Как да оценяваме класовете за устойчивост при късо съединение (Icw) за тежкодействащи промишлени електростанции.

Решаващата роля на номиналните стойности за устойчивост срещу късо съединение в индустриалното електроснабдяване

Тежките индустриални електроцентрали, като например тези, които захранват минни операции, химически заводи и големи производствени обекти, работят в мрежи с висока електрическа мощност. В тези среди електрическата безопасност има първостепенно значение. При възникване на електрическа повреда, например късо съединение по линията след основна разпределителна шина, количеството освободена енергия е огромно. Събитието с късо съединение може да предизвика токове, които са десетки или стотици пъти по-големи от нормалния работен ток на обекта. Този масивен токов удар оказва изключително голямо механично и термично напрежение върху всички компоненти по електрическата верига, включително комутационни устройства, прекъсвачи, шини и инвертори. За да се предотврати катастрофално повреждане на оборудването, експлозии и нараняване на персонала, системните инженери трябва внимателно да оценяват и определят класа на устойчивост при късо съединение (Icw) за цялата електрическа инфраструктура.

Определяне на Icw: граници на механично, термично и електрическо напрежение

Токът при късо съединение, който устройството може да понася (Icw), е стандартизирана метрика, определена от международни инженерни организации, като например Международната електротехническа комисия (IEC 61439). Оценката Icw указва максималната стойност на действащата (средноквадратичната) стойност на тока при късо съединение, която компонент или сборка могат да понасят безопасно в продължение на определен период от време (обикновено 1,0 секунда, макар понякога да се оценява за 0,5 или 3,0 секунди), без да се нанася постоянно повреждане или да се компрометира безопасното функциониране. За да се оцени Icw, инженерите трябва да разбират двете различни вида напрежения, които късото съединение оказва върху електрическите системи:

• Топлинно напрежение: Масивният токов поток генерира топлина с експоненциална скорост, пропорционална на квадрата на тока (I²t). В рамките на няколко милисекунди температурата на проводниците може да се повиши до стотици градуса по Целзий, което може да разтопи изолацията, да ослаби механичните съединения от мед и да повреди основите на печатните платки.
• Механично напрежение: При късо съединение съседните проводници, по които протичат тези високи токове, изпитват огромни електромагнитни сили. Тези сили могат да огънат медните шини, да откъснат кабелите от крепежните им скоби и да разрушат конструктивните корпуси. Пиковата сила е пропорционална на квадрата от пиковия ток (Ipk), който може да достигне до 2,2 пъти стойността на тока при средноквадратична стойност (r.m.s.) в променливотокови системи.

Достатъчно висока стойност на Icw гарантира, че хардуерът на електростанцията може да издържи както бързия термичен удар, така и насилствените механични сили, докато защитните устройства в горната част на веригата (като високоскоростни прекъсвачи или предпазители) изключат повредата.

Изчисляване на капацитета за ток при повреда и оценка на рисковете за системата

Определянето на необходимата стойност на Icw за индустриална електростанция е строг математически процес. Инженерите по системите трябва да извършат подробно изследване на късо съединение за цялата електрическа мрежа на обекта. Това изследване включва няколко ключови стъпки:

• Стъпка 1: Определяне на късостворената мощност на електроснабдителната компания. Получете максималния наличен ток при късо съединение (Isc) от местната електроснабдителна компания в точката на обща връзка. Това представлява началната база за изчисленията.
• Стъпка 2: Изчисляване на импеданса на източника. Моделирайте електрическия импеданс на всички компоненти, разположени по-горе по веригата, включително електропроводите на електроснабдителната компания, подстанциите, високоволтовите трансформатори и местните генератори. По-ниският импеданс на системата води до по-високи потенциални токове при късо съединение.
• Стъпка 3: Отчитане на доприноса на местните електродвигатели. В големите индустриални обекти големите електродвигатели, които работят в момента на възникване на повреда, могат кратковременно да действат като генератори и да подават допълнителен ток обратно в късото съединение. Инженерите трябва да добавят този допринос от електродвигателите към изчислената стойност на тока при късо съединение.
• Стъпка 4: Определяне на прогнозираната токова повреда. Изчислете максималния средноквадратичен (r.m.s.) ток при повреда във всеки критичен шинопровод и точка за разпределение на електроенергия в сградата. Номиналният ток Icw на разпределителното табло и компонентите, инсталирани в тези точки, трябва да надвишава изчислените прогнозирани токове при повреда с подходящ запас за безопасност (обикновено 10–20 %).

