Wat is schakelmateriaal? Een beginnershandleiding

Een schakelinstallatie in een elektriciteitsnet bestaat uit elektrische scheidingsschakelaars, zekeringen of stroomonderbrekers die elektrische apparatuur regelen, beschermen en isoleren. Schakelapparatuur wordt gebruikt om apparatuur spanningsloos te maken zodat werk kan worden uitgevoerd en om problemen stroomafwaarts op te lossen. Dit soort apparatuur is nauw verbonden met de betrouwbaarheid van de elektrische voeding.

Hoe werkt een schakelinstallatie? 

Een groep circuitbeveiligingscomponenten (zoals schakelaars, zekeringen of stroomonderbrekers) in één metalen kast wordt elektrisch schakelmateriaal genoemd. Het schakelt elektrische stromen in en uit en isoleert circuits om storingen te voorkomen en apparatuur en werknemers te beschermen.

Stroomonderbrekers, scheidingsschakelaars en zekeringen bepalen hoe elektrische stroom via schakelapparatuur stroomt. Bij overbelasting of kortsluiting in het elektrische circuit schakelen de stroomonderbrekers uit, waardoor de stroom wordt geblokkeerd en de apparatuur en werknemers worden beschermd.

Elektrisch Typen schakelapparatuur

Er zijn drie verschillende klassen van schakelsystemen: laagspanning, middenspanning en hoogspanning.

Laagspanningsschakelaars

Laagspanningsschakelaars kan tot 1 kV aan en beschermt tegen mechanische en thermische storingen.

Laagspanningsschakelaars bestaan uit schakelaars, laagspanningsstroomonderbrekers, aardlekschakelaars, kleine stroomonderbrekers (MCB's), installatieautomaten (MCCB's), zekeringen met hoog onderbrekingsvermogen (HRC) en onbelaste elektrische isolatoren.

Middenspanningsschakelaars

Schakelapparatuur voor middenspanning wordt gebruikt in systemen van 3 kV tot 75 kV. Dit schakelmateriaal wordt vaak gebruikt in systemen met motoren, voedingscircuits, generatoren, tandwielkasten en distributielijnen.

Middenspanningsschakelaars maken gebruik van olie-, gas- of vacuümisolatoren en stroomonderbrekers om de stroomtoevoer te onderbreken in het geval van een stroompiek of een systeemstoring. Isolatoren beschermen en koelen de onderdelen van elektrische schakelapparatuur, terwijl de stroomonderbreker de contacten van het circuit scheidt om de vlamboog af te voeren.

Hoogspanningsschakelaars

Hoogspanning schakelapparatuur wordt gebruikt in systemen met spanningen van meer dan 75 kV. Het is van cruciaal belang voor de werking en veiligheid van elektriciteitstransmissienetwerken. De belangrijkste voordelen zijn een sterke isolatie, een hoge onderbrekingscapaciteit en verbeterde beveiligingssystemen.

Deze elektrische schakelapparatuur maakt gebruik van scheiders, aardingsschakelaars, hoge-stroomschakelmechanismen, zekeringen en stroomonderbrekers om stroom te regelen, te reguleren, te onderbreken, te isoleren en af te voeren.

Isolatiemiddelen voor schakelapparatuur

Schakelapparatuur kan niet alleen verschillen in spanningsniveaus, maar ook in het isolatiemateriaal dat wordt gebruikt om apparatuur onder spanning te beschermen tegen elektrische storingen. De behuizing van de schakelapparatuur kan een verscheidenheid aan isolatoren gebruiken met verschillende diëlektrische kwaliteiten of andere eigenschappen.

• Luchtgeïsoleerd elektrisch schakelmateriaal
  Wordt vaak gebruikt vanwege de kosteneffectiviteit, maar heeft een lagere diëlektrische sterkte.
  Voordelen: Het is goedkoop en verkrijgbaar. Het is niet giftig en milieuvriendelijk. Er is geen risico op lekken of besmetting.
  Nadelen: Het heeft een lage diëlektrische sterkte. Hiervoor is grotere apparatuur nodig. Het wordt beïnvloed door zaken als vochtigheid en temperatuur.
• Gasgeïsoleerd elektrisch schakelmateriaal
  Bovendien heeft gasisolatie onder druk een hogere diëlektrische sterkte dan gewone lucht. Zwavelhexafluoride is een typisch isolatiegas voor schakelinstallaties, maar er kunnen ook andere gassen worden gebruikt.
• Vloeistof (inclusief olie)
  Vloeistof isoleert beter dan lucht en is vergelijkbaar betaalbaar. Vloeistof biedt ook het extra voordeel van koeling van oververhitte systemen.
  Schakelapparatuur met olie-isolatie verdampt de minerale olie langs het boogpad dat wordt gevormd wanneer de stroomvoerende contacten splitsen en omringt het met een waterstofgasbel, waardoor de stroom wordt afgevoerd en de boog niet opnieuw kan doorslaan.
• Stevig
  Materialen zoals harsen bieden een uitstekende diëlektrische sterkte en zijn bestand tegen chemische en thermische aantasting.
  Voordelen: Het heeft een hoge diëlektrische sterkte. Dit maakt compacte ontwerpen mogelijk. Het is bestand tegen slijtage en presteert consistent over een breed temperatuurbereik.
  Nadelen: Duurder, minder flexibel in toepassing vanwege de stugge aard.

