FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA
DINAMIKA INDUSTRIJSKIH SUSTAVA
SKLOPNI APARATI DIS.6. Funkcija, podjela i karakteristike sklopnih aparata
Prof. dr. sc. Zlatko Maljković
ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVO I AUTOMATIZACIJU
Ak. god. 2013/2014
Zagreb, 7.4.2014.
Funkcija sklopnih aparata kao komponenti električnih postrojenja
Sklopni aparat: aparat namijenjen uklapanju i/ili prekidanju struje u jednom ili više strujnih krugova, tj. za uspostavljanje, održavanje i prekidanje kontinuiteta ili diskontinuiteta strujnih krugova. Vrše funkciju uklapanja i isklapanja, pokretanja i regulacije, zaštite i komande.
Sklopni aparati upravljaju radom uređaja za proizvodnju, transformaciju, konverziju, prijenos i potrošnju električne energije.
Djelovanje aparata – SKLAPANJE: promjena vlastite impedancije i dielektrične čvrstoće. To se postiže u sklopkama i relejima time što se otvaraju i zatvaraju kontakti, u osiguračima time što pregaraju rastalnice, u odvodnicima prenapona time što se probijaju i gase iskrišta i što reagiraju nelinearni otpori
7.4.2014.
2
Podjela sklopnih aparata prema namjeni
7.4.2014.
rastavljači sklopke prekidači pokretači regulatori osigurači odvodnici prenapona releji pribor sklopni blokovi
3
Uloga aparata
7.4.2014.
Rastavljači – otvaranje i zatvaranje strujnih krugova zanemarivo malih struja Sklopke – uklapanje i isklapanje struja normalnog napona Prekidači – uklapanje i isklapanje + uklapanje i prekidanje struja kratkog spoja Pokretači – pokretanje motora ili puštanje u pogon drugih trošila Osigurači – taljenjem rastalnice automatski otvaraju strujni krug Odvodnici prenapona – zaštita električnih postrojenja od prenaponskih valova Releji – djeluju na druge uređaje pod utjecajem mjerene veličine Pribor – obuhvaća potporne i provodne izolatore, kabelske uvodnice, otpornike, prigušnice, kondenzatore, mjerne i signalne uređaje i drugo Sklopni blokovi – kompleksni uređaji sastavljeni od raznovrsnih sklopnih aparata i pribora 4
Podjela sklopnih aparata prema funkciji (sustavi gašenja luka)
7.4.2014.
5
Osnovna podjela sklopnih aparata prema funkciji
Kontaktni - djelovanje vezano uz mehaničko kretanje kontakata Beskontaktni - nema mehaničkog kretanja kontakata Hibridni - kombinacije kontaktnih i beskontaktnih aparata Lučni – pri djelovanju nastaje električni luk Bezlučni - sa zanemarivo malom energijom luka.
7.4.2014.
6
Podjela prema načinu kojim se upravlja prolazom struje ili paljenjem i gašenjem luka
7.4.2014.
Rastalni i probojni – rastalni osigurači i odvodnici prenapona gdje luk nastaje pregaranjem tankih vodiča i probojem iskrišta Kontaktni otporski prekidači - u početku otvaranja premošteni su malim otporom koji se naglo povećava, tako da se prije definitivnog prekida struja smanjuje na neznatni iznos Sinkroni prekidači - otvaraju kontakte u prvoj prirodnoj nultočki izmjenične struje nakon isklopnog impulsa Beskontaktni aparati s poluvodičkim elementima - sadrže upravljive poluvodičke ventile (tiristore) Hibridni poluvodički aparati – serijska kombinacija dvaju brzih kontakata, sinkroniziranih s promjenom polariteta, od kojih je jedan premošten diodom i koji se prvi otvara u intervalu vođenja diode, a odmah zatim i drugi u intervalu blokiranja
7
Releji i okidači
Releji su automatski aparati koji pod utjecajem neke mjerene fizikalne veličine (napona, struje, tlaka, temperature) električnim putem djeluju na druge uređaje. Otvaranjem ili zatvaranjem svojih kontakata prekidaju napajanje elektromagneta u sklopniku, uzbuđuju svitak okidača u sklopki ili prekidaču Okidači su upravljački organi sklopnih aparata koji pod utjecajem kontrolirane električne veličine mehaničkim putem oslobađaju njihove zaporne elemente i time izazivaju otvaranje ili zatvaranje aparata.
