Stroomonderbreker

Er kunnen veel classificaties van stroomonderbrekers worden gemaakt op basis van hun kenmerken, zoals spanningsklasse, constructietype, onderbrekingstype en structurele kenmerken.

Laagspanningsbewerking

Laagspannings-typen (minder dan 1.000 VAC) zijn gebruikelijk in huishoudelijke, commerciële en industriële toepassingen, en omvatten:

• Miniatuurstroomonderbreker (MCB) – nominale stroom tot 125 A. Uitschakelkarakteristieken normaal niet instelbaar. Thermische of thermisch-magnetische werking. De hierboven afgebeelde stroomonderbrekers vallen in deze categorie.
• Stroomonderbreker met gegoten behuizing (MCCB) – nominale stroom tot 1.600 A. Thermische of thermisch-magnetische werking. De uitschakelstroom kan worden aangepast in grotere nominale waarden.
• Laagspanningsstroomonderbrekers kunnen in meerdere lagen worden gemonteerd in laagspanningsschakelborden of schakelkasten.

De kenmerken van laagspanningsstroomonderbrekers worden gegeven door internationale normen zoals IEC 947. Deze stroomonderbrekers worden vaak geïnstalleerd in uittrekbare behuizingen die verwijdering en uitwisseling mogelijk maken zonder de schakelapparatuur te demonteren.

Grote laagspanningsgegoten Behuizings- en stroomonderbrekers kunnen elektromotoraandrijvingen hebben, zodat ze met afstandsbediening kunnen openen en sluiten. Deze kunnen deel uitmaken van een automatisch omschakelsysteem voor stand-bystroom.

Laagspanningsstroomonderbrekers zijn ook gemaakt voor gelijkstroomtoepassingen (DC), zoals DC voor metrolijnen. Gelijkstroom vereist speciale onderbrekers omdat de boog continu is – in tegenstelling tot een wisselstroomboog, die de neiging heeft om elke halve cyclus uit te gaan, heeft een gelijkstroomstroomonderbreker uitblaasspoelen die een magnetisch veld genereren dat de boog snel uitrekt. Kleine stroomonderbrekers zijn ofwel direct in apparatuur geïnstalleerd, of zijn gerangschikt in een stroomonderbrekerpaneel.

De op een DIN-rail gemonteerde thermisch-magnetische miniatuurstroomonderbreker is de meest voorkomende stijl in moderne huishoudelijke consumenteneenheden en commerciële elektrische verdeelborden in heel Europa. Het ontwerp omvat de volgende componenten:

1. Actuatorhendel – wordt gebruikt om de stroomonderbreker handmatig uit te schakelen en opnieuw in te stellen. Geeft ook de status van de stroomonderbreker aan (Aan of Uit / geactiveerd). De meeste breekhamers zijn zo ontworpen dat ze nog steeds kunnen struikelen, zelfs als de hendel wordt vastgehouden of vergrendeld in de “aan” -stand. Dit wordt ook wel vrije trip- of positieve trip-operatie genoemd.
2. Actuatormechanisme – dwingt de contacten samen of uit elkaar.
3. Contacten – laat stroom toe bij het aanraken en verbreek de stroom wanneer ze uit elkaar worden bewogen.
4. Terminals
5. Bimetaalstrip – scheidt contacten in reactie op kleinere, langdurige overstroom
6. Kalibratieschroef – stelt de fabrikant in staat om nauwkeurig af te stellen de uitschakelstroom van het apparaat na montage.
7. Solenoïde – scheidt contacten snel in reactie op hoge overstroom
8. Boogverdeler / blusser

Solid state

Solid-state stroomonderbrekers, ook bekend als digitale stroomonderbrekers, zijn een technologische innovatie die geavanceerde stroomonderbrekertechnologie belooft van het mechanische niveau naar het elektrische. Dit belooft verschillende voordelen, zoals het onderbreken van het circuit in fracties van microseconden, een betere bewaking van circuitbelastingen en een langere levensduur.

MagneticEdit

Magnetische stroomonderbrekers gebruiken een solenoïde (elektromagneet) kracht neemt toe met de stroom. Bepaalde ontwerpen maken gebruik van elektromagnetische krachten naast die van de solenoïde. De contacten van de stroomonderbreker worden gesloten gehouden door een grendel. Naarmate de stroom in de solenoïde hoger wordt dan de nominale waarde van de stroomonderbreker, laat de trekkracht van de solenoïde de vergrendeling los, waardoor de contacten worden geopend door middel van veerwerking. Dit zijn de meest gebruikte stroomonderbrekers in de VS.

