjednoczonych analizują wykorzystanie tej technologii do włączania i wyłączania urządzeń, a także potencjalnego wyłączania ładowania samochodów elektrycznych w okresach dużego obciążenia sieci elektrycznej. Te badane i testowane urządzenia miałyby możliwość bezprzewodowego monitorowania zużycia energii elektrycznej w domu za pomocą aplikacji na smartfona lub w inny sposób.

Inne wyłączniki

Wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem przeciążeniowym

Poniższe typy są opisane w osobnych artykułach.

  • Wyłączniki zabezpieczeń przed zwarciami doziemnymi zbyt małe, aby wyzwolić urządzenie nadprądowe:
    • Resztkowe prądu urządzenie (RCD) lub resztki prądu wyłącznika (różnicowoprądowego) - wykrywa bieżące równowagi, ale nie zapewniają ochrony przed przetężeniami. W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie są one nazywane przerywaczami ziemnozwarciowymi (GFCI).
    • Wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem nadprądowym ( RCBO ) — łączy funkcje RCD i MCB w jednym pakiecie. W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie są to tak zwane wyłączniki GFCI.
    • Wyłącznik różnicowoprądowy (ELCB) — wykrywa prąd w przewodzie uziemiającym bezpośrednio, zamiast wykrywać asymetrię. Nie są już widoczne w nowych instalacjach, ponieważ nie są w stanie wykryć żadnego niebezpiecznego stanu, w którym prąd powraca na ziemię inną drogą - na przykład przez osobę na ziemi lub przez hydraulikę. (zwany także VOELCB w Wielkiej Brytanii).
  • Reklozer — typ wyłącznika, który zamyka się automatycznie po opóźnieniu. Są one stosowane w napowietrznych systemach dystrybucji energii elektrycznej , aby zapobiec krótkotrwałym zwarciom powodującym długotrwałe przestoje.
  • Polyswitch (wielobezpiecznik) — małe urządzenie powszechnie określane jako automatycznie resetujący się bezpiecznik, a nie wyłącznik automatyczny.

Zobacz też

Bibliografia

Ogólny