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一文带你深入了解:负荷开关熔断器组合电器的保护(经验总结)

民用建筑的10/0.4kV变电所设计中,对于变压器容量不大的情况下,高压侧经常采用负荷开关-熔断器组合电器作为保护,那么多大容量以上的变压器就不能采用这种保护方式呢?以及采用这种保护方式会有什么其他的问题,电气设计在线教学狄老师。

下面是对变电器高压侧采用负荷开关、熔断器保护的简单分析,希望大家对负荷开关熔断器组合电器的保护加深下了解,不恰当之处敬请指正,谢谢!

(1)采用负荷开关-熔断器组合电器(配有撞击器)

负荷开关-熔断器组合电器分为以下两种:

■ 一种是由一组三极负荷开关及配有撞击器的三只熔断器组成,任一只撞击器的动作都会引起负荷开关三极全部自动分闸;

■ 一种是由配有脱扣器的三极负荷开关和三只熔断器组成,由过电流脱扣器触发联动负荷开关的自动分闸。

对于这类安装有撞击器或过电流脱扣器的负荷开关,应该进行转移电流和交接电流的检验。下面来谈谈负荷开关+熔断器组合电器的转移电流和交接电流。

1)负荷开关-熔断器组合电器的转移电流

依据国标GB16926-2009《高压交流负荷开关-熔断器组合电器》对转移电流的定义为:

在熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值。

在出现三相短路故障时,故障电流会使熔断器件最快的一相熔化,成为首开极,熔断器的撞击器动作使负荷开关分闸,其余两极承受87%的故障电流,该故障电流由负荷开关开断,或者被剩下的两相熔断器开断。

也就是说,当预期短路电流低于转移电流时,首先开断极的电流由熔断器开断,而后两相电流由负荷开关开断;当预期短路电流高于转移电流时,三相短路电流均由熔断器开断。

2)额定转移电流和实际转移电流的确定

额定转移电流(Itn)是组合电气中负荷开关能够开断转移电流的最大均方根值(有效值)。

额定转移电流(Itn)由制造厂家提供,以施耐德SM6中压开关柜为例,其额定转移电流为1750A(三次开断能力)。

实际转移电流(Its),制造厂家往往未能提供,则需根据变压器容量和所采用的熔断器规格来计算确定,依据国标GB16926-2009《高压交流负荷开关-熔断器组合电器》,实际转移电流可以确定为:熔断器的最小时间-电流特性上弧前时间等于0.9To的电流值。以施耐德SM6中压开关柜为例,下图是SM6的熔断器时间-电流特性图:

熔断器时间-电流特性图

To:熔断器触发的负荷开关分闸时间,一般可取0.05s。

0.9To就是0.045s,那么在熔断器时间-电流特性图上时间轴上0.045s处画一条0.9To的时间线(图中蓝色线所示),那么这条时间线与熔断器电流曲线的相交点对应的电流值就是实际的转移电流值。

实际转移电流必须小于额定转移电流,即Its <Itn。以保证组合电器负荷开关的安全使用。

根据变压器容量、保护熔断器的规格和熔断器时间-电流特性图可以确定转移电流值如下:

常用变压器的转移电流表

由上表可知,1250kVA及以上变压器,其实际转移电流Its已经远远大于额定转移电流Itn(1750A)了,因此1250kVA及以上变压器不宜采用负荷开关-熔断器组合电器来保护了。

另外,630kVA及以上的变压器,其高压侧最大故障电流(Isc)已经小于实际转移电流(Its),当变压器低压侧端子直接短路时,将使高压侧产生较严重的瞬态恢复电压(TRV),因此对于630~1000kVA的变压器使用负荷开关-熔断器时,需要关注To对转移电流的影响,以避免产生瞬态恢复电压(TRV),保证组合电器中负荷开关的安全使用。

(2)采用负荷开关-熔断器组合电器(配过电流脱扣器)

因为负荷开关-熔断器组合电器配有过电流脱扣器,所以联动负荷开关开断的职责改由过电流脱扣器来完成,由负荷开关或是熔断器来承担开断职能的分析和以上一样,下面就简单谈一下。

1)负荷开关-熔断器组合电器的交接电流和额定交接电流

依据国标GB16926-2009《高压交流负荷开关-熔断器组合电器》对交接电流的定义为:两种过电流保护装置的时间-电流特性交点的电流值。

交接电流又包括最小交接电流和最大交接电流:

最小交接电流:对应于负荷开关最大开断时间和熔断器的最小弧前时间;

最大交接电流:对应于负荷开关最小分闸时间和具有最大额定电流熔断器的最大动作时间。

额定交接电流是组合电器中负荷开关能够开断交接电流的最大均方根值(有效值)。

在出现三相短路故障时,当预期短路电流低于额定交接电流时,熔断器把开断短路电流的功能交给负荷开关(配有过电流脱扣器)来承担,当预期短路电流高于额定交接电流时,开断短路电流的功能由熔断器承担。

2)负荷开关-熔断器组合电器的实际交接电流校验

实际交接电流需要小于额定交接电流,以保证组合电器中负荷开关的安全使用。

因为负荷开关-熔断器组合电器配有过电流脱扣器,负荷开关的开断时间还要加上过电流继电器的动作时间,因此要使得实际交接电流需要小于额定交接电流并非难事。

(3)文章总结

综上所述,在设计10/0.4kV变电所系统时,当采用负荷开关-熔断器组合电器保护变压器时,在采用撞击器脱扣方案时,应关注其实际转移电流和额定转移电流值,并进行校验;在采用过电流脱扣器方案时,应关注其实际交接电流和额定交接电流值,并进行校验,以保证组合电器中负荷开关的安全使用。

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