高压真空接触器高压限流熔断器组合电器

1高压真空接触器——高压限流熔断器组合电器在发电厂中的应用无锡市蓝虹电子有限公司沈兴元副总工程师[摘要]本文介绍了高压真空接触器，高压限流熔断器的技术特性，以及两者在电厂内控制系统中的选配原则，并得出在1600KVA及以下的变压器回路、1200kW及以下的高压电动机回路和1200KVar及以下的电容器组，更适用于使用高压真空接触器加熔断器组合电器，超出此范围则使用断路器。[关键词]高压真空接触器、高压限流熔断器、电动机、变压器、电容器。1、序言随着我国经济建设的快速发展，对电力的需求越来越多，特别是去年夏天全国出现电荒后，现已演变成全年性全天候的缺电状况。由此全国各地纷纷上马建设发电厂。在发电厂的厂用高压用电系统中，现在大都设计成高压限流熔断器(F)和高压真空接触器(C)回路，以下简称F-C回路。我公司去年仅F-C回路单元销售800套，今年已有500套的订单合同。所以本文就高压真空接触器、高压限流熔断器和高压电动机、变压器、电容器的选用配合和保护等问题逐一介绍和分析。2、高压真空接触器高压真空接触器在F-C回路中作为操作元件，由于其有特殊的结构，特别适用于需大量分闸、合闸操作循环的场合，是频繁操作的理想电器。2.1真空接触器的形式真空接触器的外形见图(一)它主要由真空灭弧室、绝缘固定架、操动机构、锁扣机构、底盘手车等组成，绝缘固定架上安装了熔断器支座，支座上装配有联动脱扣机构，即便只有一相熔断器熔断时，也能使接触器联动跳闸，同样地，即便只有一相熔断器未安装时，该联动机构也能防止接触器合闸。2.2真空接触器的开断原理真空接触器的主触头是密封在以2陶瓷为外壳的真空灭弧室中，灭弧室中的真空度高达1.33×10-4Pa。当真空接触器分闸时，真空灭弧室中的动、静触头快速地开断，在分闸过程中，在高温触头之间产生的金属蒸气使电弧持续到电流第一次过零点，在电流过零点时，金属蒸气迅速凝结，使动静触头之间重新建立起很高的电介质强度，维持很高的瞬态恢复电压值，实现对开断电流的完成。如果用于控制高压电动机，因截流值不高于0.5A，所以仅产生很低的过电压值，此特性对电动机的保护非常重要。2.3真空接触器的动作原理就对真空接触器主触头的控制而言，有电磁式操作机构和弹簧储能式操作机构二种，由于电磁式分合闸频率可达到2000次/小时，故目前均采用电磁式操作机构。控制回路电压有直流110V、220V；交流110V、220V；保持方式有电气自保持和机械自保持两种。电气自保持机构是合闸线圈得电动作使得接触器主触头合闸，当接触器合闸后，合闸线圈断电转成保持线圈得电，确保接触器主触头处于合闸状态。当分闸时，使得保持线圈失电，在分闸弹簧的反力作用下，快速把接触器主触头分闸。机械自保持机构是合闸线圈得电驱动合闸电磁铁通过操作机构使接触器主触头合闸，并由合闸锁扣装置使接触器保持合闸状态，同时合闸线圈失电；当分闸时，分闸电磁铁得电动作使合闸锁扣装置解扣，由分闸弹簧驱动操作机构完成分闸。机械自保持机构包括脱扣器和手动分闸按钮组成，LHJCZR系列高压真空接触器就是装配有机械自保持机构。2.4真空接触器的额定参数2.4.1电压参数额定电压(KV)3.67.212额定工作电压(KV)3610额定工频耐压(KV)203242额定雷电冲击耐压(KV)4060752.4.2电流参数额定工作电流(A)200400630额定开断能力3.2KA25次极限开断能力4KA3次额定关合能力4KA100次额定过载能力6KA1秒4KA3秒2.5KA30秒额定峰值耐受电流40KA1/2周波2.4.3关合能力，开断能力和峰值耐受电流接触器的额定关合能力也就是接通能力是指在规定的关合条件下确定的电流数值；此时接触器可以关合而不发生熔焊或过份的腐蚀。接触器的额定分断能力是在规定3的条件下在额定工作电压时接触器能够开断而没有过份的触头烧损的电流值。接触器的极限开断能力是指在CosΦ=0.6±0.05，1.1倍额定工作电压下分断额定开断能力电流3次。接触器的额定峰值耐受电流是接触器在闭合位置与保护熔断器配合所能实际承受的电流第一个半波内最大瞬时值，这个值在F-C回路中有其特殊的意义。2.5真空接触器主要优点真空接触器是上世纪六十年代发展起来的新型电器，由于性能优越而得到广泛的应用。LHJCZR真空接触器主要有如下优点：·截流值0.5A；·极少量维护；·可频繁操作；达到每小时2000次分合闸动作。·寿命长；电气寿命为30万次，机械寿命100万次。·与微机控制系统结合，具有开放、数字、双向通讯、智能等特点；·同类型接触器完全可以互换。2.6接触器用真空灭弧室真空接触器用真空灭弧室是专门研制的，它与断路器用灭弧室相比具有：载流水平低、低浪涌、触头抗磨损、电寿命在30万次以上。国产TJC-12/630真空灭弧室部分数如下：·额定电压12KV·额定电流630A·额定开距6±1mm·接触电阻≤60µΩ·触头自闭力70±20N·触头反力100±20N·机械寿命100万次3、高压限流熔断器高压限流熔断器在F-C回路中，作为短路保护功能元件，当电流超过给定值足够时间时，通过熔化熔体，开断电流切断所接入回路的器件。熔断器具有速断保护特性好，且开断电流越大，开断时间越短的特点。高压限流熔断器详细特性见相关文献。3.1额定电压选择高压限流熔断器的额定电压按相应系统额定电压选择，只宜超过不宜降低电压使用，以避免熔体熔断截流时产生的电压超过允许的2.5倍工作相电压。