7.4.2014.
8
Podjela sklopnih aparata prema naponu
Niskonaponski Visokonaponski
Gornja granica napona niskonaponskih aparata za:
izmjeničnu struju 1 kV istosmjernu struju 1,2 kV
Danas imamo podjelu visokonaponskih aparata:
7.4.2014.
za srednje napone (3-35 kV) za visoke napone (preko 35 kV do 400 kV) za vrlo visoke napone (preko 400 kV) 9
Naprezanja u sklopnim aparatima i aparaturama
Termičko naprezanje kontakata Utjecaj elektrodinamičkih sila na kontakte Naprezanja u procesu prekidanja
7.4.2014.
10
Termičko naprezanje kontakata
7.4.2014.
θo – temperatura okoline θv – zagrijavanje vodiča zbog njihova otpora θk – zagrijavanje zbog kontaktnog otpora A i B – vodiči koji se dodiruju Termičko naprezanje ovisi o struji, ali i o naponu, o kojem ovisi hoće li doći do paljenja luka. Kratki spoj - velika struja, a time je i velika mogućnost zavarivanja kontakata. Kontaktna sila Fk ≥ ku Iu2 (ku = 0,06 kp/kA2 za bakar) 11
Elektrodinamičke sile na kontakte
Elektrodinamička naprezanja ovise o konstrukciji - mogu u slučaju većih strujnih udara opasno smanjiti kontaktni tlak ili čak otvoriti kontakt jer se javljaju paralelne strujnice suprotnog smjera POVOLJNO
NEPOVOLJNO
A – nepomični kontakt B – pomični kontakt F – smjer djelovanja elektrodinamičke sile
Odbojne sile među zatvorenim kontaktima nastaju zbog neizbježne koncentracije struje na mjestima stvarnog dodira. Odbojna sila koja se javlja na kontaktu:
i 2 dL µ 0 i 2 R Fk = = ln 2 dh 4π r 7.4.2014.
2r – strujna staza A – pomični dio B i C – nepomični dijelovi 12
Naprezanja u procesu prekidanja
Naprezanja ovise o povratnom naponu i prekidnoj struji koji otežavaju gašenje luka. Mjerilo za ovo naprezanje je prekidna snaga:
Ps = kU p I s Up - efektivna vrijednost linijskog povratnog napona pogonske frekvencije k=1 za jednofazni sustav k= 3 za trofazni sustav
7.4.2014.
Dinamička i termička naprezanja aparata prilikom uklapanja ovise u prvom redu o uklopnoj struji koja se pojavljuje neposredno nakon uklopa, te o naponu o kojem ovisi hoće li se među kontaktima i na kojem razmaku upaliti električni luk.
13
Procesi uklapanja i prekidanja struje
Pri sklapanju strujnih krugova javlja se među kontaktima aparata
električni luk
Uklopni luk – javi se kad se kontakti približe na probojni razmak
Isklopni luk – nastaje prekidom metalnog dodira i traje do trenutka gašenja
7.4.2014.
14
Električni luk istosmjerne struje
Gašenje nastupa kad se otpor toliko poveća da struja opadne da ne može više održavati stabilni luk
Up - napon paljenja UA - napon luka Ug - napon gašenja tA - trajanje luka 7.4.2014.
15
Gašenje istosmjernog luka Uvjet gašenja: di/dt < 0 tj. struja se mora stalno smanjivati Kako za krug vrijedi:
slijedi:
di L = ( E − R i ) −U A = UL dt
UA > E − Ri što se postiže npr. razvlačenjem luka!
7.4.2014.
16
Gašenje istosmjernog luka
Položaj karakteristika UA i E-Ri za slučaj nestabilnosti luka
UL<0
0
7.4.2014.
