Is-limiter — pirotechniczny ogranicznik prądu zwarciowego dla sprzęgła szyn przy równoległej pracy transformatorów

[Przewodnik o Icw/Icm — prądzie wytrzymałości krótkotrwałej i zdolności załączania](/guides/nen-3140/vermogensschakelaar-icw-icm-kortstondige-stroomsterkte-maakvermogen) omawia, jak wyłącznik mocy musi być dobrany do prądu zwarciowego spodziewanego w miejscu jego instalacji. Ten artykuł omawia konkretną sytuację, w której ten spodziewany prąd zwarciowy nagle staje się wyższy niż może obsłużyć istniejąca aparatura rozdzielcza, z powodu zmiany projektowej — oraz urządzenie, które rozwiązuje ten problem bez wymiany samej aparatury rozdzielczej: Is-limiter.

Problem: sprzęgło szyn podnosi prąd zwarciowy

W rozdzielnicy niskiego napięcia z dwoma (lub więcej) transformatorami, z których każdy zasila własną sekcję szyn, można zamknąć wyłącznik sprzęgłowy między dwiema sekcjami szyn — na przykład dla niezawodności eksploatacyjnej, tak aby w razie awarii jednego transformatora drugi mógł zasilać obie sekcje szyn. Jednak dopóki sprzęgło jest zamknięte, oba transformatory wspólnie przyczyniają się do każdego zwarcia na dowolnej z sekcji szyn: spodziewany prąd zwarciowy dla awarii na sekcji szyn A nie jest już wtedy jedynie wkładem transformatora A, lecz sumą wkładów zarówno transformatora A, jak i transformatora B poprzez zamknięte sprzęgło.

Zobacz przewodnik o obliczaniu prądu zwarciowego metodą impedancyjną IEC 60909 dla sposobu obliczania takiego skumulowanego wkładu. Praktyczny skutek: spodziewany prąd zwarciowy przy zamkniętym sprzęgle może być znacznie — czasem znacznie powyżej wytrzymałości zwarciowej (Icw/Icm) istniejących wyłączników mocy, szyn zbiorczych i pozostałej aparatury rozdzielczej — wyższy niż prąd zwarciowy każdego transformatora osobno.

Konwencjonalne rozwiązanie i dlaczego nie zawsze jest praktyczne

Konwencjonalnym rozwiązaniem jest wymiana całej aparatury rozdzielczej — szyn zbiorczych, wyłączników mocy, przekaźników zabezpieczeniowych — na sprzęt o wyższej wytrzymałości zwarciowej, który poradzi sobie z pełnym skumulowanym prądem zwarciowym. W istniejącej instalacji, gdzie sprzęgło musi dopiero później pozostać trwale zamknięte (na przykład po zmianie filozofii eksploatacji lub po rozbudowie o drugi transformator), jest to kosztowna i czasochłonna ingerencja, często wymagająca długiego wyłączenia całej rozdzielnicy z eksploatacji.

Jak rozwiązuje to Is-limiter: przerwanie przed pierwszym maksimum prądu

Is-limiter to pirotechniczny element łączeniowy umieszczony konkretnie w samym połączeniu sprzęgłowym, który po wykryciu prądu zwarciowego przekraczającego wstępnie ustawioną wartość zadziałania fizycznie przerywa połączenie sprzęgłowe w ciągu kilku milisekund — znacznie przed osiągnięciem pierwszego maksimum prądu (pierwszego szczytu asymetrycznego prądu zwarciowego) — poprzez eksplozyjne przecięcie przewodnika i niemal natychmiastowe wygaszenie powstałego łuku w dedykowanym medium gaszącym.

