中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法.docx

1、中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法中压系统FC组合回路熔断器的选择方法2005年1月第6卷第1期电力设备ElectricalEquipmentJan.2005VoI.6NO.1中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法李锡芝(华东电力设计院,上海市200063)摘要:文章扼要地论述了发电厂中压厂用电系统中,熔断器和真空接触器(F+c)组合回路熔断器及回路电缆截面的选择原则和方法,以及需要注意的问题.文中较详细地介绍了根据变压器励磁电流峰值,变压器额定电流,二次侧故障电流等因素选择变压器熔断器的原则与方法,以及工程上电缆截面选择方法.文中还介绍了熔断器保护特性的配合原则.关键词:中压系统;熔断器

2、与真空接触器组合;熔断器选择;电缆截面选择中图分类号:TM621.71通常将由中压熔断器(F)与真空接触器(C)组合而成的回路,简称为F+C组合回路.F+C组合回路常作为中压系统中,小容量电动机和变压器回路的开断设备.熔断器参数的选择,取决于熔断器本身的型式和被保护设备的种类.工程设计中,常常为熔断器额定电流和电缆截面的选择而感到困惑.本文简要讨论了熔断器和电缆截面的选择方法.1F+C组合回路应考虑的主要因素设计时应考虑的主要因素有:熔断器的额定电压应大于或等于电网电压;熔断器的额定5-)-断电流应大于或等于安装点的最大短路电流;应考虑设备特性的容差,以获得良好的保护效果;如果熔断器通风不良,

3、必须校验其稳态温升,以便保证其温升不超过标准值,必要时,熔断器应降低额定值使用;熔断器,接触器和保护装置的过负荷保护特性三者之间应良好匹配.2保护变压器的熔断器2.1熔断器须满足的要求(1)能耐受正常负荷和可能引起的过负荷.(2)能耐受变压器的励磁涌流.(3)能分断变压器二次侧出口的短路电流,并应与低压侧的熔断器或断路器选择性配合.(4)若有必要,应能可靠躲过变压器低压侧电动机的成组自起动.2.2变压器的励磁电流峰值熔断器0.1s的熔化电流,m.应大于或等于l4倍变压器的额定电流,即.14故令峰值电流为,B=I/14(1)2.3稳定负荷和过负荷在正常环境(即不超过40)的环境温度下,熔断器的额

4、定电流不应小于1.3倍变压器额定电流,以避免其装入开关柜后温度升高而引起的降容影响.一般情况下,熔断器额定电流,州选择范围在1.3,FH1.5(2)如果变压器按连续过负荷设计,则熔断器的额定电流不应小于1.3倍过负荷电流,T|.因此,作为一般的准则,熔断器额定电流应选择的范围为1.3,T|1.5,T|(3)2.4变压器二次侧的故障电流从切除故障的观点来说,故障电流不应小于熔断器的最小熔断电流厶II而=/ud%式中,il,%为变压器的阻抗(标幺值).令,=,3il,%,贝,(4)由式(1)和(4)可见,变压器额定电流的范围为,B(5)由式(5)表明,熔断器额定电流与负荷电流之间不存在直接的关系.

5、因此,对于用于变压器的熔断器,可以用临界参数,和,B来表示其特征,前者与最小熔断电流有关,后者与0.1s熔化电流有关.2.5熔断器的选择实际工程中,可按以下步骤选择熔断器:(1)先按式(2)选择熔断器额定电流.如果安装和运行条件不明确,则可按1.5来选择.(2)再按式(5)校验熔断器的额定电流.如果所选熔断器不满足要求,则可选高一档额定电流的熔断器,并重新校验.(3)校验与低压侧断路器的短路短延时特性是否配合.2.6举例说明(1)变压器参数:6kV,200kVA,额定电流=19.2A,d%=5%.(2)熔断器选择.按式(2)1.3,=1.319.2=25A初步选用25A/7.2kV熔断器.熔断

