火力發電廠中對不要求自起動的Ⅱ、Ⅲ類電動機和不能自起動的電動機一般設置0.5時限的低電壓保護;長沙低壓熔斷器對于1類電動機,當裝有自動投入的備用機械時,或未保證人身和設備安全,在電源電壓長時間消失后須自動切除時,均應裝設9-10s的低電壓保護。F-C回路中低電壓保護構成方法如下:一是對真空接觸器由直流或直接由交流220V控制情況,由接于F-C柜上的綜合保護裝置通過檢測來自于母線TV的電壓信號實現,接點作用于接觸器跳閘;二是對接觸器通過降壓變壓器(由一次回路直接降壓)交流控制情況,電保持型的真空接觸器本身具有低電壓保護功能,機械保持型的真空接觸器仍由接于F-C柜上的綜合保護裝置通過檢測來自于母線TV的電壓信號實現。定制低壓熔斷器由綜合保護裝置實現的低電壓保護設為兩段。低壓電保護一段動作電壓為動作時限為9s。式中Un為系統的額定電壓。斷相(不平衡)運行保護。FC回路故障時,由于熔斷器可能出現單相熔斷,為防止三相電壓不平衡的危害,FC回路需裝設此保護。目前F-C開關柜所采用的熔斷器均要求配撞擊器,撞擊器可實現上述保護撞擊器的作用是熔斷器熔斷時立即動作聯跳接觸器,避免設備非全相運行。
為防止撞擊器在動作時不可靠,產生斷相運行對設備造成危害,通常綜合保護裝置中還另外裝設斷相保護,與其出口動作接觸器,形成雙重保護。綜合保護裝置中斷相保護一般通過反映負序電流的變化而動作。定制低壓熔斷器為變壓器供電的F-C回路保護配置,F-C回路供電的變壓器,其容量一般在200kVA以下,應裝設有電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、負序電流保護、接地保護、斷相保護、瓦斯保護(僅對油浸變壓器適用)、溫度保護(僅對干式變壓器適用)。(1)電流速斷保護。用作變壓器繞組的相間短路故障、中性點接地側繞組的接地故障以及引出線的相間故障、中性點接地側引出線的接地故障。(2)過流保護。用作變壓器及相鄰元件的相間短路故障保護。(3)過負荷保護。用作變壓器的對稱過負荷保護。(4)負序電流保護。用作變壓器負載不平衡、變壓器內部短路故障和外部的不對稱短路故障。(5)接地保護。長沙低壓熔斷器變壓器中性點直接接地時,用零序電流保護構成變壓器的接地保護,用作變壓器外部接地故障和中性點直接接地繞組、引出線接地故障的后備保護。變壓器中性點不接地時,可用零序電壓保護構成變壓器的接地保護。
近年來國內外研制了一系列的微機型綜合保護裝置,這些裝置的特點恰好適應了F-C回路對保護的要求,下面針對電動機和低壓變壓器的保護分別加以分析和說明。定制低壓熔斷器為電動機供電的F-C回路保護配置,F-C回路供電的電動機,其容量一般在200kW以下,通常裝設有下列保護:電流速斷保護、過負荷保護、負序過流保護、單相接地保護、起動時間過長保護和低電壓保護。此外,由于FC回路有單相斷線可能(熔斷器一相熔斷),還應有斷相(不平衡)保護。(1)電流速斷保護。作為電動機定子繞組和回路供電電纜相間短路故障的保護。綜合保護裝置保護定值可設定速斷高值與速斷低值,高值為電動機起動過程中的速斷定值,低值為電動機起動完成后,正常運行中的速斷定值。電動機起動時間可在定值中設置,從而提高速斷保護的靈敏度。(2)過負荷保護。主要用于防止電動機運行中因過負荷、不對稱過負荷、斷線等引起的過熱,可作為保護的后備。(3)負序過流保護。作為電機電流不平衡的一種保護,電動機起動結束保護自動投入。
