虽然短路时间超过 5×时,电缆已经可以考虑对外的散热过程,但允许温度下降的影响对电缆的热稳定性能具有决定作用。 影响电缆热稳定性的因素,电缆的热稳定性主要受热阻、热容、温升时间常数、外部条件的影响。专业热熔断器热阻分为电缆热阻和外部媒介热阻,热阻是与材质及结构有关的固有特征,热阻越大,其散热性越差。热容与材料的热容系数有关,与材料的体积成正比,热容越大,温升所需的热量越多。电缆和外部媒质均有其温升时间常数,表征的是温度上升或下降至63.2%最终温度所需要的时间。电缆所处的外部条件,例如环境温度,通风状况,敷设方式等也都会对电缆的载流量和热稳定性产生影响。 石家庄热熔断器F-C 回路电缆热稳定截面选择条件的确定,高压熔断器与真空接触器对回路形成联合保护时,以图 3-6 所示的电动机回路熔断器选择及配合曲线为例,当短路电流大于熔断器与真空接触器保护交接点电流时,由熔断器提供保护;小于交接点电流时,由真空接触器按照综合保护装置保护曲线动作提供保护。
为避免阻碍新型熔断器的未来发展,不同制造厂的熔断器的特性曲线会存在差异。专业热熔断器目前FC回路设备的制造厂和设备规格较多,不同型号设备之间的特性有一定差异,根据对各主要制造厂熔断器特性曲线的比较,以系统电压为6kV为例,可初步确定功率不超过1250kW的高压电动机和容量不大于1600kVA的低压厂用变压器可以选用FC回路供电,并根据工程中采用的具体设备规范进行核算和调整。这个容量上限是按采用热稳定电流为4kA、4s的真空接触器得出的并推荐同样适用于真空接触器热稳定电流为 6kA、4s 时,这主要是基于DL/T 5153《火力发电厂厂用电设计技术规程》中对 2000kW 及以上电动机和2000kVA 及以上变压器有建议装设差动保护的相关规定。F-C 回路由于熔断器动作的不可操纵性而不能使用在要求设置差动保护的回路上,当采用热稳定电流为6kA、4s 的真空接触器时虽然可以选择额定电流更大的熔断器并相应提高供电负荷容量,但对于变压器来说,1600kVA 以上即为2000kVA 等级,石家庄热熔断器容量已没有提升的余地;而对于电动机,根据目前火力发电厂的辅机情况,容量介于 1250~2000kW 之间的电动机数量很少,提升电动机回路容量上限的经济意义不大。
火力发电厂中对不要求自起动的Ⅱ、Ⅲ类电动机和不能自起动的电动机一般设置0.5时限的低电压保护;石家庄热熔断器对于1类电动机,当装有自动投入的备用机械时,或未保证人身和设备安全,在电源电压长时间消失后须自动切除时,均应装设9-10s的低电压保护。F-C回路中低电压保护构成方法如下:一是对真空接触器由直流或直接由交流220V控制情况,由接于F-C柜上的综合保护装置通过检测来自于母线TV的电压信号实现,接点作用于接触器跳闸;二是对接触器通过降压变压器(由一次回路直接降压)交流控制情况,电保持型的真空接触器本身具有低电压保护功能,机械保持型的真空接触器仍由接于F-C柜上的综合保护装置通过检测来自于母线TV的电压信号实现。专业热熔断器由综合保护装置实现的低电压保护设为两段。低压电保护一段动作电压为动作时限为9s。式中Un为系统的额定电压。断相(不平衡)运行保护。FC回路故障时,由于熔断器可能出现单相熔断,为防止三相电压不平衡的危害,FC回路需装设此保护。目前F-C开关柜所采用的熔断器均要求配撞击器,撞击器可实现上述保护撞击器的作用是熔断器熔断时立即动作联跳接触器,避免设备非全相运行。
