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低压配电网路短路电流的计算和保护用断路器分断能力的选择


《电工技术杂志》!""# 年第 $" 期

?电力电气 ?

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低压配电网路短路电流的计算 和保护用断路器分断能力的选择
连理枝
(杭州之江开关股份有限公司 !""#!$) 查阅制造厂提供的样本 — —变 压 器 出 线 端 铜 或 铝 汇 流 排 的 电 $ *" — 阻, %! — —变压器的正序电抗, %!,可计算或 % )" — 查阅制造厂提供的样本 — —变 压 器 出 线 端 铜 或 铝 汇 流 排 的 电 % *" — 抗, %! $ )" ’ "/ "## % )" ’
# "& 1 "# ’ 0#

!

引言
低压电网中,对电源、电缆保护断路器额定电

压、额定电流、额定短路分断能力等的选择,必须 在确定其额定电压、额定电流情况下,对线路的预 期短路电流正确计算,然后对断路器的额定短路分 断能力进行恰当的选择。因此低压配电网路短路电 流的计算,应成为工程设计者在选用保护电器时的 首要任务。

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低压电网预期短路电流的计算
三相短路电流的计算 计算短路电流是以三相短路为基础的,三相最

!

" 1# 2 ’0

( )

(!)

大预期短路电流是以变压器低压侧出线端 !%(或 (!) 为 &%)处计算的,三相短路电流 !
(!) ! ’

两式中 "& 1— — —变压器的短路损耗, 3,见表 " 或查阅制造厂提供的样本 — —变 压 器 的 短 路 电 压 ( 阻 抗 电 " 1— 压) , 4 ,可 查 阅 制 造 厂 提 供 的 样本 — —变压器的额定容量,-, ’ 0—
表!
变压器容量 5 +-, !/ &/ ./ "// "#& ";/ #// #&/ !"& $// &// ;!/ 789 型变压器 .// ""&/ "";& #/// #$&/ #.&/ !$// $/// $.// &.// ;:// ."// #/!/ #$9/ #:#/ !$9/ $";/ $:#/ &.// #"// #&// #:&/ !&// $#// &/// ;/// "&//

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# # (" $ ) !! ( (" % ) ! "#

式中

(") # # ( $ )" ( $ *") !! ( ( % )" ( % *") ! (!) — — —预期三相短路电流的周期分量有效 ! ’ 值, +, — —变压器低压侧平均线 电 压, -,对 "#— !./- 低压电网, "# 取 $//— —短路系统的总正序阻抗,%! #— — —短路系统的总正序电阻," $ ’ $ )" " $— ( $ *" ,%! — —短路系统的总正序电抗," % ’ % )" " %— ( % *" ,%!(严格地说, " % 还要 加上高压侧短路容量下的电抗,其 值为归化到低压侧 的 % 0# ,即 " % ’ % )" ( % 0# ( % *") — —变压器的正序电阻, %!,可计算或 $ )" —

不同型号、容量变压器的短路损耗
短路损耗 "& 1 5 6 79 型变压器 7: 型变压器

— )( —

低压配电网路短路电流的计算和保护用断路器分断能力的选择 (续)
变压器容量 ! "#$ +,, .,,, ’() 型变压器 **,, ../,, 短路损耗 !! % ! & ’) 型变压器 )-,, .,,,, 0 .1),, ( 2, 34,) ’* 型变压器 )-,, .,,,,

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$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 压母线为铜汇流排,截面积为 .-<88 ; .,88, ) % 取 7@ ,查 变 压 器 的 样 本,!! % 6 .1),,A, )- 6 7,,#。 " B. 6 6 ., )-& B. 6 (7)
!! % )- .1),, ; 7,,6 %C .,,,- ; .,/

注:同样型号的 变 压 器,其 绕 组 连 接 不 同,制 造 工 艺 不 同, !! % 值也有不同,计算时以制造厂样本为准 .1),, 是变压器绕组接 成 2, 34, 的数字。

变压器二次侧出线处汇流排的电阻 " 5. 6 式中 # $"%

!! ( ! ., % ) % ) %- D
C % C

.1),, ; ./,,,, 6 -:.*8# .,,,- ; .,/
-

., ; 7,,- (7@ ) D

6

!