6、器的有关56电力设备第6卷第1期参数如下熔断器0.1s的熔化电流I.=230A,熔断器的最小熔断电流Is=112A.按式(5)校验,TN,B,=,3d%=1125%=5.6AIB=IFo.1/14=230/14=16.4A<ITN校验结果:该熔断器不能满足式(5)的要求.改选高一级额定电流的熔断器,即40A/7.2kV.该熔断器的有关参数为:熔断器0.1s的熔化电流I.=400A,熔断器的最小熔断电流,3:180A,再按式(5)校验,=1805%=9AIB=400/14=28.6A>ITN校验结果:该熔断器能满足式(5)的要求.3保护电动机的熔断器熔断器作为保护电器,能对中压电动机

7、提供部分保护作用.选择保护电动机的熔断器,必须考虑电动机和配电网二方面的因素.3.1电动机方面的因素(1)电动机的起动电流,d.通常,电动机的起动电流或称堵转电流是用起动电流与额定电流,N的倍数来表示的.直接起动的中压电动机,d/IN=66.5.(2)起动时间t.电动机的起动时间取决于被驱动设备(如泵与风机)的转动惯量(GD).一般情况下,泵类电动机起动时间比较短,只有几秒;风机类电动机的起动时间比较长,有的长达20s以上.在大容量机组F+C的实际使用范围内,电动机的起动时间可取t=10s.该值是偏于安全的.(3)电动机连续起动次数.按国家标准规定,用户如果没有提出特别的起动次数要求,电动机按

8、冷态连续起动2次,热态起动1次设计.熔断器的电流一时间特性,应可靠避开电动机的起动过程,而熔断器累积的热效应与电动机连续起动次数有关,因此,在选择熔断器时必须考虑连续起动次数的因素.3.2配电网方面的因素(1)额定电压.中压电动机的额定电压不超过11kV.11,10,6.6,6kV均为IEC规定的标准电压.可选用的熔断器额定电压小于12kV.国内制造12,7.2kV2种额定电压的熔断器,分别用于10kV和6kV2种系统.(2)熔断器安装处的短路电流.目前,大容量机组中压厂用电系统短路电流水平有40,50kA2种.熔断器的预期分断能力,应不小于熔断器安装处的最大短路电流.(3)熔断器额定电流.如

9、前所述,熔断器的额定电流取决于电动机的起动电流,起动时间和允许的连续起动次数.通常情况下熔断器制造商均根据熔断器的特性,编制出曲线或图表,方便用户正确选择熔断器.3.3电动机保护熔断器选择曲线的编制原则和方法电动机保护熔断器选择曲线如图1所示.该曲线的编制原则和方法如下:INAld/S-熔线(jPN=500kWPN/kW(点点334AlJ】o,礁第1组曲线A点:=500kW;脯:1N=556A;(1点:ld=334AD点:td=lOS;选用160A熔断器图1电动机保护熔断器选择曲线示意图(1)第1组曲线.电动机额定功率P(kW),额定电压(kV),额定电流,N(A)之间的关系P.I=_=一(6

10、)一J,7./3COS,咖式中,cos为电动机的额定功率因数,取COS咖=0.92;为电动机的额定效率,取=0.94.已知电动机的额定功率和电压,由该曲线可获得电动机的额定电流,(A).(2)第2组曲线.该曲线表示电动机额定电流(A),起动电流倍数Id/l,起动电流,d之间的关系.按电动机额定电流和已知起动电流倍数,查该曲线可获得起动电流,d(A).(3)第3组曲线.按电动机起动电流,起动时间,从该曲线上可找到合适的熔断器额定电流.编制第3组曲线时,一般假定电动机在1h内起动6次,或连续起动次数P为2次.1)如果实际使用中,1h内的起动次数大于6次,则起动时间应按t=修正,也就是说,有可能需要

11、适当放大熔断器的额定电流,以防止多次起动而使熔断器熔断.2)如果连续起动次数P超过2次,则起动时间应按t=譬修正.3)如果电动机不是直接起动型的,则由上述图表求出的熔断器额定电流,有可能小于电动机的满载电流.此时,应按1.11.2倍电动机满载电流来选择熔断器的额定电流,以避免熔断器装入开关柜后的降容影响.4熔断器保护特性的配合原则以电动机为例,熔断器保护特性的配合原则可以经验交流李锡芝:中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法57用图2表示.由图2可见:01001HA1一保护装置过负荷保护特性上限;2一保护装置过负荷保护特性下限;3一熔断器特性;411A和电缆的热稳定极限;5一电动机起动电流特性

