维普资讯 http://www.cqvip.com
交流与探讨 主持人：党毅 ＧＵＡＮＧＸＩＤＩＡＮＹＥ 店 景 浅谈１０ｋＶ配变容量在１６００ｋＶＡ以下采用负荷开关＋ 熔断器组合方式保护变压器的合理性 张俊成 龚文英 （１．南宁供电局，南宁市５３００３１；２．广西大学电气工程学院，南宁市５３０００４） 【摘要】本文通过对短路电流和变压器激磁涌流的分析，以及对高压熔断器性能的分析，论证了变压器容量在１６００ｋＶＡ 以下采用熔断器保护的合理性。 【关键词】短路电流；激磁涌流；熔断器 城网改造工程中，环网柜已被广泛和大量的使用，对于容 流可达到额定电流的２８倍左右。冲击电流峰值在半个周波也 量在１６００ｋＶＡ以下的变压器多采用熔断器来保护，熔断器的 就是１０ｍｓ时段出现。其值一般取； 熔体电流也由厂家配套选用，设计人员免去了繁琐的计算，但 ｉ ２．５５Ｉ Ｉｓｈ＝１．５Ｉ 熔断器保护变压器时的开断时间、灵敏度、选择性以及负荷开 而在１０００ｋＶＡ及以下变压器低侧发生三相短路时，其值 关承担的转移电流等问题又如何考虑呢？本文对此作简单的 取： 探讨。 ｉ，ｈ＝１．８Ｉ Ｉ．ｈ＝１．０９Ｉ 按照以上方式计算出的结果，在一般书中均有所刊载。对 １低压电网短路电流的特点 短路电流的描述主要是为了探讨熔断器的熔体在短路过程中 低压电网发生短路时，电网运行将由正常工作状态过渡 的特性，由图１见： １．１短路冲击电流发生在１０ｍｓ的时段，熔断器如能在此 到短路状态，其短路电流曲线如图１所示： 时段熔断其断开时间将是１０ｍｓ。这是任何高压断路器无法比 的，１０ｋＶ断路器时间均＞ｔ６０ｍｓ。 １．２冲击电流是逐渐衰减的，如果熔断器不能在第一个 周期的峰值熔断，则短路冲击电流将逐渐衰减，动作时间将大 于１０ｍｓ，而是按照熔断器的电流一时间特性曲线来决定其熔 断时间。 Ｕ １．３熔断器熔体熔断时间受到两个因素的影响： １．３．１系统的短路容量；短路容量大，熔断时间快 １．３．２熔断器熔体的选择；熔体电流小，熔断时间快。 ２变压器的激磁涌流对熔断器选择的 正常状态 短路状态 ： 短路状态 影响 图１ 激磁涌流，又称空载合闸电流，是变压器在空载投入时， 或者在外部故障切除后突然恢复电压时所产生的一个电流。 短路过程分为暂态过程和稳态过程，暂态短路电流ｉ 可 分解为周期性ｉ，和非周期性 ，周期分量的幅值是不变的，它 在这种情况下，由于变压器铁芯中的磁通不能突变，也就是磁 通 在加上电压的初瞬间（ｔ－Ｏ）仍维持为零，从而与三相电 等于稳态短路电流Ｉ的幅值，非周期分量是不断衰减的。短路 路突然短路时所发生的物理过程相似。铁芯中将同时产生两 发生后，大约经过１０ｍｓ，出现短路电流的最大瞬时值（电流峰 个磁通，一个是符合磁路欧姆定律的周期分量 （与短路的ｉ 值），我们称为短路冲击电流 ，其值可达稳态短路电流的１－４ 相当），一个是符合电磁感应定律的非周期分量 （与短路 倍左右，例如当变压器短路电压为５％，高压侧为额定电压，低 的ｉ 相当）。这两磁通分量在ｔ＝０时大小相等，极性相反，使合 压侧短路，则稳态短路电流可达额定电流的２０倍；其冲击电 ２００６．９（总第７８期）团 维普资讯 http://www.cqvip.com