( ., ; .1),, .,,, ; ., )
1

-

— —低压汇流排(母线)长度,8 #— — —低压汇流排(母线)的截面积,88%— — —低 压 汇 流 排 ( 母 线 ) 在 给 定 温 度 $"—
( !9 )时的电导率, 8 ! #88 。铜质汇 流排 为 7+:-8 ! #88- , 铝 质 汇 流 排 为

.,,, ; .,1

6 /:1*8# 查 -,,5#$ 高压侧短路容量的一次侧电抗 & C. 为 ,:+8#, 归 化 到 低 压 侧, 其 电 抗 为 & C- 6

( ) & 6 ( ,:7 ., )
)).
C.

-

; ,:+ 6 ,:,.-+8#。

-+:)8 ! #887’? (8#) ( — —低压江流排(母线)长度,8 #— & 5. 6 # ; ,:.7<=> 通常 ’ ? 6 !’ ; ’ ; - ’ 6 .:-/ ’ — —矩形母线的高度,8 ( — ’ 、 ( 的确定如图 . 所示。
1

计 算 # 6 <8, % 6 .-< ; ., 6 .-<,88- , $" 6 (<) , ’ 6 ,:1<8 ( 当 % C " 7+:-8 !#88- (! 6 /<9 ) , ( 6 ,:,.8(水平布置)时 母 线 的 阻 /1,"#$ 时) 抗 " 5. 6 < # 6 6 ,:,+18# $"% 7+:- ; .-<,

式中

— —各相母线之间的平均距离,8 ’ ?—

& 5. 6 # ; ,:.7<=>

7’? ( 7 ; .:-/ ; ,:1< 6 < ; ,:.7<=> 6 .:/18# ,:,.

(# " ) *6! E (# & ) (-:.* E ,:,+1) 6! E (/:1* E .:/1 E ,:,.-+)

6 ! /*:<, 6 +:178# )- 7,, 7,, (1) + 6 6 6 6 -):)"$ 1* ! 1F ! 1 ; +:17 ! -:-)1 GHI " 6 +:17 6 ,:-) (1) 如果 ) % 取 7:<@ ,则 + 为 -<:<"$, GHI "增
(1) 大;若母线长度为 <,8,则 + 6 .,:--"$。目前工 (1) 程界计算变压器最大预期短路电流时,常用 + 6

+, + 为 变 压 器 二 次 侧 额 定 电 流。 + - 6 .77<$, )% 图 .

现以一台 2, 34, 连接, ., ! ,:7"# 的 ’ ) 变压 器为例计算。高压侧短路容量为 -,,5#$,变压器 的容量为 .,,,"#$,低压侧额定电流为 .77<$,低

(1) ) % 取 7@ ,则 + 6

不 计 算

<8

.77< 6 1/:.1"$(如果上例 7 ; ., D 母 线 的 阻 抗, 则 * 6 — -, —

(1) -:.*- E (/:1* E ,:,.-+) 6 /:)<8#, + 6 !

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(!) !"#$%&。按 ! ’

低压配电网路短路电流的计算和保护用断路器分断能力的选择

$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ !$ 显然略偏大,但其误差不超过 "( 抗越 大 之 故,离 变 压 器 二 次 侧 出 线 处 )**- 的 地 方,其三相、两相短路电流值为距离变压器出线处 零距离的 .,+ 左右。 !)! 两相短路电流的计算 !( " " $ ($) 两相短路电流 ! ’ $( ($) "$ ) $ ( " ! ! 则 ’ (!)’ $ ! "$ ) " !(
(!) 三相短路电流 ! ’

) 。 )*+ (上偏) 以上计算是仅考虑变压器出线端 ,- 处(为了 给保护断路器留有足够的安装空间,一般取母线 ,- 处)的最大预期短路电流,但是如果在离变器 (!) 有相当距离处发生三相短路,则计算 ! 的方式应 是式(.)和式(/) 。 ! # ’ # 0) 1 # 2) 1 # 3) ! $ ’ $ 0) 1 $ 2) 1 $ 3) (.) (/)

"$ (:)

