在民用建筑的10/0.4kV變電所設計中,對于變壓器容量較小的情況,采用負荷開關-熔斷器組合電器作為保護是一種常見的做法。然而,對于變壓器容量較大的情況,這種保護方式可能不再適用。具體來說,當變壓器容量超過一定值時,由于電流過大,熔斷器可能會因為無法承受而熔斷,導致變壓器失去保護,從而可能引發安全問題。
除此之外,采用負荷開關-熔斷器組合電器作為保護方式還可能存在其他問題。首先,熔斷器在熔斷時會產生電弧,可能對開關設備造成損害,影響其正常工作。其次,更換熔斷器需要耗費一定時間,可能會對供電可靠性造成影響。最后,由于熔斷器的保護特性與變壓器的短路故障電流曲線不完全匹配,可能會導致變壓器無法得到有效保護。
因此,對于變壓器容量較大的情況,應考慮采用其他保護方式,如斷路器或限流器等。同時,在設計變電所時,應充分考慮各種保護方式的優缺點,并根據實際情況進行選擇。此外,為了確保變壓器的安全運行,還需要加強日常巡檢和維護工作。下面我們來分析一下負荷開關丨熔斷器組合電器的這種保護方式。
一、采用負荷開關-熔斷器組合電器(配有撞擊器)
負荷開關-熔斷器組合電器分為以下兩種:
■ 一種是由一組三極負荷開關及配有撞擊器的三只熔斷器組成,任一只撞擊器的動作都會引起負荷開關三極全部自動分閘;
■ 一種是由配有脫扣器的三極負荷開關和三只熔斷器組成,由過電流脫扣器觸發聯動負荷開關的自動分閘。
對于這類安裝有撞擊器或過電流脫扣器的負荷開關,應該進行轉移電流和交接電流的檢驗。下面來談談負荷開關+熔斷器組合電器的轉移電流和交接電流。
1.負荷開關-熔斷器組合電器的轉移電流
依據國標GB16926-2009《高壓交流負荷開關-熔斷器組合電器》對轉移電流的定義為:
在熔斷器與負荷開關轉換開斷職能時的三相對稱電流值。
在出現三相短路故障時,故障電流會使熔斷器件最快的一相熔化,成為首開極,熔斷器的撞擊器動作使負荷開關分閘,其余兩極承受87%的故障電流,該故障電流由負荷開關開斷,或者被剩下的兩相熔斷器開斷。
也就是說,當預期短路電流低于轉移電流時,首先開斷極的電流由熔斷器開斷,而后兩相電流由負荷開關開斷;當預期短路電流高于轉移電流時,三相短路電流均由熔斷器開斷。
2.額定轉移電流和實際轉移電流的確定
額定轉移電流(Itn)是組合電氣中負荷開關能夠開斷轉移電流的最大均方根值(有效值)。
額定轉移電流(Itn)由制造廠家提供,以施耐德SM6中壓開關柜為例,其額定轉移電流為1750A(三次開斷能力)。
實際轉移電流(Its),制造廠家往往未能提供,則需根據變壓器容量和所采用的熔斷器規格來計算確定,依據國標GB16926-2009《高壓交流負荷開關-熔斷器組合電器》,實際轉移電流可以確定為:熔斷器的最小時間-電流特性上弧前時間等于0.9To的電流值。以施耐德SM6中壓開關柜為例,下圖是SM6的熔斷器時間-電流特性圖:
To------熔斷器觸發的負荷開關分閘時間,一般可取0.05s。
0.9To就是0.045s,那么在熔斷器時間-電流特性圖上時間軸上0.045s處畫一條0.9To的時間線(圖中藍色線所示),那么這條時間線與熔斷器電流曲線的相交點對應的電流值就是實際的轉移電流值。
實際轉移電流必須小于額定轉移電流,即Its <Itn。以保證組合電器負荷開關的安全使用。
根據變壓器容量、保護熔斷器的規格和熔斷器時間-電流特性圖可以確定轉移電流值如下:
由上表可知,1250kVA及以上變壓器,其實際轉移電流Its已經遠遠大于額定轉移電流Itn(1750A)了,因此1250kVA及以上變壓器不宜采用負荷開關-熔斷器組合電器來保護了。
另外,630kVA及以上的變壓器,其高壓側最大故障電流(Isc)已經小于實際轉移電流(Its),當變壓器低壓側端子直接短路時,將使高壓側產生較嚴重的瞬態恢復電壓(TRV),因此對于630~1000kVA的變壓器使用負荷開關-熔斷器時,需要關注To對轉移電流的影響,以避免產生瞬態恢復電壓(TRV),保證組合電器中負荷開關的安全使用。
二、采用負荷開關-熔斷器組合電器(配過電流脫扣器)
因為負荷開關-熔斷器組合電器配有過電流脫扣器,所以聯動負荷開關開斷的職責改由過電流脫扣器來完成,由負荷開關或是熔斷器來承擔開斷職能的分析和以上一樣,下面就簡單談一下。
1. 負荷開關-熔斷器組合電器的交接電流和額定交接電流
依據國標GB16926-2009《高壓交流負荷開關-熔斷器組合電器》對交接電流的定義為:兩種過電流保護裝置的時間-電流特性交點的電流值。
交接電流又包括最小交接電流和最大交接電流:
最小交接電流:對應于負荷開關最大開斷時間和熔斷器的最小弧前時間;
最大交接電流:對應于負荷開關最小分閘時間和具有最大額定電流熔斷器的最大動作時間。
額定交接電流是組合電器中負荷開關能夠開斷交接電流的最大均方根值(有效值)。
在出現三相短路故障時,當預期短路電流低于額定交接電流時,熔斷器把開斷短路電流的功能交給負荷開關(配有過電流脫扣器)來承擔,當預期短路電流高于額定交接電流時,開斷短路電流的功能由熔斷器承擔。
2. 負荷開關-熔斷器組合電器的實際交接電流校驗
實際交接電流需要小于額定交接電流,以保證組合電器中負荷開關的安全使用。
因為負荷開關-熔斷器組合電器配有過電流脫扣器,負荷開關的開斷時間還要加上過電流繼電器的動作時間,因此要使得實際交接電流需要小于額定交接電流并非難事。
三、 總結
綜上所述,在設計10/0.4kV變電所系統時,當采用負荷開關-熔斷器組合電器保護變壓器時,在采用撞擊器脫扣方案時,應關注其實際轉移電流和額定轉移電流值,并進行校驗;在采用過電流脫扣器方案時,應關注其實際交接電流和額定交接電流值,并進行校驗,以保證組合電器中負荷開關的安全使用