Onderdelen van schakelapparatuur

Schakelapparatuur is van cruciaal belang. Het bewaakt, beschermt en isoleert elektrische circuits. Het heeft een verscheidenheid aan technologieën die samenwerken voor een veilige en betrouwbare levering van stroom. Hier volgt een volledige analyse van de belangrijkste componenten van schakelapparatuur:

Schakelaars

Schakelaars zijn essentiële onderdelen van schakelapparatuur. Ze vormen en verbreken elektrische verbindingen. Het zijn fysieke apparaten die bewegen om de stroomstroom in een circuit op gang te brengen of te onderbreken. Schakelaars komen in verschillende vormen voor, waaronder:

• Isolatieschakelaars: Scheidingsschakelaars bieden totale isolatie van een circuit, zodat er geen elektriciteit doorheen kan stromen tijdens onderhoud of reparaties.
• Schakelaars loskoppelen: Scheidingsschakelaars, zoals scheidingsschakelaars, isoleren een circuit maar zijn bedoeld om zelden te worden gebruikt.
• Lastscheidingsschakelaars: Deze schakelaars kunnen onder belasting stroom onderbreken, waardoor ze ideaal zijn voor het schakelen van geëlektrificeerde circuits.

Zekeringen

Zekeringen zijn veiligheidsapparaten. Ze beschermen circuits tegen overstroom, wat optreedt wanneer er te veel stroom vloeit. Dit kan leiden tot schade of brand. Zekeringen bevatten een smalle draad van geleidend materiaal, zoals zink of koper. Deze draad smelt wanneer hij wordt blootgesteld aan te veel stroom. Hierdoor wordt het circuit onderbroken en wordt verdere schade voorkomen.

Isolatoren

Isolatoren zijn gespecialiseerde schakelaars. Ze zijn ontworpen om te garanderen dat een circuit volledig wordt uitgeschakeld voordat onderhoud of service kan worden uitgevoerd. Ze creëren een merkbaar uitschakelpunt. Hierdoor kunnen specialisten zich ervan verzekeren dat het circuit dood is voordat ze eraan werken. Isolatoren zijn berekend op vollaststroom. In geval van een storing kunnen ze het circuit kortsluiten.

Relais

Isolatoren zijn gespecialiseerde schakelaars. Ze zijn ontworpen om te garanderen dat een circuit volledig wordt uitgeschakeld voordat onderhoud of service kan worden uitgevoerd. Ze creëren een merkbaar uitschakelpunt. Hierdoor kunnen specialisten zich ervan verzekeren dat het circuit dood is voordat ze eraan werken. Isolatoren zijn berekend op vollaststroom. In geval van een storing kunnen ze het circuit kortsluiten.

Stroomonderbrekers

Stroomonderbrekers zijn schakelaars. Ze werken automatisch. Ze zijn bedoeld om circuits te beschermen tegen schade veroorzaakt door een te hoge stroomsterkte. Ze werken op dezelfde manier als zekeringen, maar bieden een geavanceerdere bescherming en kunnen worden gereset nadat ze zijn geactiveerd. Stroomonderbrekers detecteren verschillende soorten fouten. Deze omvatten overstroom, kortsluiting en aardfouten. Ze onderbreken het circuit om schade te voorkomen.

Bliksemafleiders

Bliksemafleiders beschermen elektrische systemen tegen schade door blikseminslag. Ze staan ook bekend als overspanningsafleiders. Ze creëren een kanaal met lage weerstand voor hoogspanningspieken. Deze pieken worden veroorzaakt door blikseminslag. Ze zorgen ervoor dat overspanningen veilig naar aarde kunnen stromen terwijl gevoelige apparatuur wordt afgeschermd. Bliksemafleiders worden vaak geïnstalleerd bij de ingang van elektrische systemen. Deze locaties omvatten elektriciteitsleidingen en transformatoren.

