近年來國內外研制了一系列的微機型綜合保護裝置,這些裝置的特點恰好適應了F-C回路對保護的要求,下面針對電動機和低壓變壓器的保護分別加以分析和說明。專業(yè)低壓限流熔斷器為電動機供電的F-C回路保護配置,F(xiàn)-C回路供電的電動機,其容量一般在200kW以下,通常裝設有下列保護:電流速斷保護、過負荷保護、負序過流保護、單相接地保護、起動時間過長保護和低電壓保護。此外,由于FC回路有單相斷線可能(熔斷器一相熔斷),還應有斷相(不平衡)保護。(1)電流速斷保護。作為電動機定子繞組和回路供電電纜相間短路故障的保護。綜合保護裝置保護定值可設定速斷高值與速斷低值,高值為電動機起動過程中的速斷定值,低值為電動機起動完成后,正常運行中的速斷定值。電動機起動時間可在定值中設置,從而提高速斷保護的靈敏度。(2)過負荷保護。主要用于防止電動機運行中因過負荷、不對稱過負荷、斷線等引起的過熱,可作為保護的后備。(3)負序過流保護。作為電機電流不平衡的一種保護,電動機起動結束保護自動投入。
采用氧化鋅過電壓限制器作為F-C回路的過電壓保護設備時可以考慮設置間隙。帶串聯(lián)間隙氧化鋅過電壓限制器解決了持續(xù)運行電壓和荷電率過高而導致的閥片老化甚至爆炸的難題。帶串聯(lián)間隙氧化鋅過電壓限制器增加了氧化鋅閥片的持續(xù)運行電壓的裕度,保證了限制器的工作壽命,殘壓較低,保護性能較好。專業(yè)低壓限流熔斷器F-C回路的過電壓與系統(tǒng)中性點接地方式密切相關,設計中應區(qū)別對待不同的中性點接地方式選擇過電壓保護設備配置方式。對中性點經低電阻接地的配電系統(tǒng),過電壓保護器的相地及相間保護電壓分別按配電系統(tǒng)的相電壓和線電壓選擇,宜選用星形接線形式的三相過電壓保護器。對中性點不接地、經消弧線圈接地或經高電阻接地的配電系統(tǒng),過電壓保護器的相地及相間保護電壓均按配電系統(tǒng)的線電壓選擇,當前應用比較廣泛的是“三叉戟”接線形式的三相過電壓保護器。所謂“三叉戟”接線形式,鄭州低壓限流熔斷器是指過電壓保護裝置由4個參數(shù)相同的保護器構成,其中3個保護器分別與三相連接并形成星形接線,第4個保護器設置在星形接線的三相連接點與接地點之間,以保證各相之間以及相與地之間保護器配置的均衡。
氧化鋅過電壓限制器的選擇,目前絕大多數(shù)的廠家普遍采用氧化鋅過電壓限制器作為F-C回路的過電壓保護設備。專業(yè)低壓限流熔斷器氧化鋅過電壓限制器由氧化鋅閥片疊加組成,具有十分優(yōu)異的非線性伏一安特性。正常電壓作用下,泄漏電流只有幾十微安,實際上相當于一個對地絕緣的絕緣子,但在異常電壓發(fā)生時,它的電阻又非常小,過電壓行波過后,不存在工頻續(xù)流,是當前使用較多的限制過電壓設備。高壓廠用電系統(tǒng)的中性點接地方式,不論是中性點不接地還是經高阻抗接地的接地方式,都屬于中性點非有效接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)過電壓限制器的選擇難度較大,限制器的運行條件比較苛刻。由于非有效接地系統(tǒng)允許系統(tǒng)帶單相接地故障持續(xù)運行2h,因此非故障相的持續(xù)運行電壓將升高√3倍,鄭州低壓限流熔斷器過電壓限制器的工頻電壓耐受能力應按此條件選擇顯然,工頻電壓耐受能力要求越高,則過電壓限制器的額定電壓的選擇也相應越高,相反它的保護效果越差。氧化鋅過電壓限制器雖然可以限制操作過電壓,保護電動機及低壓變壓器的主絕緣。
但對于以電纜供電為主的中壓配電網,如大城市城區(qū)配電網、大中工礦企業(yè)配電網、中小型發(fā)電機電壓直配電網、大容量火力發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)等,傳統(tǒng)的接地方式還有一些不足之處,主要有以下幾點:1)內過電壓倍數(shù)較高,可達3.5~4倍過電壓。間歇性電弧過電壓及諧振過電壓絕緣已經超過了避雷器允許承載能力,要求避開這兩種過電壓的發(fā)生和發(fā)展,從而需提高電網的整體絕緣水平。專業(yè)低壓限流熔斷器對于具有大量高壓電動機的工礦企業(yè)和火力發(fā)電廠,配合較難實現(xiàn)。2)單相接地故障下,在升高的穩(wěn)態(tài)電壓下運行時間在2h以上,不僅會導致絕緣早期老化,或在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生閃絡,引起多點故障,釀成斷路器異相開斷,惡化開斷條件。3)電纜為非自恢復絕緣,發(fā)生單相接地必是永久性故障,不允許繼續(xù)行,必須迅速切斷電源,避免擴大事故。所以主要由電纜線路組成的3~10kV電網,在電容電流超過10A(發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)為7A)時,鄭州低壓限流熔斷器宜采用中性點經電阻接地,單相接地故障立即跳閘的接地方式。由于立即跳閘而影響的供電連續(xù)性,則可從提高線路或設備的冗余度來解決,目前城網和大容量發(fā)電機組的高壓廠用電系統(tǒng)已經按此設置。
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