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      產(chǎn)品分類

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      類型分類:
      科普知識(shí)
      數(shù)據(jù)分類:
      控制繼電器

      電力設(shè)備保護(hù)繼電器/電量傳感器

      發(fā)布日期:2022-04-18 來(lái)源:環(huán)球電氣之家 作者:環(huán)球電氣之家 點(diǎn)擊率:148 品牌:組態(tài)王_Kingview

      電力·設(shè)備用保護(hù)設(shè)備/電量傳感器 概要
      1. 保護(hù)設(shè)備的概要
      ■過(guò)電流保護(hù)繼電器的定義

      過(guò)電流繼電器(OCR=Over Current Relay)是由變流器(CT)將電路短路、負(fù)載過(guò)載的過(guò)電流取出,按照其電流值的大小動(dòng)作的繼電器。
      一般使用JIS C 4602(高壓受電用過(guò)電流繼電器)中規(guī)定 的過(guò)電流繼電器。
      在過(guò)電流繼電器中有瞬間要素和限時(shí)要素2個(gè)動(dòng)作要素,瞬間要素 檢測(cè)規(guī)定容量500~1,500%的電流并動(dòng)作。限時(shí)要素具有反限時(shí)特 性,隨著電流大小的增大在第一時(shí)間動(dòng)作;瞬間要素具有短時(shí)間 的定限時(shí)特性,可從繼電器自身裝備的動(dòng)作顯示器來(lái)區(qū)別是哪個(gè) 要素在動(dòng)作,有利于事故處理。



      ■接地繼電器的定義

      接地繼電器是在電路電纜、電氣設(shè)備的絕緣老化或者發(fā)生破壞、接地、完全接地時(shí),檢測(cè)電路和大地間接觸事故的繼電器。
      該繼電器在電力的受電側(cè)發(fā)生接地事故時(shí),僅在受電側(cè) 斷路限定事故,防止波及高位配電用變電站。
      出于該保護(hù)目的,有必要與高位(電力公司的配電用變電站)之間取得保護(hù)協(xié)調(diào)。
      作為繼電器,可通過(guò)零相變流器(ZCT)檢測(cè)事故電流并根據(jù)其大小動(dòng)作,或通過(guò)ZCT及零相電壓檢測(cè)裝置(ZPD)的組合來(lái)檢測(cè)事故電流并根據(jù)其大小和兩者的相位關(guān)系動(dòng)作分為2種,接地繼 電器(GR=Ground Relay),接地方向繼電器(DRG=Directional Ground Relay)一般情況下常使用GR,最近由于設(shè)備內(nèi)電纜長(zhǎng)度延長(zhǎng),為防止其他電路事故引起誤動(dòng)作,開(kāi)始廣泛t 使用DGR。


      ■電壓繼電器的定義
      在異常電壓下發(fā)電機(jī)的故障會(huì)導(dǎo)致電壓急劇上升、停電或者因短路造成電壓很低等情況。
      電壓繼電器是根據(jù)交流電路的電壓變動(dòng),達(dá)到電壓預(yù)先 設(shè)定狀態(tài)時(shí),檢測(cè)并動(dòng)作的繼電器。
      基本的動(dòng)作區(qū)別有過(guò)電壓檢測(cè)、欠電壓檢測(cè)2種。

      ●過(guò)電壓繼電器(OVR)
      電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí),進(jìn)行接點(diǎn)動(dòng)作,發(fā)出報(bào)警或者啟動(dòng)斷路器的繼電器。


      ●欠電壓繼電器(UVR)
      電壓為設(shè)定值以下時(shí)動(dòng)作的繼電器。
      主要在電壓過(guò)低保護(hù)、配電線的短路故障檢測(cè)等中使用。