17
Električni luk izmjenične struje
Luk izmjenične struje se sam od sebe gasi u svakoj nultočki struje Ali, kako među kontaktima ostaje vruć i ionizirani medij – rezidualni stupac – lako ponovno dolazi do paljenja luka. Definitivno gašenje luka se postiže kad se rezidualnom stupcu naglo poveća otpor i dielektrička čvrstoća čime se onemogući ponovno paljenje luka.
7.4.2014.
18
Gašenje izmjeničnog luka Shema uz tumačenje gašenja izmjeničnog luka r
pA C
R i
L
e
Em = R i + L
di 1 + ∫ iC dt dt C
i = ir + iC u p = r ir = 7.4.2014.
1 iC dt ∫ C
Nadomjesna shema neposredno nakon gašenja luka 19
Prijelazni povratni napon
Prijelazni povratni napon uz uvjet t = 0, up = -Ug
κ u p = Em − ( Em + U g ) sin (ω0t ) + cos (ω0t ) e −κ t ω gdje su: koeficijent prigušenja:
1R
1
κ= + 2 L rC kružna frekvencija povratnog napona:
ω0 =
7.4.2014.
1 1R 1 − − LC 4 L rC
2
20
Gašenje izmjeničnog luka ud – probojni napon up – povratni napon Za definitivno gašenje luka treba rezidualnom stupcu naglo povećati otpor i dielektričnu čvrstoću da bi se spriječilo ponovno paljenje luka, tj. probojni napon ud mora biti stalno viši od povratnog napona up.
u i
u ud
ud UA UA
UA
Luk
Definitivno gašenje luka
7.4.2014.
i
Luk
Luk
Ponovno paljenje luka
21
Osnovne karakteristike aparata
7.4.2014.
Povratni napon i prekidna struja su glavni faktori koji otežavaju prekidanje struje Uz idealni prekidač (do prekida struje otpor mu je nula, nakon prekida otpor mu je beskonačan) bini su prirodni povratni napon i prirodna struja kratkog spoja U pogonu se javljaju prilike kad je povratni napon posebno velik: prekidanje malih kapacitivnih struja neopterećenih vodova, prekidanje malih induktivnih struja neopterećenih transformatora, sklapanje kondenzatorskih baterija Prekidna struja je mjerodavna za stupanj ionizacije prostora (rezidualni stupac) Prekidna struja je efektivna vrijednost simetrične komponente struje u trenutku paljenja luka. Najveća vrijednost prekidne struje je prekidna moć prekidača, odnosno sklopke 22
Osnovne karakteristike aparata
Produkt prekidne struje i povratnog napona je mjerilo naprezanja aparata i naziva se prekidna snaga PS = k U p I S
k=1 za jednofazni sustav k = 3 za trofazni sustav
Najveća dopuštena prekidna snaga je prekidna moć, analogno pri uklopu uklopna moć 7.4.2014.
23
Sustavi gašenja luka
Električni luk je povoljni isklopni element: sprečava prenagli prekid struje koji bi izazvao previsoke prenapone te omogućava prekidanje izmjenične struje u prirodnoj nultočki
Konstrukciju sklopnog aparata treba načiniti tako da reducira trajanje električnog luka kako bi se smanjilo njegovo razorno djelovanje
7.4.2014.
24
Sustavi gašenja luka
7.4.2014.
25
VN sklopni aparati
Prekidači
7.4.2014.
Uljni prekidači Malouljni prekidači Hidromatski prekidači Pneumatski prekidači Prekidači s plinom SF6 Plinotvorni prekidači Prekidači s uskim rasporom Vakuumski prekidači
Sklopke Rastavne sklopke Rastavljači i aparati za uzemljenje Osigurači Odvodnici prenapona 26
VN prekidači T-prekidač 400 kV SF6 prekidač
7.4.2014.
27
Malouljni i vakuumski SN prekidači
7.4.2014.
28
Oklopljeno postrojenje izolirano plinom SF6 (sumpornim heksafluoridom)
7.4.2014.
29
Rastavljači
Rastavljači s porculanskim i silikonskim izolatorima
7.4.2014.
