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低压断路器的能量选择性技术
2025-07-09 07:51    211    中华厨具网

**作者葛大麟,男,1941年生,1964年北京矿业学院毕业,教授级高级工程师。

1低压保护装置的选择性1.1定义在供电系统中常使用断路器保护、控制和隔离电气设备和馈出线。在幅射式配电系统中(见),所谓选择性跳闸是指有故障的负载或馈电回路从电网断开,而非故障回路则继续保持供电。如无选择性,一个电气故障可使电网各级多台断路器跳闸,引起电网大面积停电,其中包括无故障的线路停电,造成重大的经济损失。供电系统中主要故障有:过载、短路、冲击电流、接地故障、电压降或瞬时断电出现的暂态电流等。线路出现故障时,为了保证无故障部分的连续供电,必须考虑保护设备之间的配合。

1.2增强安全性和可靠性配电保护设备的目的是保护过载、短路、接地和欠压等故障。有时一种故障会直接或间接地使几台不同类型的保护装置同时动作,如:大的短路电流因线路电压降使欠电压保护装置动作;出现的零序电流使漏电继电器动作;tn和it系统中的短路保护设备却认定为过电流故障。又如,一个大的短路电流也会引起接地保护装置动作(由于零序电流互感器局部饱和产生伪零序电流)。

因此,对一个电网来说,保护系统的选择性研究和评价的根据是保护设备的动作特性。首先,从各类故障对保护装置的要求开始,研究保护装置与(实际给定)故障之间配合的可能性,在生命财产安全的前提下提高选择性,确保连续供电。

全选择性定义为当配电线路出现故障时,不选择性是指当故障电流超过某一值时,不再保证全选择性跳闸条件(见)。

选择性无法保证,无故选择性能保证,无故障回障部分也停电路保持供电在配电系统中通常遇到短路和过载两类故障,过电流为1.110倍的工作电流时称为过载,高于10倍时称为短路,需要采用带瞬动或短时限脱扣器的断路器切除短路或过流故障。选择性研究应区别对待不同类别的故障。

过载区域。该区域从长延时(lt)动作值ilt开始,跳闸曲线tb=/(/p)是反时限型曲线,通常在电缆热应力曲线的下部。使用*普通的方法,画出lt动作电流与脱扣时间的关系曲线(见)。对一定的过电流值来说,上级断路器cb1不跳闸的时间应大于断路器cb2*大分断时间(包括消弧时间),以保证实现选择性。通常,两级断路器配合比应满足/lt//lt2>短路区域。选择性是通过上下两级断路器的动作曲线的比较进行分析,短路时,两台断路之间的选择性是建立在断路器跳闸电流整定值和(或)不同类型跳闸机构基础上,保证脱扣曲线之间互不交叉、重合。

2短路选择性技术2.1电流选择性电流选择性是依靠相邻两级瞬动脱扣器(st)不同的动作值实现的,终端配电系统采用快速断路器,瞬动脱扣(无延时)保护短路故障,但一般为局部选择性。当在电网的不同部分出现短路故障时,由于线路阻抗原因,故障电流值不同,因此可实现选择性保护(见)。由于cb1和cb2安装在线路的不同的地点,可依靠瞬动脱扣器的不同的整定值实现选择性,两个断路器的瞬时脱扣电流之比/ins//ins2>1.5.为了保证全选择性,两台断路器的电流时间曲线不相交和重合。大故障电流时,若两曲线的水平部分无法保证不相交叉或重合,即上级断路器cb1的瞬时脱扣值/的右部不在另一个曲线的上部时,为实现全选择性,应采取如下措施:①一般使用带延时脱扣器的断路器,此方法仅限于终端配电,下级断路器作用限流型断路器;②使用选择性断路器,含义是:断路器脱扣器有一个固定的或可调的延时系统;系统和断路器应能承受延时跳闸时间内故障电流产生的热应力和电应力。

两台断路器级联配合,上级断路器的脱扣时间大于下级断路器,具有时间选择性的断路器总的分断时间应大于20ms,出现故障时,延时可达几百ms(见)。当系统(或断路器)在延时时间内无法承受大短路电流时,上级断路器cbi必须有高整定值的瞬时脱扣器(hin)。由上级断路器切断大故障电流。

限流断路器电弧电压高,可快速分断短路电流,因而限制了短路电流,同时短路电流值越大,限流作用及跳闸越快。

下级采用限流断路器可保证两级之间的选择性。采用这种技术,快速的限流作用能迅速清除故障电流,限制了系统中的热应力和电应力。

2.3逻辑选择性幅射式电网中各级断路器脱扣器之间可通过数据交换实现选择性跳闸(见)。其工作原理非常简单,当检测电流大于某脱扣器整定值时,即向上一级脱扣器发送逻辑等待命令,若上一级的断路器未接收到等待命令,则脱扣器瞬时动作。

使用这种系统无论哪一级发生故障,均能很快切除故障,逻辑选择性技术也可用于高压电网。

不同的选择性方法,通常可相互配合使用,以确保电网供电的可靠性。根据制造商提供的配合表进行选择性研究,能量选择性是一种新技术,大大简化了低压选择性跳闸的研究,有可能以*低费用实现各级线路之间的全选择性配合。

3能量选择性能量选择性是指下级断路器的限流使短路电流产生的能量被限制,且不足以使上级断路器脱扣装置动作。能量选择性技术是施耐德电气公司的一项专利技术,使compactns系列断路器具有了其他同类产品无可比拟的优点:其快速、高限流性能增加了装置的功率,短路电流越大限流性泛越强,相应的分断能力越大;限制了系统短路时产生的各种应力,降低了故障电流的持续时间和幅值。

