中壓開關(guān)柜內(nèi)真空和SF6斷路器的選用應(yīng)用實例
表2列出了ABB公司近幾年中SF6和真空斷路器的市場占有情況?？梢姡珹BB公司在兩種技術(shù)的發(fā)展上是互補(bǔ)的。
近年來，國內(nèi)外對兩種技術(shù)的最新、最重要的發(fā)展是采用永磁操動機(jī)構(gòu)，并將有關(guān)的傳感元件集成在開關(guān)柜內(nèi)。
2電弧遮斷特性
2.1SF6斷路器
SF6中壓斷路器目前采用自吹型系統(tǒng)。自動吹氣型斷路器的操作能量比較小，但具有良好的性能，如切斷短路電流時電弧能量小，其電氣壽命較長；開斷小的感性電流時，其過電壓倍數(shù)低于2.5倍。
2.2真空斷路器
真空斷路器觸頭在分、合閘操作時必須具有高的抗電弧腐蝕性能；當(dāng)開斷小電流時，應(yīng)具有低截流性能。對材料的研究表明，銅、鉻合成材料是最好、最能滿足要求的觸頭材料，而含鉻量為20%~60%的銅、鉻合成材料，現(xiàn)在已被用作觸頭的標(biāo)準(zhǔn)材料。最初采用特殊形狀的觸頭，以防止電弧接觸面上的徑向磁場，強(qiáng)迫弧根連續(xù)不斷地沿觸頭表面旋轉(zhuǎn)，從而防止局部過熱和不均勻的磨損。對觸頭形狀更進(jìn)一步的改進(jìn)是軸向磁場的開發(fā)，該軸向磁場能將弧根均勻地分配在整個觸頭表面。3SF6和真空斷路器的發(fā)展趨勢
3.1永磁操動機(jī)構(gòu)
從表面上看，斷路器的操動機(jī)構(gòu)僅是實現(xiàn)簡單的“分－合”或“合－分”功能。當(dāng)?shù)竭_(dá)所要求的位置時，要確保觸頭保持在該位置上，直到接到改變位置的命令為止。因此，操動機(jī)構(gòu)是一個典型的雙穩(wěn)態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能要高度可靠。以往，長期采用機(jī)械彈簧和凸輪機(jī)構(gòu)。
永磁操動機(jī)構(gòu)包括固定式疊片鐵心、永久磁鐵、合閘和分閘線圈及專用電子裝置等，能提供所有電子式的輔助功能，如聯(lián)鎖、分閘、合閘等，還包括自診斷設(shè)施。電解電容提供分合閘線圈所需的沖擊功率。永磁操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)大大簡化了，其部件的大量減少，使故障的幾率也相應(yīng)降低，從而降低了操動夢見的維護(hù)水平[2]。新型的真空和SF6磁力操動機(jī)構(gòu)斷路器，與先前的設(shè)計一樣，相互具有完全的可互換性。這種可互換性，能以最少的投資將現(xiàn)有開關(guān)柜重新裝備。
3.2傳感元件和電子設(shè)備的集成
采用合適的軟件和必需的電流、電壓傳感元件，將保護(hù)功能集成在斷路器的控制系統(tǒng)中，使斷路器成為一個完整的具有保護(hù)和切換功能的智能型自動化裝置，并達(dá)到最高的可靠性目標(biāo)，最少的部件接口，以方便在中壓二次配電系統(tǒng)中應(yīng)用。
這也是目前低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。
4技術(shù)性能
4.1電氣和機(jī)械壽命
使用經(jīng)驗表明，真空和SF6斷路器均可認(rèn)為是免維護(hù)的。高質(zhì)量的SF6斷路器和真空斷路器完全滿足IEC60056中B級斷路器標(biāo)準(zhǔn)要求。這就是說，B級斷路器在預(yù)期壽命內(nèi)對斷口部件不需要維護(hù)，而僅需要對其他部件進(jìn)行維護(hù)。IEC根據(jù)斷路器所連接的架空線網(wǎng)絡(luò)和是否采用重合閘等使用條件，規(guī)定了斷路器應(yīng)能完成的操作次數(shù)。
4.2操作過電壓
SF6斷路器具有低的操作過電壓水平，而無需外加任何裝置。
采用現(xiàn)代觸頭材料的真空斷路器，也呈現(xiàn)出低水平的截斷電流。然而，在特殊的使用場合，可能需要進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)參數(shù)研究，以確定是否需要裝設(shè)專門的限制過電壓的裝置，這主要取決于工業(yè)安裝設(shè)備的特性。