、式(/)中的 # 0) 、 # 2) 、 $ 0) 、 $ 2) 与 式(.) 上面定义一样,而 # 3) 和 $ 3) 分别定义为 — —供电电缆的电阻,-! # 3) — — —供电电缆的电抗,-! $ 3) — 电阻的计算方法与式(")相同,也可查找有 关资料中的铜或铝质电缆的每米电阻,然后乘上电 缆长度(-) 。 供电电缆的 $ 3) 计算如下 $ 3) ’ % 4 *#)",56 式中 $#$ & ’ (-!) (7)

! (!) ($) " (!) ()*) ! ’ ! ’ *#7.. ! $ 表 $ 中两相短路电流值均为其对应的三相短路 电流值的" ! 9 $。 !)* 单相短路(通常指金属性短路)的计算
()) ! ’

" ;< = (0 1 (3 =

()))

式中

()) — — —单相短路电流, %& !

— —各相的相电压,> " ;<— — —变压器的正序阻抗, ( 0 ’ # 0 1 $ 0, ( 0— -! — —相线与中性线或保护中性线回路的 ( 3— 阻抗, ( 3 ’ # 3 1 $ 3,-! — —变压器的正序电阻,-! # 0— — —变压器的正序电抗,-! $ 0— — —相线与中性线或保护中性线回路的 # 3— 电阻, -! — —相线与中性线或保护中性线回路每 $ 3— 米的电抗, -! 同是 8/、 83/ 系列 )* 9 *#"%> 变压器,但变压 器绕 组 的 ?, @A)) 和 B, @A* 连 接,其 单 相 接 地 (相线与保护线)的阻抗和其变压器出线口 ,- 处 的短路电流相差很大。 ?, @A)) 连接的变压器,单 相接地电流约是其相同点三相短路电流的 7.#/"+ , C :$#!+ (变压器容量越大,它的百 分 比 越 小) 而 B, @A* 连接的单相接地电流,在变压器容量为 $** C ).**%>& 时, 83/ 为 $/#")+ C !)+ 三相短路 电流, 8/ 为 $.#))+ C $:#)"+ 三 相 短 路 电 流。其 原因是变压器一次侧 ?(#)型连接,三次及以上 高次谐波可以通过一次侧(因是 ? 接法) ,得到一 定程度上的抑制;而一次侧为 B 形连接,加上无 中性线,三次谐波等无法流通,二次侧感应电势的

— —电缆长度,%— — —相间几何均值(包括绝缘层) ,&— — —电缆导体的直径,’— $ 3 也可查阅有关资料中的电缆每米电抗值,

。 再乘以电缆长度(-) 表 $ 为型号 83/ 变压器在各处的短路电流值。
表 ! !""#$ % &’( 系列变压器短路电流周期分量有效值
短路点与变压器的 距离 9 * )* $* !* "* ,* .* /* 7* :* )** 三相短路电流周期 分量有效值 9 & /$)* .:$* ..$* .!!* .*.* ,7** ,,.* ,!!* ,)$* ":$* "/"* 两相短路电流周期 分量有效值 9 & .$,) ,:7$ ,/$! ,"/. ,$") ,*): "7)) ".)! ""!* "$,/ "*:,

由表 $ 可以看到,越是离开电源(变压器) , 其所产生的短路电流越小,这是因为线路越长,阻 — +* —

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" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 波形所占的谐波成份很大;另一原因是,一次侧 ! 形连接,绕组内可通过零序循环电流(感应产生) 因而可与低压绕组的零序电流互相平衡、去磁,故 二次侧(低压侧)阻抗很小。若变压器一次侧为 " 形接法,其绕组不能流过零序电流,而零序电流 (当低压侧励磁时)在变压器铁心中产生零序磁通, 但其磁路不能在铁心内闭合,要通过外面的空气, 其磁阻必然增大。变压器的零序阻抗较大,若发生 单相短路(相线与保护中性线) ,则短路电流会相 对减少,致使在很多情况下,单相接地短路电流 (当变压器是", #$% 接法时, ", #$% 接法在我国运行 较多)可能会使断路器不能瞬动(这是由于单相短 路电流值小于断路器的瞬动电流— — —断路器的瞬动 。但是此问 电流一般为 &% 倍断路器的额定电流 ! $) 题已被具有单相接地故障保护的 !’() 系列智能型 万能式 断 路 器 解 决。其 动 作 电 流 范 围 是( %*+ , %*-) ! $,用户可自己调节。 !"# 短路电流计算时需要注意的问题 (&)电动机的反馈电流 短路电流如表 . 所示。
表$
变 压