12、;6一接触器的额定分断能力;7接触器的热极限曲线;A和B一配合裕度;D电动机最大允许堵转时间图2熔断器保护特性的配合原则(1)熔断器的电流一时问曲线,应位于电动机起动电流曲线的右侧.(2)熔断器的额定电流必须大于电动机的工作电流.(3)相对于熔断器特性曲线上点c的电流,应大于其最小熔断电流,如果不能满足,则低于最小熔断电流的任何过负荷电流,在150ms以内靠接触器来分断,以防止熔断器过热而导致烧毁.(4)接触器的额定分断电流必须大于熔断器的最小分断电流.通常情况下,前者为8倍接触器额定电流,后者为26倍,.(5)在最大系统故障电流时,熔断器的限流电流不应超过接触器的额定峰值电流.(6)熔断器的

13、电流一时问曲线,应位于接触器热极限曲线的左侧.美国电站中,要求F+c回路的接触器的热极限至少为l5倍熔断器额定电流,时,时间为1S;6倍熔断器额定电流,时,时间为30S.德国SIEMENS公司3TL61,7.2kV,4O0A熔断器1S时的额定短时电流为8kA,即20,有些制造商能提供接触器的热极限曲线,即允许短时电流和时间的关系曲线.5关于F+C回路的电缆截面选择众所周知,电力电缆截面主要取决于载流量,短路热稳定,电压降,经济性,机械强度,制造上的最小截面等因素.本文仅讨论F+C回路的电缆短路热稳定截面问题.图2表明,电缆的热稳定极限应位于熔断器特性曲线的右侧.当馈线回路发生短路故障时,在熔断

14、器熔断切除故障后,电缆不应因过热而遭到损坏.为简单起见,短路发热过程可按绝热过程考虑,其短路热稳定截面可按下式计算.s(7)式中,S为电缆最小短路热稳定截面,咖;J为涉及熔断器限流作用后的短路电流对称分量有效值,A;t为熔断器的熔断时间,S;为与电缆绝缘和导体材料有关的常数.对于铜芯交流聚乙烯(XLPE)电缆,后取143;铜芯乙丙橡胶绝缘电缆,后取141.按式(7)计算出的电缆截面往往比较小的.工程上F+C回路的电缆最小短路热稳定截面建议选用>50mm.具体截面应视熔断器和接触器规格,电动机驱动设备的类型,以及保护装置热过负荷保护特性而定.因熔断器的熔断时间比较长,所以应特别注意校验熔断

15、器处于低分断电流时的热稳定截面.外高桥电厂二期(2900Mw)工程中,汽机岛承包商德国SIEMENS公司计算出S一11mm,但按SIL程经验,实际选用了S为70mln的铜芯交流聚乙烯电缆.6结束语熔断器是实现变压器,电动机和电缆等保护的重要手段.熔断器的可靠保护和电缆的安全运行对减少电力系统事故具有重要作用.因此对于熔断器和电缆截面的选择务必认真对待,不仅要考虑诸多因素,还要注意熔断器保护特性的配合.电缆截面不计算值往往偏小,熔断器的熔断时间又比较长,因此应特别注意校验熔断器处于低分断电流时的热稳截面.收稿日期:20040508作者简介:李锡芝(1943一),男,高级工程师(教授级),长期从事

16、发电厂电气设计和研究工作.(责任编辑赵杨)SelectionMethodofFuseinCombinationofFuseandContactorinMediumVoltageSystemUXizhi(EastChinaELectricPowerDesignInstitute,Shanghai200063,China)Abstract:Thepaperbrieflydescrttheselectionpmciplesandmethodoffuseandcablesection缸combkmtionoffuseandvacuumcontactor(F+C)forelectricalauxiary

17、system缸powerplant,andtheproblemstobenoticed.Theprinciplesandmethodofseleetmg订ansf-0nnerfusewerehtroducedaccordhgtothefactorssuchaspeakvalueof们nsf-0nnerexcitationcurrent.ratedcurrentandsee-ondaryfaultcurrentof仃a】f-0nner.andtheselectionmethodofcablesectionforengineeringWasdescrtmd.ThecoordhaationprincipleofthefuseprotectioncharacteristicsWasalsohtroduced.Keywords:mcdmvohgesystem;combkmtionoffuseandvacuumcontactor;fuseseleetion;seleetionofcablesection