Überstrom bleibt eine der Hauptursachen für katastrophale Stromausfälle, thermische Verformung und unerwartete Betriebsausfälle in Niederspannungs-Stromverteilungssystemen. Als vertrauenswürdiges nationales High-Tech-Unternehmen, das sich auf Energieübertragungs- und -verteilungsgeräte spezialisiert hat, hat Zhejiang Gangheng Electric Co., Ltd. robuste Niederspannungsschaltanlagenbaugruppen entwickelt, die kritischen Fehlerströmen standhalten und die Betriebskontinuität gewährleisten.

Unabhängig davon, ob Sie die Stromverteilung für Industrieanlagen, Gewerbekomplexe oder Umspannwerke verwalten, ist es von entscheidender Bedeutung, zu wissen, wie Sie einen Überstromschutz für Ihre Niederspannungsschaltanlagen effektiv implementieren.

In diesem umfassenden Leitfaden werden wir die Mechanismen von Überstrom aufschlüsseln, die Auswahl von Schutzgeräten bewerten, den strukturellen Schutz in modularen Schaltanlagen detailliert beschreiben und umsetzbare Wartungsprotokolle skizzieren.

1. Überstromursachen in Niederspannungsschaltanlagen verstehen

Überstrom tritt immer dann auf, wenn der elektrische Strom die Bemessungsdauerstrombelastbarkeit (In) der Schaltanlagenkomponenten oder Sammelschienensysteme überschreitet. Um ein wirksames Schutzsystem zu entwerfen, müssen Systemingenieure zwischen drei verschiedenen Arten von Überstrombedingungen unterscheiden:

Überlastströme

Anhaltender Überstrom, der durch den Anschluss übermäßiger Lasten verursacht wird, z. B. durch den gleichzeitigen Start mehrerer schwerer Motoren oder durch unerwartete mechanische Belastung. Auch wenn die thermische Ansammlung typischerweise eine geringere Stärke hat, etwa das 1,2- bis 5-fache des Nennstroms, kann sie mit der Zeit die Leiterisolierung beeinträchtigen, wenn der Zustand nicht unterbrochen wird.

Kurzschlussströme

Plötzliche, extrem hohe Fehlerströme, die oft mehrere zehn Kiloampere überschreiten und durch direkte Kurzschlüsse zwischen Phase und Erde oder zwischen Phase und Erde verursacht werden. Kurzschlüsse erzeugen enorme elektrodynamische Kräfte und thermische Überspannungen, die die inneren Strukturen der Schaltanlage sofort beschädigen können.

Einschaltströme

Vorübergehende Stromspitzen, die beim ersten Einschalten induktiver Lasten wie Transformatoren und großen Wechselstrommotoren auftreten. Schutzgeräte müssen transiente Einschaltströme von tatsächlichen Fehlern unterscheiden, um Fehlauslösungen zu verhindern.

2. Auswahl der richtigen Überstromschutzgeräte (OCPD)

Die Auswahl richtig koordinierter und ausgelegter Schutzgeräte ist die erste Verteidigungslinie beim Schutz von NS-Schaltanlagen.

Offene Leistungsschalter (ACB) und Kompaktleistungsschalter (MCCB)

Leistungsschalter sind die primären aktiven Schutzelemente in modernen NS-Schaltschränken.

Offene Leistungsschalter (ACBs)

Offene Leistungsschalter werden typischerweise als Haupteingangsschalter oder Hochleistungs-Einspeiseschalter installiert, üblicherweise mit Nennleistungen von 630 A bis 4000 A oder höher.

Fortschrittliche ACBs verfügen über mikroprozessorbasierte Auslöseeinheiten (ETUs), die eine präzise Anpassung der Schutzeinstellungen für Langzeitverzögerung (L), Kurzzeitverzögerung (S), Sofortverzögerung (I) und Erdschluss (G) ermöglichen. Diese LSIG-Schutzkonfiguration ermöglicht es Ingenieuren, eine genauere Schutzkoordination zu erreichen.

