Gyújtósín rövidzárlat-ellenállási besorolás magyarázata: Icw, Ipk és IEC szabványok

Amikor egy gyűjtősín megérkezik a helyszínre, az adattábla egyszerűnek tűnő, de könnyen félreolvasható értékcsoportot tartalmaz: Icw = 50 kA / 1 s, Ipk = 105 kA. Ha Ön az alállomásért felelős mérnök vagy a buszt megvásárló rendszerintegrátor, akkor ez a rövidzárlat-ellenállási besorolás megmutatja, hogy a vezető túléli-e a hibát vagy meghibásodik-e az első félciklusban. Röviden, a besorolás meghatározza azt a maximális rövidzárlati feszültséget, amelyet a gyűjtősín tartós deformáció, szigetelés meghibásodása vagy az ízületek károsodása nélkül elvisel. Miután megértette a két értéket, az Icw-t és az Ipk-t, az egész értékelés mérnöki eszközzé válik adatlapszám helyett.

Mit mér a rövidzárlat-ellenállási besorolás

A rövidzárlat olyan áramot küld a gyűjtősínen, amely a névleges áram több tízszerese lehet. A gyűjtősínnek egyszerre két különböző hatást kell túlélnie: az áramból származó melegítést és a vezetők közötti mechanikai erőt. Ezért minden teljes értékelés két értéket tartalmaz.

Rövid idejű ellenállási áram (ICW)

Icw annak az áramnak az effektív értéke, amelyet a gyűjtősín egy megadott időtartamig képes továbbítani, általában 1 s, 3 s vagy 4 s, anélkül, hogy túllépné a megengedett legnagyobb hőmérsékletet. A hőhatás az I²t-t követi, ami azt jelenti, hogy ugyanaz a hőmérséklet-emelkedés származhat hosszú ideig tartó kis áramerősségből vagy rövid ideig tartó nagy áramból. A beszerzésnél az időtartam ugyanolyan fontos, mint maga az áram.

Csúcs ellenállási áram (Ipk)

Ipk az áram legnagyobb pillanatnyi értéke a hiba első felében. Ez a csúcs hozza létre az elektrodinamikai erőt a gyűjtősín fázisok között, és az erő arányos az áram négyzetével. Az 50 kA RMS hiba az első csúcsnál kalapácsütésként viselkedik, nem pedig állandó terhelésként. A szabványok az Ipk és az Icw közötti kapcsolatot n tényezővel határozzák meg.

Az IEC 61439-1 n-es faktora 50 Hz-en köti össze az Ipk-t az Icw-vel.
Névleges rövid idejű ellenállási áram Icw	n csúcstényező (Ipk / Icw)
10 kA < Icw ≤ 20 kA	2.0
20 kA < Icw ≤ 50 kA	2.1
50 kA < Icw ≤ 100 kA	2.2

Egy 50 kA / 1 s-os gyűjtősín esetében a csúcsellenállási áram ezért jellemzően 105 kA. Ha a telepítés magas aszimmetria-tényezővel rendelkezik, akkor a tényleges első csúcs magasabb is lehet, ezért a csúcsértéket nem feltételezni, hanem össze kell hasonlítani a hálózati számítással.

Miért határozza meg az értékelés a különbséget a hiba és a katasztrófa között?

A túl alacsony zárlati ellenállású gyűjtősín kiválasztása a villamos tervezés egyik legveszélyesebb hibája, mert a meghibásodás csak hiba esetén jelentkezik, amikor már késő korrigálni.

A hőhatás azonnali. Rövidzárlat során a hő gyorsabban keletkezik, mint amennyit el tudna vezetni, így a vezető szinte adiabatikusan melegszik. Egy másodperc alatt egy 65 °C-ról induló vezető elérheti a 200 °C-ot vagy még többet is, az áramsűrűségtől függően. A csavarkötések a leggyengébb láncszem: magas hőmérsékleten a csavar nyomása ellazul, az érintkezési ellenállás megnő, és a kötés akkor is meghibásodhat, ha a látható vezető sértetlennek tűnik.