屋 电景 主持人：党毅 ＧＵＡＮＧⅪＤＩＡＮＹＥ 交流与探讨 隙中。由于石英砂对电弧的强烈的去游离作用，每条缝隙中的 金属蒸汽少，冷却效果好使电弧熄灭，在短路电流达到峰值之 前已被断开，因此，这类熔断器具有很强的限流能力和较短的 开断时间。 成磁通 ＝０如图２所示。经半个周期后， 达到最大值。（与 短路的ｉ 相当）这时铁芯严重饱和，激磁电流迅速增大，可达 到额定电流的８－１０倍，形成类似涌浪的电流。此涌浪电流中 含有数值很大的非周期分量，而且衰减较慢。（与短路电流非 周期分量相比）很显然熔断器的熔体电流如果躲不过激磁涌 流，就可能在变压器空载投入时或电压突然恢复时熔断，发生 误动作。 熔断器的主要技术数据为： ３．１熔断器在规定的使用条件下，能可靠的分断最小开 断电流（２．５－３倍的熔体定额电流）至额定开断电流为３１．５ｋＡ 之间的任何故障电； ３．２熔断器是具有反时限的时间一电流特性，如图３所 示，图示电流愈大，开断时间愈小，最短时间可达到１０ｍｓ（半 个周期）。 ３熔断器的特性 高压熔断器结构简单，具有良好的短路保护和过负荷保 护功能。它是人为的在电路中间设置的一个最薄弱的发热元 件。（熔体或熔丝）当流过熔体的电流超过一定数值时，熔体 自身产生热量自动的将熔体熔断，达到断开电路的目的及保 护电器设备不受到损害。 户内熔断器（限流熔断器）为单相高压电器设备，各种型 号的限流熔断器的外形结构、灭弧原理都基本相同。熔丝由单 ４保护变压器用熔断器的选择 采用环网柜作为变压器保护的负荷开关熔断器的方案， 设计人员一般都不再进行繁琐的设计以及对短路电流和继电 根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状，熔丝埋放在石英砂 中。当过载或短路时，熔丝熔断。电弧出现在多条石英砂的缝 ／ ／ － －－－保护的整定计算，选用制造厂提供的成套的设备即可。制造厂 Ｏ ｌ 啪 ｍ 。 叭 ㈨ 一般按表１配置。 －－－－７ ￣１０ｍｌｔ 、‘， Ｉ …－．－Ｅ－－一 一＼ 。／／＼＼／／ 。＼／＼八 Ｏ 暂态 一ｌ态＿ｌ稳 ｌ／！ ｌ —ｌ Ｉ ｌ ． ‘Ｉ Ｊ Ｉ 箩』 蠹 藩 ５ １０ ｉ００ ｌ ０００ ｉ００００ ５００００ 尊｝ ）｛ ｉ 圆 Ｉ 图３ 表１ 环型网 号 ５０ １０ ｌ０ １０ 变压器的额定容量（ｋＶＡ）及其应配置的熔断器熔体规格 ｌ００ １６ １６ １６ １２５ ｌ６０ ２０ ２０ ２０ ２５ ２５ ２５ ２００ ３１５ ．２５０ ４０ ３１５ ．３ｌ５ ４００ ５０ ４０ ５０ ５０ ５０ ５０ ５００ ６３０ ６３ ５０ ５０ ８０ ６３ ６３ ８００ ｌ０００ １２５０ ｌ６０ｏ ８０ ８０ ８０ ｌ００ ｌ００ ８０ １２５ ｌ２５ ｌ００ ｌ６０ ｌ２５ ＳＭ６ ＲＭ６ ＸＧＮ１５ ２５ ３１．５ ３１５ ．对用熔断器来保护变压器必须满足以下条件 ４．１为保护变压器，应尽可能短的时间切断短路电流，这 就希望选电流小的熔断器，争取在半个周波内切断。 ４．２要躲过激磁涌流的影响，以免造成误动作。这又要求 ４．３为保证切断变压器内部故障时的短路电流，熔断器 应满足灵敏度ｉ＞４的要求，短路型式按低压侧两相短路的短路 冲击电流核算。 ４．４要考虑到与下一级（出线侧）保护的配合，达到有选 选用电流大的熔断器，一般经验选１．５－２倍额定电流就能躲过 择性的动作，避免越级跳闸。由于高压熔断器要保证变压器侧 激磁涌流。 短路时有足够的灵敏度，因此，低压出线侧短路时，低压出线 固 ２００６．９（总第７８期） 维普资讯 http://www.cqvip.com
