01 前言
在中压系统中,断路器是不可或缺的主要元件,而真空断路器在国内占据着统治地位,因此,一个正确的电气设计是与正确选择真空断路器分不开的。这一讲我们来谈谈如何正确选择真空路器以及在真空断路器选择中常见的误区。
02 开断短路电流的能力不必过高
断路器开断短路电流的能力不必过高,但应有余量,以便满足今后因电网增容而造成短路电流增加的需要。但平时在电气设计时,断路器选择的开断能力过大,例如,在用户的末端配变电站,10kV系统中,10kV母线短路电流大多在10kA 左右,容量稍大的系统的短路电流可达16kA,但在电气设计图上,看到的真空断路器开断短路电流的能力动辄为31.5kA, 有的要求开断电流达40kA, 这样大的开断能力会造成投资的浪费。在上述情况下,断路器开断能力可为20kA 或25kA 就足够了。不过目前开断31.5kA的真空断路器需求批量大,制造成本及价格降低,反而普及程度较高。
在电气设计中,所进行的短路电流的计算,一般是偏大的,究其原因是在计算时忽略了电力系统的阻抗,以及回路系统中接头电阻等因素。当然,断路器开断能力一定要按照最大可能出现的短路电流考虑,但短路保护整定值不能按照最大短路电流作为整定基础。因为短路时往往出现电弧,电弧电阻很大,设计计算时,把短路看成纯金属性三相短路,没有电弧的发生,也不存在回路接头电阻。在短路故障的实际统计中,实际上80%以上是单相短路,而且短路发生时都伴随着电弧出现,这样短路电流比理想状态下的短路电流小很多。如果短路保护整定值过大,从而造成保护灵敏度降低或瞬动保护的拒动。在工程实际中,往往出现的不是断路器不能开断的问题,而是整定值过大,保护元件不起动的问题。顺便提醒一句,纯金属三相短路基本不会发生,只有在维修后接地线尚未拆除就合闸才出现此种情况,但接地都采用接地开关或接地手车,而且都有连锁功能,很难出现纯金属短路情况的发生。
在电气设计施工图中,最经常出现的情况是总进线断路器开断能力比馈线回路断路器开断能力大一级,这倒没有必要。总开关担负母线短路故障开断,分开关担负馈线回路短路故障开断,但在靠近馈线断路器负载处,由于离母线非常近,短路电流与母线短路电流相差不大,因此,总开关与分开关的开断能力应一致。
03 断路器电气寿命及机械寿命要求不必过高
此处所说的电气寿命,并不是平时所说的带额定电流或一定负载电流按规定时间间隔循环断开的次数,而是指断开短路电流的若干次数而不必维修。此种断开次数国家并无规定,一般生产厂家断开30次短路电流即可。有些厂家的产品断开50次,在用户工程招标过程中,经常看到对断路器的开断短路电流的次数有过高的要求,曾有某招标文件中技术参数要求12kV线路保护用真空断路器开断额定短路电流100次,要求机械寿命100000次,断开额定电流20000次,这些要求有点离谱了。过高的短路电流开断次数实在没有必要,短路故障是电气中的重大故障,发生一次短路故障应看作重大事故,要查清原因,提出改措施,避免以后发生类似事故。因此,在断路器的有效工作年限,不过是断开短路故障几次罢了。系统电压越高,短路故障的危害越大,但发生短路故障的概率越低。由此可见,中压断路器有断开30次短路故障的能力足够了。中压断路器开断短路的型式试验费用不菲,12KV的真空断路器每开断一次短路电流目前收费的价格为人民币为1万元左右,过多的开断试验,费用太高,也没有必要。是否开断次数越多,开断能力越好呢?这又是认识的误区。真空断路器进行短路开断试验,关键在开始的前十次,只要前十次能够开断规定的电流,接下来问题就不大了。据型式试验的统计数据表明,开断短路试验前十次,断路器出现的问题的概率最高,随着开断次数的增加,故障概率逐步下降,当开断30次试验后,再做开断试验出现故障的概率几乎为零。因此,能够开断30次不能说明它不能开断50次,只是不必做无谓的试验了。
对于真空断路器的机械寿命,要求高也无必要,M1 级本来不小于2000 次 ,M2级不过10000次,现在生产厂家若进行机械寿命大竞赛,一家产品25000次,另一家产品十万次。在招投标中,也是互相比机械寿命的高低,这对于配电用真空断路器毫无意义,但一些特定场合,如经常投切电动机,经常投切电弧炉、自动电容补偿回路的频繁投切等的场合,采用真空接触器更好(中压电容器回路的投切常用 SF6断路器),接触器的机械及电气寿命达百万次以上(它的电气寿命是以开断额定电流而非短路电流来衡量的),何必在断路器的机械寿命上较劲呢。
04 其他电气参数的过高要求
断路器的短时耐受电流是指在短路期间,断路器承受短路电流的热稳定的能力,它与温升不是一个概念,温升试验是在长时间通过额定电流或规定电流时,断路器有关各点的温升 不能超过一定值。断路器的短时耐受电流一般按3s 的时间试验,在此时间内,短路电流产 生的热量不能对断路器造成损伤。断路器热稳定能够持续3s 时间足够了,理由是,短路发 生后,为了保护选择性的需要,可能按时间阶梯进行延时跳闸,定时保护时,相邻断路器跳 闸间隔为0.5s 即可保证动作的选择性,如果断路器相差两级,跳闸延时为1s, 如果相差三 级,跳闸延时为1.5s, 现断路器能够承受3s 的短路电流,已经足够,但有的用户或电气设 计人员一定要求热稳定能力为5s, 实在无此必要了。
断路器的动静触头在合闸过程中,容易弹跳,如果弹跳时间过长或者三相合闸不同期时 间较大,断路器动静触头间容易发生击穿重燃,重燃使回路发生充放电过程,过电压陡度增 加,幅值增大,此过电压称之为触头重燃过电压,这种过电压的危害甚至超过真空断路器的 截流过电压,对变压器及电动机的匝间绝缘造成威胁,因此断路器动静触头的弹跳时间及三 相不同期时间不超过2ms, 目前断路器的参数均按此参数生产,有的用户要求上述时间小于 2ms, ,要求不超过1ms, 实在超过了目前技术水平。
05 真空灭弧室起步电流过大所带来的负面问题
中压真空断路器的真空灭弧室起步电流为630A, 目前有的厂家630A的也不生产了,起步电流最小为1250A,造成这种情况的原因与真空灭弧室的制造有关。但也带来一系列负面问题:由于真空灭弧室起步电流太大,由这种真空灭弧室组装的真空断路器起步电流必须与真空灭弧室一致,这样一来,断路器的极柱、极柱上的插接头以及开关柜上的定触头等配套件都必须与真空灭弧室电流保持一致。这样,在大多数情况下造成有色金属材料的严重浪费。例如,12kV真空断路器所带回路只是一台1000kVA的变压器,变压器10kV侧额定电流只有57.7A, 真空灭弧室额定电流1250A起步,因此,回路断路器为1250A。这样,断路器所有配件额定电流均不小于1250A, 开关柜中的定触头额定电流也不小于1250A, 造成有色金属的极大浪费。这还不算,更浪费的是开关柜中的主回路导体的载流量用户或电气设计人员坚持要求与断路器保持一致,也就是回路导体载流能力按1250A考虑,实际上只要载流60A,回路最小截面通过动热稳定校验合格即可,回路导体有很大的节约空间。
文章图片转载于网络,仅供学习与交流,非商业用途,版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们立即整改删除
手机:17791397529、17702978379 电话:029-68511195、84981926
邮件:hrkg2019@163.com