Thermal-magneticEdit

Thermische magnetische stroomonderbrekers, die het type zijn dat wordt aangetroffen in de meeste verdeelborden in Europa en landen met vergelijkbare bedrading, bevatten beide technieken waarbij de elektromagneet onmiddellijk reageert op grote stroompieken (kortsluiting) en de bimetaalstrip reageert tot minder extreme maar langdurige overstroomcondities. Het thermische gedeelte van de stroomonderbreker biedt een tijdresponsfunctie, waardoor de stroomonderbreker eerder wordt geactiveerd bij grotere overstroom, maar kleinere overbelastingen langer kunnen aanhouden. Hierdoor is kortsluiting mogelijk pieken zoals worden geproduceerd wanneer een motor o r andere niet-resistieve belasting is ingeschakeld.Bij zeer grote overstromen tijdens een kortsluiting schakelt het magnetische element de stroomonderbreker uit zonder opzettelijke extra vertraging.

Magnetisch-hydraulisch bewerken

Een magnetisch-hydraulische stroomonderbreker maakt gebruik van een solenoïde spoel om bedieningskracht te bieden om de contacten te openen. Magnetisch-hydraulische sloophamers hebben een hydraulische tijdvertragingsfunctie die een stroperige vloeistof gebruikt. Een veer houdt de kern tegen totdat de stroom de stroomonderbrekerwaarde overschrijdt. Tijdens een overbelasting wordt de snelheid van de solenoïdebeweging beperkt door de vloeistof. De vertraging maakt korte stroompieken mogelijk die verder gaan dan de normale bedrijfsstroom voor het starten van de motor, het bekrachtigen van apparatuur, enz. Kortsluitstromen leveren voldoende solenoïdekracht om de grendel los te laten, ongeacht de kernpositie, waardoor de vertragingsfunctie wordt omzeild. De omgevingstemperatuur beïnvloedt de tijdvertraging, maar heeft geen invloed op de stroomsterkte van een magnetische schakelaar.

Grote stroomonderbrekers, toegepast in circuits van meer dan 1000 volt, kunnen hydraulische elementen in het contactbedieningsmechanisme bevatten. Hydraulische energie kan worden geleverd door een pomp of opgeslagen in accumulatoren. Deze vormen een ander type dan met olie gevulde stroomonderbrekers, waar olie het blusmedium is.

Veelvoorkomende trip (ganged) stroomonderbrekers Bewerken

Om een gelijktijdige onderbreking op meerdere circuits mogelijk te maken door een fout op een willekeurig circuit, kunnen stroomonderbrekers worden gemaakt als een gecombineerd geheel. Dit is een veel voorkomende vereiste voor driefasensystemen, waarbij de onderbreking 3 of 4 polig kan zijn (massief of geschakeld neutraal). Sommige fabrikanten maken koppelingskits waarmee groepen enkelfasige stroomonderbrekers naar behoefte met elkaar kunnen worden verbonden.

In de VS, waar voedingen met gesplitste fasen gebruikelijk zijn, in vertakte circuits met meer dan één stroomvoerende geleider, moet elke stroomvoerende geleider worden beschermd door een stroomonderbreker. Om ervoor te zorgen dat alle stroomvoerende geleiders worden onderbroken wanneer een pool wordt uitgeschakeld, moet een “common trip” -onderbreker worden gebruikt. Deze kunnen ofwel twee of drie uitschakelmechanismen in één behuizing bevatten, of voor kleine brekers kunnen de palen extern aan elkaar worden vastgemaakt via hun bedieningshendels. Twee-polige gewone uitschakelaars zijn gebruikelijk op 120/240 volt-systemen waar 240 volt-belastingen (inclusief grote apparaten of andere verdeelborden) de twee stroomvoerende draden overspannen. Driepolige gemeenschappelijke uitschakelaars worden meestal gebruikt om driefasige elektrische stroom te leveren aan grote motoren of andere verdeelborden.

Afzonderlijke stroomonderbrekers mogen nooit worden gebruikt voor fase en nul, omdat als de nulleider wordt losgekoppeld terwijl de spanningvoerende geleider blijft aangesloten, er doet zich een zeer gevaarlijke situatie voor: het circuit lijkt spanningsloos te zijn (apparaten werken niet), maar de draden blijven onder spanning en sommige aardlekschakelaars (RCDs) schakelen mogelijk niet uit als iemand de stroomvoerende draad aanraakt (omdat sommige aardlekschakelaars hebben stroom nodig om uit te schakelen). Dit is de reden waarom alleen gewone uitschakelautomaten moeten worden gebruikt wanneer schakeling van neutrale draden nodig is.

