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微型断路器的技术突破

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摘要:微型断路器的技术突破
选择性配合和后备配合

选择性配合和后备配合在各种杂志文献中已经谈得很多了,这里仅从应用的角度谈几个观点:

1)“配合”是指至少两个上下级过流保护装置之间的保护协调,不考虑另一方的配合是不存在的。

2)选择性配合和后备保护实施的手段不同。如果仅从改变上级过流保护装置(断路器为例)的特性看:

A)通常用延迟上级断路器的动作以等待下级断路器动作,从而获得较好选择性配合

B)通常用加快上级断路器的动作以限制短路能量,从而为下级断路器提供后备保护

当然,改善上下级选择性配合的手段并非局限于动作时间配合,还可基于电流配合、能量配合、逻辑

控制等手段。当然,最好断路器本身就能为其他过流保护装置提供良好的选择性和后备保护。

3)要求选择性配合的目的是减小故障停电范围;要求后备配合的目的是降低投资成本。

4)从两种配合不同的目的和不同的实施手段看,两种配合之间是存在冲突的。

注:低压过流保护装置以断路器为主,下文中如果没有说明,用断路器指代过流保护装置。

终端配电连续性现状

从终端配电现状看,电缆敷设和设备安装的专业化程度不高,但用电设备的分布范围广,乱拉乱接的情况比较普遍;非专业用户多,超载现象普遍,过载或短路故障概率很高。尤其在负载高峰时段,供电部门忙于应付各类跳闸停电事故。又因为终端配电很少考虑选择性配合,单一短路故障可能造成整个楼层或楼宇停电,这又使供电部门的故障定位和恢复供电工作雪上加霜。

从电气设计角度看,在一般住宅单元的内部,对于电击伤害的防护也存在误区,有的设计者只考虑在住宅总开关处安装一个剩余电流保护电器,或者整个住宅单元只用一个回路供电,或未考虑上下级断路器的动作时间差等,这些都可能产生因短路或接地故障造成全屋停电,包括安全系统停电失效、冰箱和维生系统(鱼缸)停电,网络中断(路由器失电)等。

在一般住宅单元的外部,设计人员可能未考虑供电侧过流保护装置的选择性配合。用户入户侧安装有进户熔断器或断路器,但属于供电部门的管辖范围。如果这些过流保护装置因选择性配合不佳而误动作(下级断路器已经切断故障),显然也是不必要地增加了供电部门出勤检修工作量,并大大增加了故障断电时间。

选择性配合的研究途径

因终端配电中选择性配合日趋重要,本文主要讨论选择性配合。一般而言,研究选择性配合有两种研究途径,但它们互相支持,配合使用:

A)通过研究上下层断路器间的配合,寻找提高选择性的方法

B)通过研究断路器本身结构的改进,寻找提高选择性的方法

配电变压器的低压侧往往有三或四层配电(常用电压220/380V,IEC电压标准230/400V),在第一或第二配电层,设计者会视用户要求考虑选择性配合,但所关联的断路器数量不多,分布集中,往往可选智能化断路器满足选择性配合要求;但选择性设定复杂,并需要专业人员管理。在这些场合,往往采用 A)研究途径。

第三或第四层属终端配电,因成本原因很少考虑选择性或供电连续性。此层的负载分散复杂,用户也非专业人员。需要一个成本合理、实施简单的方案来保证日益增长的供电连续性要求。在这些场合,我们往往采用 B)研究途径,即研发新一代断路器来满足选择性要求。

早在2004年,在中国智能建筑技术情报网、中国建筑设计研究院和ABB中国有限公司组办的“中国智能建筑青岛电气沙龙”交流会上,ABB德国的高级专家Mr。Bernd Siedelhofer先生介绍了S700带选择性的过电流保护断路器的结构、原理和应用。与会专家对ABB具有全选择性功能的S700 SMCB作了积极的肯定,并强调在国内的终端配电中应提高选择性配合要求,而ABB的 S700 SMCB的成熟应用是个很好的借鉴。

终端电器提高选择性配合能力的困惑

按照IEC60898/GB10963技术标准,终端配电用微型断路器(MCB)一般是需要快速动作的,以尽快切断短路故障。换言之,它不需要按照IEC60947/GB14048的规定,承受“额定短时耐受电流Icw”,所以同电流等级的MCB体积远小于MCCB的体积。

如果期望提高上下级MCB的选择性配合能力,则需要提升上级MCB承受短路电流的时间,以让下级MCB迅速切除故障区域的短路电流;同时,为了保证“祖父级(Grandfather)”的短路保护装置不至因短路电流过大、时间过长而误动作,也需要控制上级MCB的限流特性和动作时间。换言之,带选择性的过电流保护断路器SMCB应要解决多级保护器件之间的选择性问题。ABB研发的 S700/S750 SMCB在技术上获得成功突破,解决了“熊和鱼掌不可兼得”的难题。
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