1、关于低压断路器限流技术的应用及其它(2005No.3)综述华通技术HUATONGJISHU关于低压断路器限流技术的应用及其它连理枝(杭州之江开关股份有限公司,杭州萧山 311234)摘要:论述了低压断路器的限流技术:限流线,限流电阻,平衡导体产生的斥(吸)力,双断点,双灭弧室的原 at(机理),并对当前断路器 c 技术和产气材料的应用作了介绍.关键词:低压断路器;限流技术;蒸汽喷射控制;产气材料OncurrentlimitandmiscellaneousaspectsoflowvoltagecircuitbreakersIIANLizhi(HuazhongZhijiangSwitchgearC
2、o.,Ltd.,Xiaoshan311234,China)Abstract:Thepaperexpoundscurrentlimitprincipleforlowvoltagecircuitbreakerindifferentways:currentlimitline,currentlimitresistor,propelling(drawing)forcebetweenbalancedconductors,doublebreaks,doublearequenchingrooms.italsointroducesvJCtechniqueincurrentbreakersandapplicati
3、onofgasexhaustedmaterials.Keywords:lowvoltagecircuitbreaker;currentlimittechnique;vJC;gasexhaustedmaterial中图分类号:TM52 文献标识码:13 文章编号:16721314(2005)03 001904当今世界.无论是国内还是国外,随着工农业等产业的快速发展,电力需求倍增,电网容量不断地提高,引起短路事故发生时,短路电流比以前有成倍或几十倍的增加.此外,为了减少输电的损耗,已经有越来越多的工矿企业和其他用电单位,将变压器建在负荷中心,变压器离电源进线柜(低压配电柜)很近,甚至将变压器与低压
4、配电柜装在一起(箱式变压器), 为了给电动机集中供电,电动机控制中心(MotorControlCentre)离变压器的距离已大大缩短.由于变压器离负载线路,电动机控制中心(MCC),变压器都很近,因此线路的阻抗小,短路故障时短路电流就很大,即使是 5.5kW,7.5kW和 10kW 等小型电动机或几十 A 的支路,短路电流也可能达几千 A 或上万 A(与变压器的容量有关).这就要求作为线路或电动机保护用的低压断路器的额定短路分断能力有一个历史性的突破,特别对超大型油轮,高速冷冻,高层建筑以及石油,化工,钢铁等大型企业的配电保护用断路器来说,它们通常被要求具有超高的短路分断能力.分断能力分别要求
5、是 50,70,100,120,150,180kA,对于一些规格电流(如 50A 及以下的配电线路或 15kW 及以下的电动机 ),也要求配用断路器的短路分断能力达 30,50kA.为了满足高分断能力的要求,但又不能一味扩大断路器的体积,近 20 多年来,世界各工业国家和我国分别开发,研制了限流型低压断路器,在投放市场后,取得了显着的效益.一,断路器的限流技术种类及限流原理1.断路器加限流线或串接限流电阻(1)断路器加限流线在断路器的导电系统串接一段金属限流线.限流线是一种铁基(如铁钴)合金,它具有较高的电阻正温度系数.当短路电流通过这段限流线时温度急剧上升(可过 700800.C),导致电阻
6、很快升高,从而起到限制短路电流的作用.限流线的特点是,它本身的发热电流越小,限流特性就越好.例如,限流线的截面积为 2.7 舢 n2 好于 5.5 舢 n2,而5.5 舢 n2 好于 8 舢 n2 等,而它们的发热电流分别是 7.5A(2.7mm2),15A(5.5m2)和 22A(8mm2).由于限流线截面积增大时,其电阻值下一19华通技术HUATONGJISHU 综述(2005No.3)降,限流作用明显降低,因此装限流线只适用于50A 规格及以下(包括 22kW 及以下的电动机的断路器).在上世纪 70-80 年代中,运用此限流技术较多,目前一般不选用.(2)断路器导电流系统串接一般的电阻
