负荷开关-熔断器组合在变电所的应用

负荷开关-熔断器组合在变电所的应用
发表时间：2018-03-05T11:30:51.543Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第29期作者：查流芳[导读] 如上所述，该变电所10kV环网馈线柜所采用的SF6式负荷开关-熔断器组合，配合过流脱扣器，能够实现对变压器各工作区域的保护。

国家电网安徽芜湖供电公司安徽省芜湖市 241000 摘要：介绍了芜湖某10kV环网馈线柜采用的负荷开关-熔断器组合的特点，负荷开关与熔断器之间的配合，以及使用中注意的问题。

关键词：负荷开关-熔断器组合电器；熔断器；过流脱扣芜湖某10kV变电所接线采用单母线环网形式，配置两台北京华泰生产干式变压器，容量为1250kVA，下设两组施奈德低压配电柜，10kV电源进线共配置5面施奈德开关柜，其中2面进线柜采用IM型开关柜，2面馈线柜采用QM负荷开关-熔断器组合开关柜，还有1面为测量柜。

馈线柜内高压熔断器采用户内高压限流熔断器，最高额定电压40.5kV，型号为XRNT1-10，额定电流为125A。

1.负荷开关与熔断器的配合国际电工委员会IEC420标准对负荷开关与熔断器之间的配合做了明确规定，将电流的开断划分成4 个区域：（1）区域Ⅰ为工作电流范围，I＜Ink。

Ink为组合电器的额定电流。

它小于熔断器的额定电流InHH，这是由于熔断器安装地（如装在开关柜内或单个外壳内）的温度状况及热损耗的导散受限制，使组合电器不能承受熔断器的全电流。

组合电器的额定电流开断由负荷开关单独完成。

负荷开关三相开断，三相熄弧。

（2）区域Ⅱ为过负荷范围，InHH＜I＜3InHH。

在此范围内，熔断器承受超过额定电流的过电流。

约从2InHH起，熔体动作，但熔断器尚不能熄弧。

熔断器的撞击器触发，使负荷开关动作，三相开断并熄弧。

在这里，熔体动作的含义是所有主熔体至少在一处金属断开。

这就是说，在过负荷范围内，由负荷开关三相开断并熄弧。

（3）区域Ⅲ为转移电流ITC范围。

约从3InHH起，熔断器动作后亦可熄弧。

在三相电路中，三相熔断器之一首先动作，触发撞击器并熄弧。

负荷开关熄灭另两相中的电流，其他2只熔断器可能也动作，但负荷开关有时动作更快，在它们之前熄灭电弧。

因此，在转移电流区域，熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务。

转移电流是负荷开关在各自功率因数下所能开断的最大电流。

它介于5InHH（小型熔断器）~15InHH（大型熔断器）之间。

（4）区域Ⅳ为限流范围。

当故障电流更大时（约在20InHH），熔断器在电流的第一个半波就已经动作，并将故障电流的峰值限制到它的允通电流值ID。

这时熔断器熄灭大于转移电流ITC的电流，负荷开关在撞击器作用下虽动作，但不开断电流。

在选用负荷开关-限流熔断器组合电器时，转移电流是一个重要参数。

转移电流ITc是组合电器中熔断器、负荷开关转换开断职能时的三相对称电流，低于该值时首开相故障电流由熔断器开断，而后两相由负荷开关开断；大于该值时三相电流均由熔断器开断。

当故障电流恰好等于转移电流时，由负荷开关与熔断器同时开断两相电流。

组合电器额定转移电流ITc的大小在确定时要考虑三个因素：（1）由撞击器触发的负荷开关的固有分闸时间(由负荷开关制造厂提供)；（2）负荷开关的最大开断电流特性(由负荷开关制造厂提供)；（3）熔断器的时间-电流特性(由熔断器制造厂提供)。

同一个负荷开关可以配用同系列，不同规格的多种熔断器。

当所配熔断器的额定电流较小时，配合后的转移电流ITc远小于负荷开关的最大开断电流I4。

裕量较大，可靠性高；当所配熔断器的额定电流较大时，配合后的ITc接近I4 ,它们的差值I4-ITc较小，裕量也小，可靠性下降。

这时如果熔断器选用过大，就会使得ITc≥I4，造成组合电器转移电流超过负荷开关最大开断电流，是负荷开关所能承受的最大ITc，以最大ITc反推出一个该负荷开关能配用的最大额定电流的熔断器，而其余额定电流小的熔断器的配合就得到可靠的保证。

