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                                    供電中的熔斷器保護

                                    發布時間:2016/2/28 2:13:05 閱讀次數:

                                    本文是為研究熔斷器的人摘錄的。

                                    研究熔斷器的問題時必須研究供電系統是如何使用熔斷器的。一是有的放矢。二是結合實際應用中的問題對癥下藥。否則叫做閉門造。

                                    1、短路電流的計算

                                    文本框: 供電系統中歐姆法短路電流計算。

                                    有兩個實際計算,一 撫順電瓷廠的電源進口處的短路電流為3.2KA。電瓷廠配件公司變電所入口的短路電流為2.5KA。(撫順地區電網容量為200MVA,最大短路電流12.5KA)

                                    二 沈陽某電力堪測設計院有兩個工程師,計算沈陽第一變電工區某處短路電流具有56KA。因為我看過這個變電工區?;卮鹚麄兡銈兯沐e了。這個工區最大短路電流不到5KA。就是兩臺三萬一千五的變壓器并聯運行也不到5.6KA。何況環網運行呢?你們算錯了(其實最大并聯運行只有3.4KA)。

                                    環網運行是為了降低最大短路電流,增加末端短路電流,為的是熔斷器能良好運行。

                                    2、工廠及民用供電系統的熔斷器保護

                                    2-1保護裝置的任務和要求

                                    一、概述

                                    為了保證工廠及民用供電系統的安全運行,避免過負荷和短路的影響,所以在工廠及民用供電系統中裝置數量不同類型的保護裝置。

                                    工廠及民用供電系統中的保護裝只有;熔斷器保護,自動開關保護和繼電保護。

                                    熔斷器保護,適用于高低壓供電系統。由于其裝置簡單經濟,所以在工、民用供電系統中應用非常普遍。但是他的斷流能力較小,選擇性較差,且熔體熔斷后更換不便,不能立即恢復供電,因此要求供電可靠性較高的場所不宜采用。

                                    自動開關保護,適用于要求供電可靠性較高和操作較靈活方便的低壓供電系統中。

                                    繼電保護裝置是用于要求供電可靠性較高、操作靈活方便的、特別是自動化程度較高的高壓供電系統中。

                                    繼電保護裝置再過負荷動作時,一般只發出報警信號,引起值班人員注意,以便及時處理;而在短路時相應高壓處跳閘。切除故障。

                                    二、對保護裝置的要求

                                    供電系統對保護裝置有下列要求

                                    (1)選擇性  當供電系統發生故障時,只離故障點最近的保護裝置動作,而供電系統的其他部分仍然正常運行。如果供電系統發生故障時,離故障點近的保護裝置不動作(叫據動)。而離故障點遠的保護裝置動作(叫越級動作)。這就叫“失去選擇性”。

                                    (2)述動性  為了防止故障擴大,減輕其危害程度,并提高電力系統運行的穩定性,因此在系統發生故障時,保護裝置應盡快地動作,切出故障。

                                    (3)可靠性  保護裝置在應該動作時,就必須動作,不應該據動。而在不該動作時,就不該誤動作。否則就不可靠。

                                    (4)靈敏度 這是表征保護裝置對保護區域內故障和不正常工作狀態反應能力的一個參數。用保護裝置所保護區域內在供電系統為最小運行方式時的最小短路電流Idmin(一般采用保護區域末端的Id2)與保護裝置動作電流換算到一次電路值I1.dz 的比值來表示。這一比值叫做保護裝置靈敏度,即

                                    Klm =Idmin /I1.dz

                                    2-2、熔斷器保護

                                    一、熔斷器在供電系統中的配置

                                    熔斷器在供電系統中的配置,應符合選擇性保護的原則,也就是熔斷器要配置的能使故障范圍縮小到最低限度。此外,還要考慮到經濟性,供電系統中配置的熔斷器的數量盡量減少。

                                    圖 是放射性供電系統中熔斷器配置的合理方案,即滿足了保護選擇性的要求,又配置的數量較少。熔斷器5RD用來保護電動機及其支線。當d-5處短路時,5RD熔斷。熔斷器4RD主要用來保護動力配電箱母線。當d-4短路時,4RD熔斷。同理,熔斷器3RD主要用來保護配電干線。2RD主要用來保護低壓配電屏母線。

                                    文本框: 1RD主要用來保護電力變壓器及其電纜。在d-1~d-3處短路時也都是靠近短路點的熔斷器熔斷。

                                     

                                    二、熔斷器熔體電流的選擇與效驗

                                    (一)線路熔斷器保護的熔體電流選擇

                                    線路熔斷器保護的熔體電流選擇有以下兩個條件。

                                    (1)熔體額定電流IRT 應不小于線路的計算電流Ijs。

                                    (2)熔體額定電流I RT還應躲過線路的尖峰電流Ijs 以使在線路出現正常尖峰電流時也不致熔斷。

                                             IRT>= K·Ijf

                                    K--小于1的計算系數。按《工廠電力設計技術規范》規定。電動機啟動時間t<3s時,取K=0.25~0.4;t=3~8s時,取K=0.35~0.5;t >8s時,或者為頻繁啟動,反接制動情況時,取K=0.5~0.6.