30
Rastavljači
7.4.2014.
31
Kompaktni sklopni moduli metalom oklopljeni, plinom SF6 izolirani
Vakuumski prekidač Tropoložajna vakuumska rastavna sklopka Tropoložajni / dvopoložajni rastavljač Uzemljivač iza vakuumskog prekidača Kapacitivni indikatori napona Mogućnost ugradnje senzora ili mjernih transformatora Mogućnost ugradnje modula zaštite po izboru naručitelja
7.4.2014.
32
Kompaktni sklopni moduli
2 vodna polja s rastavnim sklopkama i 1 trafo polje s vakuumskim prekidačem
7.4.2014.
33
Generatorski prekidač 2000 MVA, In=50 kA, IKS=210 kA
7.4.2014.
34
NN aparati Podjela sklopnih aparata niskog napona
7.4.2014.
35
Prekidanje struje kratkog spoja u NN prekidaču a) normalnom b) brzom
7.4.2014.
36
Karakteristika okidača za prekidače Nazivne struje In1 = 100 A In2 = 1600 A
t (s) In1=100A
In1=100 A
7.4.2014.
37
O-t-CO-T-CO Simboli O-t-Co i O-t-Co-T-Co se koriste za definiranje sekvenci preklopnih operacija O - isključenje; t - vrijeme potrebno prekidaču da ponovno može djelovati (npr. 0,3 s za brzi ponovni uklop); Co - uključenje nakon odgovarajućeg vremena poslije isključenja T – vrijeme potrebno prekidaču i izolacijskom mediju za regeneraciju i ponovno djelovanje radnog mehanizma (npr. 3 min)
7.4.2014.
38
Primjer tehničkih podataka Osnovne tehničke karakteristike prekidača ASM400 Nazivna struja
In (45°C)
[A]
Broj polova Pogonski napon
2, 3 ~[V]
690
=[V]
250
[ Hz ]
50-60
[V]
3000
690V ~
[ kA ]
10/10
500V ~
[ kA ]
25/15
400V ~
[ kA ]
35/20
230V ~
[ kA ]
60/40
250V= (2p)
[ kA ]
40/30
VxŠxD [ mm ]
225x140x125
Ue
Nazivna frekvencija Ispitni napon 1 min. 50Hz
Nazivna prekidna moć Icu / Ics (1)
Prekidna moć kod = struje
400
Osnovne dimenzije (3-polna, čvrsta izv, priključnice prednje)
1)
Icu – nazivna granična prekidna moć Ics – nazivna pogonska prekidna moć Icm – nazivna kratkospojna uklopna moć 7.4.2014.
Prema IEC EN 60947-2 Icu - Slijed O-t-CO Ics - Slijed O-t-CO-t-CO
Prema propisima vrijednost cosφ u ovisnosti od Icu i Ics iznosi: cosφ =0,30 za 10kA < Icu ≤ 20kA cosφ =0,25 za 20kA < Icu ≤ 50kA cosφ =0,20 za 50kA < Icu 39
Niskonaponski kompaktni prekidači – novije izvedbe TRHNIČKE KARAKTERISTIKE (iz kataloga firme KONČAR – Niskonaponske sklopke i prekidači)
7.4.2014.
40
Niskonaponski kompaktni prekidači – novije izvedbe TRHNIČKE KARAKTERISTIKE (iz kataloga firme KONČAR – Niskonaponske sklopke i prekidači)
7.4.2014.
41
Prekidač KN800-HE KRIVULJE DJELOVANJA
7.4.2014.
42
Prekidač KN125-HM
7.4.2014.
KRIVULJA DJELOVANJA termomagnetska zaštita
43
Niskonaponski kompaktni prekidači – starije izvedbe TRHNIČKE KARAKTERISTIKE (iz kataloga firme KONČAR – Niskonaponske sklopke i prekidači)
7.4.2014.
44
Prekidač E 100 NAZIVNE I STRUJE PODEŠENJA TERMOMAGNETNIH OKIDAČA
1) Vrijednosti
se odnose na izmjeničnu struju. Za istosmjernu struju treba pomnožiti odgovarajuće vrijednosti sa 1,5. 7.4.2014.