负荷开关应能开断变压器二次桩头直接短路的故障条件，折算成一次侧短路电流。

以变电所1250 kVA变压器为例，其阻抗按4%计算，则一次侧短路电流I1=1250/(10×1. 732×4% )=1805A。

根据《交流高压负荷开关-熔断器组合电器》，“在转移点处，三相故障条件下，最快熔体熔化的首开相其撞击器开始使负荷开关分闸，其余两相将承载减少了的电流87%(熔断器触发的负荷开关分闸时间为0. 05 s)”，故其余两相负荷开关承载的转移电流为：Iz =1805A×87% =1600A。

一般压气式和产气式负荷开关的额定转移电流在1000 A左右(制造厂提供的产品数据)，无法满足要求；而SF6负荷开关的转移电流大于1700 A，可满足要求。

2.组合电器在使用中的注意点2.1 SF6气体的危害
原则上讲, SF6气体是一种非常稳定且呈惰性的气体，无色、无味、无毒、不燃且不溶于水。

SF6气体作为绝缘与灭弧介质，虽然具有优良的绝缘与灭弧性能，但在电弧放电时会分解成含硫的低氟化物。

这些分解物既有毒，又对许多绝缘材料和金属材料有腐蚀作用，且其温室效应高达CO2气体的23900倍，同时气体在大气中的寿命(气体在大气中的浓度减少为排放初期的37%)极长，约3200a。

减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标，其中SF6是6种管制气体中之一，禁止使用SF6产品是全世界的一个大趋势。

电力设备的使用寿命约为20年，15年后我们将面临设备报废及SF6气体回收的难题，电力企业作为使用SF6产品大户，应该担当社会责任，适当控制使用SF6产品。

另外，氟化物气体比空气重，泄漏以后会沉在低洼处很难扩散排放。

2006年国内某变电所就内SF6环网柜因肘形电缆头故障而引起的泄漏事故，人员进入前虽然进行长时间排气，但氟化物气体沉积在10kV电缆沟里面，很难稀释排放，检修人员均有不良反应。

2.2三相熔断器的更换
动作后须同时更换三相熔断器。

当组合电器发生短路故障时，只要某一相熔断器熔断后，其余相的熔断器即使外观完好，由于通过过电流的原因，也应该同时更换。

2.3过电流脱扣器式保护装置
为保证在故障电流比较小，比如变压器匝间短路（小于熔断器最小熔断电流）时组合电器也能切断故障电流，或者为了充分利用负荷开关的分断能力，在故障电流虽大于熔断器最小熔化电流，但并未超过负荷开关分断能力时，不由熔断器的熔断来触发负荷开关，而由其他过电流保护装置触动负荷开关去断开全部三相故障电流，要求在组合电器中设置过电流脱扣器式保护装置。

如果组合电器既设置了熔断器触发负荷开关的装置，又设置了过电流脱扣装置，那么，在故障电流比较小的情况下，应该由过电流脱扣装置动作触发负荷开关开断电流；在故障电流比较大的情况下，应该由熔断器承担开断电流的职能。

熔断器与过电流脱扣装置的合理配合在于正确地确定在什么电流值下把开断电流的职能从负荷开关转由熔断器承担，这个电流值称不交接电流。

当故障电流低于交接电流时由脱扣装置动作触发负荷开关分断电流，当故障电流高于此值时，由熔断器动作分断电流，而负荷开关仅作无电流分闸。

3.小结
如上所述，该变电所10kV环网馈线柜所采用的SF6式负荷开关-熔断器组合，配合过流脱扣器，能够实现对变压器各工作区域的保护。

参考文献：
[1]邵敏艳,金晓明,吴翊. 中压环网柜栅片灭弧式负荷开关开断性能实验研究[J]. 高压电器,2011,v.47;No.272(11):98-101.
[2]冯联伟. 负荷开关与熔断器组合在配电变压器保护中的应用[J]. 电网技术,2007,(S1):198-200.。