从表 . 可见,当变压器的容量达到 )7%012 时, 就有电动机的反馈电流。根据实际情况和理论计 算,当电动机的容量达到变压器容量的 &7*64 , +)4 时或当电动机的容量(额定电流)总和达到线 路短路电流的 &4 时,线路中便有电动机反馈电流 产生。 电动机反馈电流的形成原因:当线路发生三相 短路时,线路的电压瞬间下降,电动机便向电网反 馈电流,其值为 7*) 倍的 ! $( ! $ 即为电动机满载电 流 ! 8) ,表 . 中各种容量变压器的短路电流计算方
(.) 法以 ! 9 ! + # " 3,相当于变压器二次侧出线端零 距离处短路,比通常制造厂提供的按二次侧出线

): 处的计算值偏大。 表 . 的合成短路电流值比变压器单独的预期短 路电流大。工程设计人员在选择保护断路器短路分 断能力时必须考虑,避免计算偏小。 (+)关于短路电压(阻抗电压)比 " 3 变压 器的短路电压比以 " 3 表示:将变压器的二次侧短 路,一次侧施加一定的电压值,使二次侧流过的电 流达到额定电流,一次侧所施加的电压为其额定电 压的百分值(显然可以理解,二次侧短路,而一次 侧电压调到它的 &%%4 额定电压时,二次侧电流就

单台变压器供电时的

单台变压器供电时的短路电流
器 短路电压 (4) 比 "3 ( ( ( ( ( )*) (*) (*) )*) (*) (*) )*) (*) (*) (*) 7 (*) 7 短 变压器 三相短路 电流 / 02 6*+. 5*% &&*.&(*(. &-*%) &(*75 &6*57 +%*++ &5*75 +(*%+ +)*7+7*+6 .+*&& (%*&. )&*.6 .-*). )6*(-*&6 .*+. .*7( (*.. (*7+ )*6*+( 5*+) &%*( &&*)7 &6*5+ +&*&5 +.*-7 +(*%+ +-*.5 .%*.% .+*%6 .6*5& (6*.6 7%*7+ (6*67-*+% )5*6. 路 电 流 合成短 路电流 / 02

是它 的 短 路 电 流) 。 " 3 大, 变 压 器 的 短 路 损 耗 !$ 3 大,而 变 压 器 的 正 序 电 阻 和 正 序 电 抗 又 和 !$ 3 成正比,即 " 3 大,变压器的阻抗大,它的二 次侧短路电流就变小;反之 " 3 小,!$ 3 小,阻抗 小,二次 侧 短 路 电 流 就 大。 变 压 器 的 短 路 损 耗 !$ 3 9 " 3 ! &$ ;<= !3 ( ! &$ 为 变 压 器 一 次 侧 电 流, ,!$ 3 大表示变压器本身的 ;<= !3 为其功率因数) 热耗 损 大,变 压 器 制 造 和 设 计 者 希 望 其 产 品 的 !$ 3 小;但 !$ 3 小, " 3 要小,将导致二次侧的短 路电流大,因此必须取一个恰当的 " 3 值。国家有 关标准规定 " 3 在 (4 , 74 之间,并规定变压器的 容量!7.%012 时, " 3 取 (4 ,变压器容量 > 7.%012 时," 3 取 74 。德 国 的 !?@ 和 1!A%).+ 等 标 准 规 定,变压器容量!7.%012 时 " 3 取 (4 ,容量 7.& , &+)%012 时 " 3 取 )4 ,容量 &+)& , .&)%012 时 " 3 取 7*+)4 。但是各变压器制造厂并不十分严格按此规 定,通常他们的 " 3 偏小,因此应引起使用者的注 意,设计时按制造厂提供的样本或使用说明书规定 的 " 3 值来计算短路电流。 — &% —