Избор на разпределително табло и устройства за защита на веригите с подходяща стойност Icw

След като са определени прогнозираните токове при повреда, инженерите трябва да изберат компоненти, които отговарят или надвишават тези изисквания. При оценката на разпределителното табло и устройствата за защита на веригите имайте предвид следните аспекти:

• Съгласувана защита (селективност): За намаляване на простоите системата трябва да бъде проектирана със селективна координация. Това означава, че при повреда в по-ниско ниво трябва да се задейства само прекъсвачът непосредствено над повредата, като останалата част от обекта продължава да е захранена. За да функционира това, прекъсвачите в по-горно ниво трябва да останат затворени за кратко време по време на повреда, което означава, че те трябва да имат висока стойност на Icw, за да издържат тока, докато прекъсвачите в по-ниско ниво се задействат.
• Интегрирано укрепване на шините: В тежки разпределителни табла физическите медни шини трябва да бъдат закрепени с тежки изолационни подпори (подпори за шини), които са проектирани да издържат изчисленията механични сили (Ipk). Уверете се, че разпределителните табла са подложени на физическо типово изпитание, за да се потвърдят техните декларирани граници на Icw.
• Намаляване на номиналната токова способност поради висока температура на околната среда: Високите температури на околната среда в промишлени корпуси могат да намалят термичния резерв на медните проводници. Инженерите трябва да прилагат подходящи коефициенти за намаляване на стойностите Icw, ако оборудването работи в горещи и неотворени за вентилация среди.

Интегриране на тежкотоварната електроинсталация JYINS за среди с високи токове на късо съединение

JYINS е водещ производител на системи за преобразуване на енергия и защита на електрически вериги с висока надеждност, проектирани за изискващи B2B приложения. Нашата тежкотоварна промишлена комутационна апаратура, специално проектирани прекъсвачи и разпределителни електроуреди са разработени така, че да отговарят на най-високите стандарти за безопасност в отрасъла.

Продуктите на JYINS подлагаме на обстойни типови изпитания в акредитирани лаборатории за изпитване при висока мощност. По време на тези изпитания нашата комутационна апаратура се подлага на симулирани токове на късо съединение до 50 kA или 100 kA в продължение на цяла секунда, което потвърждава, че нашите конструкции, шини и изолиращи монтиращи елементи лесно издържат реалните условия при аварийни ситуации.

Нашите напреднали прекъсвачи са оборудвани с бързи магнитни механизми за изключване, които отстраняват тежки къси съединения за по-малко от 10 милисекунди, значително намалявайки общата пропусната топлинна енергия (I²t). Това бързо прекъсване предпазва кабелите, инверторите с висока производителност и чувствителното управляващо оборудване от повреди, намалява разходите за ремонт и минимизира простоите в експлоатацията.

Стандарти за съответствие: IEC 61439 и UL 891

За да се гарантира глобално съответствие и безопасност, търговските клиенти трябва да посочват, че всички компоненти на електростанциите отговарят на основните международни стандарти. Най-важните стандарти за устойчивост при късо съединение включват:

• IEC 61439-1/-2: Този стандарт определя изискванията за нисковолтови разпределителни табла и апаратура за управление, като установява методите за изпитания и факторите за безопасност за проверка на Icw, Ipk и топлинната производителност.
• UL 891: Този стандарт обхваща прекъсвачи с затворен преден панел, използвани в Северна Америка, и определя механичната здравина и електрическите граници за безопасност, необходими за защита срещу къси съединения.

Чрез интегриране на сертифицираното от JYINS разпределително табло и системи за защита на веригите в тежките промишлени електроцентрали сигурността на персонала и системните инженери може да бъде гарантирана чрез оборудване, което е проектирано да издържа най-тежките електрически повреди. Екипът ни от инженерни експерти е на разположение, за да подпомогне B2B клиентите при изчисления за късо съединение, проучвания за координация на защитата и подбор на специално оборудване, за да се осигури безопасна, устойчива и изключително надеждна електроенергийна система.