组合电器中配合特性的研究

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组合电器中配合特性的研究

爱之箭

　负荷开关-熔断器组合电器中，熔断器用于过载电流和短路电流的开断；负荷开关用于正常负荷电流或转移电流的开断，并具有关合短路电流的能力。两种各具特色的电器结合，使组合电器具有许多优点。
　　首先，对于一个开关来说，切负荷是经常发生的，短路保护则很少出现。组合电器可将控制和保护的功能分开，大量的经常发生的切负荷工作由负荷开关来完成，而极少发生的短路开断则由熔断器来完成。其次，组合电器中的限流熔断器具有限流特性和分断短路电流速度快的优点，在较大短路电流出现时，熔断器在电流达预期值之前迅速开断电路，使被保护的电器设备免受巨大短路电流的危害，对用电设备的保护更加可靠。在许多使用场合，组合电器与断路器相比，结构简单、造价低、可靠性高，因而近年来组合电器在城市电网中得到广泛的应用。但目前许多组合电器产品因负荷开关与熔断器配合不当，开断转移电流能力较差，其使用范围受到很大限制，为此目前有关转移电流的求取以及负荷开关与熔断器的配合关系，许多学者进行了探讨［1，2］，但在组合电器中使用的熔断器和负荷开关应当有何特点，才能实现两种电器的优化配合，目前尚无具体研究报道。
( t, p) t4 _0 m9 Y8 k2 K　　本文通过对组合电器中负荷开关、熔断器、熔断器撞击器等电器元件，在配合特性中各自功能要求的分析，提出了满足组合电器配合特性要求的优化设计方案，以求低成本，高效率地降低组合电器因配合特性所需开断的转移电流，实现组合电器中负荷开关与熔断器的优化配合。
. y2 X- H7 @' p6 {2　组合电器配合特性的影响因素
9 ]# @7 Q" A8 a. P: ~4 Y9 V2.1　负荷开关与熔断器之间的配合
; s% `) K# Z$ \2 y7 B8 W　　负荷开关-熔断器组合电器的任务很明确，负荷开关开断工作电流，熔断器承担短路保护。在此之间，存在一个过电流区域，有可能负荷开关和熔断器同时动作，因此只有两种电器的开断能力相互配合，才能顺利完成此开断任务。
　　组合电器中负荷开关与熔断器配合操作的过程较为复杂，它与电路中电流大小密切相关。当开断较小的电流(如小于3倍的熔断器的额定电流)时，组合电器的开断由负荷开关单独完成，负荷开关三相开断，三相熄弧；当电路出现故障，电流(约20倍熔断器额定电流以上)较大时，熔断器在故障电流的第一个半波动作，过半波(10ms)后已开断三相电路，负荷开关随后的操作属于无负荷动作；当电流在转移电流范围(3～20倍熔断器的额定电流)内，三相熔断器之一首先动作，同时其撞击器触发负荷开关分闸。另外两相电路可能是由负荷开关开断，也可能由熔断器开断，此时熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务［3］。
# B0 @% ]7 q# C% X/ F8 x, M! P8 u; m* ~　　由此可见，转移电流是指熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流。低于该值时，首开相电流由熔断器开断，其它两相电流由负荷开关开断。大于该值时，三相电流仅能由熔断器开断。
2.2　转移电流的影响因素
　　由于制造上所必然存在的偏差，熔断器的时间-电流特性曲线也存在着误差，当三相故障电流通过熔断器时，三相熔断器不可能同时分断电路，如果首开相与剩余两相弧前时间差大于由熔断器触发的负荷开关分闸时间，就会出现负荷开关开断转移电流的情况。
# }$ r3 y) @8 k6 Z5 t. Y6 @　　图(1)表示在转移电流范围内可能出现的最大和最小熔断器时间-电流特性曲线，为了便于分析，近似认为在转移电流的小区域内的特性曲线为直线。最小时间-电流曲线上的Tm1，是在三相故障电流I1下首先动作的熔断器熔化时间；Tm2是第二相熔断器动作时的熔化时间，由于第二相熔断器已经承受了三相故障电流I1的时间Tm1，所以Tm2小于最大时间-电流曲线上的两相电流(0.87I1)所对应的时间。参见IEC420标准可知，三相熔断器的首开相和第二相弧前时间差ΔT与Tm1的关系为：
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