45
Grebenaste sklopke
7.4.2014.
46
Motorska zaštitna sklopka 1 – tropolna proradna krivulja 2 – dvopolna proradna krivulja sa zaštitom od nestanka faze
7.4.2014.
47
Karakteristike djelovanja zaštitnih uređaja
1 – prekidač 2 – rastavna sklopka 3, 4, 5 – osigurači tsf – trajanje otvaranja sklopke potaknute osiguračem It0 – struja preuzimanja Itr – struja prijelaza Isc – struja kratkog spoja 0,9tsf
It0 Itr Isc2 7.4.2014.
Isc 48
Osigurači
Karakteristika običnog i tromog osigurača
I / In TROMI OSIGURAČ
OSIGURAČ
t 7.4.2014.
49
Primjer neadekvatne zaštite zaleta motora
I bimetalni relej i tromi osigurač isključili bi pogon s asinkronim motorom s teškim zaletom
I/In
BIMETALNI RELEJ
TEŽAK ZALET
OSIGURAČ
TROMI OSIGURAČ
NOMINALNI TERET
t SEKUNDE
7.4.2014.
MINUTE
50
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA
Dodatna pojašnjenja
ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE
ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVO I AUTOMATIZACIJU
7.4.2014.
Teorija kontakta HOMOGENI MATERIJAL
SPOJ
struja otpor = UAB / struja teorijska kontaktna površina mehanička kontaktna površina električna kontaktna površina
struja
okaljani film
Veličina dodirne plohe koja se ostvaruje na više mjesta kontakta ovise o finoći obrade i materijalu Kontaktni otpor ovisi o sili, a ne o prividnoj (teorijskoj) kontaktnoj površini.
Oštećena površina kontakta
teorijska kontaktna površina dodirna ploha kontakta
7.4.2014.
52
Kontaktni otpor sklopnih aparata Rk
Bez obzira kako pažljivo izveli kontakt nikada nije cijela kontaktna površina u dodiru, nego je dodir samo u nekoliko točaka. Prilikom uključivanja, pod pritiskom, dolazi do plastične deformacije, kontaktna ploha raste, smanjuje se otpor kontakta. Zbog nesavršenosti kontakta dolazi do dodatnog pada napona na kontaktu a time i do mjestimičnog zagrijavanja kontakta. Taj dodatni otpor nazivamo prijelazni otpor odnosno kontaktni otpor. Kontaktni otpor jest razlika između otpora kombinacije kontakata i otpora homogenog vodiča
Kontaktni otpor je suma slojnog i provlačnog otpora:
Rk = Rs + Rp
7.4.2014.
53
Provlačni otpor Rp i slojni otpor Rs Provlačni otpor Rp - ni precizno obrađene kontaktne površine ne mogu biti potpuno glatke pa se stoga dodiruju samo u pojedinim izbočinama ρ, Ω m - specifični otpor H, N/m2 - tvrdoća kontakta F, N – sila, kontaktni pritisak
Rp =
ρ πH 2
F
= kp
1 F
Slojni otpor Rs - posljedica je slabo vodljivih stranih slojeva na dodirnim plohama koji potječu od nečistoća, sredstva za podmazivanje ili kemijskih spojeva.
σ σ H ks Rs = = = 2 πa F F
σ, Ω m2 – specifični slojni otpor (za metale oko 10-12 Ω m)
a, m - polumjer dodirne površine U aparatima slabe struje zbog malog pritiska prevladava slojni otpor, a u aparatima jake struje provlačni. 7.4.2014.
54
Svojstva kontaktnih materijala Mali kontaktni otpor Loša zavarljivost Neznatno nagaranje od električnog luka Mali otpor omogućuje trajno vođenje normalnih pogonskih struja bez prekomjernog zagrijavanja. Teško zavarivanje traži se od kontakata koji moraju trenutno voditi ili povremeno uklapati abnormalno velike struje (kratki spoj). Slabo nagaranje posebno je važno za lučne kontakte na koje se prebacuje korijen luka u procesu prekidanja.
