低压电容补偿柜中熔断器和小型断路器的选用分析

杨法

【摘 要】通过对比分析熔断器和小型断路器的性能,阐述了低压电容补偿柜中选用熔断器和断路器的优势和劣势。最后提出了在电容补偿柜中电容器保护上,熔断器的性能优于断路器,应是目前的最佳选择。 【期刊名称】《电器与能效管理技术》 【年(卷),期】2014(000)023 【总页数】3页(P32-34)

【关键词】低压电容补偿柜;熔断器;断路器;选用;性能 【作 者】杨法

【作者单位】天津市三源电力设备制造有限公司,天津300409 【正文语种】中 文 【中图分类】TM561

随着经济社会的发展,电能成为现代工业的主要能源。为客户提供安全、可靠、稳定、高效的电能是电力企业追求的目标。在低压配电系统中,因存在着大量感性无功负荷,导致功率因数较低,为了提高电网系统中电能输送质量,通常会在高低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置,使无功就地平衡,从而提高负载功率因数。低压电容补偿柜因其安装方便、运行维护简单且具有较高的经济性,是目前低压无功补偿中常用的手段之一。但近年来在低压电容柜中越来越多的采用小型断路器代替熔断器,本文对比进行了讨论分析。

以往电容补偿柜由多路接触器(或复合开关)控制电容器的投切,每一回路一般使用熔断器进行保护。最近几年,不少生产厂家的低压电容柜中使用小型断路器进行保护,设计院的出图设计中也很多使用小型断路器,主要用在箱式变电站、低压GGD柜或者开关柜空间比较紧凑的场合;在实际运行中,用户也未对用小型断路器代替熔断器的电容补偿柜提出疑问或者不好的反馈意见。因此有人认为,如果将熔断器更换成小型断路器,同样能起到保护作用,而且避免了大量的维护工作,效果可能更好。 针对该问题,主要有两种观点。 (1) 反对用小型断路器代替熔断器。

熔断器和小型断路器的保护曲线不同,小型断路器分断能力不如熔断器高(常用小型断路器Icu=6 kA,而熔断器一般可达50 kA),动作时间也没有熔断器快。电容补偿由于有放电时间的存在,发生短路故障时,电路构成更复杂。熔断器具有“反时限”保护特性,即当故障电流较小时,熔断器熔断的时间较长;当故障电流较大时,熔断器熔断的时间较短(即短路电流越大动作越快)。断路器也有此特性,但短路电流远远大于小型断路器的极限分断能力,若发生短路故障,有可能将小型断路器的触头烧结,不能正常分断,使故障扩大化。

(2)支持用小型断路器替代熔断器。

随着断路器技术的进步,现在国际上大的电气厂商均有分断能力30 kA及以上的产品,分段时间也很短。且使用小型断路器至少有以下优点:① 三极同时动作。当任何一相发生问题时,三极同时断开,而熔断器则有可能只熔断一只,导致补偿不平衡。② 安装空间小。当单只电容容量较大时,使用熔断器则体积过大,不利于散热。③ 安装及更换方便。安装熔断器时底座下必须垫绝缘垫,绝缘垫老化后绝缘性能下降,当发生大电流情况时,熔断器熔断座经常碎裂炭化,碎片又可能引起其他意外;而小型断路器用导轨安装,装拆都极为方便。④ 从经济上考虑,熔断器的熔丝一旦烧断,就应更换新熔丝,不可恢复,相对增加了成本;而小型断路器动作后,只要故障排除,再将其投

入即可。

熔丝具有很强的分断能力和限流作用,经常被用于电力供应和工业网路,起着过载保护和短路电流保护的作用。从20世纪50年代初开始,断路器逐渐发展成为一种有效的替代保护器件。断路器可在故障后再合闸,操作简便,适于配电终端电气故障的过载或短路保护。

虽然熔断器和断路器都可起到短路保护的作用,并且在电容柜中使用小型断路器有其自身的优点,但低压电容柜中应使用熔断器进行短路保护,理由如下: (1) 国标要求。国家标准GB 50227—2008《并联电容器装置设计规范》中第4.2.9条明确要求应使用熔断器做短路保护[2]。

(2) 分断能力。两者分断能力不同,电容柜中使用小型断路器是错误的。小型断路器是按民用标准设计的,分断能力6～10 kA已足够;且电气间隙及爬电距离均小,用于电力系统的电容柜中极不安全的。当遇到高次谐波或短路电流时,小型断路器因分断能力不足会造成永久损坏。熔断器的突出优点是额定分断能力高,一般额定分断能力为50 kA以上(NH熔断器甚至可达120 kA),事故响应时间短。

(3) 分断时间。一般电容补偿调节是用接触器控制投切,有固定分闸时间,其触头不适用于分断短路电流,因此,快速切除故障可以保护接触器,并减少事故扩大。一般来说,熔断器大多在前半周波的上升期,故障电流还没来得及达到最高值时就已经被切除,而小型断路器本身有固有分断时间,因此熔断器响应时间比较快。

(4) 恢复后性能。当动作于短路故障时,小型断路器触头肯定有电弧损伤,而损伤程度无法确认,因而可能造成隐患;而熔断器更换后,其性能就回到新装状态,新装的熔断器保持原有性能,保护系统依然100%安全有效。