A mechanikai hatás még drámaibb. Két, egymástól 100 mm-re elhelyezkedő, 100 kA-es csúcsáramú párhuzamos gyűjtősín-vezető méterenként nagyjából 20 000 N erőt fejt ki, ami megegyezik azzal, mintha a gyűjtősín minden méterére kéttonnás súlyt akasztana. A névleges érték túllépése esetén a hajlítás, a szigetelő repedése és a fázis-fázis közötti ívek jellemzőek. Az eredmény nem kisebb javítás; ez egy teljes szakaszcsere és egy hosszabb leállás.

Tipikus projektkövetelmények a rövid idejű ellenállásáramra feszültségosztályonként; időtartama 1 és 4 másodperc között változik.

A minősítés ellenőrzése: szabványok, típustesztek és őszinte adatok

A rövidzárlatnak csak akkor van értéke, ha bizonyítékokkal alátámasztják. A kisfeszültségű szerelvényekre vonatkozó nemzetközi referencia az IEC 61439-1, amely meghatározza, hogyan kell ellenőrizni az Icw-t és az Ipk-t. A közép- és nagyfeszültségű gyűjtősínrendszereknél a vizsgálatokat a vonatkozó kapcsoló- és buszszabványok szerint végezzük.

Gyakori szabványok a gyűjtősínrendszerek rövidzárlat-ellenőrzésére.
Szabványos	Hatály	Relevancia a gyűjtősínhez
IEC 61439-1	Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlőberendezés-egységek	Meghatározza az Icw-t, az Ipk-t és a tervezési ellenőrzési folyamatot
IEC/TR 61641	Zárt kisfeszültségű szerelvények	Belső ívhiba teszt zárt buszjárathoz
GB/T 7251.1	Kisfeszültségű szerelvények Kínában	A nemzeti megvalósítás az IEC 61439 szabványnak megfelelően
IEEE C37.23	Fémburkolatú busz	Az állomási busz rövidzárlati és hőmérséklet-emelkedési követelményei

Az IEC 61439 három ellenőrzési utat tesz lehetővé: típusvizsgálat nagy teljesítményű laboratóriumban, tervezés számítással történő ellenőrzése vagy összehasonlítás egy referenciatervvel. A típusvizsgálat során a gyűjtősín a teljes névleges rövid idejű áramot viszi a megadott időtartamig, és a vizsgálat után ismét megmérjük a hőmérséklet-emelkedést. A tesztelt elrendezésnek, beleértve a vezetéktávolságot, a támasztávolságot és a burkolatot, meg kell egyeznie a szállított termékkel.

Amikor összehasonlítja a versenytársak ajánlatait, kérje el a típusteszt-jelentést, és ellenőrizze három dolgot: az aktuális értéket, az időtartamot és a teszt beállítását. Az eltérő vezetéktávolságra vagy más támasztávolságra vonatkozó jelentés semmit sem bizonyít az Ön konfigurációjáról.

Mi határozza meg, hogy egy gyűjtősín mekkora rövidzárlati áramot képes túlélni

A címkére nyomtatott minősítés konkrét tervezési döntések eredménye. Négy tényező a legfontosabb.

Vezető anyaga és keresztmetszete. A réz ellenállása kisebb és hőkapacitása nagyobb, így több hőt vesz fel azonos hőmérséklet-emelkedés mellett. Az alumíniumötvözetnek nagyobb keresztmetszetre van szüksége ugyanazon Icw-hez, ezért a nagyfeszültségű csősínek nagy átmérőjű csöveket használnak.
Vezető alakja és tartótávolsága. Az elektrodinamikai szilárdság a vezető szakasz modulusától és a támasztékok közötti távolságtól függ. A cső alakú vezető nagy tehetetlenségi nyomatékkal rendelkezik, és jobban ellenáll a hajlításnak, mint az azonos területű lapos rúd.
Az ízület minősége. Általában a csavarkötések jelentik a határoló pontot. Az érintkezési terület, a bevonat és a csavar nyomatéka határozza meg, hogy a csukló ellenállása alacsony marad-e nagyáramú hiba után.
Szigetelő rendszer. A teljesen szigetelt és öntött műgyanta gyűjtősínek esetében a szigetelőanyag beállítja a maximális megengedett hőmérsékletet hiba esetén. Az epoxi öntvény meghatározott hőhatárt ad, míg a gumi alapú szigetelés ugyanazon a hőmérsékleten eltérően viselkedik.

