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微型断路器的技术突破

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-15 10:46:33    浏览次数:18
导读

  从终端配电现状看,电缆敷设和设备安装的专业化程度不高,但用电设备的分布范围广,乱拉乱接的情况比较普遍;非专业用户多,超载现象普遍,过载或短路故障概率很高。尤其在负载高峰时段,供电部门忙于应付各类跳闸停电事故。又因为终端配电很少考虑选择性配合,单一短路故障可能造成整个楼层或楼宇停电,这又使供电部门

  从终端配电现状看,电缆敷设和设备安装的专业化程度不高,但用电设备的分布范围广,乱拉乱接的情况比较普遍;非专业用户多,超载现象普遍,过载或短路故障概率很高。尤其在负载高峰时段,供电部门忙于应付各类跳闸停电事故。又因为终端配电很少考虑选择性配合,单一短路故障可能造成整个楼层或楼宇停电,这又使供电部门的故障定位和恢复供电工作雪上加霜。

  从电气设计角度看,在一般住宅单元的内部,对于电击伤害的防护也存在误区,有的设计者只考虑在住宅总开关处安装一个剩余电流保护电器,或者整个住宅单元只用一个回路供电,或未考虑上下级断路器的动作时间差等,这些都可能产生因短路或接地故障造成全屋停电,包括安全系统停电失效、冰箱和维生系统(鱼缸)停电,网络中断(路由器失电)等。

  在一般住宅单元的外部,设计人员可能未考虑供电侧过流保护装置的选择性配合。用户入户侧安装有进户熔断器或断路器,但属于供电部门的管辖范围。如果这些过流保护装置因选择性配合不佳而误动作(下级断路器已经切断故障),显然也是不必要地增加了供电部门出勤检修工作量,并大大增加了故障断电时间。

  因终端配电中选择性配合日趋重要,本文主要讨论选择性配合。一般而言,研究选择性配合有两种研究途径,但它们互相支持,配合使用:

  配电变压器的低压侧往往有三或四层配电(常用电压220/380V,IEC电压标准230/400V), 在第一或第二配电层, 设计者会视用户要求考虑选择性配合,但所关联的断路器数量不多,分布集中,往往可选智能化断路器满足选择性配合要求;但选择性设定复杂,并需要专业人员管理。在这些场合,往往采用 A) 研究途径。

  第三或第四层属终端配电,因成本原因很少考虑选择性或供电连续性。此层的负载分散复杂,用户也非专业人员。需要一个成本合理、实施简单的方案来保证日益增长的供电连续性要求。在这些场合,我们往往采用 B) 研究途径,即研发新一代断路器来满足选择性要求。

  早在2004年,在中国智能建筑技术情报网、中国建筑设计研究院和ABB中国有限公司组办的“中国智能建筑青岛电气沙龙”交流会上, ABB德国的高级专家Mr. Bernd Siedelhofer先生介绍了S700 带选择性的过电流保护断路器的结构、原理和应用。与会专家对ABB具有全选择性功能的S700 SMCB作了积极的肯定,并强调在国内的终端配电中应提高选择性配合要求,而ABB的 S700 SMCB的成熟应用是个很好的借鉴。

  按照IEC60898/GB10963技术标准,终端配电用微型断路器(MCB)一般是需要快速动作的,以尽快切断短路故障。换言之,它不需要按照IEC60947/GB14048的规定,承受“额定短时耐受电流Icw”,所以同电流等级的MCB体积远小于MCCB的体积。

  如果期望提高上下级MCB的选择性配合能力,则需要提升上级MCB承受短路电流的时间,以让下级MCB迅速切除故障区域的短路电流;同时,为了保证“祖父级(Grandfather)”的短路保护装置不至因短路电流过大、时间过长而误动作,也需要控制上级MCB的限流特性和动作时间。换言之,带选择性的过电流保护断路器SMCB应要解决多级保护器件之间的选择性问题。ABB研发的 S700/S750 SMCB在技术上获得成功突破,解决了“熊和鱼掌不可兼得”的难题。

  SMCB 的设计目标是:当它和普通断路器配合时,允许采用分断能力低于安装点预期短路电流的负载侧断路器,并保证完全选择性。

  当短路发生时,电源侧断路器触头产生短暂分离以达到限流目的,在保护脱扣器尚未动作但下级断路器“确保”已分断时,触头再次接通维持供电。同时电源侧断路器动作机构应有延时功能。

  此外,还必须验证SMCB和祖父级(Grandfather)短路保护电器(熔断器)的选择性配合。

  如果短路发生在下级MCB的负载端,因线路阻抗的原因,其短路电流不可能太大,但这已足够使下级MCB脱扣(C特脱扣特性:5~7 In)。SMCB在此短路电流的电磁力作用下,其主触点会产生斥开限流现象,但不足以使SMCB的脱扣机构脱扣;与此同时,限制电阻R 及其热元件会控制短路电流:既要允许MCB动作又不能使SMCB实质性地脱扣。下级MCB完全切除短路电流后,SMCB主触点回复到闭合位置,继续为其他负载提供电源。万一MCB拒动或不能分断时,选择性热元件使SMCB 在稍加延迟后(300mS)脱扣。

  如果短路发生在SMCB的负载端,其预期短路电流相当大(视短路容量而定),可能达到几十千安水平,此时SMCB可承担其最大分断能力,短路电流电磁力驱动脱扣机构快速分断。

  需要强调的是,由于S700/750 特殊结构和限流功能,它不但提升和下级MCB的选择性,也提供了后备保护。经验证,其选择性电流极限值甚至高于下级MCB Icn值。

  同理,S700/750 也改善了和祖父级短路保护电器的选择性配合。在合理配置祖父级熔断器时,它和SMCB的选择性电流极限最高可达SMCB的Icn值。

  根据VDE0645/GB24530技术标准,S700/S750推荐使用E脱扣特性,因为它具有相对灵敏的过载保护脱扣曲线,可有效延长电缆的使用寿命和减少电缆过热引起火灾的可能性。另外一个优点是:折衷的短路保护脱扣曲线,既可避免因电缆远端短路电流值不足而被迫放大电缆;也能躲避电机负载的起动电流的干扰而误动作。

  在有很高起动电流负载的回路中,也可考虑使用Cs 脱扣特性的SMCB。所幸在一般终端配电回路中,很高起动电流的负载并不常见。

  SMCB主要用于住宅终端MCB前级保护,或既要求选择性又要后备保护的场合,实现选择性+后备保护的目的。在国外, SMCB往往安装在低压用户的进线侧,应符合过电压分类为IV级以保证电路隔离的安全性,这是一般MCB(过电压分类为III级)不能满足的要求。

  随着低压电网容量的扩大和预期短路电流的增加,也需要SMCB具有更高的分断能力,如25kA。按照IE

 
(文/小编)
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