Ponieważ przerwanie następuje przed osiągnięciem przez prąd zwarciowy jego wartości szczytowej, reszta instalacji — istniejące szyny zbiorcze i aparatura rozdzielcza po obu stronach sprzęgła — "widzi" prąd zwarciowy pozostający ograniczony w przybliżeniu do poziomu jednego transformatora, zamiast pełnej, nieograniczonej sumy obu transformatorów. Dzięki temu istniejąca aparatura rozdzielcza nie musi być przewymiarowana na skumulowany prąd zwarciowy, mimo że sprzęgło pozostaje zamknięte podczas normalnej pracy.

Uwaga: Is-limiter zasadniczo różni się od wyłącznika mocy lub bezpiecznika — jest zaprojektowany, aby ograniczać sam wzrost prądu przed osiągnięciem wartości szczytowej, a nie po prostu wyzwalać po wystąpieniu awarii jak zwykłe urządzenie zabezpieczające. Czyni to go odpowiednim jako dodatkowe urządzenie ograniczające prąd w połączeniu sprzęgłowym, a nie jako zamiennik zwykłej selektywnej ochrony odpływów.

Kluczowe ograniczenie: jednorazowe działanie

Pirotechniczna zasada działania Is-limitera oznacza, że urządzenie jest fizycznie zużywane po aktywacji i musi zostać wymienione, zanim sprzęgło będzie mogło zostać ponownie oddane do eksploatacji — w odróżnieniu od wyłącznika mocy, który po usunięciu awarii można po prostu zresetować i ponownie załączyć. Jest to celowy kompromis projektowy: Is-limiter ma zadziałać rzadko (tylko podczas rzeczywistego zwarcia przy zamkniętym sprzęgle), a koszt okazjonalnej wymiany często w praktyce znacznie przewyższa oszczędność wynikającą z uniknięcia wymiany pełnej aparatury rozdzielczej.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie rozdzielnicy z dwoma lub więcej transformatorami pracującymi równolegle i sprzęgłem, które musi pozostać trwale zamknięte, Is-limiter jest alternatywą wartą rozważenia, gdy skumulowany spodziewany prąd zwarciowy przekracza wytrzymałość zwarciową istniejącej aparatury rozdzielczej — zwłaszcza w istniejącej instalacji, gdzie pełna wymiana aparatury byłaby nieproporcjonalnie kosztowna lub niewykonalna eksploatacyjnie. Przy zastosowaniu należy sprawdzić, czy wartość zadziałania Is-limitera jest poprawnie dopasowana zarówno do normalnego prądu roboczego przez sprzęgło (brak niepożądanej aktywacji przy normalnych zmianach obciążenia), jak i do rzeczywistego wkładu zwarciowego drugiego transformatora.

Najczęstsze błędy

1. Trwałe zamknięcie sprzęgła po rozbudowie o drugi transformator bez ponownego obliczenia skumulowanego spodziewanego prądu zwarciowego, przez co istniejąca aparatura rozdzielcza jest niepostrzeżenie obciążana ponad swoją wytrzymałość zwarciową.
2. Traktowanie Is-limitera jako zamiennika zwykłej selektywnej ochrony odpływów — Is-limiter ogranicza konkretnie skumulowany wkład przez sprzęgło podczas awarii szyn, a nie normalną selektywność między odpływami.
3. Brak utrzymywania egzemplarza zamiennego w magazynie, przez co sprzęgło pozostaje wyłączone z eksploatacji dłużej niż to konieczne po aktywacji.
4. Nieprawidłowe ustawienie wartości zadziałania względem normalnego prądu roboczego przez sprzęgło, co prowadzi do niepożądanej aktywacji (a tym samym niepotrzebnego kosztu wymiany) przy normalnym, niebędącym awarią prądzie obciążenia.

Powiązane

• Icw/Icm — prąd wytrzymałości krótkotrwałej i zdolność załączania wyłączników mocy
• Obliczanie prądu zwarciowego metodą impedancyjną IEC 60909
• Grupy połączeń transformatorów i praca równoległa
• Agregat prądotwórczy — moc zwarciowa i selektywność ochrony