                                    按照《電氣自動控制系統》要求,挖掘機、軋鋼機過載時最大尖峰電流是額定電流的14~16倍。

                                    (二)、變壓器熔斷器保護的熔體電流選擇

                                    6~10KV的降壓變壓器,凡容量在1000KVA及以下,而供電可靠性要求不高時都可采用熔斷器保護。其熔體額定電流可取為變壓器額定一次電流的1.4~2倍,即

                                    IRT=(1.4~2)I1e.R                   上式以考慮到下列要求:

                                    1、熔體電流要躲過變壓器允許的長期過負荷電流。按規定,變壓器在負荷系數長期較低的情況下,可允許正常過負荷20~30%,而在事故情況下運行時允許的過負荷更多。

                                    2、熔體電流要躲過變壓器正常的尖峰電流,包括電動機的起動電流和變壓器的激磁涌流,這兩種電流都是衰減的過渡性電流。

                                    變壓器的激磁涌流,又叫空載合閘電流,是在變壓器空載投入或外部故障切除后電壓突然恢復的過渡過程中產生的一個電流。當變壓器突然加上電壓時,由于變壓器鐵心中的磁通不能突變,也就是磁通(Φ)在加壓初瞬間(t=0)仍維持為零,從而與三相電路發生突然短路一樣,鐵心中同時產生兩個磁通:一個符合磁路歐姆定律的同期分量ΦZ(與突然短路時產生的短路電流周期分量iz相似);一個符合電磁感應定律的非周期分量Φf-z(與突然短路時產生的短路電流非周期分量if-z相似)。這兩個磁通在t=0時大小相等,極性相反,使合成磁通Φ=0,如圖6-2所示。經半個周期(t-0.01s)后,合成磁通Φ達到最大值(相當于短路沖擊電流為短路全電流的最大瞬時值)。這時鐵心嚴重飽和,激磁電流迅鼓掌增大,可達額定電流的810倍,形成激磁涌流。圖6-2表示出激磁涌流的形成過程。激磁涌流中含有數值很大的非周期分量,而且衰減較慢(與短路電流非周期分量相比),因此其波形曲線在過渡過程中相當長的一段時間內都偏向時間軸的一側熔斷器的熔體電流如果不躲過激磁涌流,就可能在變壓器空載投入或電壓突然恢復時使熔斷器熔斷(誤動作)。表6-1列出1000KVA及以下的變壓器配用RN1型和RW4型高壓熔斷器的規格一覽表,供選擇變壓器熔斷器保護參考。

                                    變壓器容量KVA

                                     

                                    100

                                    125

                                    160

                                    200

                                    250

                                    315

                                    400

                                    500

                                    630

                                    800

                                    1000

                                    1250

                                    2000

                                    高壓側額定電流A

                                    6KV

                                    9.6

                                    12

                                    15.4

                                    19.2

                                    24

                                    30.2

                                    33.4

                                    48

                                    60.576.3

                                     

                                    96

                                    120

                                    1925

                                    10kv

                                    5.3

                                    7.2

                                    0.3

                                    11.6

                                    14.4

                                    18.2

                                    23

                                    29

                                    38.5

                                    45.2

                                    58

                                    722

                                    115

                                    RN1型熔斷器
                                    IRD/IRT,A

                                    6KV

                                    20/20

                                     

                                    75/30

                                     

                                    75/40

                                    75/50

                                    75/75

                                     

                                    100/100

                                     

                                    150

                                    200

                                    350

                                    10kv

                                     

                                    20/15

                                     

                                    20/20

                                     

                                    50/30

                                    50/40

                                    50/50

                                    100/75

                                     

                                    100/100

                                    125

                                    200

                                    RW4型熔斷器IRD/IRT,A

                                    6KV

                                    50/20

                                     

                                    50/30

                                    50/40

                                     

                                    50/50

                                    100/75

                                     

                                    100/100

                                    200/150

                                     

                                     

                                     

                                    10KV

                                    50/15

                                     

                                    50/20

                                     

                                    50/30

                                    50/40

                                     

                                    50/50

                                    100/75

                                     

                                    100/100

                                     

                                     

                                    三、熔斷器保護靈敏度的校驗

                                    為了保證熔斷器在其保護范圍內發生最輕微的短路故障時能可靠熔斷,熔斷器必須按下式進行校驗;

                                               Id,min>=(4~7)IRT

                                    式中   Id,min---熔斷器保護范圍內末端的單項短路電流或兩相短路電流。對保護變壓器的高壓熔斷器來說,Id,min  取為低壓側母線的兩相短路電流折合到高壓側之值;

                                          IRT----熔斷器的熔體電流;