交流与探讨 断路器动作，但高压熔断器也会熔断，其熔断的时间依照电 流一时间特性确定。低压断路器的速断时间，一般约在２０毫秒 左右。从保证选择性角度来看，熔断器熔断时间应大于低压出 线断路器跳闸时间，也就是说，熔断器熔体电流选大一些为好。 主持人：党毅 ＧＵＡＮＧⅪＤＩＡＮ１ＩｒＥ 虞 审景 变压器高压侧短路时，其短路电流值是取决于ｌＯｋＶ电力 系统的短路容量，一般来说，除带有真空泡的负荷开关外，其 余型号的负荷开关均无法满足其断开转移电流的要求，分析 ｌＯｋＶ系统故障情况可见，单相短路不存在短路电流，而三相 ５ 开断转移电流对负荷开关的要求 在采用熔断器配合负荷开关作为变压器保护装置时，当 其中某相的熔断器先于其他两相熔断器熔断时，在开关先开 短路电流的数值又较大，可以保证熔断器熔断，只需利用其撞 针联动时间的调整，就能保证熔断器有足够的熔断时间，从而 避免了转移电流的产生。 美式箱变中设置的专用于保护变压器高压部分的熔断 始分闸动作的瞬间，截断短路电流的任务，己从未断开的熔断 器上转移到同相上的负荷开关触头或灭弧装置上，此时负荷 开关灭弧装置所能开断的最大短路电流值，就是所谓的额定 开断转移电流值。 器，就是基于这个思路而设置的，运行效果证明是成功的。 ７ 负荷开关断开变压器低压侧短路时 的转移电流 变压器低压侧的短路电流值取决于变压器容量的大小， 其相短路稳态电流冲击电流和反应到高压侧的冲击电流值如 表２： ６ 负荷开关断开变压器高压侧短路时 的转移电流 表２ 变压器的容量（ｋＶＡ） 低压短路稳态电流（ｋＡ） 低压短路冲击电流（ｋＡ） 反应至高压侧的短路冲击电流（Ａ） ４００ １４ ２５．８ １０３２ ６３０ ２２ ４０．５ ｌ６２０ ８０ｏ ｌ９ ４８．５ ｌ９４０ ｌ０００ ２３ ５８．７ ２３４８ １２５０ ２９ ７４ ２９６０ ｌ６００ ３８ ９７ ３８８０ 根据表２所列数据，对照熔断器特性曲线，我们可以看 出，当变压器发生低压三相短路时，其短路冲击电流一般均为 其额定电流的２０倍左右，因而其熔断时间仅为ｌＯｒｅｓ。最多也 在２０￣３０ｍｓ以下。 此时的转移电流有如下的特点： ７．１利用熔断器撞针通过传动机构带动负荷开关跳闸， 此传动过程的时间可以用螺杆杠杆来调整； ７．２短路电流的非周期分量是逐渐衰减的，约在２００ｍｓ 当变压器低压侧出现二相接地，三相短路时，如熔断器出 现不同时熔断时，此时另外两相（三相短路时），或另外一相 （两相接地）将要转移至负荷开关来承担其短路电流的断开， 后就转变为稳态电流； ７．３某相熔断器先熔断时，此时短路电流将转变为两相 短路电流（三相短路时）或单相接地电流（两相接地短路时）； 表３反应至高压侧的低压两相短路稳态电流值 变压器容量（ｋＶＡ） ４ＯＯ ６３０ ｌ ８ｌ００ １０００ Ｉ １２５０Ｉ １６００ 两相短路稳态电流（Ａ）（反应至高压侧） ４８０ ７６０ ｌ ６５８ ７９８ １ １００５ １ １３１６ ７．４ 目前我国常用的几种负荷开关的开断转移电流能力如表４： 表４ 负荷开关厂家名称 转移电流开断能办（Ａ） 施耐德 ｌ７５０ ＡＢＢ ＦＧ ＧＥ 福赛 天安 １５０ｏ 顺特电气 眦 ｌ５０ｏ １５５０ ２２ｏｏ ２８０ｏ １７０ｏ ｌ７０ｏ ８结语 ８．１变压器采用熔断器保护的方案是比较理想的，其断 开的速度（１０ｍｓ）是断路器无法相比的（６０１ｎｓ）。 电流将为两相短路电流（高压侧）、两相短路、两相短路接地、 单相接地（低压侧）。 ８．３根据以上分析的结果，主变在１６００ｋＶＡ容量以下 时，均可采用负荷开关加熔断器的保护方案，设备简单、价格 低廉、性能良好。 ８Ｉ２变压器发生直接的三相短路机率是非常少见的，多 数是由单相，两相短路故障扩大而成。当发生短路时断开转移 ２ＯＯ６．９（总第７８期） 囫