但對于以電纜供電為主的中壓配電網,如大城市城區配電網、大中工礦企業配電網、中小型發電機電壓直配電網、大容量火力發電廠的高壓廠用電系統等,傳統的接地方式還有一些不足之處,主要有以下幾點:1)內過電壓倍數較高,可達3.5~4倍過電壓。間歇性電弧過電壓及諧振過電壓絕緣已經超過了避雷器允許承載能力,要求避開這兩種過電壓的發生和發展,從而需提高電網的整體絕緣水平。專業電力熔斷器對于具有大量高壓電動機的工礦企業和火力發電廠,配合較難實現。2)單相接地故障下,在升高的穩態電壓下運行時間在2h以上,不僅會導致絕緣早期老化,或在薄弱環節發生閃絡,引起多點故障,釀成斷路器異相開斷,惡化開斷條件。3)電纜為非自恢復絕緣,發生單相接地必是永久性故障,不允許繼續行,必須迅速切斷電源,避免擴大事故。所以主要由電纜線路組成的3~10kV電網,在電容電流超過10A(發電廠廠用電系統為7A)時,南京電力熔斷器宜采用中性點經電阻接地,單相接地故障立即跳閘的接地方式。由于立即跳閘而影響的供電連續性,則可從提高線路或設備的冗余度來解決,目前城網和大容量發電機組的高壓廠用電系統已經按此設置。
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。專業電力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。南京電力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。
阻容過電壓吸收器的選擇,阻容過電壓吸收器由電阻與電容器等元件串聯組成,是通過改變開斷回路的阻抗參數來吸收過電壓的能量,從理論上來說,南京電力熔斷器這是最理想的過電壓保護措施。阻容吸收器可聯接在FC回路斷口之外的負載側,阻容過電,研究人員曾進行過阻容過電壓吸收器的配合試驗,吸收器的參數為R=2502,Cb=0.33xF。開斷空載電動機共進行24相次,截流值由不加吸收器前的21A降到10.5A,過電壓倍數不超過2.33倍相電壓,開斷起動狀態電動機也進行了24相次,測試表明,吸收器投入后高頻振蕩持續時間縮短,最大過電壓為4倍相電壓,但出現的幾率由不加吸收器前的76.6%降到3.23%。可見阻容過電壓吸收器對開斷感應電動機的過電壓具有較好的限制保護作用。專業電力熔斷器針對中性點不接地系統,實踐表明,用于F-C回路的阻容過電壓吸收器可以采用與“三叉戟”式避雷器相同的接線方式,可以取相地相間電容約為0.1~0.51F,相地相間電阻值約為100~5002。但是阻容吸收器的投入,也使6kV廠用電系統相對地電容值增加。以往由于國內發電機組的高壓廠用電系統在接地電容電流滿足要求的條件。
經試算,如果截流值達10A時,振蕩電壓幅值將達到7kV,約為兩倍以下相對地電壓。電弧重燃過電壓。高頻電弧重燃過電壓發生的幾率較高,過電壓幅值也很高。專業電力熔斷器有相關試驗表明,針對6kV系統,捕捉并記錄到的過電壓高達18.2kV(有效值),如果回路等值電感、電容匹配,理論上講,更高的過電壓也可能發生,只不過彼時電動機的絕緣已損壞,難以捕捉而已。分析高頻重燃過電壓。蘇熔電器可以分析出,負載側過電壓峰值由兩部分組成,第一項與負荷側等值電感中的電流有關,代表了負載側的磁場能量,第二項相當于第一次高頻重燃電弧過零熄滅后負載側等值電容上的電壓,代表了負載側的電場能量。專業電力熔斷器第一次高頻重燃電弧過零熄滅后,接觸器觸頭之間的恢復電壓將提高,在觸頭間隙還沒有達到安全開距的前提下,更容易發生第二次第三次重燃,即極間去游離過程還沒有建立足夠的介電強度,則更容易發生第二次第三次重燃。所以一定的滅弧時間即觸頭分離和下一次電流過零這一特定的時間間隔是必要的。
單相接地保護。采用零序電流互感器獲取電動機的電纜零序電流構成單相接地保護。啟動時間過長保護。該保護主要用于保護電動機在啟動時的堵轉,電動機在規定的時間未完成起動時保護動作,其時限大于電機實際正常起動的最長時限。專業電力熔斷器低電壓保護。當電機任一相電壓低到整定值時,可動作于跳閘。斷相(不平衡)保護。用于防止電動機電流嚴重不對稱,產生較大的負序電流,從而造成轉子過熱,該保護可設兩段定時限保護。為電動機供電的FC回路保護整定計算,以1000kW泵類電動機為例,制造廠給出電動機額定電流為120.3A起動電流為750A,根據工藝系統技術特點其起動時間為6s,每小時起動2次。電流速斷保護。當回路發生短路故障時,由于短路電流較大,由電流速斷保護動作。FC回路的電流速斷保護由熔斷器提供,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。南京電力熔斷器F-C回路中的真空接觸器具有一定的短路電流分斷能力,為降低熔斷器的更換率,節省運行成本,FC回路中的真空接觸器宜承擔其分斷能力范圍內的速斷保護功能,這可以通過綜合保護裝置來實現。
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。專業電力熔斷器瓦斯保護。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,南京電力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。
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