Stroomrails

Stroomrails vormen de ruggengraat van schakelapparatuur. Ze geleiden elektriciteit. Ze bestaan meestal uit koper of aluminium en zijn bedoeld om hoge stromen en temperaturen te verdragen. Stroomrails worden op verschillende manieren georganiseerd. Dit is om te voldoen aan de speciale behoeften van de schakelapparatuur.

Speciaal ontworpen metalen behuizing

Behuizingen voor schakelapparatuur zijn ontworpen om de zware elektrische omgeving te weerstaan. Ze beschermen de interne componenten tegen stof, vocht en schokken. De behuizing is vaak gemaakt van metaal, zoals aluminium of roestvrij staal. De behuizing kan elementen bevatten zoals ventilatie, aarding en brandbeveiliging.

Boogbestendig schakelmateriaal

Vlamboogbestendig schakelmateriaal is bedoeld om de gevolgen van vlambogen te beperken. Vlambogen zijn zeer energetische ontladingen. Ze kunnen aanzienlijke schade aan apparatuur veroorzaken en vormen een veiligheidsrisico. Boogbestendig schakelmateriaal heeft verschillende eigenschappen om vlambogen in te dammen en te doven, zoals:

• Boogglijbanen: Dit zijn speciaal ontworpen kanalen die de vlamboog wegleiden van gevoelige onderdelen en naar aardingslocaties.
• Pellikels: Pellikels zijn dunne isolerende barrières. Ze helpen de boog te breken en voorkomen dat hij zich uitbreidt.
• Systemen ter beperking van boogflitsen bestaan uit sensoren, detectoren en onderdrukkers. Ze detecteren en voorkomen boogflitsen. Dit verlaagt de kans op letsel en materiële schade.

Instrumenttransformatoren

Deze transformatoren vertalen zowel hoogspannings- als hoogstroomsignalen. Ze verlagen de drempels voor bewaking en besturing.

Typen en gebruik van stroomonderbrekers

Hier zijn enkele van de meest voorkomende soorten stroomonderbrekers die worden gebruikt in schakelapparatuurtoepassingen:

• Luchtstroomonderbrekers (ACB's) maken gebruik van een luchtstoot om een vlamboog te doven wanneer deze doorslaat. Ze worden vaak gebruikt in midden- en hoogspanningsschakelaars.
• Vacuümschakelaars (VCB's) maken gebruik van vacuümonderbrekers om een vlamboog te stoppen. Ze bieden een betrouwbare beveiliging zonder dat ze zoveel onderhoud vergen als ACB's. Populair voor middenspanningssystemen.
• Zwavelhexafluoride (SF6) stroomonderbrekers: Deze vermogenschakelaars maken gebruik van SF6-gas om vlambogen te elimineren. Ze zijn zeer effectief voor hoogspanningssystemen en vereisen minder ruimte dan ACB's.
• Oliestroomonderbrekers: Gebruik olie als blusmiddel. Onderhoudsintensief, maar geschikt voor transmissiesystemen met extreem hoge spanning.
• MCCB's (Molded Case Circuit Breakers): Compacte vermogenschakelaars hebben een behuizing die rond de componenten is gevormd. Gebruikt in laagspanningsschakelaars en paneelborden.
• Miniatuurschakelaars (MCB's): Kleinere versies van MCCB's worden gebruikt in bedieningspanelen en elektronica.
• Aardlekschakelaars (RCD's) Detecteert lekken naar de grond en schakelt in om elektrocutie te voorkomen. Te vinden op LV-schakelborden en verdeelborden.
• Opnieuw insluiten: Reclosers zijn speciale stroomonderbrekers die automatisch weer sluiten na een storing. Ze helpen stroomonderbrekingen te beperken.

Lees meer: Stroomonderbreker vs Schakelapparatuur

Kenmerken van schakelapparatuur

Verbetert de betrouwbaarheid.

Schakelaars maken ononderbroken interconnectie mogelijk en verhogen de capaciteit van elektriciteitscentrales. Het verbetert de betrouwbaarheid. Dit suggereert dat de schakelapparatuur problematische circuitonderdelen isoleert in het geval van een storing.

Snelle reactie

Bij een storing in het circuit telt het schakelmechanisme snel om te voorkomen dat de schade zich verspreidt naar de gezonde componenten. Het helpt dus voorkomen dat het circuit volledig wordt uitgeschakeld.

