谈负荷开关-熔断器组合电器的保护功能

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谈负荷开关-熔断器组合电器的保护功能

爱之箭

关键词：负荷开关(Load-breaking switch)、组合电器(Composite apparatus)、燃弧时间(Arcing time)
1、负荷开关-熔断器组合电器的保护功能
由于负荷开关-熔断器组合电器结构简单，造价低，且在保护变压器短路方面有着独特的效果，在城乡电网改造中得到了广泛的应用。在GB16926-1997中，它“包括一组负荷开关及三个带撞击器的熔断器，任何一个撞击器动作，应使负荷开关三极全部自动分闸。”也就是说，在负荷开关-熔断器组合电器中，熔断器与负荷开关之间有脱扣联动关系，脱扣联动的目的之一是避免一相熔断器熔断后的缺相运行，另一方面保证在故障电流小于熔断器最小开断电流时的正确操作。
组合电器中，一般地，负荷开关承担正常负荷电流的开断，熔断器承担转移电流以上至额定短路开断电流的开断，转移电流区域的开断任务有两者共同承担（三相熔断器弧前时间分散性和脱扣联动共同作用的结果）。
6 \$ }/ B; m( }: V; K二、问题的提出
上述的开断任务都是流过负荷开关和熔断器的、由组合电器外部（负载或短路）引发的负载或故障电流，所起的保护均对外部而言，组合电器只是根据电流大小的不同，动作的器件或动作顺序不同而已。但是，如果在转移电流区域发生电流转移时，组合电器内部L1、L2、L3处（见图1）发生三相短路故障，则情况会如何？这就是笔者在此提出的问题。

图1  组合电器正常开断转移电流时的动作顺序

负荷开关-熔断器组合电器正常开断转移电流的整个动作顺序如图1，        图中,O：转移电流开始通流；A：首开相熔丝开始起弧；B：撞击器开始动作（运动）；C：首开相熔断器熔丝熄弧；
4 E) X/ ?! }- b8 f2 J5 zD：撞击器接触脱扣板；E：负荷开关触头刚分（起弧）；F：负荷开关熄弧；G：负荷开关分闸结束；T0为撞击器触发的负荷开关的分闸时间。
在O时刻转移电流I产生，首开相熔断器经过相应的弧前时间后，熔丝在时刻A开始起弧，起弧后撞击器在时刻B动作（图中熔丝尚未熄弧），在D时刻撞击器接触脱扣板，在经过负荷开关固分时间后负荷开关起弧（此时熔丝已熄弧，负荷开关其余两相开断的是0.87I的电流），最终分断。
但是，如果在B~F时刻时间段内图1中的L1、L2、L3点发生三相短路，则负荷开关将承受此短路电流的开断，因为整个BF段的时间很短，一般远小于上级断路器的整定时间，这样，在上级断路器跳闸之前，负荷开关触头间的电弧电流将是短路电流，负荷开关将会被损坏或爆炸，引起电网事故。
分析整个过程，组合电器本身的动作完全是按照其预定功能动作的，开关事故不是由于负荷开关质量引起，而是由于承受了不应该由负荷开关承担的短路电流开断造成的；熔断器的触发、脱扣也是正确的，问题就出现再两者职能发生转换时在组合电器内部产生了负荷开关不应承担但却承担、熔断器应该承担但无法承担的短路电流。
当然，这种几率是非常小的，但毕竟存在，而且一经出现，就可能造成比较严重的后果。
! F. ^* x3 }8 X' G# o1 V# {  P; w5 b此点，笔者认为可能是组合电器存在的一个保护功能上的先天不足。

三、解决办法的探讨
7 g" ]0 V) Q: X% f. C$ m笔者认为，解决此类问题，要从两条途径着手：
1、        从产品本身着手，加强本文中提到的L1、L2、L3处的三相绝缘，使在不存在在此短路的可能性。从现有国产、进口的SF6负荷开关、真空负荷开关、压气或产气式空气负荷开关来看，负荷开关与熔断器的联结处均位敞开型，便于脱扣联动的设计和实现，其绝缘一般靠减少电场不均匀系数或保证空气距离来保证，还不能保证由于其他原因如金属异物、小动物等引起的短路。应该改变绝缘设计，如改变单一的空气绝缘等，应该能大大减少发生短路的可能。
0 j* Z4 w8 \- I2、        调整组合电器中由熔断器触发的负荷开关的分闸时间T0，调整负荷开关和熔断器之间的机械关系。比如，取消负荷开关和熔断器之间的脱扣联动关系（如美式箱变中两者无联动关系），或将T0增大，使之大于上级断路器的短路整定时间。但是，这种方法又与GB16926-1997中的规定有较大的差别，可能需要进一步讨论。

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