Radni kontakt mirni kontakt
preklopivi kontakt
Kontakti: MALI
7.4.2014.
SREDNJI
VELIKI
55
Skupine materijala za izradu kontakata
Čisti metali Legure Sinterirane kombinacije (ovise o načinu izrade i strukturi materijala)
Čisti metali: Bakar (Cu) nije prikladan za trajno zatvorene kontakte, ali se primjenjuje za klizne kontakte u aparatima bez intenzivnog luka Srebro (Ag) – za trajno vođenje struje, ima svojstvo rekuperacije (ponovno taloženje isparenog metala na kontaktne plohe u zraku) koja omogućuje da se poveća električna trajnost aparata. Legirani materijali – imaju bolje mehaničke osobine i veću kemijsku otpornost, ali nižu električnu vodljivost i talište, a to su Ag-Ni, Ag-Cd, Ag-Pd i drugi Srebro (Ag) - povišena temperatura rekristalizacije i otpornost na habanje Kadmij (Cd) - povećana otpornost na habanje i otpornost na zavarivanje Paladij (Pd) - smanjuje utjecaj sumpora (30-60%), bolji od Ag, jeftiniji od Rh Rodij (Rh) - plemenit, tvrd - za prevlake 7.4.2014.
56
Dijagram trajnosti kontakata sklopnika
Broj sklopnih ciklusa
ovisnost broja sklopnih ciklusa o jakosti isklopne struje
107
106
105
104
0
7.4.2014.
10
100
1000 A Isklopna struja 57
Prekidač NH 1250
NAZIVNE I STRUJE PODEŠENJA TERMOMAGNETNIH OKIDAČA
7.4.2014.
58
Prekidač E 400
E 400 ima elektronički okidač 7.4.2014.
t (s)
KRIVULJA DJELOVANJA
X
I1
X
In 59
Prekidač ASM 400
KRIVULJA DJELOVANJA
a - toplinski okidač: hladno stanje b - toplinski okidač: toplo stanje c - magnetni okidač: I2 = 10.I1 (I2 = 4.I1) e - trajanje prekidanja prekidača NAZIVNE I STRUJE PODEŠENJA TERMOMAGNETNIH OKIDAČA
1) Vrijednosti se odnose na izmjeničnu struju. Za istosmjernu
struju treba pomnožiti odgovarajuće vrijednosti sa 1,5
7.4.2014.
60
Prekidač ASM 400 ELEKTRIČNA SHEMA
7.4.2014.
P prigradnja na prednjoj strani prekidača L prigradnja na lijevoj strani prekidača D prigradnja na desnoj strani prekidača Do prigradnja na donjoj strani prekidača S prigradnja na stražnjoj strani prekidača f čvrsta izvedba prekidača KSm krajnja sklopka motora M elektromotorni pogon K1-K2 pomoćne sklopke SK1 pomoćne sklopke za signalizaciju djelovanja zaštite OI okidač isklopni OP okidač podnaponski O tipkalo za isklapanje I tipkalo za uklapanje Q prekidač
61
Krivulja ograničavanja prekidača ASM 100 Karakteristika propuštenih struja
7.4.2014.
62
Primjer tehničkih podataka Fixed MCCB (GM1-630) AC 690V, 50/60HZ, 10-1250A Frame size current
630
Rated current(A)
400,500,630
Rated insulation voltage(V)
800
Rated impulse withstand voltage(V) Uimp
8
Rated operational voltage(V)
300/400/415/690
Arcing distance(mm)
≤100
Number of poles
3
Breaking capacity code
S
H
R
S
630
630
630
630
AC 380V/400V/415V
35
50
70
35
AC 690V
12
13
-
12
17,5
25
35
17.5
6
6.5
-
6
Frame size rated current(A) Rated ultimate short-circuit breaking capacity lcu(KA, RMS). Test sequence: O-t-Co Rated service short-circuit breaking capacity lcs(KA, RMS). Test sequence: O-t-Co-t-Co
7.4.2014.