Uitschakeleenheden Bewerken

Een uitschakeleenheid lijkt op elkaar naar een normale vermogenschakelaar en de bewegende actuatoren zijn “samengevoegd” tot een normaal brekermechanisme om op een vergelijkbare manier samen te werken, maar de shuntuitschakeling is een solenoïde die bedoeld is om te worden bediend door een extern constant spanningssignaal, in plaats van een stroom, gewoonlijk de lokale netspanning of DC Dit zijn vaak wij om de stroom uit te schakelen wanneer zich een gebeurtenis met een hoog risico voordoet, zoals een brand- of overstromingsalarm, of een andere elektrische toestand, zoals overspanningsdetectie. Shunttrips kunnen een door de gebruiker aangebrachte accessoire zijn voor een standaard stroomonderbreker, of worden geleverd als een integraal onderdeel van de stroomonderbreker.

Middenspanning Bewerken

Middenspanningsstroomonderbrekers met een nominale waarde tussen 1 en 72 kV kan worden geassembleerd tot met metaal omsloten schakelinstallaties voor gebruik binnenshuis, of kunnen afzonderlijke componenten zijn die buiten in een onderstation worden geïnstalleerd. Air-break-stroomonderbrekers vervangen met olie gevulde units voor binnentoepassingen, maar worden nu zelf vervangen door vacuüm-stroomonderbrekers (tot ongeveer 40,5 kV). Net als de hieronder beschreven hoogspanningsstroomonderbrekers, worden deze ook bediend door stroomafhankelijke beveiligingsrelais die worden bediend via stroomtransformatoren. De kenmerken van MV-onderbrekers worden gegeven door internationale normen zoals IEC 62271. Middenspanningsstroomonderbrekers gebruiken bijna altijd afzonderlijke stroomsensoren en beveiligingsrelais, in plaats van te vertrouwen op ingebouwde thermische of magnetische overstroom-sensoren.

Middenspanningsstroomonderbrekers kunnen worden geclassificeerd op basis van het medium dat wordt gebruikt om de boog te doven:

• Vacuümstroomonderbrekers – met een nominale stroom tot 6.300 A en hoger voor toepassing van generatorstroomonderbrekers (tot 16.000 A & 140 kA).Deze stroomonderbrekers onderbreken de stroom door de boog te creëren en te doven in een vacuümcontainer – ook wel “fles” genoemd. Balgen met lange levensduur zijn ontworpen om de 6–10 mm te verplaatsen die de contacten moeten scheiden. Deze worden over het algemeen toegepast voor spanningen tot ongeveer 40.500 V, wat ongeveer overeenkomt met het middenspanningsbereik van voedingssystemen. Vacuümstroomonderbrekers hebben een langere levensverwachting tussen revisies dan andere stroomonderbrekers. Bovendien is hun aardopwarmingsvermogen veel lager dan die van SF6-stroomonderbrekers.
• Luchtstroomonderbrekers – Nominale stroom tot 6.300 A en hoger voor generatorstroomonderbrekers. Tripkarakteristieken zijn vaak volledig instelbaar, inclusief configureerbare tripdrempels en vertragingen. Meestal elektronisch gestuurd, hoewel sommige modellen microprocessor gestuurd worden via een ingebouwde elektronische uitschakeleenheid. Wordt vaak gebruikt voor de hoofdstroomverdeling in grote industriële installaties, waar de onderbrekers in uittrekbare behuizingen zijn aangebracht voor eenvoudig onderhoud.
• SF6-stroomonderbrekers doven de boog in een kamer gevuld met zwavelhexafluoridegas.

Middenspanningsstroomonderbrekers kunnen op het circuit worden aangesloten door middel van boutverbindingen met verzamelrails of draden, vooral in schakelpanelen buiten. Middenspanningsstroomonderbrekers in schakelinstallaties zijn vaak gebouwd met een uittrekbare constructie, waardoor de stroomonderbreker kan worden verwijderd zonder de stroomcircuitverbindingen te verstoren, met behulp van een motorbediend of met de hand bediend mechanisme om de schakelaar van de behuizing te scheiden.