7、元件在断路器上串接电阻元件是为了提高电网系统的电阻值.一般在计算线路的短路电流时.它的阻抗(电阻,电抗) 仅计算变压器的内阻抗.汇流排(母线 )和各分支路电线 ,电缆的电阻,电抗.例如,对于一个 1000kVA 的变压器内阻抗,仅计算汇流排阻抗(大约 2030mQ)而忽略了电流互感器,刀开关和断路器等的电阻值(和电抗值),因此所计算的预期短路电流值是偏大的.现在串接电阻元件(限流电阻),这些元件有好几种类型,例如断路器的静触杆从原来的铜质改为不锈钢电阻材料,或另串接电阻件,这就使断路器本身的内阻要比原来的大很多,线路总的阻抗也增大,将使其实际的短路电流大大下降.假如不串接限流电阻时,短路电流为
8、 30kA,串接电阻后可降低至 15kA 甚至更低;其次,串接了限流电阻,线路的电阻大了,短路时的功率因数可以提高很多,这对电弧的熄灭是极为有利的.国外有一种高分断型断路器,它的 15A 规格的内阻,未加限流电阻时为 7.8mQ,加限流电阻后增加至 28mQ,20A 规格的内阻,未加限流电阻的是6mQ,加限流电阻后增加到 17mQ,30A 规格从4.5mQ 增加到 7.5mQ.而对于普通型的断路器内阻,40A 规格的为 2.7mQ,60A 规格的为 1.6mQ,100A 规格的为 0.9mQ,可见加串后的断路器,其内阻比不串的要高许多倍.导体的发热是和 R 成正比的,电流越大,倘若电阻 R 加
9、大,其发热量将成倍或几十倍增加,不仅线路的功耗增加,且断路器本身的温升也增大,造成断路器外壳和其他绝缘零件的性能恶化.因此加接或以电阻材料更换导电零件的措施只能限于较低电流规格的产品,例如 30A 及以下直热式双金属过载保护断路中应用较普遍.2.平行导体,双断点,双灭弧室(1)平行导体的电动斥(吸)力作用利用平行导体的电动斥(吸)力,使断路器的触一20 一头系统(动,静触头), 在故障电流尚未上升到峰值时就被斥开,产生的电弧进入灭弧室,而在动,静触头被斥开的瞬间,断路器的瞬动脱扣器动作,加大了动静触头间断开距离(这是十分必要的,因为电流是按正弦波变化的,如果瞬动脱扣器不跟上,则随着电流瞬时值的
10、下降,电动斥力值便会减小,动静触头可能会返回原位置,因此瞬动脱扣器必须安全,元误,迅速动作),进一步地拉长电弧,并使整个电弧进入灭弧室,从而提高了电弧电压,最终熄灭电弧.图 1 为一般倒 u 形平行导体的结构图.进线端图 1 倒 U 形平形导体结构图当 2 个平行导体上流过的电流方向相同时,电流产生的磁力线旋向相同,此时平行导体间产生电磁吸力,使 2 导体相吸往里靠拢;当 2 个平行导体流过的电流方向相反时,电流产生的磁力线旋向相反,此时平行导体间产生电动斥力,2 导体向外分开.图 1 中电流 c 与电流 B 流向相反,产生电动斥力,而电流 C 与电流 A,流向相同,产生电动吸力.电动斥力或吸
11、力与 2 平行导体的有效长度(LI 和 L2)成正比 ,与它们之间的垂直距离 (dl和 d2,d)成反比,从图 1 中可见,电流 A 与电流C 产生的吸力因为大于 dl 也大于 d 所以吸力小,平行导体结构产生的斥力有 2 个,即电流 c与电流 B 和电流 B 与电流 A,斥力大于吸力.斥力与吸力的大小与导体通过的电流瞬时值的平方成正比,在额定电流时斥力不明显,一旦发生短路电流,i 值很大,电动斥力足以克服触头上的弹簧压力,把动静触头打开.图 2 为一新型平行导体结构图.由图 2 可见:华通技术HUATONGJISHU 综述(2005No.3)小于或等于 30l 的线路,它的全分断时问为0.0
12、17s(17ms).通过电动斥(吸)力,在故障(短路)电流还未上升至最大值时所截断的电流波形已不再是正弦波了,而是近似于三角波形.如果电流是正弦波,见图 5 所示.图 5 正弦波波形则它的 z:譬由于 i=/,sinrotf小=.f(,PSin=f小号(1-COS2cot)dt=譬 1sin2m当 t=t 时, =7【=180.z=争=譬(一 0):譬 z当电流为三角波形时.如图 6 所示一22 一图 6 三角形波形此时z-;1 乇 22 口,I2z=I2t33t=限流式断路器,由于平行导体产生的电动斥力(吸力 )的作用 ,使短路电流尚未达到最大值前被截断,其波形呈三角波,比之一般标准型断路器
13、分断正弦波(全电流), 它的能量 it 仅为 0.66倍,并且三角波时的,P 还大大小于完整的正弦波的,P,因此,切断故障电流 ,并使其电弧熄灭就更容易了.二,为确保顺利分断短路故障电流的 2 个有效措施1.VJC 技术的应用vjc(VapourJetContro1)的含义是蒸汽喷射控制,而断路器使用的技术意义则是电弧气体喷射的控制.c 是使用一种有较高耐弧性 ,耐热性,耐环境变化,不易变形的绝缘材料,如 PA66(尼龙 66),PBT 和聚酯等作绝缘物,覆盖于断路器的电极(动,静触头) 的四周.当开断路器故障电流时,断路器的动,静触头问便产生强烈的电弧.弧柱的金属蒸汽向外面空间发射,导致覆盖