擴散是弧柱內自由電子、正離子逸出弧柱以外,到周圍冷介質中去的過程。擴散是由于帶電質點的不規則熱運動,以及空間電荷的分布不均勻,使電弧中的高溫離子由密集的空間向密度小,溫度低的方向擴散。定制低壓熔斷器電弧和周圍介質的溫度差以及離子濃度差越大擴散作用也越強。擴散出來的離子,因冷卻而相互結合,成為中性質點顯然,如果游離過程大于去游離過程,電弧將繼續燃燒,并越燒越旺,如果去游離過程大于游離過程,電弧便越來越小,最后電弧將熄滅。由此分析,熄滅電弧的基本方法是設法冷卻電弧,設法加強復合和擴散形成的去游離過程。高壓限流熔斷器熄滅電弧的基本原理,就是當熔體元件熔化而出現電弧后,迫使電弧深入到周圍填料石英砂構成的縫隙中去,根據狹縫滅弧原理,電弧與石英砂緊密接觸,使電弧急劇冷卻,從而迫使電流急劇下降到零。當預期電流非常大,熔體元件熔化、蒸發、出現間隙及電弧時,這一過程在非常短的時間之內就已經完成,熔體元件在來不及向周圍填料石英砂傳熱的情況下,就已經熔斷并形成電弧。
單相接地短路保護。變壓器回路的單相接地短路保護系針對變壓器低壓側單相接地短路的保護,該保護應裝設下列保護之一:裝在變壓器低壓側中性線上的零序過電流保護;利用高壓側的過電流保護兼做低壓側單相接地短路保護。定制低壓熔斷器瓦斯保護。用來反映油浸式變壓器的內部故障和漏油造成的油面降低,同時也能反映繞組的開焊故障。即使是匝數很少的短路故障,瓦斯保護同樣能可靠保護。溫度保護。對于干式變壓器,可設置溫度保護,高溫告警,超溫跳閘。為變壓器供電的F-C回路保護整定計算,以1600kVA低壓廠用變壓器為例,變壓器額定電壓比為6/0.4kV,阻抗電壓U4=6%,額定電流為154A,變壓器低壓側電動機成組自起動電流為469A,考慮勵磁涌流影響后,根據本文所述變壓器回路熔斷器的選擇方法。速斷保護。當回路發生短路故障時,由于短路電流較大,電流速斷保護動作。電流速斷保護由熔斷器提供,長沙低壓熔斷器其動作特性即為回路所選擇的高壓限流熔斷器的時間一電流特性曲線。與電動機保護類似,變壓器的電流速斷保護也可以利用綜合保護裝置的大電流閉鎖功能。
熔化過程帶有爆炸性,熔化的金屬和蒸汽立即深深地滲入到還處于冷態的石英砂中去,電弧很快熄滅,這一點正好和前述最大弧能條件相呼應。定制低壓熔斷器當預期電流達到最大弧能的條件時,熔體元件在熔化前伴隨著各種熱傳導,使周圍填料溫度已經提高。熔體元件可能在某一處或幾處最薄弱的位置首先熔斷,形成高溫電弧,但周圍填料溫度較高,狹縫滅弧進行較慢,直到熔化的長度達到滅弧的必須的空隙要求,才最終熄弧。操作過電壓的特點。高壓限流熔斷器在切斷故障的過程中,在它的端子上將出現瞬態異常電壓。它可以是峰值弧電壓,也可能是在瞬態恢復電壓時間內出現的電壓。假定燃弧開始時,電流方向為正,要迫使電流下降,其變化率元必須為負。出現這種情況,必須是U1大于(e-iR。)。在燃弧開始時,這一條件尚不能滿足,電流將繼續上升一些,然后,電流才開始下降。為了盡快使電弧熄滅,長沙低壓熔斷器兩端電壓必須很大。F-C回路的過電壓分析,增加熔體元件的槽口數有助于增加電弧電壓U,因為這將形成幾個電弧相串聯,但需要注意這種措施也應受到一定限制,應避免熔斷器兩端產生太高的過電壓。
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