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發(fā)電機出口真空斷路器的選型(二)

  三、選擇西門(mén)子3AH系列真空斷路器主要特點(diǎn) 
  3AH系列真空斷路器是西門(mén)子公司90年代中期推向全球市場(chǎng)的新型產(chǎn)品。它以原有3AF真空斷路器 (機電壽命30,000次)為原形,在其基礎上采用了新型的真空滅弧室(截流值標準從5A控制到了3A以?xún)葹橹匾卣髦唬?,并且對原彈簧操作機構作了進(jìn)一步精簡(jiǎn),提高了零部件配合加工和配合精度以及采用了新型的耐磨損材料。保留了其一貫動(dòng)作可靠的特點(diǎn),并且首先在全球對真空斷路器提出了免維護概念。免維護概念的倡導是西門(mén)子公司作為在中壓開(kāi)關(guān)領(lǐng)域領(lǐng)導者的一個(gè)重要標志,其主要特點(diǎn)如下: 
  1、世界領(lǐng)先的截流值水平<3A 
  對于真空斷路器而言,截流值是體現其性能水平的重要標志之一。它直接影響真空斷路器對于開(kāi)斷小電感電流負載的過(guò)電壓水平 (截流過(guò)電壓U=k*I*rootL/C,其中k為衰減系數,rootL/C為系統波阻抗, I為截流值,前面兩項參數由系統本身所決定,而截流值I則取決于不同制造水平的真空斷路器)。西門(mén)子承諾在切合空載變壓器等小電感電流負荷情況下,過(guò)電壓倍數可限制在2.5p.u以下,從而保證不會(huì )產(chǎn)生危害其他電氣設備的危險過(guò)電壓。 
  2.可滿(mǎn)足極高的RRRV 
  斷路器用以開(kāi)斷短路電流時(shí),開(kāi)斷過(guò)程中出現的電弧可能在交流電流過(guò)零時(shí)自然熄滅。電弧形成后,電弧放電就會(huì )使斷口間的介子快速活躍,在電弧熄滅后,斷口之間的絕緣不會(huì )立即恢復。當斷口恢復電壓高于介質(zhì)強度時(shí),電弧就會(huì )復燃。電流過(guò)零后斷口絕緣性能即介質(zhì)強度的恢復,以及在斷口兩端出現的外施電壓即恢復電壓是影響斷路器開(kāi)斷性能的兩個(gè)重要因素。 
  由于在短路過(guò)程中,電路一般為電感電阻性的,只有電流恢復到零時(shí)電源電壓全部加在觸頭(弧隙)兩端,弧隙上的電壓恢復過(guò)程將是由電弧電壓上升到電源電壓的這樣一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。在實(shí)際電路中,弧隙間總有電容的存在,弧隙電壓不可能突變,電壓恢復過(guò)程將是是帶有周期性的振蕩過(guò)程。電壓恢復過(guò)程中,首先出現在弧隙兩端的是具有瞬態(tài)特性的電壓,稱(chēng)為瞬態(tài)恢復電壓。瞬態(tài)恢復電壓存在的時(shí)間很短,通常為幾十微秒至幾毫秒。瞬態(tài)恢復電壓消失后,弧隙兩端出現的是由工頻電源決定的電壓,即工頻恢復電壓。從滅弧角度看,瞬態(tài)恢復電壓具有決定性的意義。其電壓變化取決于工頻恢復電壓??;電路中電感,電容和電阻的數值以及它們的分布情況;斷路器的電弧特性,即斷路器弧后的斷口電阻;瞬態(tài)恢復電壓中含有高頻振蕩,其振蕩頻率取決于線(xiàn)路電感及電源側對地電容,其電壓幅值最大可達工頻恢復電壓的1.4~1.5倍,即所謂的振幅系數。當斷路器開(kāi)斷三相接地故障時(shí),還必須考慮首開(kāi)相系數的影響,通常情況下,取首開(kāi)相系數為1.5。因此額定瞬態(tài)恢復電壓(TRV)計算如下:
  Uc=1.5×1.5×(root2/root3)×Ur; 
  1.5------振幅系數 
  1.5-----首開(kāi)相系數 
  Ur-----斷路器額定電壓 
  瞬態(tài)恢復電壓上升率 (RRRV)同樣具有重要意義,當介質(zhì)強度恢復速度低于瞬態(tài)恢復電壓上升速率時(shí),斷路器斷口就會(huì )發(fā)生復燃。尤其在發(fā)電機出口短路等場(chǎng)合開(kāi)斷時(shí),RRRV值可達4.0kV/us,若此時(shí)斷路器斷口介質(zhì)恢復不能滿(mǎn)足RRRV的要求,斷路器就有可能發(fā)生高頻重燃,以致產(chǎn)生危害極大的高頻重燃過(guò)電壓。額定電壓一定時(shí),RRRV值取決于系統固有振蕩頻率。 
  3.可滿(mǎn)足對于直流分量的要求 
  在開(kāi)斷電流周期分量相等的情況下,非周期分量 (直流分量)的存在,雖然有可能提高觸頭分離瞬間的短路電流瞬間值,但它在某種程度上卻有利于的開(kāi)斷。這是因為,當短路電流中存在非周期分量時(shí),不管是電弧在大半波過(guò)零或小半波過(guò)零時(shí)熄滅,斷口所受的瞬態(tài)工頻恢復電壓均比無(wú)周期分量時(shí)要小。 
  根據短路電流波形,短路電流的最大值將在短路發(fā)生后半波時(shí)出現,當f=50Hz時(shí),其值為0.01秒,可得沖擊電流計算式為: 
  Ipeak=root2×(1+e-t/τ)ISC=2.74ISC 
  其中時(shí)間常數τ=X/Rω=150ms 
  由以上方程式可得,三相短路電流的全電流取決于周期分量以及非周期分量, 其中非周期分量又取決于觸頭分離時(shí)刻以及時(shí)間常數τ。因此, 
  1.西門(mén)子3AH3型真空斷路器斷在開(kāi)斷系統源側額定短路電流時(shí),直流分量高達75%以上,同樣在開(kāi)斷發(fā)電機源側額定短路電流時(shí),直流分量高達130%以上,完全能滿(mǎn)足此類(lèi)應用場(chǎng)合的要求。 
  2.極高的額定短路開(kāi)斷次數 
  西門(mén)子3AH3型真空斷路器在開(kāi)斷額定短路電流72kA時(shí),開(kāi)斷次數達20次;開(kāi)斷額定短路電流63kA時(shí),開(kāi)斷次數達30次;開(kāi)斷額定短路電流50kA時(shí),開(kāi)斷次數達50次;所有斷路器機電壽命均為10,000次。 
  綜上所述,作為及其重要的發(fā)電機出口場(chǎng)合,產(chǎn)品選型必須極其謹慎,否則,一旦出現機組停機現象,損失將不可估量。西門(mén)子真空斷路器以其卓越的性能,能夠完全勝任其應用。 
  參考文獻 
  [1]穆建軍.中小型水輪發(fā)電機斷路器的選擇分析.中國農村水利水電,2003年第11期。



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