近年來國內外研制了一系列的微機型綜合保護裝置,這些裝置的特點恰好適應了F-C回路對保護的要求,下面針對電動機和低壓變壓器的保護分別加以分析和說明。專業汽車用熔斷器為電動機供電的F-C回路保護配置,F-C回路供電的電動機,其容量一般在200kW以下,通常裝設有下列保護:電流速斷保護、過負荷保護、負序過流保護、單相接地保護、起動時間過長保護和低電壓保護。此外,由于FC回路有單相斷線可能(熔斷器一相熔斷),還應有斷相(不平衡)保護。(1)電流速斷保護。作為電動機定子繞組和回路供電電纜相間短路故障的保護。綜合保護裝置保護定值可設定速斷高值與速斷低值,高值為電動機起動過程中的速斷定值,低值為電動機起動完成后,正常運行中的速斷定值。電動機起動時間可在定值中設置,從而提高速斷保護的靈敏度。(2)過負荷保護。主要用于防止電動機運行中因過負荷、不對稱過負荷、斷線等引起的過熱,可作為保護的后備。(3)負序過流保護。作為電機電流不平衡的一種保護,電動機起動結束保護自動投入。
為防止撞擊器在動作時不可靠,產生斷相運行對設備造成危害,通常綜合保護裝置中還另外裝設斷相保護,與其出口動作接觸器,形成雙重保護。綜合保護裝置中斷相保護一般通過反映負序電流的變化而動作。專業汽車用熔斷器為變壓器供電的F-C回路保護配置,F-C回路供電的變壓器,其容量一般在200kVA以下,應裝設有電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、負序電流保護、接地保護、斷相保護、瓦斯保護(僅對油浸變壓器適用)、溫度保護(僅對干式變壓器適用)。(1)電流速斷保護。用作變壓器繞組的相間短路故障、中性點接地側繞組的接地故障以及引出線的相間故障、中性點接地側引出線的接地故障。(2)過流保護。用作變壓器及相鄰元件的相間短路故障保護。(3)過負荷保護。用作變壓器的對稱過負荷保護。(4)負序電流保護。用作變壓器負載不平衡、變壓器內部短路故障和外部的不對稱短路故障。(5)接地保護。河北汽車用熔斷器變壓器中性點直接接地時,用零序電流保護構成變壓器的接地保護,用作變壓器外部接地故障和中性點直接接地繞組、引出線接地故障的后備保護。變壓器中性點不接地時,可用零序電壓保護構成變壓器的接地保護。
除熔斷器的保護曲線外,綜合保護裝置內部可以對速斷保護設置速斷電流高值、低值和大電流閉鎖功能,以實現對一定區間范圍內短路電流的動作在電動機起動過程中,電動機按照速斷保護高值動作,以躲過電動機的起動電流,此時速斷保護低值被閉鎖以防止誤動作;專業汽車用熔斷器在電動機起動完成后按照速斷保護低值動作,以提高保護靈敏度。當電流速斷保護定值在真空接觸器的開斷能力范圍內時,如能充分發揮接觸器的開斷能力(潛力),利用真空接觸器對需要電流速斷保護開斷的部分故障電流進行開斷,不僅可以減少高壓熔斷器的消耗,也可提高工藝系統運行的連續性,使F-C回路可以更經濟的運行。為此,目前綜合保護裝置設置有大電流閉鎖功能,利用綜保裝置對回路電流精確的測量能力,當回路故障電流大于綜保裝置過流閉鎖電流值時,閉鎖跳閘出口,由高壓熔斷器提供保護。河北汽車用熔斷器利用綜保裝置的大電流閉鎖功能,真空接觸器可以承擔一部分F-C回路的電流速斷保護功能,速斷保護動作時間一般設置為0s,即當回路故障電流大于速斷保護整定電流且小于過流閉鎖電流值時,可以由真空接觸器瞬時動作并開斷。