容量 二次侧额定 / 012 +%% +)% .&) (%% )%% )7% 7.% 6)% -%% &%%% &+)% &7%% &-%% +%%% 电流 / 2 +-5 .7% ()) )66 6++ -%5&% &%-. &&)7 &(() &-%7 +.&+ +7%& +-5%

电动机反馈 电流 / 02

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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! (!)线路发生的各种短路故障的几率 路故障的几率见表 "。
表! 短路故障几率
两相短路 (’&% 三相短路 )% 其他 !’$% 短路类型单相短路 两相短路接地 故障几率 #$% &’(%

各种短

标准还规定必须在 (’-= # 6 和 ! 7 (额定电流)下进 行合分 =% 电寿命次数的承载额定 电 流 能 力 的 考 核。/0("-#"’) 标准规定,断路器的通电流试验次 数(即电寿命次数,(’-= # 6,( 倍 ! 7)按断路器额 定电流的大小,为 =-- > (=-- 次。按 =% 计,在承 载额定 电 流 的 试 验 中,最 小 为 )= 次,最 大 为 $= 次。由标准的规定可见, ! 13 的考核条件比 ! 12 严格 很多,鉴于此,国际和我国标准规定 ! 13 分三个或 四个等级,即 ! 13 8 =-% 、$=% 、(--% ! 12 (对 0 类 断路器,即具有过载长延时、短路短延时、短路瞬 动三段保护功能的断路器) ;或 ! 13 8 )=% 、 =-% 、 $=% 、(--% ! 12(对 ? 类断路器,即仅有过载长延 时,短路瞬动二段保护功能的断路器) 。 "#% 额定短路分断能力的选择 万能式断路器一般都有三段保护特性(不是所 有电流规格) ,短路分断能力较高,又有各种附加 功能,因此大多数用于主干线(包括变压器的出线 处)作主保护开关。而塑料外壳式断路器,一般不 具备短路短延时功能,不能作选择性保护(但近年 智能型塑壳式断路器已投放市场,它已有三段保护 性能) ,因而多数用于支路。 对于断路器的额定短路分断能力,是选择极限 短路分断能力还是选择运行短路分断能力的问题, 不少设计院电气设计者的文章提到,国家标准未规 定一定要选哪种分断能力,而运行分断能力的考核 有两个 ,4,并且试后还要继续承载其额定电流, 所以主张选择断路器的额定运行短路分断能力作为 断路器的额定短路分断能力。笔者认为这种说法不 够全面。 *+,.)《船舶电气》规定:“具有三段保 护,作主干线(包括变压器出线端总保护开关)保 护的万能式断路器偏重于 ! 13,而大量使用于分支 线路,且仅有二段保护的塑料外壳式断路器,应确 保它有足够的 ! 12。 ”主干线若使用 ! 12,则安全切 断故障电流后,必须更换新的断路器,主干线的停 电要影响众多用户,因此要求 ! 13 大;而对于支路 偏重于 ! 12,一旦故障电流达到了 ! 12,断路器自动 切断,更换新断路器时,影响面要小很多。 塑料外壳式断路器,虽然它的额定电流有大有 小,但有些的额定电流较小、距离电力中心很近的 支路,它的预期短路电流也会很大。因此我国(包 括国外)()=?、(&-? 等小电流规格断路器的极限 短路分断能力也可达 != > =-@?, )=-?、 "--? 等电

表 " 表明,短路故障近九成是单相(金属性) 短路,而三相短路是极少发生的。

"

低压断路器额定短路分断能力的选择
选择低压断路器的原则:!断路器的额定电压

等于和略大于线路或电动机的额定工作电压。"断 路器的额定电流等于和略大于线路计算负载电流 (或等于电动机的满负荷电流) 。#断路器的额定短 路分断能力等于和略大于线路可能出现的最大三相 短路电流,短路电流按周期分量有效值计算。 "#$ 额定短路分断能力的定义与试验 国际电工委员会 *+,&-."$—)、我国等同采用 *+, 的 /0("-"#’)—)--(《低压开关设备和控制设 备 低压断路器》标准规定:额定短路分断能力有 两种,额定极限短路分断能力 ! 12 和额定运行短路 分断能力 ! 13。 ! 12和 ! 13的定义分别是: — —按规定的试验程序所规定的条件,不 ! 12— 包括断路器继续承载其额定电流的分 断能力 — —按规定的试验程序所规定的条件,包 ! 13— 括断路器继续承载其额定电流能力的 分断能力 ! 12的试验程序是 4 " ,4。它表示试验线路已

