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 开关资讯 - SF6开关技术
配网中负荷开关的正确选用
发布时间:2011.04.18 新闻来源: 浏览次数:
 

负荷开关主要用于开断和关合负荷电流,也可以将负荷开关与高压熔断器配合使用,代替断路器。由于负荷开关使用方便,价格合理,因此负荷开关在10kV配网系统中得到广泛的使用。在设计中合理选用负荷开关,对保障电网的安全、可靠运行有着重要意义。


1负荷开关与熔断器的正确配合


负荷开关与熔断器的根本区别在于,熔断器具有开断短路电流能力,而负荷开关只作为负荷电流的切换。通常认为,负荷开关合分工作电流,熔断器开断短路电流。但是当出现故障时,由于三相电流不一定相同,以及熔断器答应的误差,不可避免出现三相熔断器之间的熔断时间差,首相切除故障后,假如负荷开关不能及时分断负荷电流,则会造成产生转移电流和两相运行,对受电设备造成损害。带有撞击器的熔断器,配合具有脱扣装置的负荷开关,则可解决缺相运行问题。当熔断器的熔件熔化时,负荷开关脱扣装置在撞击器操作下立即断开。生产厂多采用四连杆机构,当负荷开关合闸操作时,合分闸弹簧同时储能,当四连杆机构过死点时,合闸弹簧的能量释放,开关作合闸操作,此时分闸弹簧的能量仍由半轴机构所保持,一旦撞击器出击,半轴解列,分闸弹簧的能量释放,开关作分闸操作。因此,在使用中一定要选择带撞针的熔断器和具有机械脱扣装置的负荷开关。


应该指出,使用中的熔断器多作为后备保护熔断器,这种熔断器有一个最小开断电流,其值为熔断器额定电流的2.5~3倍,当小于开断电流时,后备熔断器不能开断此电流,这就是它与全范围熔断器的区别。全范围熔断器在引起熔体熔化至额定开断电流(40kA)之间,任何电流均能可靠断开,但其价格贵。当故障电流小于后备熔断器的最小开断电流时,熔断器虽然不能保证其开断,但熔件会熔断,其内存的撞击器会击出,撞击负荷开关开断。例如额定电流为100A的熔断器,其最小开断电流约为250~300A,在此电流区,熔断器不能开断,但熔件熔断撞针击出,撞击负荷开关跳闸,开断此电流,如选用600A的负荷开关,则可可靠开断。


负荷开关-限流熔断器组合电器保护变压器特性好,但只有两者配合好才能有效。


表1列出组合电器内熔断器与负荷开关的配合,这里将电流划分为四个区域。

a区域为工作电流范围。I>InK,InK为组合电器的额定电流。它小于熔断器的额定电流InHH,这是由于熔断器安装时的温度状况及热损耗消散受限制,使组合电器不能承受熔断器的全部电流。组合电器的额定电流开断由负荷开关单独完成。负荷开关三相同时开断,三相同时熄弧。


b区域为过负荷范围InHH<I<3InHH,在此范围内,熔断器承受超过额定电流的过电流。约从2InHH起,熔体动作,但熔断器尚不能熄弧,熔断器的撞击器触发,使负荷开关动作,三相开断并熄弧。在这里,熔体动作的含义是所有熔体至少在一处开断。这就是说,在过负荷范围内,由负荷开关三相开断并熄弧。


c区域为转移电流ITC范围约从3InHH起,熔断器动作后亦可熄弧。在三相电路中,三相熔断器中一相首先动作,触发撞击器并熄弧。负荷开关熄灭另两相中的电流,其他两相熔断器可能也动作,但负荷开关有时动作更快,因此,在转移电流区域,熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务。转移电流是负荷开关在各自功率因数下,所能开断的最大电流,它介于5InHH(小型熔断器)~1.5InHH(大型熔断器)之间。


d区域为限流范围,当故障电流更大时(约从20InHH),熔断器在电流的第一个半波就已经动作,并将故障电流的峰值限制到它的允通电流值ID。这是熔断器熄灭大于转移电流ITC的电流,负荷开关在撞击器作用下虽动作,但不开断电流。


因此,只有负荷开关与熔断器配合得当,组成的组合电器就能够开断:负荷开关额定开断电流的任何负载电流;组合电器额定短路开断电流的任何过电流。这就是说,负荷开关加熔断器能承担工作电流和全短路电路之间的开断任务。


