**作者钱杞,男,1969年生,1998年于甘肃工业大学毕业,博士研究生。
低压断路器的限流问题是为了分断低阻抗大容量变压器及不断发展的配电网络所引起的很大的故障短路电流而提出的,它要求断路器的分断时间短得足以使短路电流在达到其预期峰值前分断。50年代末,法国首先研究限流分断问题,并研制出了限流空气断路器,使空气断路器的短路分断能力达到100ka.几十年来,有许多种成熟的、效果好的限流技术在低压断路器中得到广泛的使用,如去离子栅灭弧、限流电阻、自复式限流元件、磁吹、电动斥力、vc以及固体绝缘屏幕限流技术等。目前,在先进的塑壳式断路器的设计中,充分利用了空气-电磁原理和限流原理,使其分断能力达200ka.以上这些方法通常综合使用,如vc及多重窄缝法,以取得更好的限流分断的效果。设计工程师们通常得采用更多的革新技术和复杂的结构来设计灭弧室、触头结构以及新一代的操作机树5.日本三菱公司在pss断路器中,采用了vc技术,并对触头的机构和电流通道重新进行了设计,称之为istac技术,其特点:结合三种力来实现高速分断:①动触头与静触头上部导体之间产生的电磁吸力;②动触头与静触头下部导体之间产生的电磁斥力;③作用在动触头上的气体压力。
采用窄缝分断来控制电弧。在限流断路器中,几种限流技术的综合使用可以进一步保证、提高断路器的限流能力。
2发展中的限流新技术近20年来,高、中压断路器技术发生了巨大的变化由多油※少油3卩6※真空以及电力电子器件构成的断路器都得到了发展。纯粹的电力电子器件构成的断路器由于器件的工作参数不能满足各个电压等级的要求,以及器件的正向压降比较大,长期通流的能耗巨大,而没有大量的应用。这些技术没有在低压领域大量应用的主要原因是成本的考虑。目前,将真空技术、电力电子技术引入以形成新产品的研究正方兴未艾。另外,随着计算机技术的飞速发展,已经有大量的带有计算机芯片的设备,在电力配电网络上得到应用。同时,随着电力配电网络进一步向计算机化、智能化发展,它也要求新一代的断路器必须实现智能化。
值得注意的是:今日的高、中压电器技术很有可能就是明日的低压电器技术,反之亦然。因此,将电力电子技术、新材料、计算机技术和控制技术等引入低压领域,也是代表着新一代断路器的发展方向,限流技术的发展也不例外。
2.1尽量减少电流开断时间,以取得更好的限流效果减少电流开断时间,使短路电流来不及上升到峰值就将它开断,可以起到限流作用,开断时间越早,也就越能起到限流作用。对于机械电器而言,考虑到机械强度及操作动力等因素,电流开断时间的减少是有限度的,但是,引入电力电子技术,如故障检测技术,更早地检测出故障,再利用新的机构使触头提前动作,如采用储能释放,产生斥力,从而取得很好的限流效果。
短路电流的检测主要有两种方法:①电流值;②电流值及电流的变化率(di/dt)的检测。在限流技术的运用中,若仅仅采用电流值的检测,那么这时短路电流值已经很大了,再加上在开断滞后的时间内,短路电流继续上升,一方面,会造成开断的困难,另一方面,短路电流的热效应及电动力的破坏性也较大。若附加di/dt的检测,它就可以更早地检测出故障的发生,更早地开断电流,使分断电流降低。另外,随着现代配电网络的飞速发展,如城市电网更多地采用环行网供电,提高了短路电流值,这也要求能更早地检测出短路电流,使开关尽早动作,从而保障了开关的安全操作。
实际运行的配电系统,其容量和阻抗都有一定的数值,因此,当发生短路时,系统的端电压也相应地改变。只有在无限大容量的配电系统中,系统阻抗为零,才能认为系统电压不随电流的变化而变化。对于1kv以下的低压线路,如果系统的阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%便可以不考虑系统的阻抗,并认为降压变压器高压侧电压,即系统的端电压不变r1、l1电源侧等效电阻及电感r2、l2等效负载电阻及电感i1正常工作电流i2短路电流如、3所示。其基本原理是,针对某种断路器的实际应用情况,得出‘所有合理’的正常工作情况下的电流曲线,再经过di/dt计算,di/dt曲线会很快地进入稳定状况,形成一个个椭圆或圆形的轨迹(见)。这样,经过坐标变换,再画上包含上述di/dt曲线的轨迹线,就可得出短路和非短路情况的区域分界线(见)。在实际的应用中,若di/dt的值超过了分界线,就可判断出短路等效短路电路图故障。
