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斷路器選用的新看法

時間:2007-09-14 10:08:00來源:lijing

導(dǎo)語:?論述斷路器的選擇和應(yīng)用,以期拋磚引玉、去偽存真。
摘要:最近幾年,與不少斷路器的使用者相互磋商、探討,并在專業(yè)刊物上閱讀了一些斷路器選用的文章,感到收益很大,但又覺得斷路器的設(shè)計、制造者與它的用戶之間由于溝通、交流和宣傳不夠,致使電器產(chǎn)品的用戶在選擇低壓斷路器上還存在一部分偏失。據(jù)此,筆者擬再次論述斷路器的選擇和應(yīng)用,以期拋磚引玉、去偽存真。 關(guān)鍵詞:斷路器 選用 1、按線路預(yù)期短路電流的計算來選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰? 精確的線路預(yù)期短路電流的計算是一項極其繁瑣的工作。因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡捷計算方法: (1)對于10/0.4KV電壓等級的變壓器,可以考慮高壓側(cè)的短路容量為無窮大(10KV側(cè)的短路容量一般為200~400MVA甚至更大,因此按無窮大來考慮,其誤差不足10%)。 (2)GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》的2.1.2條規(guī)定:“當(dāng)短路點附近所接電動機的額定電流之和超過短路電流的1%時,應(yīng)計入電動機反饋電流的影響”,若短路電流為30KA,取其1%,應(yīng)是300A,電動機的總功率約在150KW,且是同時啟動使用時此時計入的反饋電流應(yīng)是6.5∑In。 (3)變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接(路),當(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時,原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當(dāng)原邊電壓為額定電壓時,副邊電流就是它的預(yù)期短路電流。 (4)變壓器的副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器的容量(KVA),Ue為副邊額定電壓(空載電壓),在10/0.4KV時Ue=0.4KV因此簡單計算變壓器的副邊額定電流應(yīng)是變壓器容量x1.44~1.50。 (5)按(3)對Uk的定義,副邊的短路電流(三相短路)為I(3)對Uk的定義,副邊的短路電流(三相短路)為I(3)=Ite/Uk,此值為交流有效值。 (6)在相同的變壓器容量下,若是兩相之間短路,則I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上計算均是變壓器出線端短路時的電流值,這是最嚴(yán)重的短路事故。如果短路點離變壓器有一定的距離,則需考慮線路阻抗,因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜),容量為200KVA,變壓器出線端短路時,三相短路電流I(3)為7210A。短路點離變壓器的距離為100m時,短路電流I(3)降為4740A;當(dāng)變壓器容量為100KVA時其出線端的短路電流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時,短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。 所以,用戶在設(shè)計時,應(yīng)計算安裝處(線路)的額定電流和該處可能出現(xiàn)的最大短路電流。并按以下原則選擇斷路器:斷路器的額定電流In≥線路的額定電流IL斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰Α菥€路的預(yù)期短路電流 因此,在選擇斷路器上,不必把余量放得過大,以免造成浪費。 2、斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\行短路分?jǐn)嗄芰? 國際電工委員會的IEC947-2和我國等效采用IEC的GB4048.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn),對斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌亩x: 斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu):按規(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件,不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ? 斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cs):按規(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件,包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Α? 極限短路分?jǐn)嗄芰cu的試驗程序為otco。 其具體試驗是:把線路的電流調(diào)整到預(yù)期的短路電流值(例如380V,50KA),而試驗按鈕未合,被試斷路器處于合閘位置,按下試驗按鈕,斷路器通過50KA短路電流,斷路器立即開斷(OPEN簡稱O)并熄滅電弧,斷路器應(yīng)完好,且能再合閘。