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佛山节电器关于配电系统的后备保护和保护电器之间的串级分断配合

摘要文章阐述了配电系统采用后备保护方式和它的经济性、可靠性、安全性,保护装置之间串级分断的选择、配合,同时也指出这种保护方式优点和采用时必须注意的事项。

随着电力工业的发展,电网的容量(功率)日益增大。为了对低压网路的各种故障电流进行有效的切断和保护,人们开发、制造了具有过载保护、短路保护功能的断路器(万能式Aircircuitbreaker,以下简称ACB,和塑料外壳式Moldedcasecircuitbreaker,以下简称MCCB)和熔断器(Fuse),以适应电网和用电设备的安全要求。各种保护电器所设置的过电流(过载和短路)保护特性,必须适合下列两种情况:

对于重要的线路和负载来说,应考虑它的供电持续性。根据保护装置相互间的配合,在发生线路故障电流时,只切断故障回路而不涉

及无故障回路。保护器的配置是,上方位选用具有过载长延时,短路短延时和大电流瞬动保护功能的三段保护特性断路器,下方位可选过载长延时和短路电流瞬动的二段保护断路器。这种保护方式称为"选择性分断保护";

对人身安全无直接联系,或是无故障回路的负载对于使用者来说并不重要,在采用保护装置时应考虑经济性,设计上可采取"后备分断保护"方式。

何谓"后备保护方式"?后备保护是指:系统的某处设置的保护装置(通常是MCCB),其负载端的预期最大短路电流,超过MCCB的额定短路分断能力,在此情况下,保护装置的电源侧(以下称上方位),还设置了对它的下方位线路最大预期短路电流有充分的、足够的额定短路分断能力的另一个保护装置(可以是MCCB,也可以是Fuse)。当下方位的线路发生最大(预期)短路电流故障时,借助于上方位的保护装置和它自身的保护装置,共同安全地切断此故障电流。而下方位线路中小于其保护装置额定短路分断能力的短路故障电流,就由此线路保护装置来切断,此种保护方式就称为后备保护(Back-upprotection),国际上也有称级联或串级保护(Cascadeprotection)。

如图1所示,MCCB2(塑壳式断路器)的电源侧额定短路分断能力小于k处发生短路,且此短路电流为线路预期的最大短路电流Isc(当出现Ics时,如果不采取措施,MCCB2将会被烧毁)。由于MCCB2的上方位装设了MCCB1,此时就可借助MCCB1与MCCB2同时来切断如此大的短路电流(MCCB1的额定短路分断电流是≥Isc的),这种串联接线就是后备保护。

由于MCCB1开断,MCCB3和MCCB4处的线路也同时停电。

如果不采取后备保护,而是采用选择性保护,则MCCB2的额定短路分断能力≥k处预期最大短路电流,而MCCB1则需选用有三段保护功能的断路器。如MCCB1短延时时间为0.1s,而MCCB2全分断时间一般小于0.02s,就能做到k处短路电流(哪怕是预期最大短路电流)由MCCB2开断,而MCCB1不会脱扣,则MCCB3、MCCB4处的线路就不致于停电。但是MCCB2和MCCB1的投资就很大。采用后备保护可大大节约投资。因为额定短路分断能力越大的断路器,不仅价格很高(通常它要是一般短路分断器的好几倍),且体积也大。

但是使用后备保护也有缺点,就是上述的一旦MCCB1开断,MCCB2的相邻线路全部停电,但上文已说明,这些线路负载是不重要的,也不会危及人身安全。

1后备保护的分类

1.1全区域的后备保护

1.2局部区域的后备保护

局部区域的后备保护是指:下方位保护装置的额定短路分断能力不够而设置上方位的保护装置,上方位装置的额定短路分断能力不能够对所有过电流区域进行完全的保护,但对某一区域,能进行保护。故此种组合保护方式,只有对已确定的局部最大预期短路电流能适应的情况下才能选用。

2后备保护方式与保护装置

当下方位发生过电流(短路电流)其数值小于下方位保护装置的额定短路分断能力[例如,此额定短路分断能力是380V、25kA,线路(图1的k处)发生短路,其电流值<25kA],则由下方位的保护装置(MCCB2)来切断,从安全角度看,不必有任何的担心。但如k处的短路电流超过MCCB2的额定短路分断能力,下方位的MCCB2无法单独分断故障回路,它必须依靠上方位保护装置(图1中的MCCB1)或借助后备的保护装置协同分断。采用后备保护,上方位与下方位的保护装置,应考虑以下几点。

2.1上方位保护装置的额定短路分断能力

上方位保护装置对其本身设置点的最大预期短路电流及对它的下方位保护装置的最大预期短路电流,都具有足够的接通和分断能力。

2.2上方位保护装置的限流性能

(1)上方位保护装置通过的短路电流峰值所产生的破坏力(电动斥力引起的,电动斥力F=2.04×10-8×,

式中]

F-电动斥力N;

l-为导体间的距离cm;

i-通过短路电流的峰值,应低于下方位保护装置的机械强度(外壳的、导体的);

(2)上方位保护装置分断短路电流产生的i2dt应小于下方位保护装置的耐热强度。

为达到上述要求,上方位的保护装置应具有限流特性。即在极短时间内分断的实际短路电流比预期最大短路电流要小很多(限流系数=)。故保护装置的限流特性用相对于预期最大短路电流的一定值,即实际通过的电流峰值和来表示,因此选择限流系数小的产品作后备保护,可以大大减轻下方位保护装置的负担。

2.3上方位与下方位保护装置电弧能量的分担

电弧能量是短路电流分断性能的重要因素之一。

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