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低压开关电器——断路器间的配合

发布日期:2015/10/16已有 2486 人浏览

>>级联


“级联”技术使用限流断路器,使所有下游的开关设备,线缆和其他电路元件可明显降低运行性能要求 (其它方法则不能降低),从而减化装置和降低费用。


>>级联技术的定义


限流断路器能够限制通过的短路电流峰值,因此,同正常情况相比,大大降低了其下游全部电路的开关设备和电路元件的短路分断能力、热承受能力和电气-机械承受能力。减小设备的物理尺寸和降低性能要求会带来实际的经济利益,简化安装工作。需要注意,尽管发生短路时,限流断路器对下游网络有增加电源阻抗的作用 (很明显),但是在其他的情况下没有此种影响,例如启动大型电机 (这时,需要低电源阻抗)。具有强大限流性能的紧凑型限流断路器 NSX 系列特别值得关注。



>>实施条件


一般而言,需要试验室的试验以保证满足国家标准要求履行的条件,而制造商必须提供可兼容的开关设备组合装置。

大多数国家标准允许使用级联技术,其条件是限流断路器的允许通过电能小于所有下游限流断路器和元件在不受损害的情况下所能承受的电能。

实际上,只有通过实验室试验才能验证。制造商会完成该试验,并提供表中的各种信息。这样,使用者就可以在所推荐的断路器组合装置的基础上有把握地设计级联系统。

>>级联的优点


限流对所有受限流断路器控制的下游电路都有好处。


级联原理没有限制条件,也就是说限流断路器可以安装在系统中的任意一点,否则,其下游电路将有不合适的额定值。

其好处是:

● 简化短路电流计算;

● 简化结构,即有更宽的下游开关和设备选择范围;

● 使用轻载工作制的开关设备和电器,同时节约相应费用;

● 节约占用的空间,因为轻载工作制的设备一般体积较小。


>>选择性脱扣 (选择性) 原理

选择性可以是完全的或部分的。它建立在电流大小原理、时间原理以及两者结合原理的基础上。近来的发展建立在逻辑技术的基础上。梅兰日兰系列 (专利产品) 利用了限流和选择性两者兼有的优点。

故障情况下自动化保护设备可实现选择性;如果在装置的任何一点发生故障,紧靠故障上游的保护装置会进行清除,与此同时,其他的保护装置保持不受影响 (见图表 H49)。

图表 H49: 完全和部分选择性


如果断路器 B 的最大短路电流 (IscB) 不超过断路器 A 的短路脱扣整定值 (IrmA),断路器 A 和 B 属于完全选择性。这时,只有 B 跳闸 (见图表 H50)。

图表 H50: 断路器 A 和 B 之间完全选择性


如果断路器 B 最大可能短路电流超过断路器 A 的短路脱扣整定电流值,则选择性是部分的。在这种最大值的情况下,A 和 B 都要跳闸 (见图表 H51)。

图表 H51: 断路器 A 和 B 部分选择性


基于电流水平的选择性:过载保护

(见图表 H52a)

通过从下游继电器 (低整定值) 到电源 (高整定值) 设定脱扣阈值为逐步梯级水平,可实现此方法。根据具体情况,选择性可以是完全的或部分的,如以上例子所示。

按照经验,可以实现选择性:

● IrA/IrB > 2.

基于梯级延时的选择性:低短路电流保护

(见图表 H52b)

通过调整延时脱扣器实现此种方法,这样下游继电器动作时间最短,电源方向的延时越来越长。

在所示两级结构中,上游断路器 A 的延时要长到足够保证断路器 B 的完全选择性 (例如:Masterpact 的电子脱扣单元)。

基于方法 1 和 2 相结合的选择性

(见图表 H52c)

在电流水平的方案上增加延时,可以提高总体的选择性的性能。

上游断路器有两个高速电磁脱扣阈值:

●  Im A 延时磁脱扣或短延时电子脱扣;

●  Ii 瞬时脱扣若有 IscB < Ii (瞬时),选择性是完全的。

a)

b)

c)


图表 H52: 选择性技术


基于电弧能量水平的选择性:高短路电流保护

原理:当断路器 A 和 B 检测到大短路电流时,其触头同时断开,结果电流得到很大的限制。

● B 点高电弧能量引起断路器 B 脱扣;

● 于是,A 点电弧能量受到限制,而不足以使断路器 A 脱扣。

如果断路器 A 和 B 之间的容量比大于 2.5。

基于电流水平的选择性

用瞬时电磁脱扣器的阶梯式电流整定,实现电流水平的选择性。

断路器,最好是限流型的以及用瞬时磁脱扣器阶梯式电流设定可以实现电流水平的选择性。

● 下游断路器不是限流型的。

此时完全选择性实际上是不可能的,因为 IscA ≈ IscB,所以两个断路器一般会同时跳闸。这时为部分选择性,而且仅限制在上级断路器的 Irm 内,见图表 H51。