3~10kV电网单相接地跳闸的中性点接地方式主要指低电阻接地方式,当接地电流大于15A时中性点经高电阻接地系统也要求立即跳闸,电阻接地系统的主要特点如下。1)高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的,并可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压,主要用于200MW以上大型发电机回路和某些3~10kV配电网。2)专业热熔断器低电阻接地方式可获得一个大的阻性电流叠加在故障点上,具有可以快速切除故障,过电压水平低,谐振过电压不能发展的特点,可以减少绝缘老化效应,延长设备寿命,自动隔离故障等优点。低电阻接地方式的接地故障电流可达100~1000A甚至更大。这种大的接地故障电流会带来些问题,包括电缆接地时,大的电弧电流可能影响电缆通道内其它相邻电。限制过电压的保护措施,缆,扩大事故;接地故障电流过大,导致大的热容量电阻制造困难;接地故障电流引起地电位升高,甚至超过了通信线路、低压电气线路和人身保安要求的安全允许值。为了克服低电阻接地方式的大接地故障电流的影响,目前在工程中一般采取适当增大接地电阻阻值的方式,石家庄热熔断器使阻性电流大于容性电流但不能超过一定范围,以限制过电压不超过2.6倍,同时可以保证接地保护的灵敏度和选择性,保证设备人身安全。
根据高压限流熔断器的焦耳积分特性,F-C 回路故障时故障电流越小,熔断器最小弧前焦耳积分值反而越大,当故障电流小于熔断器与接触器保护交接点电流时,由于综合保护装置的曲线所对应的开断时间低于熔断器的熔断时间,所以对应此电流的整个F-C回路的热效应值小于熔断器的焦耳积分值,因此故障时流过回路的最大热效应值应在保护交接点电流附近及所对应的时间。专业热熔断器实际工程中,F-C 回路的最大短路电流热效应即是熔断器与真空接触器的保护交接点处的焦耳积分值。由于选择熔断器时要躲过电动机的起动电流或变压器的励磁涌流的影响,对于变压器还应考虑低压侧电动机成组自起动的影响,因此,保护交接点所对应的时间一般在 2~30s之间。结合电缆的热稳定性能和保护交接点所对应的时间,可以确定选择电缆截面方法。根据电缆在过电流时的特性和耐受能力,当该交接点对应的动作时间小于5s时,电缆处于近似绝热状态,按该点对应的熔断器的最大动作热效应值,石家庄热熔断器再根据绝热状态下的电缆最小热稳定截面确定电缆截面,此时电缆的耐受温度为短路时允许温度(以交联聚乙烯绝缘电缆为例,为250℃)。
电弧的基本特性。专业热熔断器高压熔断器因供电回路故障发生熔断时,熔断器的电弧范围内一般由阴极压降区、阳极压降区和弧柱区等三部分组成。阴极压降区长度大约只有10mm,在这个区域的一端,电流是在金属蒸汽中流过;另一端,电流是在固体或液体金属的阴极上流过。阴极压降区的电压降大约为10V。阳极压降区长度大约也只有10-3mm,在这个区域的一端,电流是在金属蒸汽中流过;另一端,电流是在固体或液体金属的阳极上流过。跨在阳极压降区的电压,可以是由零至熔体材料的原子电离电位之间的任何值,般认为取熔体材料的电离电位较合理。弧柱区占据阴极压降区和阳极压降区之间的全部空间。石家庄热熔断器弧柱区温度很高,一般在绝对温度5000K以上。弧柱区可以认为是具有一定导电率的导体,其内部电场强度较低,这一段的电压与电弧燃烧的炽热程度、弧柱截面的大小、弧柱的长度等各种因素有关。其特点是电流大时,压降较小;电流小时,压降反而较大。维持电弧高温燃烧是由回路电感提倛主要能源,因为切断短路电流时,回路电感之中是储存有磁场能量的,该能量系维持电弧持续燃烧的主要能源。
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