Fysieke controlevoorziening

Schakelapparatuur maakt ook handmatige acties mogelijk in het geval van een storing in de elektrische besturing.

Absolute differentiatie

Schakelapparatuur kan schakelen tussen functionele en niet-functionele componenten in een circuit. Op basis hiervan isoleert de schakelapparatuur de niet-functionerende componenten om een ononderbroken voeding te leveren.

Schakelapparatuurclassificatie volgens ontwerp

Schakelapparatuur kan ook worden ingedeeld op basis van het ontwerp, dat zowel de constructie als de werking omvat. Het kan demonteerbaar schakelmateriaal zijn in demonteerbare kasten of niet demonteerbaar. Het ontwerp kan ook metaalomhuld, metaalbekleed of pad-mounted zijn.

Metalen gesloten schakelapparatuur

Metalen omkast schakelmateriaal is een vorm van schakelmateriaal dat gebruik maakt van een metalen omhulsel om de elektrische componenten te beschermen tegen de elementen. Dit schakelmateriaal wordt meestal gebruikt in industriële toepassingen. Aarding is vereist voor de veiligheid tijdens het werken met metaalomhulde schakelapparatuur.

Metalen bekleed schakelmateriaal

Metalen beklede schakelapparatuur is vergelijkbaar met metalen gesloten schakelapparatuur, maar heeft extra metalen bekledingen voor bepaalde compartimenten of schakelcomponenten. Dit creëert een gescheiden schakelinstallatiestructuur. De secties zijn ook vaak geïsoleerd, onafhankelijk geaard en demonteerbaar.

Onderlegschakelaars

Op een onderstel gemonteerd schakelmateriaal is een type schakelmateriaal dat wordt geïnstalleerd op een onderstel of platform van beton of glasvezel. Dit schakelmateriaal wordt meestal gebruikt in utiliteitstoepassingen zoals stroomdistributie en ondergrondse onderstations.

Veelgestelde vragen over schakelapparatuur

1. Is er een verschil tussen schakelapparatuur en schakelborden?

Hoewel de termen soms door elkaar worden gebruikt, zijn schakelapparatuur en schakelborden niet hetzelfde.

Schakelapparatuur beschermt en regelt niet alleen stroomvoorzieningen, maar kan deze ook uitschakelen bij een storing. Schakelborden worden daarentegen uitsluitend gebruikt om stroom over te brengen naar andere bronnen, wat het meest voorkomt in commerciële omgevingen.

Schakelapparatuur en schakelborden zijn ook gebouwd voor verschillende spanningsniveaus. Hoogspanningsschakelaars kunnen tot 350 kilovolt verdragen, terwijl schakelborden zelden meer dan 600 volt kunnen verdragen.

2. Waarom gebruiken we schakelapparatuur?

Er zijn verschillende voordelen verbonden aan het plaatsen van schakelapparatuur.

• Verbeterde betrouwbaarheid: Omdat de schakelapparatuur bescherming biedt tegen storingen, kan deze de interconnectiviteit in stand houden door de defecte secties los te koppelen terwijl de resterende regio's kunnen blijven functioneren.
• Beheer van energiestromen: Het schakelmateriaal is efficiënt en consistent en houdt de energiestroom binnen een ideaal bereik.
• Differentiatie: De schakelapparatuur kan onderscheid maken tussen functionele en defecte circuitcomponenten. Vervolgens kan het deze verschillende componenten compartimenteren om een continue stroomvoorziening te garanderen.
• Snel antwoord: De schakelapparatuur identificeert een probleem in het circuit onmiddellijk en voorkomt dat het zich verspreidt of meer schade veroorzaakt.
• Human Control Override: Hoewel het schakelmechanisme automatisch en autonoom werkt, heeft het ook een menselijke overbrugging voor het geval de elektrische besturing uitvalt.

Hulp nodig bij het bepalen van uw stroombehoeften voor uw datacenter? Neem contact met ons op voor overleg met een van uw deskundigen op het gebied van energiebeheer. 

Conclusie

Elektrisch schakelmateriaal is van cruciaal belang voor de veiligheid van zowel mensen als apparatuur in een elektrisch systeem. De gadget beschermt letsel en schade door circuits en apparatuur uit te schakelen of te isoleren in het geval van een elektrische storing of tijdens onderhoudsprocedures. Zoals we hebben gezien, omvat schakelapparatuur een breed scala aan elektrische apparatuur, waaronder stroomonderbrekers, isolatoren, zekeringen en schakelaars. Het varieert ook sterk qua spanningsbereik, van laag tot hoog.