专栏名称: 低压电气和低压电器技术
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学点开关电器知识——断路器的基本原理之6

低压电气和低压电器技术  · 知乎专栏  ·  · 2017-10-26 08:28

正文

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断路器的本来任务就是保护线路,执行过载保护和短路保护。

本章我们来探讨有关断路器的保护问题。

首先,我们来看下图:

这张图我们已经看过了,它出现在前面的章节中。

我们设想,断路器已经闭合,当断路器侦测到系统中出现了过电流,它应当采取何种措施来确保系统安全?

注意 过电流 这个名词,它是过载和短路的总称。

作为执行线路保护的元件,断路器除了要保护线路外,还要确保自身的安全。因此,断路器的电流保护系列参数中,必定有两类:一类用于线路保护,一类用于确保自身安全。

用于线路保护的参数包括:额定电流、过载长延时L保护参数I1、短路短延时S保护参数I2、短路瞬时I保护参数I3,等等。

用于自身安全的参数包括:短时耐受电流Icw、运行短路分断能力Ics、极限短路分断能力Icu、短路接通能力Icm,等等。

两组参数合并起来,共8个,构成了断路器保护参数不等式,如下:

我们来看ABB的Emax断路器的PR121/P保护参数表。之所以拿Emax断路器来作为范例,是因为ABB的框架断路器已经升级到Emax2,我们正好拿旧版本Emax断路器来评头论足,好好体验一把:

ABB的Emax断路器PR121/P保护参数

它操作面板如下:

我们通过一个范例来讨论:

设系统的电力变压器容量是2000kVA,它的阻抗电压是6%,它的低压侧额定电压是400V。我们来计算它的额定参数:

额定电流: I_N=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_N}=\frac{2000 \times 10^3}{1.732 \times 400}\approx 2887A

短路电流: I_K=\frac{I_N}{U_K}=\frac{2887 \times 10^{-3}}{0.06}\approx 48.1kA

查阅峰值系数表,见(GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》的表16:

可知,短路电流在20kA到50kA之间,故取n=2.1。于是有:

冲击短路电流峰值: Ipk=nI_N=2.1 \times 48.1\approx 101kA

我们再设,此电力变压器的负载率为70%,于是实际工作电流为: I_U=2887 \times 0.7\approx2021A

查Emax断路器的技术参数表:

Emax框架断路器参数表

我们选择E3N3200框架断路器作为我们的范例断路器,它的脱扣器自然就是PR121/P了。

E3N3200的额定电流是3200A,大于2887A;它的Icu=65kA,大于48.1kA,满足要求。至于短路接通能力Icm,它的值是143kA,大于101kA,当然也满足要求。

现在,我们再来看看这台断路器的脱扣曲线,如下:

图中红色的是L参数曲线,绿色的是S参数曲线,黄色的是I参数曲线。

图中的横坐标刻度按额定电流倍率递增,纵坐标则按脱扣时间递增,并且刻度均按对数取值。这张曲线叫做断路器的脱扣曲线。

我们由前面的章节内容可知,L参数曲线是反时限的,S参数曲线是反时限的,而I参数曲线是定时限的。

所谓反时限,指的是脱扣时间t与电流的平方成反比,也即 t \varpropto {(KI^{-2})}

为何过载保护曲线要用反时限类型?这是因为过载电流具有一定的伸缩性,若过载电流到达最大值后即可下降h,断路器就不应当动作;其次,过载电流越大,保护动作时间就应当越短,这也符合过载保护的基本要求。

用于过载保护的曲线叫做过载长延时L保护特性。

较小的短路采用反时限类型,目的是与下级断路器实现保护配合。当发生短路时,让下级断路器先动作,避免上级开关动作后影响更多的回路失去电能供应。

这种动作曲线叫做短路短路短延时S特性。

当发生大短路事故时,断路器必须尽快动作,所以采用定时限I特性。短路定时限的动作时间一般小于15毫秒。

本章的内容就到这里。下一章的内容是:我按2000kVA变压器绘制了一张低压配电系统图,我们针对这张图来选配各级断路器的具体参数。

这张图如下,供参考:

先说明。若觉得此类分析过于繁难,请放弃下一章的阅读。







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