低壓進線斷路器設計選型的兩個問題

一. 關于斷路器短路分斷能力 
　　
   
　　斷路器一般具有兩個反映斷路器短路分斷能力的參數：其一是額定極限短路分斷能力（以下簡稱極限分斷能力）Icu，其試驗順序是o-t-co(o表示分斷操作，co表示接通操作后緊接著分斷操作，t表示時間間隔，一般為3min)，在按規定的試驗順序動作后，不考慮斷路器繼續承載它的額定電流；其二是額定運行短路分斷能力（以下簡稱運行分斷能力）Ics，其試驗操作順序是o-t-co-t-co，在按規定的試驗順序動作后，需考慮斷路器繼續承載它的額定電流。
　　
   
　　斷路器設計選型中應采用哪一個參數，規范中沒有明確的規定，各種手冊也沒有明確的說法。大多數手冊指出：斷路器的額定短路通斷能力等于或大于線路中可能出現的最大短路電流，一般按有效值計算。具體是極限分斷能力還是運行分斷能力沒有說明。只有個別手冊指明采用極限分斷能力，但是我認為，對于低壓進線斷路器應采用運行分斷能力，理由如下：
　　　　
   
　　1. 從可靠性方面考慮 
　　　　
   
　　采用運行分斷能力選擇斷路器，在斷路器開短路電流后，還可以保證斷路器承受它的額定電流，減少斷路器出故障的可能性，從而可以提高斷路器運行的可靠性。
　　　　
   
　　2. 從可行性方面考慮 
　　　　
   
　　對于新型斷路器，運行分斷能力一般都較大，都能滿足短路電流的要求。表1列出了幾種有代表性的新型斷路器的運行分斷能力。
　　表1
　　變壓器容量KVA 400 630 800 1250 1600 2000
　　變壓器額定電流 A 610 960 1200 1900 2432 3040
　　變壓器電路電壓 4 4 4.5 4.5 4.5 4
　　短路電流有效值KA 13.7 21 23.5 35.2 43.5 66.88
　　Ics/IcwKA ME 50／30 50／50 50／50 50／50 80／80 80／80
　　CB11 50／50 50／50 50／50 65／65 65／65 65／65
　　M 130／65 130／65 130／65 130／75 130／75 130／75
　　DZ20 25／－ 38／－ 38／－ － － －
　　TM30 75／8 50／15 50／15 50／25 － －
　　NS（C） 150／－ 150／15 150／15 － － －
　　　　
   
　　表中短路電流有效值指變壓器10KV側短路容量按150－200MVA考慮，在距變壓器低壓出線端3m母線處發生金屬性短路時的短路電流。CB11是長征電氣十一廠近年推出的框架式斷路器，TM30是天津低壓開關廠最近推出的塑殼式斷路器，M、NS（C）為梅蘭日蘭公司產品。表中所列的Ics和Icw(短時耐受電流)數值均為各系列斷路器中滿足變壓器容量要求的相應殼架電流等級斷路器的數值。
　　
   
　　從表1可以看出，對框架式斷路器,除CB11當變壓器為2000KVA時，其運行分斷能力略顯不足外，其他斷路器都能滿足要求；對于塑殼式斷路器，只要容量滿足要求，分斷能力一般沒有問題。
　　
   
　　對于老型斷路器，廠家沒有提供運行分斷能力這一參數，只有極限分斷能力。設計選型中可按Ics=Icu50%考慮。這樣選擇，當斷路器的額定電流合適時，其運行分斷能力往往不夠，需通過提高斷路器的殼架電流等級來滿足分斷能力的要求。例如對于800KVA的變壓器，查表1可知其額定電流為1200A，短路電流為23.5kA，按額定電流可選DW15－1500型斷路器，其極限分斷能力為40kA，若按極限分斷能力選擇，它滿足要求；若按運行分斷能力選擇，則不滿足要求，需選擇更大殼架電流等級的斷路器。如DW15－2500型，其極限分斷能力為60KA。所以，對于老型斷路器，按運行分斷能力選擇也是可行的。
　　
   
　　3. 從經濟性方面考慮 
　　
   
　　對于老型斷路器，按運行分斷能力選擇，一般需提高斷路器的殼架電流等級，以滿足分斷能力的要求；對于新型斷路器，雖然其運行分斷能力較高，一般不需為滿足分斷能力的要求而提高斷路器殼架電流等級，但是其價格比同電流等級的老型斷路器高。所以按運行分斷能力選擇斷路器，一般投資會有所增加。
　　
   