调节至断路器要求的短路电流和功率因数等,控制 台的按钮按下,短路电流通过断路器,断路器急速 断开( 4—4567 ) 。经 此 断 开 试 验,断 路 器 无 损, 间 歇 " 8 !9:7 后,断 路 器 再 经 受 一 次 接 通( ,— 、分断试验。接通试验考核断路器在峰值电 ,;<36) 流下的热和机械强度(峰值电流产生的电动斥力) , 经过一次分断,一次接通、紧接着分断试验后,断 路器无超过允许的损坏,且能通过试验后的介电性 能、过载脱扣器验证,则表明 ! 12试验合格。 ! 13的试验程序为:4 " ,4 " ,4。 ! 13 各程序试

验通过后,还要对断路器的温升、介电性能(耐 压) 、过载脱扣器进行验证。此外, *,+ 和我国 /0 — %$ —

低压配电网路短路电流的计算和保护用断路器分断能力的选择

《电工技术杂志》!""# 年第 $" 期

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 流规格的断路器达 !" # $!%&,甚至 ’" # ’!%&。对 塑料 外 壳 式 的 国 内 知 名 品 牌,它 们 的 ! () 大 致 在 (!"* # +!* ) ! (,;-./! 型、 01 型万能式断路器 ! () 2 ($"* # +!* ) ! (,; -.3! 系列智能型万能式 ($45!* # $!* ) ! (,。国外 &66 公司 断路器, ! () 2 的 7 系列、施耐德公司的 0 系列万能式断路器, ! ()也不过是 +"* ! (,。近年来,国外有些厂商称它 们的产品 ! () 2 /""* ! (,,对此可相信的是,通过新 技术如滚动式双断点、双灭弧室、新型耐弧塑料外 壳、新型银合金触头等的使用,极大地提高了 ! () 值;不可全信的是,他们的一些产品在我国试验基 地做短路分断试验时,接连几次失败。 现以一台 /$""%8& 的变压器为例,其 二 次 侧 额定电流为 49/4&,短路电压 " : 取 $* ,二次侧 出线处的短路电流为 9’5!9%&; " : 取 35!* ,短路 电流为 !/59+%&。加上电动机的反馈电流 ;54!%&, 合成后短路电流分别是 3+5+’%& 和 $"5$4%&。若选 用 -./!—4!"", ! < 2 4!""&,其 ! (, 2 !"%&, ! () 2 3"%&,不能满足要求。改选 -.3!—94"" 型, ! < 2 4!""&,其 ! (, 2 /""%&, ! () 2 $!%&,能 满 足 要 求。 当然因为有 -.3! 这种规格的断路器,就尽量满足 它作为变压器主保护开关对于 ! () 的要求,而且这 也是 =1>;4 的建议。 !"! 额定短路分断能力选择时应注意的问题 (/)有文章的作者判定某一新型塑壳式断路器 (壳架电流 /$"&, ! (, 9’"8、!"%&, ! () 9’"8、9!%&) 不能选用,原因是此断路器离动力中心近。设其预 期短路电流为 9’5!9%&,而断路器的 ! () 仅 9!%& 无 法满足要求。笔者认为这是一个误解。该断路器使 用于支路,即使因为支路接近于变压器,而变压器 的预期短路电流可达 9’5!9%&,但该断路器的 ! (,达 !"%&,完全可切断变压器二次侧短路流入此支路的 电流(就算达到 9’5!9%&) 。断路器切断此短路电 流后,确需更换新的,但因系支路,影响面并不 大,若塑壳断路器的接线是插入式,拔出旧的插上 新的即可。 线路发生短路故障,绝大部分发生在支路里 (主干线发生大短路事故应视为灾难性的) ,在这些 故障中,两相接地故障(通常是相邻的两相)占 ,其短路值 +5’* (两相短路接地与两相短路之和) 不大,则较小些的 ! () 已经完全能满足需要。有一 点要着重说明,?, @<" 接法的变压器,它的相线与 保护线短路电流较小(约三相短路电流的 9"* ) ,距 离变压器越远,单相接地电流就越小,甚至小到不 足以使断路器短路瞬动机构动作,成了断路器的保 护死区。