Por que a capacidade do disjuntor foi classificada em MVA e agora em kA e kV?

Classificação do disjuntor - capacidade de interrupção, capacidade de fechamento, classificação de tensão e corrente, ciclo de trabalho e classificação de operação de curto prazo do disjuntor

Por favor, não me mate para mencionar a classificação surpresa de MVA de um disjuntor, pois todos nós já ouvimos falar sobre os disjuntores de 500 ou 1000 MVA. Essas classificações não aparecerão em modelos recentes, pois era a lógica antiga e as coisas foram alteradas agora. Para esclarecer o conceito básico e saber exatamente o que aconteceu com as regras, vamos ver a seguinte explicação. Na verdade, é a capacidade de interrupção (não a corrente de interrupção) do disjuntor que agora é expressa em kA em vez de MVA (como era antes).

Antes de entrarmos em detalhes, vamos saber o que exatamente um disjuntor faz e quais são os diferentes tipos de classificação dos disjuntores.

Um disjuntor é um dispositivo de controle e proteção usado para o mecanismo de comutação e proteção do sistema que:

• Faça e interrompa o circuito manualmente ou automaticamente em condições normais e de falha.
• Interrompa o circuito automaticamente e feche o caminho para o curto-circuito e sobre as correntes que fluem através dele.
• Carregue a corrente de falha por um tempo muito curto enquanto outros disjuntores conectados em série eliminam a falha que ocorre no circuito conectado.

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Com base nas três funções de um disjuntor mencionadas acima, existem seis classificações de um disjuntor, como segue:

• Capacidade de ruptura
• Capacitação
• Ciclo de trabalho do disjuntor (sequência operacional nominal)
• Classificação de tensão
• Capacidade de operação em curto prazo
• Classificação Atual Normal

Capacidade de ruptura (MVA anterior, agora kA)

A capacidade de interrupção é a máxima falha ou corrente de curto-circuito (RMS) que um disjuntor pode suportar ou interromper abrindo seus contatos fechados na tensão de recuperação nominal sem danificar o disjuntor e aparelhos conectados.

A capacidade de interrupção de um disjuntor é expressa em valor RMS devido a fatores simétricos e assimétricos devido à presença de ondulações e componentes CC durante a falta por um tempo muito curto.

A capacidade de interrupção de um disjuntor foi classificada em MVA anteriormente considerando a corrente de interrupção nominal e a tensão nominal de operação de um disjuntor. Pode ser calculado da seguinte forma:

Capacidade de ruptura =√3 x V x I x 10 ^-6 … MVA

ou

Capacidade de interrupção ou interrupção =√3 x Tensão de linha nominal x Corrente de linha nominal x 10 ^-6 … MVA

Exemplo:

Qual ​​é a corrente de interrupção ou interrupção de um disjuntor com capacidade de interrupção de 100MVA e tensão de serviço nominal de 11kV.

Solução:

Corrente de interrupção =100 x 10 ^-6 / (√3 x 11kV) =52,48 kA

Por que a capacidade de ruptura é expressa em kW em vez de MVA?

É claramente ilógico expressar a classificação de um disjuntor em MVA porque há uma tensão muito baixa e uma corrente mais alta durante as falhas de curto-circuito. Quando o disjuntor abre os contatos para eliminar as correntes de falta, a tensão nominal aparece nos contatos do disjuntor. Em suma, as mesmas grandezas nominais não aparecem continuamente durante as correntes de falta. É por isso que a classificação da capacidade de interrupção de um disjuntor não pode ser expressa em MVA.

Por esses motivos, os fabricantes seguem as normas internacionais recentes e revisadas para expressar a capacidade de interrupção do disjuntor em corrente simétrica de interrupção em kA na tensão nominal em vez de MVA. A classificação da capacidade de interrupção do disjuntor em amperes ou kA são seguidas pela corrente de interrupção e pela tensão de recuperação transitória (TRV), pois pode ser tanto simétrica quanto assimétrica durante as faltas de curto-circuito.

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Tornando a capacidade

A capacidade de fechamento de um disjuntor é o valor de pico da corrente, incluindo os fatores de ondulação de curto prazo e os componentes CC durante o primeiro ciclo da onda de corrente de falha após o fechamento dos contatos do disjuntor.