5應(yīng)用舉例
?。?）架空線路和電纜：當(dāng)用于切斷和保護(hù)架空線配電網(wǎng)時，真空和SF6斷路器均滿足要求。
(2）變壓器：現(xiàn)代真空和SF6斷路器適合切斷空載變壓器的勵磁電流，而過電壓倍數(shù)低于3.0。在某些特殊場合，如用真空斷路器來切斷工業(yè)設(shè)備中的干式變壓器時，則推薦裝設(shè)避雷器。
?。?）電動機(jī)：當(dāng)斷路器用于切斷電動機(jī)時，必須對操作過電壓的問題給予充分的注意。過電壓的目標(biāo)限值為小于2.5倍，兩種斷路器均可達(dá)到。當(dāng)真空斷路器用來切斷小電動機(jī)時（起動電流小于600A），由于電弧多次重燃的緣故，可能需要采取限制過電壓的措施，而這種現(xiàn)象出現(xiàn)的概率很低。
?。?）電容器組：兩種技術(shù)均適用于電容器組無重燃切換。當(dāng)成組切換時，可能需要裝設(shè)電抗器，以便限制沖擊電流。斷路器的同步控制技術(shù)是解決這個問題的一種有效方案。特別推薦SF6斷路器應(yīng)用于額定電壓高于27kV的場合。
(5）電弧爐：切換電弧爐的特點是操作頻繁、大電流、短間隔。真空斷路器特別適用于這種場合。
（6）并聯(lián)電抗器：SF6斷路器適用于切換并聯(lián)電抗器，通常其過電壓倍數(shù)低于2.5。當(dāng)使用真空斷路器時，在某些情況下可能需要外加限制過電壓的措施。
?。?）電氣化鐵路牽引：原則上，兩種斷路器均可采用，但在某些低頻電源的場合（如16.67Hz），則推薦采用真空斷路器。
6結(jié)語
從使用觀點看，SF6和真空兩種技術(shù)是互補(bǔ)的。經(jīng)濟(jì)因素、使用者的愛好、國家中的習(xí)慣、制造能力和特殊切換要求等，是決策者確定斷路器型式的主要因素。斷路器與工作條件的匹配、頻繁切換等特殊要求，可能是影響選擇斷路器型式的額外因素，此時，可能需要進(jìn)行綜合性研究，以便做出最好的選擇。
近年來，國內(nèi)外對兩種技術(shù)的最新、最重要的發(fā)展是采用永磁操動機(jī)構(gòu)，并將有關(guān)的傳感元件集成在開關(guān)柜內(nèi)。
2電弧遮斷特性
2.1SF6斷路器
SF6中壓斷路器目前采用自吹型系統(tǒng)。自動吹氣型斷路器的操作能量比較小，但具有良好的性能，如切斷短路電流時電弧能量小，其電氣壽命較長；開斷小的感性電流時，其過電壓倍數(shù)低于2.5倍。
2.2真空斷路器
真空斷路器觸頭在分、合閘操作時必須具有高的抗電弧腐蝕性能；當(dāng)開斷小電流時，應(yīng)具有低截流性能。對材料的研究表明，銅、鉻合成材料是最好、最能滿足要求的觸頭材料，而含鉻量為20%~60%的銅、鉻合成材料，現(xiàn)在已被用作觸頭的標(biāo)準(zhǔn)材料。最初采用特殊形狀的觸頭，以防止電弧接觸面上的徑向磁場，強(qiáng)迫弧根連續(xù)不斷地沿觸頭表面旋轉(zhuǎn)，從而防止局部過熱和不均勻的磨損。對觸頭形狀更進(jìn)一步的改進(jìn)是軸向磁場的開發(fā)，該軸向磁場能將弧根均勻地分配在整個觸頭表面。3SF6和真空斷路器的發(fā)展趨勢
3.1永磁操動機(jī)構(gòu)
從表面上看，斷路器的操動機(jī)構(gòu)僅是實現(xiàn)簡單的“分－合”或“合－分”功能。當(dāng)?shù)竭_(dá)所要求的位置時，要確保觸頭保持在該位置上，直到接到改變位置的命令為止。因此，操動機(jī)構(gòu)是一個典型的雙穩(wěn)態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能要高度可靠。以往，長期采用機(jī)械彈簧和凸輪機(jī)構(gòu)。