单相短路电流与断路器的瞬动整定电流 (配电保护型断路器瞬动整定电流通常为 /" # /4 倍 ! <)之比,必须大于等于 /54 # /54!。如果线路很 长,建议再安装电路末端保护用小型断路器(0>6, 如 >3!A 型) ,因为它的瞬动整定值有 9 # ! 倍 ! < 和 ! # /" 倍 ! < 等类型。或采用智能型塑壳式断路器,它 的瞬动电流有(/5!、4、3、$、’、/"、/4) ! <,其 整定电流值用户可以自行调节。 (4)还有人认为壳架电流为 /$"& 的塑壳式断 路器, ! () 仅 9’"8、9!%&,不能满足预期短路电流 大于 9!%& 的线路故障电流的保护,因此要选高一 级的断路器。例如原选断路器为 ! < 2 /$"&,现选 壳架等级电流 ! <B 为 4!"&。 ! <B 为 4!"& 规格包含了 /$"& 额定电流当然可用,4!"& 规格的 ! (, 为 9’"8、 $!%&, ! ()为 9’"8,3’%&,即以取 ! () 作为断路器的 额定短路分断电流,也大于线路的预期短路电流。 当然 4!"& 规格断路器价格和体积都比 /$"& 高和 大。 ! <B为 4!"& 规格的额定电流尚有 4""&、44!&、 4!"& 等几种,如果不问额定电流,只认 ! () 而选用 大于或很大于 /$"& 的额定电流则是错误的。按过 载和短路保护标准,当过载电流达 /59 ! < 时,断路 器应在 4C 内动作;短路瞬动值是 /" # /4 倍 ! <。现 若取 4!"& 规 格 断 路 器 的 ! < 2 4""&, 4"" D /59 2 4$"&,它大于 /$" D /59 2 4"’&;瞬动值 ! < 2 4""& 时为 4""" # 43""&,而 ! < 2 /$"& 时为 /$"" # /;4"&。 这样就会使 /$"& 线路在过载和短路时不动作,丧 失了保护功能。 另外,笔者曾多次与设计院人员交流,他们普 遍有一种看法和倾向,在挑选断路器的短路分断能 力时,总要留很大余量,如线路预期短路电流为 94%&,它不选 9!%& 分断能力的断路器,而是选用 !"%& 的,说是为了保险,其实完全没有必要。 (9)其他两种情况。一是,塑料外壳式断路器 可以替代价格昂贵体积庞大的万能式(框架式)断 路器。笔者认为目前还不现实。尽管智能型塑壳式 断路器已经问世,具备三段保护性能,且可调,短 路分断能力可达 ’" # ’!%& 或更高,但因受体积的 限制, 许多 功 能 仍 无 法 与 智 能 型 万 能 式 断 路 器 比 (下转第 9+ 页) — $# —

交流接触器选相合闸技术的研究

《电工技术杂志》!""# 年第 $" 期 $ 0 R J #:*S*?. !S<:@H?@:*?@( 9>:@)@E(:@9B: :F*9?C, H9)>S:(:@9B, (B= (>><@H(:@9B3. M9FB T@<*C,5*; U9?V,%6,0 "F*B W@BG,X*@ Y9BGOSB,ZF(BG ’S(B3F*BG7 [CB()@H (B(<C3@3 9D N" H9B:(H:9? @B :F* H<93@BG >?9H*33,4?9H**=@BG3 9D :F* I"QJQ "NNN,%6,6:1$/ L 1$, + !(3(3F@ \@:()S?(, ]?@G@::* !*SB@*?. N 3F(>* 9>:@)@E(:@9B )*:F9= ^(3*= 9B H9)><*_ *_>?*33@9B3 9D 1Q=@)*B3@9B(< )(GQ : B*:@H D@*<=3. IJJJ K?(B3(H:@9B 9B !(GB*:@H3,%66+,88(1) %,,/ L %,,+

" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 是微秒级,此外 !" 保护电路的设计以及压敏电阻 的使用也提高了整个电路的安全性。软件部分的设 计用汇编语言 !"#$% 编写程序以实现 预 期 功 能。 经多次试验验证,选相合闸装置的控制相角误差不 超过 $&,完全可以满足选相合闸精度的要求。

!

