负荷开关－熔断器组合方式在12kV环网柜中的应用

摘要：就12kV环网系统中负荷开关－熔断器保护的主要作用机理和选用问题进行了分析探讨。
　　
　　关键词：负荷开关；熔断器；环网柜
　　
　　1　引言
　　在12kV环网系统中，环线馈线与变压器馈线间隔均采用具有接通、隔离和接地功能的三工位负荷开关，变压器馈线间隔还增加限流熔断器来提供保护。经过国外长时间的动作考验已证明，这是一种简单、可靠而又经济的配电方式[1]。
　　负荷开关是一种操作电器，用于分合额定负荷电流，具有结构简单、价格便宜的特点，但不能开断短路电流。熔断器为保护电器，可开断短路电流。两者有机结合起来，就可满足配电系统各种正常和故障下运行操作及保护的要求。12kV环网柜中大量使用的负荷开关－熔断器组合装置，把对电器要求的操作与保护两种功能分别由两种简单、便宜的元件来实现，即用负荷开关来完成大量的负荷合分操作，而用熔断器来发挥对极少发生的短路的保护作用[1]。这样，既省却了对复杂、昂贵的断路器的要求，又可满足实际需要。
　　
　　2　12kV环网中的应用
　　（1）切空变性能：环网柜的负荷各类绝大部分为配电变压器，其容量一般不大于1250kVA，极少达1600kVA，配变空载电流一般约为额定电流的2%，较大的配变空载电流较小。切空变时，如开关的灭弧能力较强，而灭弧方式又为外能式，在开断小电流时，会出现电流过零前强制熄弧、电流截断现象，产生截流过电压，其值与截断电流水平Io和线路特征阻抗Z成正比。若采用断路器，因其灭弧能力是按开断短路电流设计的，在开断空变小电流时，容易发生强制熄弧，产生截流过电压；而负荷开关是按切小电流设计的，切空变时不会遇到困难。按IEC265，负荷开关应具有开断1250kVA空变的能力，对12kV电压等级，该电流不超过2A。现环网柜负荷开关切空变能力已达16A，远超过这一要求。实际上，在环网配电中，分合有载或无载变压器的任务由负荷开关完成，而开断短路电流则由熔断器和环网首端的断路器完成。因此，可以认为这是充分考虑了各种电器的作用和应用场合之后的一种很好的搭配方式。
　　（2）配电变压器的保护：对保护配电变压器，特别是油浸变压器，采用负荷开关－熔断器组合，较采用断路器更为有效。国际大电网会议提供的资料表明，当油变压器发生短路故障时，电弧引起的压力升高，随着压力进一步上升，会导致箱体变形、开裂。若要使箱体不破坏，必须在20ms内切除故障，但如采用断路器，因有继保，再加上自身的动作时间和熄弧时间，全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器；而限流熔断器具有速断功能，再加上其限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流值，可以有效地保护变压器。因此，在这种运行方式中，应采用限流熔断器作保护电器，即使负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。
　　（3）继保的配合：在大多数情况下，没有必要在环网柜中采用断路器[2]，这是因为环网配电网络首端断路器（即110kV或220kV变电站的12kV馈出线断路器）的保护设置一般为：速断0s，过流0.5s，零序0.5s。若环网柜中采用断路器，即使整定为0s动作，由于断路器固有动作时间的分散性，也很难保证不是上级断路器首先动作。
　　（4）其它设备：限流熔断器可对其后所接设备，如变压器，CT，电缆等提供保护。后备式限流熔断器的保护范围为从最小熔化电流I3（通常为熔断器额定电流的2~3倍）到最大开断电流I1之间。限流熔断器的A－s特性一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。限流熔断器对变压器的保护作用是众所周知的，现举例说明其对CT的保护作用。以VM6和SM6系列环网柜为例，其内CT最小热稳定电流Ith=80IN（IN为CT一次侧额定电流），动稳定电流Idyn=2.5Ith。
　　设欲保护的配电变压器为315kVA，10/0.4kV；选用熔断器40A，CT20/5。可知CT的Ith=80IN=1.6kA，Idyn=2.5Ith=4kA。

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值得学习{:soso_e179:}

　　考虑较大短路电流情况，短路电流达20kA（实际不会这么大，20kA已相当于110kV或220kV变电站的12kV馈出线端口短路），但在短路电流未达20kA，查熔断器的A－s曲线，在约240A，0.01s时，熔断器切断故障，且限流熔断器还将预期20kA（有效值）的短路电流峰值限制在约3.2kA（查熔断的限流曲线）。即使在这种情况下，CT的动热稳定电流也已足够，限流熔断器可对CT提供可靠的保护。
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