電弧的基本特性。專業汽車用熔斷器高壓熔斷器因供電回路故障發生熔斷時,熔斷器的電弧范圍內一般由陰極壓降區、陽極壓降區和弧柱區等三部分組成。陰極壓降區長度大約只有10mm,在這個區域的一端,電流是在金屬蒸汽中流過;另一端,電流是在固體或液體金屬的陰極上流過。陰極壓降區的電壓降大約為10V。陽極壓降區長度大約也只有10-3mm,在這個區域的一端,電流是在金屬蒸汽中流過;另一端,電流是在固體或液體金屬的陽極上流過。跨在陽極壓降區的電壓,可以是由零至熔體材料的原子電離電位之間的任何值,般認為取熔體材料的電離電位較合理。弧柱區占據陰極壓降區和陽極壓降區之間的全部空間。河北汽車用熔斷器弧柱區溫度很高,一般在絕對溫度5000K以上。弧柱區可以認為是具有一定導電率的導體,其內部電場強度較低,這一段的電壓與電弧燃燒的熾熱程度、弧柱截面的大小、弧柱的長度等各種因素有關。其特點是電流大時,壓降較小;電流小時,壓降反而較大。維持電弧高溫燃燒是由回路電感提倛主要能源,因為切斷短路電流時,回路電感之中是儲存有磁場能量的,該能量系維持電弧持續燃燒的主要能源。
采用氧化鋅過電壓限制器作為F-C回路的過電壓保護設備時可以考慮設置間隙。帶串聯間隙氧化鋅過電壓限制器解決了持續運行電壓和荷電率過高而導致的閥片老化甚至爆炸的難題。帶串聯間隙氧化鋅過電壓限制器增加了氧化鋅閥片的持續運行電壓的裕度,保證了限制器的工作壽命,殘壓較低,保護性能較好。專業汽車用熔斷器F-C回路的過電壓與系統中性點接地方式密切相關,設計中應區別對待不同的中性點接地方式選擇過電壓保護設備配置方式。對中性點經低電阻接地的配電系統,過電壓保護器的相地及相間保護電壓分別按配電系統的相電壓和線電壓選擇,宜選用星形接線形式的三相過電壓保護器。對中性點不接地、經消弧線圈接地或經高電阻接地的配電系統,過電壓保護器的相地及相間保護電壓均按配電系統的線電壓選擇,當前應用比較廣泛的是“三叉戟”接線形式的三相過電壓保護器。所謂“三叉戟”接線形式,河北汽車用熔斷器是指過電壓保護裝置由4個參數相同的保護器構成,其中3個保護器分別與三相連接并形成星形接線,第4個保護器設置在星形接線的三相連接點與接地點之間,以保證各相之間以及相與地之間保護器配置的均衡。
操作過電壓對旋轉電機絕緣安全造成的危害比對靜止設備的嚴重,高壓廠用電系統中電動機的絕緣水平低于輸變電設備(變壓器、斷路器)的絕緣水平,每次嚴重的操作過電壓沖擊都會產生破壞性的超強暫態電場,它不僅加劇了電機內部局部放電和介質絕緣劣化過程,而且引起繞組電位分布不均,進一步誘發定子絕緣介質局部放電,當部分繞組上的電壓超過其絕緣的承受能力,必將造成電機絕緣擊穿的事故。專業汽車用熔斷器低壓干式變壓器的安全運行和使用壽命,很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度會使絕緣破壞,這是導致變壓器不能正常工作的原因之一。因此對變壓器的運行溫度的監測及其報警控制是十分重要的。低壓干式變壓器的絕緣散熱情況與過載能力、環境溫度、冷卻方式過載前的負載情況(起始負載)和發熱時間常數等有關。低壓干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強迫空氣冷卻(AF)。河北汽車用熔斷器自然空氣冷卻時,變壓器可在額定容量下長期連續運行;強迫空氣冷卻時,變壓器輸出容量可提高50%。
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