其检测的速度在iec60947-2短路测试情况下,达到300心;在*佳的检测条件下,可达到200abb公司已开发了专用的检测故障的芯检测故障的实用电路,如所示。
检测电路该电路是十分灵敏的检测电路,它能够在0.1ms内检测出故障。其原理是利用输入波形突变时,存贮电路反应较慢,然后,通过r2电阻,与a点原信号在c点叠加,其差值就反映出di/dt的值,再通过电平检测电路,输出检测信号。故障电流的陡度由故障发生时的相位而定。检测时间与相位的变化率关系很大,该电路在090相位区域上,检测时间均小于0.1ms,再由它及时发出分断信号,这样,就可尽可能地限制短路电流的进一步增大,实现限流分断。
2.2利用电力电子器件分断电流,实现限流自60年代起,电力电子器件(如晶闸管)就被引入到电器中,现已有无触点的晶闸管断路器和触头-晶闸管并联的混合式断路器。但由于电力电子器件存在导通压降大造成的能耗高,分断电路不能形成间隙绝缘距离,过载能力差,工作参数缺乏相应的各个电压等级以及费用高等问题,这些都使其构成的无触点电器不能大量应用。当然,无触点电器本身具有操作频率高、开关速度快、控制功率小、噪声小、寿命长的特点,适合某些特殊的工作场合使用。在限流中,我们主要采用带触头的混合式电器,如触头-晶闸管并联的混合式断路器,具有触头正常导通压降能耗小的特点,再利用电力电子器件的开断时间短的特点,进一步缩短电流的开断时间,从而实现限流。
在断路器设计中使用电力电子器件,主要要考虑器件的电压和电流的指标,早期使用的晶闸管不能自关断,需要换流关断,造成电器的体积增大。目前,通常考虑自关断型的器件,如igbt、gto等。中提出了一种利用gto限流的混合式断路器的设计,其原理如所示。
gto限流断路器原理图其原理是:短路故障时,由gto完成开断电流,正常负载时,由真空开关完成操作任务。具体步骤是:故障时,由控制保护单元检测出故障,发出真空开关打开的信号,同时,使gto导通,这样,短路电流会全部转移到gto上,此时,真空开关介质强度恢复,然后,gto关断,完成限流分断的过程。
ptc是带正温度特性的热敏元件,它起到限流作用,从而减轻了对gto分断电流的要求,mov和吸收电路是吸收gto关断时所引起的很大的尖峰电压。由于gto的关断时间非常短25心),从而减少了断路器的分断时间,使得短路电流得到很大的限制,实现限流分断。
需要指出的是:由于价格因素,gto并未被大量地引入到低压断路器中。从发展的角度来看,gto本身也存在缺点:①关断增益较小,门极反向关断电流较大;②为限制du/dt及关断损耗需设置专门的缓冲电路,这部分电路消耗一定能量,而且需要快速恢复二极管、无感电阻、无感电容。根据abb公司介绍的一种gto的thyristor),它不仅米用了高效的门关断技术,而且无需缓冲电路。igct已在acs1000中得到了应用,可以预见igct也将在低压限流器中得到应用。
2.其他限流技术的研究当故障发生时,直接在回路中引入限流电阻也可辅助断路器实现限流分断,限流电阻一般是带有正温度特性的热敏元件,如ptc(positivetemperaturecoefficient),它是在普通的绝缘材料窘/(1芝(如聚乙稀)上填充具有一定密度的导电微粒(通常是炭粒),这样,形成一个导电的链路。当电流增大时,ptc热效应增强,它的绝缘材料的热扩散能力比导电材料强,绝缘材料的扩散会分割导电微粒,直至阻断导电链路,其特性如所示。
间比低压断路器要快得多,它甚至在断路器的触头尚未打开,就能限制短路电流。当然,*终需要靠断路器来分断电流,此时,断路器就只需分断几ka的短路电流,而非通常情况下的几十ka.所以,这种限流效果也是十分明显的。
