擴散是弧柱內(nèi)自由電子、正離子逸出弧柱以外,到周圍冷介質(zhì)中去的過程。擴散是由于帶電質(zhì)點的不規(guī)則熱運動,以及空間電荷的分布不均勻,使電弧中的高溫離子由密集的空間向密度小,溫度低的方向擴散。專業(yè)熔斷器座電弧和周圍介質(zhì)的溫度差以及離子濃度差越大擴散作用也越強。擴散出來的離子,因冷卻而相互結(jié)合,成為中性質(zhì)點顯然,如果游離過程大于去游離過程,電弧將繼續(xù)燃燒,并越燒越旺,如果去游離過程大于游離過程,電弧便越來越小,最后電弧將熄滅。由此分析,熄滅電弧的基本方法是設(shè)法冷卻電弧,設(shè)法加強復(fù)合和擴散形成的去游離過程。高壓限流熔斷器熄滅電弧的基本原理,就是當熔體元件熔化而出現(xiàn)電弧后,迫使電弧深入到周圍填料石英砂構(gòu)成的縫隙中去,根據(jù)狹縫滅弧原理,電弧與石英砂緊密接觸,使電弧急劇冷卻,從而迫使電流急劇下降到零。當預(yù)期電流非常大,熔體元件熔化、蒸發(fā)、出現(xiàn)間隙及電弧時,這一過程在非常短的時間之內(nèi)就已經(jīng)完成,熔體元件在來不及向周圍填料石英砂傳熱的情況下,就已經(jīng)熔斷并形成電弧。
為避免阻礙新型熔斷器的未來發(fā)展,不同制造廠的熔斷器的特性曲線會存在差異。專業(yè)熔斷器座目前FC回路設(shè)備的制造廠和設(shè)備規(guī)格較多,不同型號設(shè)備之間的特性有一定差異,根據(jù)對各主要制造廠熔斷器特性曲線的比較,以系統(tǒng)電壓為6kV為例,可初步確定功率不超過1250kW的高壓電動機和容量不大于1600kVA的低壓廠用變壓器可以選用FC回路供電,并根據(jù)工程中采用的具體設(shè)備規(guī)范進行核算和調(diào)整。這個容量上限是按采用熱穩(wěn)定電流為4kA、4s的真空接觸器得出的并推薦同樣適用于真空接觸器熱穩(wěn)定電流為 6kA、4s 時,這主要是基于DL/T 5153《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中對 2000kW 及以上電動機和2000kVA 及以上變壓器有建議裝設(shè)差動保護的相關(guān)規(guī)定。F-C 回路由于熔斷器動作的不可操縱性而不能使用在要求設(shè)置差動保護的回路上,當采用熱穩(wěn)定電流為6kA、4s 的真空接觸器時雖然可以選擇額定電流更大的熔斷器并相應(yīng)提高供電負荷容量,但對于變壓器來說,1600kVA 以上即為2000kVA 等級,寧夏熔斷器座容量已沒有提升的余地;而對于電動機,根據(jù)目前火力發(fā)電廠的輔機情況,容量介于 1250~2000kW 之間的電動機數(shù)量很少,提升電動機回路容量上限的經(jīng)濟意義不大。
近年來國內(nèi)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(yīng)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)熔斷器座為電動機供電的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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(jié)束保護自動投入。
真空接觸器的控制回路應(yīng)滿足下列要求:1)控制電源電壓應(yīng)與廠用電控制系統(tǒng)電壓一致,采用直流11V或220V,也可以采用交流220V。專業(yè)熔斷器座控制電壓應(yīng)不小于額定值的85%,也不應(yīng)大于額定值110%,分閘回路的控制電壓應(yīng)不超過額定值的120%。2)接觸器的最小合閘電壓應(yīng)不小于額定電壓的85%,最小跳閘電壓也應(yīng)不小于額定電壓的65%。3)熔斷器操作完成后,接觸器(電保持型接觸器除外)的合、跳閘線圈應(yīng)自動斷開合、跳閘回路。4)具有防止接觸器多次合跳的“防跳”功能。5)能監(jiān)控控制電源及跳閘回路、備用設(shè)備自動投入回路的完好性。6)事故跳閘及備用設(shè)備投入應(yīng)有明顯的信號。7)真空接觸器的輔助觸頭的數(shù)量應(yīng)滿足控制和連鎖的要求。8)真空接觸器宜具有與開關(guān)柜的機械防誤操作連鎖結(jié)構(gòu)。寧夏熔斷器座根據(jù)工程經(jīng)驗,接觸器回路的“防跳”功能尤其重要。當開關(guān)柜或接觸器發(fā)生機械故障時發(fā)岀合閘命令(即合閘到故障點),此時如果缺少“防跳”回路或者“防跳”回路不完全,即使發(fā)出保護跳閘命令或者手動跳閘命令。
熔化過程帶有爆炸性,熔化的金屬和蒸汽立即深深地滲入到還處于冷態(tài)的石英砂中去,電弧很快熄滅,這一點正好和前述最大弧能條件相呼應(yīng)。專業(yè)熔斷器座當預(yù)期電流達到最大弧能的條件時,熔體元件在熔化前伴隨著各種熱傳導(dǎo),使周圍填料溫度已經(jīng)提高。熔體元件可能在某一處或幾處最薄弱的位置首先熔斷,形成高溫電弧,但周圍填料溫度較高,狹縫滅弧進行較慢,直到熔化的長度達到滅弧的必須的空隙要求,才最終熄弧。操作過電壓的特點。高壓限流熔斷器在切斷故障的過程中,在它的端子上將出現(xiàn)瞬態(tài)異常電壓。它可以是峰值弧電壓,也可能是在瞬態(tài)恢復(fù)電壓時間內(nèi)出現(xiàn)的電壓。假定燃弧開始時,電流方向為正,要迫使電流下降,其變化率元必須為負。出現(xiàn)這種情況,必須是U1大于(e-iR。)。在燃弧開始時,這一條件尚不能滿足,電流將繼續(xù)上升一些,然后,電流才開始下降。為了盡快使電弧熄滅,寧夏熔斷器座兩端電壓必須很大。F-C回路的過電壓分析,增加熔體元件的槽口數(shù)有助于增加電弧電壓U,因為這將形成幾個電弧相串聯(lián),但需要注意這種措施也應(yīng)受到一定限制,應(yīng)避免熔斷器兩端產(chǎn)生太高的過電壓。
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