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高压熔断器技术的介绍

  杜松怀 中国农业大学东校区 (100083)

  1、 概述

  高压熔断器是电网中最简单的一种保护电器,它串联在电路中,当通过短路电流或长期过负荷电流时自行熔断,进而保护该电路中的电气设备。由于熔断器结构简单、维护方便、体积小、价格便宜,因而被广泛用于保护电压互感器、小容量配电变压器,以及其他电气设备。与高压负荷开关(如压气式、产气式、SF6或真空式负荷开关)配合组成的组合电器,还可在短路容量较小的网格中代替昂贵的高压断路器,进而也取消了断路器的控制、保护等二次回路,既节约了变电站一、二次设备的投资,也减少了变电站的占地面积。因此,在小型化农村变电站或箱式变电站中,高压熔断器得到了广泛的应用。

  高压熔断器的主要缺点是,熔断器的熔断件熔断后必须更换,会引起短时间停电;熔断的时间电流特性(又称保护特性)的稳定性和运行可靠性相对较差;老式喷逐式熔断器在分断较小的短路电流时可能出现不能灭弧,甚至爆炸等问题。随着生产工艺和材料技术的发展和提高,从九十年代中期以后,市场上推出了高性能的高压熔断器新产品,如新型喷逐式高压熔断器和全范围保护熔断器。用户在选用电气设备时,应注意这方面的发展动向。

  我们知道,高压熔断器按照安装和使用地点的不同可以分为户内式和户外式;而按照灭弧室结构和灭弧性能的不同,则大致可分为限流式、喷逐式和全范围保护熔断器三种。

  工程中常用的限流式熔断器有RN1、RN2等型号,它们能在短路电流达到最大值之前将电弧熄灭,从而起到限制短路电流的作用。RN1型限流式熔断器普遍用于3~35kV户内高压交流设备的过载和短路保护;RN2型专门用于电压互感器的短路保护,但不能作过载保护。需要过载保护时,应在电压互感器低压侧加装低压熔断器。当短路容量超过200MVA时,还应在RN2型熔断器前串联限流电阻。

  本文对限流式熔断器不作详细的讨论。下面分两部分对新型喷逐式熔断器和全范围保护熔断器作详细的介绍。

  2、 高压喷逐式熔断器

 

  喷逐式熔断器又称跌落式熔断器,因其结构简单、断流容量较大、价格便宜,在电气主接线比较简单的10~35kV变电站中常被用作配电线路和配电变压器的保护设备,应用十分普遍。然而,在老式喷逐式熔断器当开断较小的短路电流时,由于电弧能量小,产气量不多,气吹效果差,时常出现不能熄弧的情况。因此,我国自1996年起已停止在新建变电站中使用这些老式的喷逐式熔断器,而改用新型的高性能喷逐式熔断器。

  图1和图2所示为35kV普通型喷逐式熔断器和10kV带切负荷功能的防污型喷逐式熔断器的典型结构。它们通常由底座、导电系统、接线端子、灭弧罩和辅助触头(带切负荷功能的喷逐式熔断器才有)等部分组成。底座由支柱绝缘子、紧固板、上下触头等组成,起固定作用。载熔体为可动部分,由熔管(内置熔件等)、上下触头、释压帽、锁紧部件用的扭力弹簧或熔件尾线弹出板等部件组成。

  正常工作时,载熔体中的熔断件张紧使熔断器保持在合闸位置。当流过短路电流时,熔断件熔断使载熔体中的活动关节失去张力而释放,载熔体在自身重力作用下跌落,倒挂于底座下端的支座钩上,从而建立明显的隔离断口,如图1所示的虚线位置。同时,由产气材料制成的熔管的内壁在高温电弧作用下分解出大量气体,在熔管内迅速膨胀使压力升高,对电弧产生强烈的冷却、压缩、纵吹等作用,并裹着残余熔件从熔管端部喷出,迫使电弧在电流过零时熄灭。因此,把这种跌落式熔断器称为喷逐式熔断器。新型喷逐式熔断器采用逐级排气结构的熔管和在大管中套小管(辅助熄弧管)的办法进行熄弧。实际上,当短路电流较小时,熔管仅向下端排气;当短路电流较大时,熔管则形成双端排气。

  新型喷逐式熔断器上触头与熔断器底座的上触头设计为T形接触面,更有利于减小接触电阻及防止触头产生烧损。几种新型喷逐式熔断器的主要技术参数如表1所示,供参考。

 

  3、 全范围保护熔断器

  常规熔断器的最小开断电流一般为其额定电流值的2.5~3倍左右,在最小开断电流与最小熔化电流之间有一个区间,在该区间内熔断器不能有效地开断电流,甚至有可能引起爆炸。因此,常规熔断器必须依靠开关(如负荷开关或具有简易灭弧室的真空开关等)来开断这一区间的电流。为了克服以上缺点,扩大熔断器开断电流的范围,近年来国内外设计生产出了一种全新的高压熔断器,即所谓的“全范围保护熔断器”。这种熔断器具有独特的结构设计(例如由某种喷逐式熔断器和限流式熔断器复合而成),大大改进了时间电流特性曲线,能够安全地开断小于熔断器最小开断电流的所有预期电流。这样,就有可能在小型化农村变电站或箱式变电站中采用“隔离开关—熔断器”构成的组合电器,取代目前已很常用的“负荷开关—熔断器”组合电器,进一步简化设备,减少投资。

  在“隔离开关—熔断器”组合电器中,隔离开关的作用是将电源隔离开,形成明显的断口,以利于设备或电气回路的安全检修;而全范围保护熔断器则用来开断任何大小的过载电流直至短路电流,构成过电流保护。

  各种全范围保护熔断器的结构及其技术参数,请参阅相关生产厂家产品技术说明书。

本文章由 正泰电器 于2011年01月14日发布在基础常识分类下,
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