● 下游断路器是限流型的。

使用限流断路器 B 可以改善选择性脱扣性能。

断路器 B 的下游电路发生短路,受限制的峰值电流 IB 会引起 B 的 (适当调整过的) 电磁脱扣器动作,但不足以引起断路器 A 脱扣。


>>电流选择性


它与上、下两级串联断路器的长延时脱扣曲线直接相关


图表 H53: 电流选择性

选择性的极限电流Is是:

● Is = Isd2 如果 Isd1 与 Isd2 的值非常近或者紧紧相连

● Is = Isd1如果 Isd1 与 Isd2 的值相差足够大

符合以下规则可以保证电流选择性:

● Ir / Ir2 < 2,怀疑此处应该为大于号

● Isd1 / Isd2 > 2

选择性的极限电流是:

● Is = Isd1


选择性
如果 Is > Isc (D2),即 Isd1 > Isc (D2),此时具有完全选择性。
一般来讲这意味着:

● Isc (D2)的值相对较低

● 断路器 D1 and D2的额定电流值相差很大

电流的选择性通常用在终端配电回路中。

时间选择性

选择性基于“可整定的”断路器的脱扣延时时间(在一些国家)。

这些断路器的动作相对简单同时上下级串联的几个断路器的瞬动是有时间间隔的

它是电流选择性的补充,取决于每一段脱扣曲线的时间。它是由断路器 D1 的短路短延时 (ST) 的脱扣时间延迟来实现的。

D1 (Ir1, Isd1) 和 (Ir2, Isd2) 的阈值是根据电流的选择性来实现的。

这种选择性的的电流限制意味着 Is 至少要等于D1的瞬时值li1。


选择性

有两种可能的应用:

● 在末端或中间级馈线

A 类断路器可用于上级断路器的延时脱扣。电流选择性得到扩展且达到上级断路器的瞬时极限值li1,即 Is = li1。

如果Isc (D2)不是很大 (仅指末端配电),就可实现完全选择性保护。

● 用于MSB的进线和馈线

在这种配电水平级,优先考虑供电的连续性,可以通过安装 B 类断路器进行延时分断。

这些断路器很高的热耐受能力 (Icw>50%Icn 当 t =1s) :Is=Icw

即使在Isc (D2) 很大时,时间选择性仍然可以实现完全选择性保护 Icw1 > Icc (D2).


注:使用B型断路器意味着装置要承受很高的电动应力和热应力。

因此这些断路器都具有可调的或者可以关闭的速断保护电流Ii,用以保护母线。


>>限流的能量选择性


利用上级断路器A的脱扣动作来帮助下级断路器B分断电流,则在两只设备之间实现了级联。


选择性实现的极限电流Is等于断路器B的极限分断电流,在此电流下两个设备均脱扣。

能量选择性技术在断路器上的实现可以提高此限制电流达到比下级断路器B的极限分断电流更高的值。

原理如下:

● 下级断路器B检测到大电流时,断路器分断非常快 (<1 ms) 从而实现了限流。

● 上级断路器A检测与其分断能力相比有限的短路电流电流,此电流引发断路器触头斥开,由此产生的弧电压提高了断路器的限流能力,上级断路器产生的电弧能量不足以使断路器脱扣。因此,断路器A可以帮助断路器B脱扣,自己却不脱扣。限流值高于 B 断路器Icu就具有完全选择性,可以降低电气设备的成本。


>>逻辑选择性 或 区域选择性连锁


这种选择性的获得要用配有电子脱扣单元的断路器仅当控制器件发生短路短延时或接地故障保护时,通过逻辑选择性实现保护选择性。对于断路固有的瞬时保护没有限制 。


● 时间延时:没有准则,但是时间选择性是基于响应时间的不同,这个延时时间必须满足 (ΔtD1 >ΔtD2>ΔtD3)

● 阈值: 没有可遵循的阈值准则,但是装置的基本保护等级必须满足(IcrD1>IcrD2 > IcrD3)

注:这种技术能够保证实现相同容量断路器的选择性。


>>原理


逻辑选择性功能是通过在控制线上传递信息来实现的:


● ZSI输入:

  -   低电平(下级没有故障): 保护在具有最小延时的状态下待机(y 0,1 s)。
  -   高电平(下级断路器发生故障): 与其相关的保护功能按照设定延时。

●  ZSI 输出:

  -   低电平:脱扣单元没有检测到故障且不发出信号。
  -   高电平:脱扣单元检测到故障并发出信号。


>>操作


控制线连接每个串联的保护设备, (见图表 H56)。当发生故障时,距离故障最近的断路器(检测到故障信号) 向上级断路器发送信号 (高电平输出) 并且迫使上级断路器进入自然延时状态(高电平输入)。


断路器只要没有收到故障命令(输入的低电平),就会进入瞬时脱扣状态。


图表 H56: 逻辑选择性


选择性优点

这个技术可以满足:

● 容易实现三级或以上的选择性;

● 在发生上级母线直接断路的情况下,对比时延性保护设备,极大的减小电动及热应力。

所有的保护瞬时实现

● 容易与下级非选择型断路器实现选择性。