近年来,人们还利用超导原理研制故障电流currentlimiter),超导体有二种导电状态,即几乎为零电阻的超导状态、常导状态、以及从超导向常态导电跃撄的过渡区。其限流原理是电网正常运行时,流经超导体的电流小于其临界电流,此时,超导体的电阻几乎为零,当发生故障时,电流超过临界电流值,电阻就变大,进入常导态。由超导态进入常导态的跃撄可在小于1ms内完成,因此,可以有效地限制故障电流。
在交流输电系统中,采用可控阻抗变换器可大大增大故障时的阻抗,达到限流的目的。目前,已开始应用的阻抗变换器较典型的是串联补偿式的故障电流限流器,为这类故障电流限流器原理结构图。图中:c1和l1的合成阻抗呈很小的容性,以补偿输电线的电感。与电容并联的固体可控硅sw1常态下是关闭的,出现故障0寸,迅速打开,短接电容,使l1起作用限制故障电流。常规开关bps用来进一步旁路固态开关以避免固态开关的损耗。
以上介绍的技术中,尚未将方案的限流特性融合到断路器限流设计中。随着材料技术、控制技术的发展,我们可以期望这些高、中压限流技术会在低压配电领域得到应用。
3展望限流技术的研究涉及机械、磁、电、材料、控制等多学科,我们要从多学科综合的角度出发,才能更好地研究它,并取得突破。所以,必须注意以下几个方面:从揭示断路器限流的物理特性出发。目前对断路器各个部件限流的物理特性并没有十分透彻地了解,如电弧的停滞、重燃、灭弧室的结构、触头的结构等等,我们特别要对电弧的本质进行更深入的研究,才能更进一步地提高限流能力。
(2)从优化、综合设计出发。在设计产品时,要充分利用先进的计算机软件进行优化设计,如三菱公司利用美国imag公司的adams软件来预测断路器的限流特性和进行机构的优化设计。限流技术方法手段较多,不同的用途需要不同的限流程度的产品。采用优化方法,如模糊神经、模糊遗传算法,进行产品的限流特性优化,以达到限流的目的。
(4)从先进控制方法出发。21世纪的电器将是智能化的电器,我们要把先进的控制方法,如人工智能技术引入电器中,形成真正的智能化电器,综合考虑电器的各个因素,用系统的、控制的方法去解决问题,使限流技术出现新的飞跃。
商用厨房设备主要有十大类:灶台灶具类设备、面点制作设备、清洁洗消设备、操作台设备、存储置物类设备、保温设备、制冷设备、食品加工设备、厨房排烟设备、其他商用厨房设备。
商用厨房设备:
灶台灶具类设备有:食堂双头大锅灶、单头大锅灶、一大一小双头灶、单头炒灶、单头单尾炒灶、双头单尾炒灶、双头双尾炒灶、五星炒灶、单头蒸灶、双头蒸灶、单门蒸饭车、双门蒸饭车、蒸汽发生器、单头炖汤炉、双头炖汤炉、电磁炉、(二、四、六、八、十头)煲仔炉、煲仔炉、海鲜蒸柜、烤鸡炉、烤猪炉、烤鸭炉、可倾式汤锅、可倾式炒锅、万能蒸烤箱、铁板烧设备、微波炉、油炸炉等。
面点制作设备有:蒸包炉、煮面炉(桶)、烤箱、电饼铛、醒发箱、搅拌机、和面机、压面机、面条机、包子机、馒头机、饺子机、酥皮机、面粉车等。
清洁洗消设备有:单眼水池、双眼水池、三眼水池、各类异形定制水池、餐具消毒柜、刀具消毒柜、碗柜、洗碗机、油水分离器等。
操作台设备有单通打荷台、双通打荷台、单层工作台、双层工作台、三层工作台、工作台冰箱、残污台沙拉操作台、水吧操作台、木案工作台、调料台(车)等。
存储置物类设备有:储物柜、挂墙吊柜、挂墙层架、货架、米面架、收餐车、饼盘车、座台立架、异形工作台等。
保温设备有:保温餐车、保温售饭台、暖碟柜、保温汤桶车、暖饭车、自助餐保温台等。
制冷设备有:冷库、单门冰箱、双门冰箱、四门冰箱、六门冰箱、工作台冰箱、制冰机、饮料展示柜、菜品展示柜、冷饮机等。
食品加工设备有切菜机、洗菜机、去根机、去皮机、切片机、绞肉机、锯骨机、豆浆机、豆腐机、咖啡机等。
厨房排烟设备有排烟风机、油烟净化器、排烟管道、油网烟罩、风机控制箱等。
其他商用厨房设备:传菜梯(升降梯、餐梯)、热水器、开水器、净水器(净水处理设备)、高压花洒龙头、冲地水龙头、食堂污碟输送带、餐厨垃圾处理设备、收残车(台)、收残台、等。
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