High-voltageEdit

Elektrische transmissienetwerken worden beschermd en gecontroleerd door hoogspanningsonderbrekers. De definitie van hoogspanning varieert, maar volgens een recente definitie van de International Electrotechnical Commission (IEC) wordt bij krachttransmissiewerk meestal aangenomen dat 72,5 kV of hoger is. Hoogspanningsonderbrekers werken bijna altijd met een solenoïde, met stroomafhankelijke beveiligingsrelais die worden bediend via stroomtransformatoren. In onderstations kan het beschermende relaisschema complex zijn, waardoor apparatuur en bussen worden beschermd tegen verschillende soorten overbelasting of aard- / aardfouten.

Hoogspanningsonderbrekers worden grofweg geclassificeerd door het medium dat wordt gebruikt om de boog te doven:

• Bulkolie
• Minimale olie
• Luchtstraal
• Vacuüm
• SF6
• CO2

Vanwege milieu- en kostenoverwegingen bij het isoleren van olielozingen, gebruiken de meeste nieuwe stroomonderbrekers SF6-gas om de boog te blussen.

Stroomonderbrekers kunnen worden geclassificeerd als levende tank , waar de behuizing met het breekmechanisme zich op lijnpotentiaal bevindt, of een dode tank met de behuizing op aardpotentiaal. Wisselstroomstroomonderbrekers met hoge spanning zijn routinematig verkrijgbaar met nominale waarden tot 765 kV. 1.200 kV-schakelaars werden in november 2011 door Siemens gelanceerd, gevolgd door ABB in april het volgende jaar.

Hoogspanningsstroomonderbrekers die op transmissiesystemen worden gebruikt, kunnen zo worden geplaatst dat een enkele pool van een driefasige lijn mogelijk is struikelen, in plaats van alle drie de polen te laten struikelen; voor sommige foutklassen verbetert dit de stabiliteit en beschikbaarheid van het systeem.

Gelijkstroomstroomonderbrekers met hoogspanning zijn nog steeds een onderzoeksgebied vanaf 2015. Dergelijke onderbrekers zouden nuttig zijn om HVDC-transmissiesystemen onderling te verbinden.

Zwavelhexafluoride (SF6) hoogspanning Bewerken

Een zwavelhexafluoride-stroomonderbreker gebruikt contacten omgeven door zwavelhexafluoridegas om de boog te doven . Ze worden meestal gebruikt voor spanningen op transmissieniveau en kunnen worden opgenomen in compacte gasgeïsoleerde schakelinstallaties. In koude klimaten kan aanvullende verwarming of verlaging van de stroomonderbrekers nodig zijn vanwege het vloeibaar maken van het SF6-gas.

Ontkoppelende stroomonderbreker (DCB) Bewerken

De ontkoppelende stroomonderbreker (DCB) werd geïntroduceerd in 2000 en is een hoogspanningsstroomonderbreker gemodelleerd naar de SF6-stroomonderbreker. Het biedt een technische oplossing waarbij de ontkoppelingsfunctie is geïntegreerd in de breekkamer, waardoor afzonderlijke scheiders overbodig zijn. Dit verhoogt de beschikbaarheid, aangezien de hoofdcontacten van de hoofdschakelaar in de open lucht elke 2–6 jaar onderhoud nodig hebben, terwijl moderne stroomonderbrekers onderhoudsintervallen van 15 jaar hebben. Het implementeren van een DCB-oplossing vermindert ook de ruimtevereisten binnen het onderstation en verhoogt de betrouwbaarheid vanwege het ontbreken van afzonderlijke scheiders.

Om de benodigde ruimte van het onderstation verder te verkleinen en het ontwerp te vereenvoudigen en engineering van het onderstation, kan een glasvezelstroomsensor (FOCS) worden geïntegreerd met de DCB.Een 420 kV DCB met geïntegreerde FOCS kan de voetafdruk van een onderstation met meer dan 50% verkleinen in vergelijking met een conventionele oplossing van actieve tankonderbrekers met scheiders en stroomtransformatoren, vanwege minder materiaal en geen extra isolatiemedium.

Koolstofdioxide (CO2) hoogspanning Bewerken

In 2012 presenteerde ABB een 75 kV hoogspanningsonderbreker die kooldioxide gebruikt als medium om de boog te blussen. De koolstofdioxide-breker werkt volgens dezelfde principes als een SF6-breker en kan ook worden geproduceerd als scheidingsschakelaar Door over te schakelen van SF6 naar CO2, is het mogelijk om de CO2-uitstoot met 10 ton te verminderen tijdens de levenscyclus van het product.