3.工作曲线的选择通常情况下,用tb=/(/p)曲线,即电流-时间曲线来研究选择性,对于限流型断路器,当故障电流>25in时,需要采用能量曲线来研究(50hz时分断时间小于10ms)而且应按瞬态现象而不是周期现象进行选择性研究。为了理解能量选择性,需要作如下说明:断路器分断时的电流波形及相应的分断能量:b=i2dt(―般用表示)。

能量脱扣的灵敏度对应于电流脉冲,表示上述特性可用/2t=/(/p)曲线(见)。目前,iec60947-2规定了断路器使用这样的曲线。分断能量i2t值(即eb)的范围为104107(a2°s),对应的故障电流为1100ka,eb常用103量级,而电流为102量级。假设分断电流的前半周与正弦波的半周相等效,并与预期的短路电流具有相同的初始斜率,则分断能量为ip的函数,采用下述公式表达:或一步得出了分断时间tvb和限制的峰值电流值几。

中的平行斜线代表给定频率下的恒定的分断时间。t=20ms斜线对应于ip大于瞬时动作值以及小于触头排斥动作值的*普通的分断时带电子脱扣器断路器的tb=/和/2t=/(/p)间,则②分断能量是预期短路电流的函数;③触头排斥值/r(c点)④极限分断能力(f点)⑤分断时间tvb为短路电流的函数;⑥限流峰值为短路电流的函数;⑦10ms的电流值为限流开始值。

压力跳闸系统的压力是由电弧产生的能量引起的,并作用于断路器分断机构,只有当故障电流值高于动作值时才作用于跳闸。电弧能量使机构中的气体膨胀,顶开一个活塞使断路器跳闸(见0)。压力跳闸系统的作用:使选择性断路器具有自保护功能,提高了快速限流断路器的分断和工作可靠性。

0压力跳闸系统工作原理断路器正确配备压力跳闸系统后可以保证过电流>20in时,在不同额定值的断路器之间实现选择性。compactns限流断路器上使用了这种能量选择性跳闸技术。

4能量选择性的优点断路器中的脱扣器应有下述性能:减少故障电流产生的电动力,符合系统限制i以及i2t值要求;减少故障电流的干扰,降低线路电压降;4.1限流型断路器配压力跳闸系统压力跳闸系统与电磁或电子脱扣器配合可满足上述要求,1表明这种组合的“能量灵敏度”。i2t能量为定值,短路电流越大响应时间越短,限流断路器分断时通过的能量遵循图中的同一条曲线,但稍有偏移。

(1)电气系统中的应力。与前一代限流断路器比较后可知,系统中的电应力和热应力得到了限制,根据图当ip时,其分断时间为4ms;峰值电流为40ka;2t=8x105(a2s)。

1脱扣器综合曲线(电磁十压力或电子十压力)(2)跳闸可靠性。压力跳闸系统是短路保护分断机构的一部分,因此与断路器的额定电流有关。而无论是电磁式或电子式脱扣器均独立于压力跳闸系统,因此,增强了工作的可靠性。

电网中的短路产生的电压降持续时间与断路器分断时间有关,即电弧电压与电源电压相位相反,电流中断时结束。因此,电压降大小及持续时间与断路器(及脱扣器)的类型有关。2(a)为非限流型断路器,其电压降明显,将持续1015ms;限流断路器由于迅速产生高电弧电压,大大地减少电压降的幅值以及持续时间。2(b)中电压降持续时间约5ms,50%的额定电压值,其电流使触头产生排斥作用。较大短路电流值时,电压降为额定电压的30%,但持续时间降到34ms,短路电流越大,电压降及持续时间越小。因而对欠压释放线圈不起作用。

(4)选择性。严格地限制通过断路器能量使上级断路器不能跳闸,从而达到持续供电的目的。

4.2compactns断路器的选择性使用能量选择性技术时应正确选择上下级断路器以及相应脱扣器之间额定值之比,compactns系列断路器可实现极限分断能力以下的全选(b)高限流断路器2网络电压降与断路器类型的关系(1)全选择性。3分别选用630a,250a和100a3种断路器,3级供电系统采用不同的脱扣器后,可在100ka短路电流值以下时能实现全选择性。若选用compactns以后,全选择可达到150ka.选择性规则是:相邻两级断路器的额定值之比>2.5;脱扣器额定值之比>1.6.4两台之间的部分选择性(3)compactns级联技术。法国标准nfc15-100允许上级断路器帮助下级断路器分断大的短路电流值,其实质是上级断路器起着对大的短路电流的阻拦作用,从而使下级安装的断路器其分断能力可小于安装处的预期短路电流值,但也可将其短路电流分断。

4.3与传统保护设备的配合现有系统中,若采用高限流性能的compactns断路器替代现有的断路器,可提高选择性。

提高选择性等级,甚至实现全选择性;若安装在上级,则选择性等级至少等于以前的水平,但由于高限流能力,因而增强了级联性能。

5结论使用高限流性能的断路器,故障电流越大,分断速度越快,并通过一些简单的规则可在电网各级之间实现全选择性跳闸。本专利技术大大简化了选择性研究,极大地限制了由短路电流产生的电动力和热应力以及线路电压降,这是一种以能量为依据的新技术,通过控制断路器分断过程中能量实现选择性,该技术是对提高电网持续供电可靠性的一大贡献。





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