永磁操動機(jī)構(gòu)包括固定式疊片鐵心、永久磁鐵、合閘和分閘線圈及專用電子裝置等，能提供所有電子式的輔助功能，如聯(lián)鎖、分閘、合閘等，還包括自診斷設(shè)施。電解電容提供分合閘線圈所需的沖擊功率。永磁操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)大大簡化了，其部件的大量減少，使故障的幾率也相應(yīng)降低，從而降低了操動夢見的維護(hù)水平[2]。新型的真空和SF6磁力操動機(jī)構(gòu)斷路器，與先前的設(shè)計一樣，相互具有完全的可互換性。這種可互換性，能以最少的投資將現(xiàn)有開關(guān)柜重新裝備。
3.2傳感元件和電子設(shè)備的集成
采用合適的軟件和必需的電流、電壓傳感元件，將保護(hù)功能集成在斷路器的控制系統(tǒng)中，使斷路器成為一個完整的具有保護(hù)和切換功能的智能型自動化裝置，并達(dá)到最高的可靠性目標(biāo)，最少的部件接口，以方便在中壓二次配電系統(tǒng)中應(yīng)用。
這也是目前低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。
4技術(shù)性能
4.1電氣和機(jī)械壽命
使用經(jīng)驗表明，真空和SF6斷路器均可認(rèn)為是免維護(hù)的。高質(zhì)量的SF6斷路器和真空斷路器完全滿足IEC60056中B級斷路器標(biāo)準(zhǔn)要求。這就是說，B級斷路器在預(yù)期壽命內(nèi)對斷口部件不需要維護(hù)，而僅需要對其他部件進(jìn)行維護(hù)。IEC根據(jù)斷路器所連接的架空線網(wǎng)絡(luò)和是否采用重合閘等使用條件，規(guī)定了斷路器應(yīng)能完成的操作次數(shù)。
4.2操作過電壓
SF6斷路器具有低的操作過電壓水平，而無需外加任何裝置。
采用現(xiàn)代觸頭材料的真空斷路器，也呈現(xiàn)出低水平的截斷電流。然而，在特殊的使用場合，可能需要進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)參數(shù)研究，以確定是否需要裝設(shè)專門的限制過電壓的裝置，這主要取決于工業(yè)安裝設(shè)備的特性。
5應(yīng)用舉例
?。?）架空線路和電纜：當(dāng)用于切斷和保護(hù)架空線配電網(wǎng)時，真空和SF6斷路器均滿足要求。
(2）變壓器：現(xiàn)代真空和SF6斷路器適合切斷空載變壓器的勵磁電流，而過電壓倍數(shù)低于3.0。在某些特殊場合，如用真空斷路器來切斷工業(yè)設(shè)備中的干式變壓器時，則推薦裝設(shè)避雷器。
?。?）電動機(jī)：當(dāng)斷路器用于切斷電動機(jī)時，必須對操作過電壓的問題給予充分的注意。過電壓的目標(biāo)限值為小于2.5倍，兩種斷路器均可達(dá)到。當(dāng)真空斷路器用來切斷小電動機(jī)時（起動電流小于600A），由于電弧多次重燃的緣故，可能需要采取限制過電壓的措施，而這種現(xiàn)象出現(xiàn)的概率很低。
?。?）電容器組：兩種技術(shù)均適用于電容器組無重燃切換。當(dāng)成組切換時，可能需要裝設(shè)電抗器，以便限制沖擊電流。斷路器的同步控制技術(shù)是解決這個問題的一種有效方案。特別推薦SF6斷路器應(yīng)用于額定電壓高于27kV的場合。
(5）電弧爐：切換電弧爐的特點是操作頻繁、大電流、短間隔。真空斷路器特別適用于這種場合。
（6）并聯(lián)電抗器：SF6斷路器適用于切換并聯(lián)電抗器，通常其過電壓倍數(shù)低于2.5。當(dāng)使用真空斷路器時，在某些情況下可能需要外加限制過電壓的措施。
?。?）電氣化鐵路牽引：原則上，兩種斷路器均可采用，但在某些低頻電源的場合（如16.67Hz），則推薦采用真空斷路器。
6結(jié)語
從使用觀點看，SF6和真空兩種技術(shù)是互補(bǔ)的。經(jīng)濟(jì)因素、使用者的愛好、國家中的習(xí)慣、制造能力和特殊切換要求等，是決策者確定斷路器型式的主要因素。斷路器與工作條件的匹配、頻繁切換等特殊要求，可能是影響選擇斷路器型式的額外因素，此時，可能需要進(jìn)行綜合性研究，以便做出最好的選擇。
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