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高压交流熔断器的合理选用

1 高压交流熔断器的定义和分类

熔断器是电力系统中过载和短路故障的保护设备。其原理是当电流超过给定值一定时间,熔化一个或几个特殊设计配合的熔件,分断电路的器件。它具有结构简单、体积小、价格便宜、维护方便、保护动作可靠和消除短路故障时间短等优点。其分类一般如表1所示。

表1 熔断器分类表

2 高压交流熔断器的选择

2.1 型式的选择

在3～35kV的电站和变电所常用的高压熔断器有两大类:一类是户内高压限流熔断器,最高额定电压能达40.5kV,常用的型号有RN₁、RN₃、RN₅、XRNM₁、XRNT₁、XRNT₂、XRNT₃型,主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN₂和RN₄型额定电流均为0.5A,为保护电压互感器的专用熔断器。另一类是户外高压喷射式熔断器,此类熔断器在熔体熔断产生电弧时,需要等待电流过零时才能开断电路,无限流作用。常用的型号有RW₃、RW₄、RW₇、RW₉、RW₁₀、RW₁₁、RW₁₂、RW₁₃型等,其作用除与RN₁型相同外,在一定条件下还可以分断和关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流。RW₁₀－35/0.5型为保护区35kV电压互感器专用的户外产品。所以根据熔断器的型式和不同的保护对象来选择。

2.2 按工作电压选择

(1) 一般条件:

U_e>=U_we

式中 U_e——熔断器额定电压

   U_we——安装处电网额定电压

即熔断器的额定电压(kV)应不小于熔断器安装处电网额定电压(kV)。

(2) 对于限流型熔断器:

以石英砂作为熔断器填充物的限流型熔断器只能按U_e=U_we的条件选择,这种情况下此类熔断器熔断产生的最大过电压倍数限制在规定的2.5倍相电压之内,此值并未超过同一电压等级电器的绝缘水平。如果熔断器使用在工作电压低于其额定电压的电网中,过电压倍数造成威胁可能增大3.5～4。

2.3 按工作电流及保护特性选择

(1) 一般条件:

I_e>=I_je>=I_g@zd

式中 I_e——熔断器熔管的额定电流,A

   I_je——熔断器熔体的额定电流,A

   I_g@zd——回路最大持续工作电流,A

此条件为选择熔断器额定电流的总体要求,其中熔体额定电流的选择最为重要,它的选择与其熔断特性有关,应能满足保护的可靠性、选择性和灵敏度要求。

(2) 具体情况:

①保护配电设备(即35kV及以下电力变压器):

I_je=KI_b@zd

式中 I_b@zd——变压器回路最大持续工作电流,A

   K——可靠系数,不考虑电机自起动时,取1.1～1.3；考虑电机自起动时,

   取1.5～2.0

按此条件选择可确保变压器在通过最大持续工作电流,通过变压器励磁涌流,电动机自起动或保护范围以外短路产生的冲击电流时熔件不熔断,而且能保证前后级保护动作的选择性以及本段范围内短路能以最短时间切除故障。

②保护电力电容器:

I_je＝KI_c@e

式中 I_c@e——电容器回路的额定电流,A

   K——可靠系数,对于跌落式熔断器,取1.35～

   1.5；对于限流型熔断器,当一台电容器时,系数

   取1.5～1.8；当一组电容器时,系数取1.35～1.8

③保护电力线路:

按一般条件选择:

I_e>=I_je>=I_g@zd

2.4 按开断电流选择

(1) 一般条件:

I_ke>=I_dt(S_ke>=S_dt)

式中 I_ke(或S_ke)——熔断器的额定开断电流,kA(或额定开断容量MVA)

   I_dt——短路全电流,kA

对于限流型熔断器取I_dt>=I″(次暂态电流幅值)；对于非限流型熔断器取I_dt>=I_ch(稳态短路电流最大有效值)。

(2) 对于跌落式熔断器:

跌落式熔断器的开断能力应分别按上、下限值来验算,在验算上限值时要应用系统的最大运行方式；验算下限值时,应用最小运行方式。

2.5 短路电流的稳定性

对于限流型熔断器可不进行动、热稳定的校验；而对于非限流型熔断器,要求进行动、热稳定的校验工作。

热稳定校验:

动稳定校验:

式中  ——短路电流峰值

   I_ch——稳态短路电流有效值

2.6 保护电压互感器的熔断器

只需要按额定电压和开断能力选择。

3 结论

(1) 高压熔断器的额定电压应大于或等于实际工作的最高电压。

(2) 限流型熔断器不允许使用在低于或高于它们的额定电压的线路,非限流型熔断器在选择时要进行动、热稳定性校验。

(3) 熔体的额定电流应小于熔断器的额定电流,但大于回路持续工作电流。

(4) 根据保护动作选择性要求来校验熔体额定电流,以保证装设回路中前后保护动作时间的配合。

(5) 保护电压互感器的高压熔断器只须按工作电压与开断能力来选择。