　　但是，由于低進線斷路器所需數量較少，其引起的投資增加在整個工程投資中所占比例很小，而且它的重要性又較高，它的故障或誤動都將造成較大面積的停電，給生產和生活帶來不便，甚至造成較大經濟損失。所以，為低壓進線斷路器的可靠運行增加一點投資，在經濟上是合理的。
　　
   
　　另外，新型斷路器取代老型斷路器是一種必然趨勢。當它完全取代老型斷路器后，按運行分斷能力選擇斷路器，將不再存在投資增加問題。到那時，按運行分斷能力選擇斷路器將成為一種必然的選擇。
　　
   
　　二. 關于斷路器結構型式選擇 
　　
   
　　低壓斷路器按結構型式分，可分為塑殼式和框架式兩大類。
　　
   
　　作為進線開關，一般選擇框架式斷路器，但是框架式斷路器有體積大、價格高、接觸防護較差等弱點，所以作為進線斷路器，它并不是最佳選擇。
　　
   
　　塑殼式斷路器有體積小，安裝緊湊、外形美觀、價格低、接觸防護好等特點，以往它沒有成為進線開關的首選，主要受到其容量小，短路分斷能力低，選擇性和短時耐受能力差這幾方面因素的限制，但是隨著技術的發展和新產品的推出，這些問題已經獲得了不同程度的改進。下面我將就這幾方面的問題分別加以說明。
　　
   
　　2.1容量問題
　　
   
　　對于老式塑殼式斷路器，其最大容量一般是600A左右，這樣的容量，作為進線開關是顯得太小了。但是現在的新型殼式斷路器，其容量已經有了大幅度的提高，例如DZ20型最大可達1250A，TM30型最大可達2000A，有的產品甚至高達3000A。所以對于新型斷路器，其容量對于大型變壓器尚顯得不足，但是對中小型變壓器，已經完全可以勝任了。
　　
   
　　2.2分斷能力問題
　　
   
　　近年來，我國生產的斷路器，不論是框架式，還是塑殼式，其短路分斷能力都有了大幅度提高。
　　
   
　　就塑殼式而言，其分斷能力提高的幅度非常驚人。例如以往是最常用的DZ10型斷路器，其最大短路分斷能力的峰值也僅僅達到40kA，而新型斷路器的運行分斷能力有效值都已經達到了很高水平。從表1就可以看出，DZ20型的運行分斷能力最高可達50kA、TM30更高達到75kA，兩種型號的極限分斷能力有效值均可高達到100kA。
　　
   
　　所以就分斷能力而言，塑殼式斷路器完全可以勝任作為低壓進線斷路器的要求。
　　
   
　　2.3 選擇性問題
　　
   
　　老式塑殼式斷路器一般沒有短延時脫扣器，很難實現選擇性保護。但是現在生產的部分新型斷路器已經具備了這一功能。例如TM30系列的智能脫扣器就可以實現短延時功能，完成選擇性保護；NS系列的電子脫扣器也可以實現這一功能。按照低壓斷路器智能化、模塊化、組合化、電子化、多功能化的發展趨勢，今后具有選擇性功能的塑殼式斷路器將會越來越多，選擇性對于塑殼式斷路器將不會再成為一個問題。
　　
   
　　2.4 短時耐受能力問題
　　
   
　　短時耐受能力是塑殼式斷路器一個弱項，目前多數塑殼式斷路器廠家都沒有提從額定短時耐受電流Icw這一參數。不過已有部分廠家提供了這一參數。
　　
   
　　表1中列出了TM30和C序列斷路器的額定短時耐受電流。從表中數據看，塑殼式斷路器的短時耐受電流與框架式斷路器相比，還有很大差距，其值還遠小于變壓器低壓側短路電流的數值，但是作為進線開關，只要選好斷路器瞬時脫扣器的整定電流，將短延時電流限制在斷路器可以承受的耐受電流范圍內，塑殼式斷路器就可以滿足耐受電流的要求。
　　
   
　　例如，有一臺630kVA變壓器，查表1可知，其變壓器低壓側額定電流為960A，短路電流為21kA，可選擇TM30－1000型斷路器，其運行分斷能力為50kA，滿足要求；其短時耐受電流為15kA，不滿足要求。這時可以將斷路器的瞬時脫扣器動作電流整定在15kA，當短路電流超過15kA時，使斷路器瞬時跳閘。這樣做的后果是損失了保護的部分選擇性。
　　
   
　　要想大幅度提高塑殼式斷路器的短時耐受能力，尚需等待技術的進一步發展和新材料的出現。
　　
   
　　對于不需要選擇性保護的場合，塑殼式斷路就可以避開其弱點，使其優越性更得以表現。
　　
   
　　從以上分析可以看出，作為低壓進線開關，塑殼式斷路器在一定條件下已經可以取代框架式斷路器。