3.2额定电流选择熔断器额定电流选择应考虑下列因素·回路的正常和可能过载电流4·回路开合变压器、电动机、电容器组时的瞬态现象。·合理的与其它保护装置配合F-C回路中，高压限流熔断器是后备熔断器，对回路正常和可能过载的电流来讲为后备保护，即当回路电流等于或小于真空接触器额定开断电流时，应由综合保护装置动作由接触器切断电流；当回路电流大于综合保护装置整定电流或真空接触器拒动时，才能使熔断器动作。3.3电动机的保护和熔断器的选择LHJCZR系列高压熔断器——真空接触器回路可用于电压3.6~12KV，电动机功率达到1200kw的应用场合。这要归功于其操动机构的简单、可靠和主触头的长寿命设计。用于电动机保护的熔断器的选择必须依据其使用条件来进行，必须考虑以下数据：·工作电压·起动电流·起动时间·每小时起动次数·电动机满负荷电流·安装现场的短路电流短路保护通过熔断器来实现，通常选择比电动机更高的额定电流以躲过起动电流的影响。但这样又不能进行过载保护。因此，必须有一个反时限或定时限继电器对过载进行保护。为了保护对接触器、电流互感器、电缆、电动机本身及电路中其它设备可能受到的因长期过载或允通能量I2×t超过耐受能量造成的损害，熔断器的脱扣与其它保护继电器须良好配合，在电流——时间特性曲线上，要使继电器曲线和熔断器曲线交于一点，这一点满足：1)因过载、单相运行、转子堵转和重复起动引起过电流的电动机保护由反时限或定时限继电器作用于接触器来实现；2)回路中相间、相对地故障电流，其值小于接触器的开断电流时，由反时限或定时限继电器提供保护；3)故障电流大于接触器开断电流直至最大耐受故障电流的保护，由熔断器提供保护。按照上述方法选择的电动机容量、起动次数、起动时间与熔断器关系见表15表1电动机功率KW启动时间S启动电流A熔断器熔体额定电流(A)起动频次(次/h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变压器的保护和熔断器的选择LHJCZR系列高压熔断器——真空接触器回路用于控制和保护变压器时，应该装上合适的限流熔断器，熔断器的选择应与其它保护装置配合，且能承受较高的变压器的涌流和变压器的持续过负荷电流而不损坏，但熔断器的额定电流不应太大，以便与接触器等设备的配合。用于变压器初级端熔断器的一般选用原则见表2表2变压器额定功率(KVA)熔断器额定电流(A)额定电压(KV)100125160200250315400500630800100012503.663636380801001001601602002503157.2505050636380801001001251251601231.531.540405050636380808010063.5电容器组的保护和熔断器的选择LHJCZR系列高压熔断器——真空接触器回路用于控制和保护电容器组时，应对关合电容器组时电流的瞬变过程进行计算，依此选择在过载时对设备的保护，单个电容器组投切的电流波形如图(2)，已有电容器组并网运行的情况下再投切另一电容器组时的电流瞬变波形如图(3)。在LHJCZR系列高压熔断器——真空接触器回路中的熔断器作短路保护电容器组时，必须能承受上面提到的合闸涌流，而且其允通能量(I2×t)通常必须小于0.7倍的熔断器最小额定弧前能量I2×t。当熔断器不能满足上述条件，并且已不可能选择更大规格的熔断器时，为降低瞬态过程允通能量，可给电容器组串联特殊电阻。通常选择熔断器的额定电流大于电容器额定电流的2~3倍即可。当投切电容器的涌流和频率即Ip(kA)xf(Hz)超过20000时及接触器在频繁投切场合，建议使用电抗器，这样对接触器和熔断器都有好处。4、F-C回路的应用实例现在发电厂内部高压厂用电回路的设计都采用了真空断路器加F-C回路组合配电的方式，对800KW及以下的风机类电动机、1000KW及以下的泵类电动机、1600KVA及以下的变压器和1200Kvar及以下的电容器组回路都采用了F-C回路控制，超过此范围的采用真空断路器回路控制，下面仅举4例来说明。4.1宿迁国营热电厂宿迁国营热电厂是新建的火电厂，厂用配电系统是中央计算机控制，由8台真空断路器柜和36台F-C柜组成来控制和保护厂内电动机和变压器。36台F-C柜内装配如下：LHJCZR接触器加WFNHO高压限流熔断器保护高压电机用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配WFNHO-50A6台配WFNHO-63A8台配WFNHO-80A3台配WFNHO-160A7台LHJCZR接触器加XRNT高压限流熔断器保护变压器用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配XRNT-63A3台配XRNT-80A4台配XRNT-100A2台配XRNT-125A3台4.2山东聊城热电厂山东聊城热电厂也是新建的火电厂，厂用配电中央控制器由韩国进口，由12台真空断路器柜和43台F-C柜组成对厂内电动机、变压器、电容器的控制和保护。43台F-C柜内装置如下：LHJCZR接触器加WFNHO高压7限流熔断器保护高压电机之用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配WFNHO-31.5A10台配WFNHO-40A3台配WFNHO-63A3台配WFNHO-80A10台LHJCZR接触器和XRNT高压限流熔断器保护电容器之用，电容器的