Tenha em mente que a capacidade de fechamento do disjuntor nominal em kA expressa em valor de pico em vez de valor RMS (a capacidade de interrupção é avaliada em valor RMS). Isso ocorre porque as possibilidades de fazer os contatos do disjuntor com sucesso durante as correntes de falta ao lidar com as forças eletromagnéticas e fazer e apagar o arco sem danificar o disjuntor e o circuito.

Essas forças prejudiciais são diretamente proporcionais ao quadrado do valor instantâneo máximo da corrente ao fechar. É por isso que a capacidade de fechamento é expressa em valor de pico em comparação com a capacidade de interrupção expressa em valor RMS.

Os valores das correntes de curto-circuito são máximos na primeira fase ou ondas em caso de assimetria máxima em uma fase conectada ao disjuntor. Em palavras simples, a corrente de abertura é igual ao valor máximo da corrente assimétrica, ou seja, A capacidade de abertura do disjuntor é sempre maior que a capacidade de abertura do disjuntor .

A corrente nominal de curto-circuito é tomada como 2,5 x valor RMS dos componentes CA da corrente de interrupção nominal, pois teoricamente, a corrente de falha pode aumentar para o dobro de seu nível de falha simétrica em a fase inicial.

A capacidade de fabricação do disjuntor pode ser calculada da seguinte forma.

Para converter a corrente de ruptura simétrica de RMS para o valor de pico:

Capacidade de abertura do disjuntor =corrente de ruptura simétrica x √2

Multiplique a expressão acima por 1,8 para incluir o efeito de duplicação da assimetria máxima. ou seja, efeito da corrente de curto-circuito considerando uma ligeira queda na corrente durante o primeiro trimestre de ciclo.

Capacidade de abertura do disjuntor =√2 x 1,8 x corrente de ruptura simétrica =2,55 x corrente de ruptura simétrica

Capacidade de abertura do disjuntor =  2,55 x corrente de ruptura simétrica

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Ciclo de trabalho do disjuntor ou sequência operacional nominal

Mostra o requisito de serviço mecânico do mecanismo de comutação do disjuntor.

Ciclo de trabalho ou sequência de operação nominal de um disjuntor pode ser expressa da seguinte forma:

O – t – CO – t’ – CO

Onde:

• O =Operação de abertura do disjuntor
• t =0,3 segundos para o primeiro serviço de fechamento automático, se não especificado
• t’ =Tempo entre duas operações (restaurar a condição inicial e evitar o aquecimento inadequado dos contatos do disjuntor
• CO =Operação de fechamento imediatamente após a operação de abertura sem atraso

Tensão nominal

O valor do limite de tensão máxima segura que o disjuntor pode operar sem nenhum dano é conhecido como tensão nominal do disjuntor.

O valor da tensão nominal do disjuntor depende da espessura do isolamento e do material de isolamento usado na construção do disjuntor. A tensão nominal do disjuntor relacionada à tensão mais alta do sistema devido ao aumento da tensão devido à ausência de carga ou mudança repentina na carga para o valor mais baixo. Dessa forma, ele pode lidar com o aumento da tensão do sistema até a capacidade nominal mais alta. Por exemplo, o disjuntor deve suportar 10% da tensão nominal do sistema no caso de um sistema de 40kV onde o limite é 5% acima da tensão do sistema de 400kV. Deste jeito. um disjuntor para ser usado na linha de 6,6 kV deve ser classificado em cerca de 7,2 kV e assim por diante devido à tensão do sistema mais alta correspondente

Por outro lado, um disjuntor de tensão nominal de 400 V CA não deve ser operado em tensão mais alta, ou seja, 1000 V ou mais, enquanto um disjuntor de tensão nominal de 1000 V CA pode ser usado em 400 V de tensões do sistema. Se utilizarmos o disjuntor no nível de tensão nominal, ele será capaz de extinguir o arco produzido nos contatos do disjuntor. Se usarmos o disjuntor em níveis de tensão mais altos em vez da tensão nominal, a tensão de recuperação transitória (TVR) em comparação com a rigidez dielétrica do meio de extinção de arco. Nesse caso, o arco ainda pode existir, pois o meio de extinção do arco é incapaz de distingui-lo com sucesso, o que leva ao dano ao disjuntor ou ao isolamento do disjuntor.