Kompaktleistungsschalter (MCCBs)

MCCBs sind ideal für den Schutz von Unterverteilungen und Abzweigstromkreisen. MCCBs mit elektronischer Auslösung können ein hohes Ausschaltvermögen (Icu/Ics) bieten, um schwerwiegende nachgeschaltete Fehler zu beheben und gleichzeitig zum Schutz vorgeschalteter Sammelschienen und Verteilergeräte beizutragen.

Sicherungen mit hoher Ausschaltkapazität (HRC).

HRC-Sicherungen bleiben eine kostengünstige und extrem schnelle Lösung für den Kurzschlussschutz. Wenn ein extrem hoher Kurzschlussstrom fließt, schmilzt das interne Sicherungselement innerhalb kürzester Zeit und unterbricht den Fehler, bevor der Spitzenkurzschlussstrom (Ipk) sein theoretisches Maximum erreicht.

HRC-Sicherungen werden häufig mit Lasttrennschaltern in Hilfs- und spezifischen Schutzstromkreisen kombiniert.

Schnelle Geräteauswahlmatrix

3. Struktur- und Kompartimentschutz in NS-Schaltanlagen

Eine ordnungsgemäße interne Architektur trägt dazu bei, zu verhindern, dass lokale elektrische Fehler, Lichtbogenereignisse und thermischer Aufbau zu vollständigen Schaltanlagenausfällen führen.

Moderne ausfahrbare Niederspannungs-Komplettschaltanlagen wie die modularen Schaltanlagen der GCS-, GCK- und MNS-Serie verfügen über physische Unterteilung und Schutzmaßnahmen, die gemäß den geltenden IEC- und GB-Normen entwickelt wurden.

Modulare ausziehbare Funktionseinheiten

In Einschubschaltanlagen wie GCS- und MNS-Systemen ist jeder Einspeisestromkreis in einer unabhängigen funktionalen Einschubeinheit untergebracht.

Wenn in einer Schublade ein Überstromfehler oder ein interner Lichtbogen auftritt, können flammhemmende metallische und isolierende Barrieren dazu beitragen, den Fehlerbereich zu isolieren und seine Auswirkungen auf benachbarte Funktionseinheiten und das Hauptsammelschienensystem zu begrenzen.

Thermische und dynamische Belastbarkeit der Sammelschiene

Hauptkupfersammelschienen müssen entsprechend dem erforderlichen Spitzenstrom (Ipk) und Kurzzeitstrom (Icw) dimensioniert sein.

Hochwertige Kupferschienen tragen in Kombination mit geeigneter Phasenisolierung und mechanischer Unterstützung dazu bei, übermäßige Verformungen zu verhindern, die durch die starken elektromagnetischen Kräfte verursacht werden, die bei Kurzschlüssen entstehen.

Effektive Wärmeableitung und thermische Entlüftung

Bei dauerhaftem Hochstrombetrieb entsteht Wärme durch I²R-Verluste. Eine ordnungsgemäße Schaltanlagenkonstruktion erfordert daher eine wirksame Wärmeableitung und Belüftung.

Moderne Schaltschränke können Druckentlastungseinrichtungen und Belüftungskanäle enthalten, um die Gehäusetemperatur zu kontrollieren und das Risiko einer übermäßigen thermischen Belastung während des Dauerbetriebs zu verringern.

4. Systemdesign und Schutzkoordination (Selektivität)

Schutzgeräte können isoliert nicht effektiv arbeiten. Ein gut konzipiertes Stromverteilungsnetz nutzt die selektive Koordination, auch Diskriminierung genannt, um sicherzustellen, dass das Schutzgerät, das einem Fehler am nächsten ist, wann immer möglich, zuerst aktiviert wird.

Zeit-Strom-Koordination

Vorgeschaltete ACBs können mit geeigneten Kurzschlusszeitverzögerungen konfiguriert werden, damit nachgeschaltete MCCBs lokale Zweigfehler zuerst beheben können.

Dieser Ansatz trägt dazu bei, unnötige Unterbrechungen der gesamten Anlage zu verhindern, wenn in einem relativ kleinen nachgeschalteten Stromkreis ein Fehler auftritt.

Genaue Last- und Kurzschlussberechnungen

Systemintegratoren sollten den voraussichtlichen Kurzschlussstrom an den Eingangsklemmen der Schaltanlage berechnen.