结束语

采用磁场法和磁路法结合的方法和基于 ’()* 理论的优化方法确定了本文研究对象的最佳合闸相 角为 +,&,此时动静铁心闭合速度为 -./,01) 2 3,动 静触头的闭合速度为 -./1+0) 2 3。综合性能最佳,并 采用由 ##4/56- 为开关管构成的合闸执行机构实现 选相合闸,使交流接触器能够选择最佳模式进行合 闸操作,整个选相合闸装置的误差不超过 $&。 参考文献
% 费鸿俊,张冠生 7 电磁机构动态分析与计算 . 北京:机 械工业出版社,%668 1 任 耀 先 7 电 磁 铁 优 化 设 计 . 北 京:机 械 工 业 出 版 社, %668 ’9::;(<=7 "9)>(?(:@A* (B(<C3@3 9D 9>:@)@E(:@9B )*:F9=3 D9? : )(GB*:@H7 IJJJ K?(B3(H:@9B 9B !(GB*:@H3 , %6,,, 1/( %) /%% L /%/ / M9* 4@F<*? , N<9OE P9A?*B@. 5*; *<*H:?9)(GB*:@H H9B:(HQ (1) :,8 L ,, :9?. J<*H:?@H 49;*? #C3:*)3 R*3*(?HF,1--%,

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收稿日期:1--/ -+ -$

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第 /8 页) 到 %$-VN;即使如变压器标准中所列较高、最高容 拟。如三段保护的可调范围、显示、试验、报警、 自诊断、 !"R 和通信接口的多样性、附件等方面 尚有差距。塑壳式断路器的高短路分断大都采用触 头的平行导体、双断点、完善的灭弧系统等,使之 产生极大的电动斥力,在短路电流尚未达到峰值之 前就削弱下来,以限制它的电弧能量,而这种限制 技术对电网中的感性负载将出现很大的操作过电 压,影响绝缘(虽然过电压的时间很短) 。在支路 里影响还不大,若是主干线,后果就较严重了,而 万能式断路器的短路分断电流却是真实的,没有限 流作用。二是,最近一些年,不少国外电器制造公 司的塑壳式断路器新品样本称其短路分析能力 ( H3 ‘ %--a ( HS,且分断能力达到 %$-、%+-、1--VN。如 此高的短路分断能力极少使用,目前国内单台变压 器最 大 容 量 是 8%$-VbN,其 最 大 预 期 短 路 电 流 为 +$.,0( ) \ ‘ 0a ) L %%/ ( ) \ ‘ /a ) VN,还未达 量 /---VbN、 $---VbN, 前 者 预 期 短 路 电 流 为 ,后 %1,./VN( ) \ ‘ /.$a )或 60.88VN( ) \ ‘ 0a ) 者 预 期 短 路 电 流 达 %0-.$$VN ( ) \ ‘ /.$a ) 或 ,也没有达到 %+-VN。笔者咨 %1-.-/VN( ) \ ‘ 0a ) 询了不少电力设计院,得知在上海、广州、深圳等 城 市, 最 大 的 单 台 变 压 器 容 量 是 1$--VbN, 8%$-VbN 极少使用。从用电情况看:城市公用配电 网单台变压器最大容量不超过 /1- L $--VbN;工矿 企业单台变压器容量 %--- L %1$-VbN;发电厂低压 厂一般 容 量 为 08-VbN,最 大 %---VbN;化 工 项 目 最大为 %,-- L 1$--VbN;造船厂单台变压器最大容 量 %---VbN;煤碳工业井下变压器容量为 81-VbN, 一般为 %-- L %,-VbN,有时采用两台并联供电。因 此一味追求断路器短路分断能力是不现实的。
收稿日期:1--/ -+ 1-

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