4
AC 380V/400V/415V AC 690V
63
Primjer tehničkih podataka prekidača i rastavne sklopke (učinski rastavljač) Circuit-breaker, switch-disconnector for 1000 V AC, 3 pole Circuit-breakers NZMH2, N2 NZMN3
NZMH4, N4
max. 250 A max. 630 A max. 1600 A
Rated operational voltage Rated uninterrupted current Rated short-circuit making capacity up to 1000 V 50/60 Hz Rated short-circuit breaking capacity Icn Icu to IEC/EN 60947 operating sequence O-t-CO Icu kA Ies to IEC/EN 60947 operating sequence O-t-CO-t-CO Rated making and breaking capacity Rated operational current AC-1 Rated insulation voltage
Ue V AC Iu A
1000 250
1000 630
1000 1600
Icm kA
17
17
40
Ics kA
3 3
10 10
20 15
A Ui V
250 1000
630 1000
1600 1000
Iu A Icw kA
250 3.5
-
1600 25
Ie A Ui V
250 1000
-
1600 1000
Switch-disconnectors Rated uninterrupted current Rated short-time withstand current Rated making and breaking capacity Rated operational current AC-22/23A Rated insulation voltage 7.4.2014.
64
Sklapanje bez tranzijenata
Postoji novi načini prekidanja i uključivanja tereta (pogotovo onih koje treba često preklapati, kao npr. kondenzatorskih baterija) s neznatnim sklopnim tranzijentima
7.4.2014.
65
Poluvodički prekidači
Patentiran pristup se sastoji od sustava mehaničkih kontakata za vođenje struje u zatvorenom i električne izolacije u otvorenom položaju te aktivnim diodnim stogom za vrijeme prekida i uključenja.
Mehanička sklopka se sastoji od četiri sklopke u H- mostu pri čemu slog dioda ujedinjuje dva paralelna smjera protjecanja struje. Na taj način je omogućen prekid struje samo jednim diodnim slogom po fazi bez obzira u kojem smjeru teče struja.
Dioda se isklopi u otvorenom položaj u kojem ne vodi struju. Stoga se dioda ne treba posebno dimenzionirati za impulsni prenapon ili za vanjsko hlađenje.
7.4.2014.
66
Usporedba standardnih i poluvodičkih prekidača Standardni prekidači
prekid luka erozija kontakata i otvora složena izvedba pretvaračke komore odsijecanje periode struje
Poluvodički pretvarači
7.4.2014.
mehaničke sklopke i dioda smanjena masa ugrađen automatski sustav za vlastito održavanje prirodan prekid struje 67
Načelo rada poluvodičkih prekidača
Za vrijeme prekida, struja kroz mehaničke kontakte mora biti komutirana prema diodnom slogu. Kako bi bila moguća brza komutacija od mehaničkih kontakata prema diodnom slogu, rabi se sinkronizacijska jedinica. Sinkronizacijska jedinica izračunava kada će započeti rad kontakata kako bi se kontakti sklopili pri struji što bližoj vrijednosti nula zbog postizanja brže komutacije od mehaničkih sklopki prema spoju dioda. Rabi se jedan radni mehanizam po fazi radi nadoknade vremena pri prolasku struje kroz nulu, na primjer jako asimetrične struje kratkog spoja. U svrhu velike preciznosti pokretanja kontakata i visoke pouzdanosti, koristi se posebni digitalno upravljan servomotorni radni mehanizam.
7.4.2014.
68
Slijed otvaranja kontakata u H - mostu
Slijed otvaranja je prikazan na slici. Tijekom uklopnog stanja, sva četiri kontakta su zatvorena. Pri isklapanju se detektira smjer struje i odlučuje slijed isklapanja kontakata. Ako struje teče kao na slici., kontakti 2 i 3 se prvi isklapanju. Kada struja promijeni smjer, dioda počne s blokiranjem, i struja se prekida u stvarnom položaju nula bez prethodnog odsijecanja poluvala struje. Izbjegnuto je ponovno paljenje jer su kontakti 2 i 3 za vrijeme zadnje poluperiode stvorili dovoljan zračni otvor. Kontakti 1 i 4 se otvaraju kada je dioda u stanju blokiranja i time dobivamo otvoren strujni krug. Ako se prekid dogodi u suprotnom smjeru, kontakti se otvaraju u obrnutom poretku.