Das gewählte Ausschaltvermögen des Geräts muss für den voraussichtlichen Fehlerpegel geeignet sein. Bei Leistungsschaltern sollten die relevanten Nennausschaltvermögen, wie z. B. Icu und Ics, gemäß der geltenden Produktnorm und den Anwendungsbedingungen bewertet werden.

Erdschluss- und Nullstromschutz

Nullstromwandler (CTs) können in geeignete Schutzsysteme zur Erkennung von Erdschlussströmen integriert werden.

Bei richtiger Auslegung und Koordination kann der Erdschlussschutz dazu beitragen, ungewöhnliche Leck- oder Fehlerströme zu erkennen und eine Stromkreisunterbrechung einzuleiten, bevor sich ein lokaler Fehler zu einem schwerwiegenderen Stromausfall entwickelt.

5. Vorbeugende Wartung und Echtzeitüberwachung

Die Zuverlässigkeit eines Überstromschutzsystems hängt stark von der routinemäßigen Wartung und der kontinuierlichen Zustandsüberwachung ab.

Wärmebild- und Infrarot-Audits

Überprüfen Sie regelmäßig Sammelschienenverbindungen, Kabelanschlüsse, Leistungsschalteranschlüsse und Kontaktbaugruppen mithilfe der Infrarot-Thermografie.

Mithilfe der Wärmebildtechnik können lose Verbindungen, abnormale Kontaktwiderstände, Phasenungleichgewichte und örtliche Überhitzungen erkannt werden, bevor sich diese Zustände zu schwerwiegenden Geräteausfällen entwickeln.

Sekundärkontakt- und mechanische Schubladenprüfungen

Überprüfen Sie bei ausfahrbaren Schaltanlagen regelmäßig die Einschubmechanismen der Schubladen, die primären Kontaktklemmen, die sekundären Steuerkabelstecker und die Verriegelungsmechanismen.

Staub und Verunreinigungen sollten ordnungsgemäß entfernt werden und elektrische Kontaktflächen sollten gemäß den Wartungsanforderungen des Geräteherstellers gewartet werden.

Smart Power Monitoring und IoT-Integration

Die Nachrüstung von NS-Schaltanlagen mit digitalen Leistungsmessern und Online-Temperatursensoren ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Phasenströmen, Neutralleiterströmen und Sammelschienentemperaturen.

Automatisierte Alarmschwellen können Bediener auf abnormale Lastbedingungen, Stromungleichgewichte und Überhitzung im Frühstadium aufmerksam machen und so Korrekturmaßnahmen ermöglichen, bevor sich eine Überlastung zu einem schwerwiegenderen Fehler entwickelt.

Arbeiten Sie mit Gangheng Electric zusammen, um zuverlässige NS-Schaltanlagenlösungen zu erhalten

Um Überstromrisiken zu mindern, sind eine hochwertige Fertigung, präzise Sammelschienenkonstruktion, zuverlässige Schutzvorrichtungen und strenge Tests erforderlich.

Als ISO 9001-, ISO 14001- und CQC-zertifizierter Hersteller mit mehr als 20 Jahren Erfahrung liefert Zhejiang Gangheng Electric Co., Ltd. vollständig anpassbare Niederspannungs-Schaltanlagenbaugruppen für Industrie-, Gewerbe-, Infrastruktur- und Versorgungsanwendungen.

Zu unseren Niederspannungs-Schaltanlagenlösungen gehören:

• Komplette Niederspannungs-Einschubschaltanlage vom Typ GCS

• Komplette Niederspannungs-Einschubschaltanlage vom Typ GCK

• Modulare Schaltschränke der MNS-Serie

• GGD-Niederspannungs-Festschaltanlagen

Ganz gleich, ob Sie maßgeschneiderte Technik, Einhaltung von IEC- und GB-Standards, schnelle Lieferpläne oder kundenspezifische Einzelfertigungen für globale EPC-Projekte benötigen, unser Technikteam kann Ihre Projektanforderungen unterstützen.

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Referenzen

-Electric Power Distribution Handbook, von George J. Anders

• Normen für Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte, IEC 60947 – x-Serie
  -Überstromschutz in elektrischen Systemen, IEEE-Transaktionen zur Stromversorgung