Szemléltető vezeték hőmérséklet-emelkedés állandó áramsűrűség mellett; a meredekebb alumínium görbe megmagyarázza, miért van szükség nagyobb keresztmetszetre a magas Icw követelményekhez.

Ez a gyakorlati tervezés a besorolás mögött: a gyártó nem növelheti a rövidzárlati besorolást pusztán a címke megváltoztatásával. Ehhez vagy több vezetőanyag, erősebb tartórendszer, jobb kötési kialakítás vagy mindhárom kombinációja szükséges.

A megfelelő rövidzárlat-ellenállási besorolás megadása

A helyes értékelés nem a legmagasabb szám a piacon; ez a telepítési pontban várható rövidzárlati áramnak, a védelmi beállításoknak és a rendszerfeszültségnek megfelelő érték. A legtöbb projektben a következő folyamat működik:

Kérje le a várható hibaszintet a csatlakozási pontnál a közműszolgáltatótól vagy a hálózattervezőtől.
Válassza az Icw-t úgy, hogy az ne legyen alacsonyabb, mint a számított hibaáram, további tartalékkal a jövőbeni bővítéshez.
Erősítse meg az időtartamot: az alacsony feszültségű buszok általában 1 másodpercre vannak besorolva, mert a megszakítók gyorsan törlődnek, míg a középfeszültségű rendszerek gyakran 31,5 kA / 4 s-ot használnak a védelmi koordinációhoz.
Ellenőrizze az Ipk-t a támasztávolsághoz képest: a mechanikai szilárdság a támasztékok közötti távolságtól függ, nem csak magától a vezetőtől.
Hasonlítsa össze a típusteszt jelentéseket az adatlapok száma helyett, és ellenőrizze, hogy a tesztelt konfiguráció megfelel-e a telepítésnek.

Az alacsony feszültségű elosztáshoz a nagy sűrűségű kompakt buszpálya-konstrukciók kis keresztmetszetben magas Icw-t tartanak fenn, ami adatközpontokban és ipari épületekben számít, ahol szűk a hely. Az alábbi táblázat az Icw osztályok tipikus keverékét mutatja az alacsony feszültségű buszpálya projekteknél.

50 kA / 1 s – 45%
100 kA / 1 s – 20%
30 kA / 1 s – 15%
65 kA / 1 s – 12%
80 kA / 1 s – 8%

A kisfeszültségű buszpálya projekt specifikációinak szemléltető része Icw osztályonként, általános ipari és adatközponti megkeresések alapján.

Ha a projekthez egy tesztelt kompakt buszra van szükség, magas hibabesorolással, érdemes összehasonlítani egy kompakt buszrendszert, ellenőrzött csatlakozásokkal a hagyományos kialakításokkal.

Compact Cast-Resin Busway for Low-Voltage Distribution

Kompakt öntött műgyanta buszjárat alacsony feszültségű elosztáshoz Ez az alacsony feszültségű öntött műgyanta buszjárat sűrű elrendezést és epoxi szigetelést alkalmaz, hogy helyet takarítson meg, miközben kezeli a 400 A-tól 5000 A-ig terjedő áramerősséget. Ellenőrzött csatlakozásai praktikus megoldást kínálnak a hibás gyűjtősín-kialakítások összehasonlításakor. Termék megtekintése →

Középfeszültségen a teljesen szigetelt cső alakú gyűjtősín epoxigyanta öntéssel csökkenti a fázisok közötti távolságot, és egy meghatározott szigetelési határt ad rövidzárlat során, ami kiszámíthatóbbá teszi az állóképesség számítást.