7.4.2014.
69
Slijed uključivanja kontakata H - mosta
Pri uključenju se rabi suprotan slijed u usporedbi sa slijedom pri isklapanju. Mjeri se napon duž kontakata i sinkronizira se sklapanje kontakata u odnosu na napon.
Slijed uklapanja je prikazan na slici. U početku s isklopljenim kontaktima je krug izoliran (a). Odmah nakon prolaska napona kroz nulu uklapaju se prvi kontakti tako da je dioda u stanju blokiranja (b). Nakon sljedećeg prolaska napona kroz nulu, dioda počinje voditi u propusnom smjeru (c). Tada se zatvaraju i zadnji kontakti te na taj način omogućuju struji još jedan smjer uz onaj smjer kroz diodu (d). Ovo rezultira ostvarenjem kontakata bez pojave luka pri naponu nula. 7.4.2014.
70
Zakretni sustav kontakata
Mehanička izrada H - mosta je ostvarena preko zakretnog sustava kontakata. Na slici je prikazan slijed isklapanja.
Ovaj radni mehanizam ima zakretni izlaz koji se može izravno spojiti na kontaktni sustav bez vanjskih uređaja ili dodatnih spajanja.
7.4.2014.
71
Prednost poluvodičkog prekidanja
7.4.2014.
Sulfur Hexafluoride (SF6) sumporni heksafluorid PREKIDANJE PREKIDAČEM S PLINOM SF6
STRUJA (A)
Postoji razlika između djelovanja dvaju prekidača diodnog i plinskog prekidača. Diodni prekida faznu struja u stvarnom stanju nula, dok plinski prekidač odsijeca struju u posljednja dva poluvala do nule prije stvarne vrijednosti struje nule. To je rezultat činjenice da preostala dva prekinuta poluvala, sada spojena u seriju, imaju znatan napon luka koji tjera struju prijevremeno na nulu.
PREKIDANJE POLUVODIČKIM PREKIDAČEM
STRUJA (A)
72
Usporedba struja i napona pri uklapanju sa SF6 i poluvodičkim prekidačima
Napon i struja uklapanja kondenzatorsog sklopa s prekidačem plinom izoliranim SF6 i s diodnim prekidačem. Očigledno je da je uklopna struja s diodnim prekidačem značajno smanjena.
Uklapanje kondenzatorsog sklopa u protuspoju. Ova konfiguracija može dati jako velike struje uklapanja ako je impedancija između kondenzatora jako niska budući da će već nabijeni kondenzator djelomično isprazniti i napuniti nenabijen kondenzator. Nema velikih struja uključenja niti prijelaznih prenapona kod diodnih prekidača.
7.4.2014.
73
Uključivanje i isključivanje kondenzatorskog sklopa za kompenzaciju jalove snage
Umjesto upravljanja radom današnjih prekidača dva puta na dan, s diodnim prekidačem je moguće upravljanje svaki sat i na taj način bolje praćenje kolebanje tereta. Na taj se način u mreži smanji reaktivan tok struje i tako smanjuju gubici u sustavu.
7.4.2014.
74
Sklapanje kondenzatorskih baterija posebnim sklopom Pri prolazu struje kroz nulu isključuje se C, nadalje struja ide kroz diodu C; kod suprotnog smjera struje dioda ne dopušta prolaz struje, pa raste napon na C. Kontakt B se otvara prije nego se postigne maksimalni napon (10 ms poslije struje =0). Napon se raspoređuje na oba prekida B i C i prekidanje se okončava. Pri uklapanju A je otvoren a C zatvoren. Kontakt B se zatvara kad je dioda A u blokirnom modu. Kad dioda pređe u provođenje poteče struja kroz B i C, i prije promjene smjera struje uključuje se A
CIRED2007_0665_paper.pdf
7.4.2014.
75