Geralmente, a tensão nominal do disjuntor é maior do que a do barramento e da carga no sistema de potência. Normalmente, existem dois tipos de disjuntores relacionados aos níveis de tensão, ou seja, disjuntores de baixa tensão e disjuntores de alta tensão com as seguintes características.

• Os disjuntores de baixa tensão podem ser usados ​​para 1kV AC e 1,2kV DC, enquanto o nível de alta tensão é maior do que os disjuntores de baixa tensão.
• Os disjuntores de alta tensão são usados ​​em controles internos e externos em sistemas de alta tensão, enquanto os disjuntores de baixa tensão são usados ​​em aplicações internas.
• Os disjuntores de baixa tensão são mais complexos e operam com frequência do que os disjuntores de alta tensão devido a menos distâncias fase a fase e fase a terra. Os métodos de teste são diferentes para ambos os tipos de disjuntores de níveis de tensão.

Com exceção da classificação de tensão acima, duas classificações de tensão adicionais podem ser consideradas ao considerar o nível de tensão para disjuntores para operação diferente.

1. Classificação de tensão de impulso
2. Classificação de tensão de resistência à frequência de energia

Taxa de tensão de impulso de um disjuntor mostra a capacidade de lidar com o impulso transitório por relâmpagos ou impulsos de comutação. A duração da classificação de tensão de impulso ou transiente de um disjuntor é em microssegundos. Por esta razão, seus contatos em relação à isolação são projetados para suportar a tensão de pico transitória por um tempo ou período muito curto.

Tensão suportável de frequência de energia Classificação de um disjuntor mostra a capacidade de gerenciar o aumento súbito da tensão que é muito alta do que a tensão mais alta do sistema. É devido a mudanças repentinas na carga ou desconexão de uma grande parte da carga de uma só vez.

Esta tensão devido à frequência de alimentação é por um tempo muito curto, geralmente 60 segundos, mas o disjuntor deve ser capaz de lidar com a sobretensão da frequência de alimentação.

O gráfico a seguir mostra as diferentes classificações dos níveis de tensão do disjuntor, ou seja, tensão nominal do sistema, tensão mais alta do sistema, tensão de resistência à frequência de energia e níveis de tensão de impulso.

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Capacidade de operação em curto prazo

A capacidade de curto prazo de um disjuntor é o curto período especificado no qual o disjuntor transporta a corrente de falha enquanto permanece fechado.

Para reduzir a operação indesejada de um disjuntor, como a corrente de falha por um período muito curto ou mudança repentina ou redução de cargas, o disjuntor não deve desarmar e desconectar o circuito se a falha desaparece automaticamente e lida com a força eletromagnética e o aumento da temperatura. Se exceder o tempo especificado em segundos ou milissegundos, o disjuntor abrirá os contatos para garantir a máxima proteção possível à porção conectada de cargas e equipamentos.

Existem diferentes classes como B, C, D e Classe 1, Classe 2 e Classe 3 com curvas associadas são usadas. A classe 3 é a melhor, pois permite um máximo de 1,5 joule/segundo testado conforme IS 60898. Por exemplo, o disjuntor a óleo tem a capacidade de tempo de 3 segundos e não deve exceder os exatos 3s enquanto conduz a corrente curta. A capacidade nominal de corrente de curta duração deve ser igual à capacidade nominal de interrupção do disjuntor . Portanto, deve-se tomar cuidado com dispositivos sensíveis ao considerar a classificação de capacidade de tempo dos disjuntores.

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Classificação Atual Normal

A corrente nominal normal de um disjuntor é o valor RMS da corrente que ele é capaz de transportar continuamente em sua tensão e frequência nominais sem alterações na operação devido ao aumento da temperatura durante a operação normal.

A corrente normal deve ser 125% da corrente nominal do circuito. Por exemplo, se a corrente de carga for 24A, a classificação do disjuntor deve ser a seguinte.

=24A x 125%

=24A x 1,25

Tamanho atual do disjuntor =30 A

De outra forma, o tamanho da corrente do disjuntor pode ser calculado em 0,8 para encontrar a corrente de carga. ou seja, um disjuntor de 25A pode ser usado para carga de iluminação de 20A, etc.

Corrente de carga =Classificação de corrente do disjuntor x 0,8

Corrente de carga =25A x 0,8 =20A.