                                    4~7為保證熔體可靠動作的靈敏度系數,在線路電壓為380V,IRT<100A時,取7;IRT=125A時,取6.4;IRT=160A時,取5;IRT=200A時,取4;電力變壓器保護也取4。

                                    四、熔斷器的選擇和校驗

                                    選擇熔斷器時應滿足下列條件;

                                    1、熔斷器的額定電壓應不低于線路的額定電壓。

                                    2、熔斷器的額定電流應不小于它所裝設的熔體額定電流。

                                    3、熔斷器的類型應符合安裝條件(戶內和戶外)及被保護的技術要求。

                                    4、熔斷器的斷流能力應進行校驗;

                                    (1)對有限流作用的熔斷器(如RN1\RT0等)由于它能在短路電流達到沖擊值之前完全熄滅電弧,因此只需要滿足下列條件;

                                              Idl>I”(2)

                                              Sdl>S”(2)

                                    (2)對無限流作用的熔斷器(如RM4、RM10等)由于它不能在短路電流達到沖擊值之前熄滅電弧,因此需要滿足下列條件:

                                    IdlIeq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj     (6-8

                                            S dlSeq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj     (6-9)

                                    式中Ieq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj 和Seq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj ——熔斷器安裝地點的三相短路沖擊電流有效值(即三相短路電流第一個周期有效值)及它所    對應的短路容量,Seq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj =U pj·Ieq \o(\s\up 10(3),\s\do 4(cj ))(3)cj

                                    3)對規定了斷流容量上下限的熔斷器(如RW4等跌落式熔斷器)其斷流容量的上限按上述式(6-8)或式(6-9進行驗算;其斷流容量的下限,在小接地電流系統中,應按此熔斷器所保護的線路末端發生兩相短路的短路容量進行驗算,滿足的條件為

                                    Idl·min=Sdl·min/U pjIeq \o(\s\up 10(2),\s\do 4( d ))(2) d

                                        Sdl·minU pj·Ieq \o(\s\up 10(2),\s\do 4( d ))(2) d     (6-10

                                    式中Idl·min Sdl·min——熔斷器的分斷電流和斷流容量下限;

                                    Ieq \o(\s\up 10(2),\s\do 4( d ))(2) d ——熔斷器的保護線路末端發生兩相短路的短路電流;

                                    U pj——熔斷器的安裝地點的線路平均額定電壓。

                                    五、熔斷器之間的選擇性配合

                                    選擇性配合,就是在線路上發生故障時,靠近故障點的熔斷面器最先熔斷,切除故障部分,從而使系統的其它部分迅速恢復正常運行。

                                    這里介紹按熔斷器的保護特性曲線來校驗前后兩熔斷器是否選擇性配合的方法。

                                    如圖6-3a所示線路中,設支線l-2的首端d點發生三相短路,三相短路電流Id要通過2RD1RD。但是根據保護選擇性的要求,應該是2RD的熔體先熔斷,切除故障線路l-2。但是熔體實際熔斷的時間與其標準保護特性曲線所查得的熔斷時間可能有±50%的誤差。從最不利的情況考慮,設d點短路時,1RD的實際熔斷時間teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(1))' 1比由標準保護特性曲線查得的時間t150%(有負誤差),即teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(1))' 1=0.5teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(1))' 1,而2RD的實際熔斷時間teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(2))' 2又比由標準保護特性曲線查得的時間t250%(有正誤差),即teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(2))' 2=1.5 t2。這時由圖6-3b可以看出,要保證前后兩熔斷器的動作選擇性,必須滿足的條件是:teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(1))' 1 >teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(2))' 2,即0.5 teq \o(\s\up 9(' ),\s\do 3(1))' 1>1.5 t2,因此

                                    t1>3t2                                             

                                    上式說明:在后一熔斷器出口發生最嚴重的短路時,前一熔斷器根據保護特性曲線得出的熔斷時間,至少應為后熔斷器根據保護特性曲線得出的熔斷時間的3倍,才能保證前后兩熔斷器動作的選擇性。如果不能滿足這一要求時,則應交前一熔斷器的熔體電流提高12級,再進行校驗。

                                    6-3a

                                    本文節選于1980年原兩部及教育部聯合審定的,劉介才編寫的《工廠供電》。

                                    限流熔斷器有三種情況不能開斷;

                                    1、    電容器在充放電過程中如果限流熔斷器熔斷。這時限流熔斷器不能開斷,因為限流熔斷器的弧電感同電容發生諧振,電流不過零不會產生零休。

                                    2     電動機起動或過載時。限流熔斷器如果熔斷也不能開斷電路。因為這時電動機的電流上升率極大,感抗變化極大。限流熔斷器的感抗改變不了電路中的相位,同樣制造不了零休。

                                    3     當電路中發生限流熔斷器熔化式過載時。限流熔斷器也不能開斷電路。因為這時限流熔斷器內部不能產生電弧鏈,沒有電弧鏈的感抗轉變過程。也就不能制造零休。而且持續電壓不低于熔化時能重燃。

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