除熔斷器的保護曲線外,綜合保護裝置內部可以對速斷保護設置速斷電流高值、低值和大電流閉鎖功能,以實現對一定區間范圍內短路電流的動作在電動機起動過程中,電動機按照速斷保護高值動作,以躲過電動機的起動電流,此時速斷保護低值被閉鎖以防止誤動作;專業低壓限流熔斷器在電動機起動完成后按照速斷保護低值動作,以提高保護靈敏度。當電流速斷保護定值在真空接觸器的開斷能力范圍內時,如能充分發揮接觸器的開斷能力(潛力),利用真空接觸器對需要電流速斷保護開斷的部分故障電流進行開斷,不僅可以減少高壓熔斷器的消耗,也可提高工藝系統運行的連續性,使F-C回路可以更經濟的運行。為此,目前綜合保護裝置設置有大電流閉鎖功能,利用綜保裝置對回路電流精確的測量能力,當回路故障電流大于綜保裝置過流閉鎖電流值時,閉鎖跳閘出口,由高壓熔斷器提供保護。廣州低壓限流熔斷器利用綜保裝置的大電流閉鎖功能,真空接觸器可以承擔一部分F-C回路的電流速斷保護功能,速斷保護動作時間一般設置為0s,即當回路故障電流大于速斷保護整定電流且小于過流閉鎖電流值時,可以由真空接觸器瞬時動作并開斷。
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。專業低壓限流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,廣州低壓限流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。
電動機的啟動電流或突然投入電流的時間一電流特性應在綜合保護裝置的最小動作特性以下,以免真空接觸器誤動作。對于變壓器類負荷,當變壓器低壓側或變壓器內部發生故障由真空接觸器動作時,熔斷器宜能對變壓器低壓側的短路故障進行保護,熔斷器的最小開斷電流宜低于預期短路電流。專業低壓限流熔斷器對于廠用電系統中裝有接地跳閘保護時,應注意中性點接地方式及中性點接地設備的選擇,以避免出現在電流大于真空接觸器額定開斷電流時真空接觸器跳合閘,具體的選擇方式可參照 DL/T 5153《火力發電廠廠用電設計技術規程》。廣州低壓限流熔斷器在與上下級電源進行保護配合時,為了保證F-C回路保護具有選擇性,電源樹斷路器綜合保護裝置的動作特性要在熔斷器時間一電流特性曲線的右側,負荷側設備的保護裝置的動作特性要在熔斷器時間一電流特性曲線左側。對于熔斷器與電源側保護的配合,發電廠內是F-C回路保護與高壓廠用母線進線回路保護的配合,該進線回路的保護特性為綜合保護裝置提供的由多條保護曲線構成的曲線族,一般不用特殊考慮,可在調試階段由調試單位確定。
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。專業低壓限流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。
氧化鋅過電壓限制器的選擇,目前絕大多數的廠家普遍采用氧化鋅過電壓限制器作為F-C回路的過電壓保護設備。專業低壓限流熔斷器氧化鋅過電壓限制器由氧化鋅閥片疊加組成,具有十分優異的非線性伏一安特性。正常電壓作用下,泄漏電流只有幾十微安,實際上相當于一個對地絕緣的絕緣子,但在異常電壓發生時,它的電阻又非常小,過電壓行波過后,不存在工頻續流,是當前使用較多的限制過電壓設備。高壓廠用電系統的中性點接地方式,不論是中性點不接地還是經高阻抗接地的接地方式,都屬于中性點非有效接地系統。該系統過電壓限制器的選擇難度較大,限制器的運行條件比較苛刻。由于非有效接地系統允許系統帶單相接地故障持續運行2h,因此非故障相的持續運行電壓將升高√3倍,廣州低壓限流熔斷器過電壓限制器的工頻電壓耐受能力應按此條件選擇顯然,工頻電壓耐受能力要求越高,則過電壓限制器的額定電壓的選擇也相應越高,相反它的保護效果越差。氧化鋅過電壓限制器雖然可以限制操作過電壓,保護電動機及低壓變壓器的主絕緣。
根據高壓限流熔斷器的焦耳積分特性,F-C 回路故障時故障電流越小,熔斷器最小弧前焦耳積分值反而越大,當故障電流小于熔斷器與接觸器保護交接點電流時,由于綜合保護裝置的曲線所對應的開斷時間低于熔斷器的熔斷時間,所以對應此電流的整個F-C回路的熱效應值小于熔斷器的焦耳積分值,因此故障時流過回路的最大熱效應值應在保護交接點電流附近及所對應的時間。專業低壓限流熔斷器實際工程中,F-C 回路的最大短路電流熱效應即是熔斷器與真空接觸器的保護交接點處的焦耳積分值。由于選擇熔斷器時要躲過電動機的起動電流或變壓器的勵磁涌流的影響,對于變壓器還應考慮低壓側電動機成組自起動的影響,因此,保護交接點所對應的時間一般在 2~30s之間。結合電纜的熱穩定性能和保護交接點所對應的時間,可以確定選擇電纜截面方法。根據電纜在過電流時的特性和耐受能力,當該交接點對應的動作時間小于5s時,電纜處于近似絕熱狀態,按該點對應的熔斷器的最大動作熱效應值,廣州低壓限流熔斷器再根據絕熱狀態下的電纜最小熱穩定截面確定電纜截面,此時電纜的耐受溫度為短路時允許溫度(以交聯聚乙烯絕緣電纜為例,為250℃)。
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