14、的绝缘物因受灼热而产生一种可以冷却电弧的气体;由于触头四周覆盖着一定厚度的绝缘物,电弧向灭弧室相反方向喷射被阻止了,绝缘物在电弧的灼热下产生气体,使触头四周的空气压力上升,电弧的弧根处的压力也进一步上升,电弧产生的蒸汽,其喷射方向就受这 2 个上升压力的阻挡,加上以上所说的绝缘物产生的气体的对电弧冷却作用,因而促进电弧的去游离的主要方式辐射损耗大大增加,电弧电压增大,有助于电弧的熄灭.采用 vJC 技术的断路器与不使用 vJC 技术的普通型断路器相比较,前者的体积为后者的等竖一(2005No.3)技术讨论华通技术HUATONGJISHU可编程控制器(PLC)在 GIS 二次控制中的应用李旭.邓
15、亚(河南平高电气股份有限公司,河南平顶山 467001)摘要:气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的电气控制部分是 GIS 可靠运行的重要的保障体系.在电站运行中,为实现远程计算机软件系统对 GIS 的监测,控制及操作,阐述利用可编程控制器(PLC)对开关的控制及报警信号等进行程序设计,利用光纤与上位机之间通信可以真正实现 GIS 的智能化控制.介绍了 PLC 可编程控制器的应用及功能特点.关键词:气体绝缘金属封闭开关设备;可编程控制器;电气控制; 计算机通信Applicationofprogrammablelogiccontroller(PLC)inGISsecondarycontrolLIX
16、u,DENGYa(PingdingshanHighVoltageElectricStockingCo.,Ltd.,Pingdingshan467001,China)Abstract:Electriccontrolofgasinsulatedmetalenclosedswitchgear(GIS)isanimportantguarantee.ingsystemforGISreliableoperation.inordertOrealizeremotemonitoring,controlandoperationofGISbyremotecomputersoftware,thispaperexpou
17、ndstheprogramdesignofswitchgearremotecontrolandalarmsignalswiththehelpofPLC.GISintelligentizedcontrolwillbereallyrealizedbycommunicationbetweenupstreamframeswithpoticalfiber.thearticlealsointroducesapplicationofPLCanditsfunctionalfeatures.Keywords:gasinsulatedmetalenclosedswitchgear;programmablelogi
18、ccontroller(PLC);electriccontrol;computercommunication中图分类号:TM595 文献标识码:B 文章编号:1672 1314(2005)03002304一,前言一,丽舌气体绝缘金属封闭开关设备(GasInsulatedmetalenclosedSwitchgear,以下简称 GIS)是重要的大型输变电设备,它把各种控制和保护电器,断路器,隔离开关,接地开关,互感器(TV 及 TA),避雷器和连接母线 ,全部封装在接地的金属筒体内,并在筒体内部充以一定压力的介质(SF 气体) 作为相间和对地的绝缘,用以实现输,变电线路的故障切除,开断,关合,承
19、载运行线路的电流.GIS 的电气控制线路集中于汇控柜内,主要功能是实现 GIS 的现场控制,试验及近,远控转换,同时实现 TA,Tv 二次线路及各种信号的中转,断路器,隔离开关,接地开关的联锁和报警.电气控制部分近几年来随着 GIS 的飞速发展,二次控制向智能化发展,即将电子技术应用于开关64%,短路分断电流( 能力) 则提高了 43%.2.器壁侵蚀与自动气吹技术的应用它是采用会产生气体的材料作断路器灭弧室的器壁(隔弧板). 当故障电流产生时,其电弧温度达到 3000.C 及以上,这种温度远远超过隔弧板的气化温度.在此电弧高温下,器壁受电弧侵蚀而产生气体,使灭弧室内压力增高,通过出气口形成高速气流来吹灭电弧,产气材料有三聚氰胺和酚醛树脂,陶瓷材料,POM(聚甲醛),PA66(尼龙 66)等 .尼龙 66 最佳,三聚氰胺,POM 次之,陶瓷则较差(陶瓷加工比较困难).收稿日期:2005072723