Epoxy-Cast Tubular Busbar with Integrated Insulation

Epoxi-öntvény csősín beépített szigeteléssel Ez a teljesen szigetelt cső alakú gyűjtősín automatizált vákuumöntéssel készült, varratmentes vezetéket és árnyékolást biztosítva. Meghatározott szigetelési viselkedése segít a mérnököknek megjósolni a rövidzárlati ellenállást középfeszültségen. Termék megtekintése →

Az extra nagyfeszültségű alállomásokon a nagyszilárdságú alumíniumötvözet csősínek vezetékátmérőjét, falvastagságát és támasztávolságát mind a névleges áram, mind a zárlati erő alapján választják ki. Ha a kiválasztás szakaszában jár, a gyakorlati kompromisszumokat lefedi a közép- és kisfeszültségű rendszerek megfelelő gyűjtősínének kiválasztása.

High-Strength Aluminum-Alloy Tubular Busbar for EHV

Nagy szilárdságú alumíniumötvözet csősín EHV-hez Ez a 220 kV-tól 1000 kV-os rendszerekhez készült magnézium-alumínium gyűjtősín a nagy mechanikai szilárdságot és a megbízható vezetőképességet egyesíti. A hibaszintű besorolások és a típusvizsgálati jelentések áttekintése támogatja az extra nagyfeszültségű alállomások magabiztos kiválasztását. Termék megtekintése →

Ossza meg a hibaszintű tanulmányt a mérnöki csapattal, és kérje a megfelelő típusvizsgálati jelentést a gyártás megkezdése előtt.

Gyakran ismételt kérdések a rövidzárlat-ellenállási besorolásokkal kapcsolatban

Mi a különbség az Icw és az Ipk között?

Az Icw az az RMS-áram, amelyet a gyűjtősín meghatározott ideig képes szállítani túlmelegedés nélkül. Ipk a hiba első ciklusának csúcsértéke, amely a mechanikai erőt létrehozza. Egy 50 kA / 1 s-os gyűjtősín Ipk-je általában 105 kA 50 Hz-en.

Miért mondják egyes besorolások 50 kA / 1 s, mások 31,5 kA / 4 s?

A különbség az időtartam. Az egy másodperc alkalmas kisfeszültségű rendszerekhez, gyorsmegszakítókkal. A négy másodperc általános a középfeszültségű rendszerekben, ahol a védelmi koordináció késleltetheti a kioldást. Az időtartam megkétszerezése megduplázza az I²t fűtést, ezért a vezeték keresztmetszetének nagyobbnak kell lennie.

Valódi rövidzárlat után újra felhasználható a gyűjtősín?

A hibás gyűjtősínt akkor is meg kell vizsgálni, ha épnek tűnik. Először ellenőrizze a csavarkötéseket, a szigetelőfelületeket és a támasztékokat. Ha ív keletkezett, cserélje ki az érintett szigetelőelemeket, mert az anyagtulajdonságok tartósan megváltozhattak.

A magasabb zárlati besorolás mindig többe kerül?

Nem arányosan. A vezeték keresztmetszetének növelése növeli a névleges értéket, de egy jobb csatlakozási kialakítás vagy egy sűrűbb tartóelrendezés kevesebb anyag mellett növelheti az ellenállóképességet. Hasonlítsa össze a tesztelt konfigurációt, ne csak a címkét.

A rövidzárlat-ellenállási besorolás az a szám, amely elválasztja a hiba után üzemben maradó gyűjtősínt az egyetlen ciklus alatt a projektből eltűnt gyűjtősíntől. Olvassa el a teljes értéket, beleértve az időtartamot és a csúcsáramot, és kérje a típusvizsgálati jelentést mögötte. Ha a helyszíni hibaszint magasabb a besorolásnál, a következmények nem elméletiek, ezért a gyártás megkezdése előtt erősítse meg a specifikációt a gyártóval.