2撞击器操作与转移电流


熔断器通过的电流与熔断时间呈反时限特性,简称安-秒特性,当出现过电流时,熔断器依其安-秒特性熔断。所谓转移电流,是指三相熔断器中有一相首先开断,三相熔断器的熔断时间差为Dt。当首相动作后,撞击器击出,此时可能出现另外两相熔断器尚未灭弧开断,而撞击器击出形成负荷开关切断故障电流,原本应由熔断器承担的开断任务,现转移至负荷开关承担。熔断器与负荷开关转移开断时,对称电流就叫“转移电流”。显然,转移电流的数值与熔断器安-秒特性、负荷开关固定分断时间有关。转移电流值可以通过引用IEC-420标准确定。在熔断器安-秒特性时间轴,取0.9倍负荷开关固分时间,作一平行线,所对应的电流值就是转移电流。例如某真空负荷开关,其固有分断时间为28ms,配用100A熔断器,依法求出转移电流为1880A,负荷开关应能开断此电流。故障电流超过转移电流时,由熔断器开断。其实转移电流是一个电流区域,由于三相熔断器之间存在熔断时间差,相对有电流差,因此是一个很小的电流区域,该区域就是转移电流区域。由此可见,负荷开关与熔断器的良好配合是可以开断任何电流。显然,熔断器不同的额定电流有不同的安-秒特性,那么不同的额定电流配合同一个负荷开关,就有不同的转移电流,额定转移电流是指所能配用最大熔断器的转移电流,选择负荷开关应注重。


3分励脱扣器操作电源与交接电流


随着变电所“少人值守”、“无人值守”的推广,为了满足运行单位远方操作的基本要求,选择负荷开关时,需要配置分励脱扣器供保护跳闸使用,即过载时通过继电保护的方式使负荷开关分闸,熔断器仅作短路保护。由分励脱扣器动作使组合电器中负荷开关分断,称为脱扣器操作。继电保护与熔断器的时间-电流曲线不会相同,配合使用必然出现交叉点。继电保护的动作特性与熔断器的安-秒特性相交点称为“交接电流”。工程上按IEC确定最大交接电流的方法为:在熔断器最大弧前安-秒特性的时间轴取负荷开关最小分闸时间,加上20ms外部继电器保护的最小动作时间,所对应电流值即为最大交接电流。


4组合电器的选用


选用组合电器时必须要求所选的负荷开关的转移电流或交接电流的数值合适。熔断器的选择,应考虑变压器的额定电流,过载系数取1.5,励磁涌流12倍0.1s,以及四周环境因素。负荷开关依其灭弧原理可区分为产气、压气、SF6和真空等形式。产气开关由分闸的触头间产生的电弧炽热灭弧管,产生气体将电弧熄灭,随着开断次数的增加,灭弧管逐渐烧光,因此要不断更换灭弧管。产气式负荷开关大约只能开断1000A以下的电流。压气式开关靠其动触杆分闸运动时产生气体来灭弧,动触杆是空心的铜杆,内装固定活塞,靠分闸运动时产生气体来灭弧。压气式负荷开关大约开断电流在1350~1850A之间,低于此范围值将会使产品的可靠性大大降低。SF6开关主要优点是三、四个回路,在SF6气体中共箱,体积小,不受外界气候影响,但SF6气体消耗臭氧资源,不符合环保潮流。它的电流开断能力在2000~3500A之间。目前一般用户工程设计中要求SF6负荷开关具备零表压,开断正常负荷的能力,甚至达到当SF6气体发生泄露时,也要拥有一定的负荷开断能力。产气与压气式负荷开关很难开断2000A以上的转移电流,因此建议在变压器容量500kVA的以下工程中使用,变压器容量500kVA以上的,建议使用真空负荷开关。真空负荷开关是采用真空灭弧室,动静触头均在灭弧室中,真空灭弧室开断能力强,性能稳定,无燃火与爆炸危险,且可频繁操作,免维护,不但可以开断转移电流,还可以开断交接电流达到2880A以上。另外,选择较大分断能力的真空灭弧室,例如在10~25kA之间,最适合配搭使用反时限保护。这种具有高分断能力,而且具备相当的二次保护真空负荷开关,实际上可以作为经济型的真空断路器使用。


通过对10kV配网系统设计中选用负荷开关问题的分析,为10kV配网中如何合理选用负荷开关提供了经验,以保证电网的安全可靠运行。

来源:网络

 
 
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