(5) 保护特性。熔断器和断路器保护特性曲线如图1所示。

熔断器具有“反时限”保护特性,断路时间遵循物理规律,能量越高,熔断器起动得越快。其保护特性是一条曲线,每一个超过额定电流1.5倍的故障电流均有一个熔断

时间,因而熔断器是一个兼有若干个过流,又兼有若干个速断的保护元件。小型断路器是机械器件,断路时间受脱扣机构的惯性影响,即便是国际一流品牌的先进产品,也只能设定几个“点”,对这几个点设定保护定值,不能做到全曲线,即每个点进行保护。需要保护特性好的场合就不可以小型断路器替代熔断器。

(6) 选择性。熔断器不受短路电流的制约,具有完全选择性。只要电路中上、下游的熔断器之比为1.6,就能发挥选择性。对小型断路器来说,提高选择性的方法是延迟上游断路器起动。一旦出现故障,上、下游保护器之间的装置就要承受全部短路电流及其带来的强热和电动力应力,极有可能产生故障。

(7) 级联保护。级联保护的目是通过采用短路分断能力低的廉价断路器来节约成本,当电流强度介于两个断路器之间时,上游断路器对下游有保护功能,因此可选用廉价的、短路分断能力低的断路器做下游保护。熔断器不需要级联保护,因为即使是最小的熔断器也具有很高的分断能力。

(8) 动、热稳定性。熔断器灭弧能力较强,所带设备一般不需要校验动、热稳定性。小型断路器所带设备不但应校验动、热稳定性,而且其本身也应进行动、热稳定性校验(实际工作中,很少有人去校验,这也是短路后烧掉的因素之一)。可见,在短路电流较大的地方,不能用小型断路器替代熔断器。

(9) 安全性。熔断器有可能只熔断一相或二相,由于不容易发现而导致事故。现有的电容柜上熔断均有电子报警装置,可提醒值班人员更换,从而避免事故。从维修安全角度来讲,小型断路器没有明显断开点,而熔断器把熔芯拿下后有明显断开点,做到了可视隔离,安全性明显高于小型断路器。

近几年来,在低压电容柜中出现了用小型断路器代替熔断器的趋势,一方面跟采用熔断器保护的“老式”低压电容柜事故频繁出事有关。熔断器有其自身缺点和局限性,一是安装不方便,二是在试验和维护中极不方便。如在运行中的某一组出了故障需检验修理时,必须切断故障柜的总电源才能有效地保证维护人员的人身安全,但同时

也给用户造成直接经济损失。熔断器因发热引起绝缘破坏,从而发生相间短路的情况也时有发生,因而不少成套厂将保护低压电容器的熔断器改用小型断路器。实际原因与现在熔断器质量有很大关系,一般现在电容器容量使用15～30 kvar,传统选用RT14型熔断器,如果熔断器底座质量较差,正常运行时熔断器接线端头很容易发热炭化,发生相间短路故障。因此,使用正规厂家生产的质量合格的产品非常重要。 另一方面,后期维护的便利性、经济性也是这一趋势产生的原因。国内电容柜生产厂家凡是用复合开关的基本都是采用小型断路器,包括一些专业生产户外补偿箱、补偿柜厂家。只有在机械式电容柜中还有一部分厂家使用熔断器。熔断器成本低廉,安装简便,但熔断器的熔丝一旦烧断,就得更换新熔丝,不可恢复,相对增加了成本;小型断路器使用方便,一有故障,开关立即跳闸,且只要故障排除,再将其投入即可,同时又具备短路保护功能,故应用、维护起来较方便;现在市场上小型断路器价格也很低廉,使用的综合成本不比熔断器高,这也是许多成套厂采用的原因。但经过大量到现场走访及到成套厂参观,实际生产运行中采用的小型断路器的分断能力(一般Icn=6 000 A,甚至还有采用4 500 A的),达不到分断短路电流要求,一旦出现短路电流,小型断路器会由于分断能力不足或分断速度缓慢引起开关炸裂,产生电弧甚至引起火灾,扩大了事故范围。同时小型断路器多次分断后出现故障的风险随着老化程度而增加,应按生产厂家所指定维护程序,对其进行周期检测。如果没有正规地保养和测试,则起动和分断能力、保护元件的能力以及整个电气系统的安全都无法保证。在实际生产运行中,很少有人对其进行检测,基本处于“免维护”状态。熔断器是静态保护装置,整个产品是密闭的,即使是在最繁杂的环境并且没有维修和保养的条件下,也可对电路进行长期而可靠的保护。因此,熔断器才是电容器保护的最佳选择。 随着经济社会的发展和电力系统中感性用电设备的增加,电力用户对电能质量的要求越来越高。电容补偿柜通过提高系统的功率因数,能够减少线路损耗,改善电网电能质量。本文通过电容补偿柜中短路保护元器件的选用,结合实际生产运行情况,分

析总结了不能用小型断路器代替熔断器的原因,对电力设备生产及保障设备安全运行具有一定意义。

【相关文献】

[1] 中国航空工业规划设计研究.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社,2005. [2] GB 50227—2008 并联电容器装置设计规范[S].