t為間歇時間(休息時間),一般為3min,此時線路處于熱備狀態(tài),斷路器再進(jìn)行一次接通(CLOSE簡稱C)和緊接著的開斷(O)(接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩(wěn)定性和動、靜觸頭因彈跳的磨損)。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)?,熄滅電弧,并無超妯規(guī)定的損傷,就認(rèn)定它的極限分?jǐn)嗄芰υ囼灣晒Γ?斷路器的運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu)的試驗程序為otco t co,它比Icu的試驗程序多了一次co。經(jīng)過試驗,斷路器能完全分?jǐn)唷⑾珉娀?,并無超出規(guī)定的損傷,就認(rèn)定它的額定進(jìn)行短路分?jǐn)嗄芰υ囼炌ㄟ^。 Icu和Ics短路分?jǐn)嘣囼灪?,還要進(jìn)行耐壓、保護(hù)特性復(fù)校等試驗。由于運行短路分?jǐn)嗪螅€要承載額定電流,所以Ics短路試驗后還需增加一項溫升的復(fù)測試驗。 Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核的條件不同,后者比前者更嚴(yán)格、更困難,因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個或三個值,分別是25%、50%、75%和100%Icu(對A類斷路器即塑殼式)或50%、75%、100%Icu(對B類斷路器,即萬能式或稱框架式)。斷路器的制造廠所確定的Ics值,凡符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。 萬能式(框架式)斷路器,絕大部分(不是所有規(guī)格)都具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護(hù)功能,能實現(xiàn)選擇性保護(hù),因此大多數(shù)主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主(保護(hù))開關(guān),而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能(僅有過載長延時和短路瞬動二段保護(hù)),不能作選擇性保護(hù),它們只能使用于支路。 由于使用(適用)的情況不同,IEC92《船舶電氣》建議:具有三段保護(hù)的萬能式斷路器,偏重于它的運行短路分?jǐn)嗄芰χ担罅渴褂糜诜种Ь€塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。 我們對此的理解是:主干線切除故障電流后更換斷路器要慎重,主干線停電要影響一大片用戶,所以發(fā)生短路故障時要求兩個CO,而且要求繼續(xù)承載一段時間的額定電流,而在支路,經(jīng)過極限短路電流的分?jǐn)嗪驮俅蔚暮稀⒎趾?,已完成其使命,它不再承載額定電流,可以更換新的(停電的影響較小)。但是,無論是萬能式或塑殼式斷路器,都有必須具備Icu和Ics這兩面三刀個重要的技術(shù)指標(biāo)。只有Ics值在兩類斷路器上表現(xiàn)略有不同,塑殼式的最小允許Ics可以是25%Icu,萬能式最小允許Ics是50%的Ics=Icu的斷路器是很少的,即使萬能式也少有Ics=100%[國外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分?jǐn)啵c)技術(shù)的塑殼式斷路器,它的限流性能極好,分?jǐn)嗄芰Φ脑6群艽?,可做到Ics=Icu,但價格很高]。我國的DW45智能型萬能式斷路器的Ics為62.5%~65%Icu, 國際上,ABB公司的F系列,施耐德的M系列也不過是70%左右,而塑殼式斷路器,國內(nèi)各種新型號,Ics大抵在50%~75%Icu之間。 有些斷路器應(yīng)用的設(shè)計人員,按其所計算的線路預(yù)期短路電流選擇斷路器時,以斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰砗饬?,由此判定某種斷路器(此斷路器的極限短路能力大于線路預(yù)期短路電流,而運行短路分?jǐn)嗄芰t低于計算電流)為不合格。這是一個誤解?!? 3、斷路器的電氣間隙與爬電距離 確定電器產(chǎn)品的電氣間隙,必須依據(jù)低壓系統(tǒng)的絕緣配合,而絕緣配合則是建立在瞬時過電壓被限制在規(guī)定的沖擊耐受電壓,而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時過電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。因此: (1)電器的額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定電壓 (2)電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓 (3)電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓 基于以上三原則,電器的額定沖擊耐受電壓(優(yōu)先值)Uimp就與電源系統(tǒng)的額定電壓所確定的相對地電壓的最大值和電器的安裝類別(過電壓類別)等有很大的關(guān)系:相對地電壓值越大,安裝類別越高[分為I(信號水平級)、Ⅱ(負(fù)載水平級)、Ⅲ(配電水平級)、Ⅳ(電源水平級)],額定沖擊電壓就越大。例如相對地電壓為220V,安裝類別為Ⅲ時,Uimp為4.0KV,要是安裝類別為Ⅳ,Uimp為6.0KV。電器產(chǎn)品(例如斷路器)的Uimp為6.0KV污染等級3級或4級,其最小的電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1和我廠的HSM1系列塑殼斷路器的電氣間隙均為5.5mm(安裝類別Ⅲ),只是用于電源級安裝,如DZ20系列的800以上規(guī)格,Uimp為8.0KV,電氣間隙才提高到≥8mm。而產(chǎn)品的實際的電氣間隙,如HSM1系列,Inm(殼架等級電流)=125A時,電氣間隙為11mm,160A為16mm,250A為15mm,400A為18.75mm,630和800A均為300mm,都大于5.5mm。 關(guān)于爬電距離,GB/T14048.1《低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備 總則》規(guī)定:電器(產(chǎn)品)的最小爬電距離與額定絕緣電壓(或?qū)嶋H工作電壓)、電器產(chǎn)品使用場所的污染等級以及產(chǎn)品本身使用的絕緣材料的性質(zhì)(絕緣組別)有關(guān)。例如:額定絕緣電壓為660(690)V,污染等級為3,產(chǎn)品使用的絕緣材料組別為Ⅲa(175≤cti〈400,CTI為絕緣材料的漏電起痕指數(shù)),最小爬電距離為10mm。上面所提到塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過規(guī)定的數(shù)值。 綜上所述,如果電器產(chǎn)品的電氣間隙和漏電距離,達(dá)到絕緣配合要求,就不會因為外來過電壓或線路設(shè)備本身的操作過電壓造成設(shè)備的介質(zhì)電擊穿。 GB7251.1-1997《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第一部分:型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備》(等郊于IEC439-1:1992),對絕緣配合的要求與GB/T14048.1是完全一樣的。 有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排,其相與相之間的(空氣)距離應(yīng)大于12mm,有的甚至提出斷路器的電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理的,它已經(jīng)超出了絕緣配合的要求。 對于大電流規(guī)格,為了避免在出現(xiàn)短路電流時產(chǎn)生電動斥力,或是大電流時導(dǎo)體發(fā)熱,為了增加散熱空間,因而適當(dāng)加寬相間的空間距離也是可以的。此時無論是達(dá)到12mm或20mm,都可由成套電器制造廠自行解決,或請電器元件廠提供有彎頭的接線端子或聯(lián)結(jié)板(片)來實現(xiàn)。 一般斷路器出廠時,都提供電源端相間的隔弧板,以防止電弧噴出時造成相間短路。零飛弧的斷路器為防開斷短路電流時有電離分子逸出,也安裝這種隔弧板。如果沒有隔弧板,則對裸銅排可包扎絕緣帶,其距離應(yīng)不小于100mm。 4、四極斷路器的應(yīng)用 關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用,目前國內(nèi)還沒能對國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程之類作硬性的使用要求的規(guī)定,雖然地區(qū)性四極電器(斷路器)的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)出臺,但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進(jìn)行中,某些地區(qū)的使用近年來出現(xiàn)一窩蜂的趨勢,各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計,制造各種型號的四極斷路器投放市場。 筆者同意一種意見,就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準(zhǔn),因此大體上是: (1)TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中,N線與保護(hù)線PE合二為一(PEN線),考慮安全,任何時候不允許斷開PEN線,因此絕對禁用四極斷路器; (2)TT系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)可使用四極斷路器,以便在維修時保障檢修者的安全,但是TN-C-S和TN-S系統(tǒng),斷路器的N極只能接N線,而不能接PEN或PE線; (3)裝設(shè)雙電源切換的場所,由于系統(tǒng)中所有的中性線(N線)是通聯(lián)的,為了確保被切換的電源開關(guān)(斷路器)的檢修安全,必須采用四極斷路器; (4)進(jìn)入住宅的單相總開關(guān),宜選用帶N極的二極斷路器(檢修時作隔離器之用) (5)用于380/220V系統(tǒng)的剩余電流保護(hù)器(漏電斷路器),中性線必須穿越保護(hù)器的零序電流互感器(鐵心),防止無中性線的穿過,使220V的負(fù)載有泄漏電流而誤動作,此時應(yīng)選用四極或帶中性線的二極剩余電流保護(hù)器。

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