      ■電機(jī)·繼電器的定義
      即使是電機(jī)也有很多種類,作為產(chǎn)業(yè)設(shè)備的動(dòng)力用,最為普及的是三相感應(yīng)電機(jī),而保護(hù)三相感應(yīng)電機(jī)的設(shè)備,我們稱為電機(jī)繼電器。
      保護(hù)電機(jī)是很重要的。
      盡早檢測(cè)異常,使電機(jī)自身及與其相關(guān)的負(fù)載損害控制在最小范圍內(nèi),保護(hù)深井泵等更換煩瑣的設(shè)備不被燒損。
      隨著電機(jī)小型化、輕薄化等要求的嚴(yán)格,重要度的提升,對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的電機(jī)繼電器也漸漸要求高性能,高可靠性,從以前單純的熱量型向靜止型(晶體管型)轉(zhuǎn)移。


      ■電機(jī)·繼電器的定義

      ●CGS的定義
      CGS (Co-Generation System)是分散型電源的一種,利用燃?xì)庖?擎、燃?xì)廨啓C(jī)等原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),向區(qū)域內(nèi)負(fù)載供給電力的同 時(shí),利用原動(dòng)機(jī)的排熱供給暖氣、供熱水或者冷氣。是提高能源綜 合效率的系統(tǒng),也稱為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。面對(duì)21世紀(jì)的能源目標(biāo),提 倡利用該家發(fā)電系統(tǒng),拉開(kāi)復(fù)合能源時(shí)代的帷幕。


      ●為什么需要連接用保護(hù)繼電器?
      在以前的受電端保護(hù)系統(tǒng)中,僅處理需要方區(qū)域內(nèi)的事故(短路·接地),使受電端的斷路器動(dòng)作。
      但是,在連接電力系統(tǒng)的分散型電源中,需要實(shí)現(xiàn)以下幾方面:
      ①確保群眾及操作人員的安全,不應(yīng)對(duì)電力供給設(shè)備或者其他需要方的設(shè)備產(chǎn)生影響。
      ②在供給可靠性和電氣的質(zhì)量方面,不應(yīng)對(duì)其他需要方產(chǎn)生不好的影響。
      即,不僅是需要方區(qū)域內(nèi)事故,在電力系統(tǒng)側(cè)的停電及事故中也應(yīng)進(jìn)行檢測(cè),必須從系統(tǒng)中分離發(fā)電機(jī)。
      具體示例如下:
      ①發(fā)電機(jī)不向系統(tǒng)的事故點(diǎn)供給事故電流。
      ②不容許逆流時(shí),不向系統(tǒng)側(cè)發(fā)送電力。
      ③系統(tǒng)中再開(kāi)路時(shí),不在非同步狀態(tài)下結(jié)合兩者的電壓。


      連接用保護(hù)繼電器根據(jù)連接的系統(tǒng)種類(高壓連接或特高連接)、分散型電源需要方的發(fā)電機(jī)類型(同步發(fā)電機(jī)或感應(yīng)發(fā)電機(jī))、系統(tǒng)的重要性,決定必須設(shè)置的機(jī)型。
      必須可以確切檢測(cè)所有條件下的系統(tǒng)事故。
      ●連接用保護(hù)繼電器構(gòu)成示例(高壓受電需要方、同步發(fā)電機(jī))

      連接用保護(hù)繼電器:不設(shè)置線路無(wú)電壓確認(rèn)裝置時(shí)需要將保護(hù)裝置雙重化。(參見(jiàn)下頁(yè))發(fā)電機(jī)控制、保護(hù)繼電器

      ●繼電器根據(jù)事故形態(tài)的不同動(dòng)作
      下表簡(jiǎn)單顯示了各個(gè)繼電器對(duì)于各種事故的動(dòng)作。
      根據(jù)該矩陣圖進(jìn)行驗(yàn)證,選定必要的機(jī)型。

      機(jī)型名稱保護(hù)目的設(shè)置相數(shù)等的條件區(qū)域內(nèi)事故系統(tǒng)側(cè)事故動(dòng)作的斷路器(例)接地短路接地短路繼線·停電OCR-H過(guò)電流繼電器檢測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)備的過(guò)載、短路事故2相—○———受電端CBOCGR接地繼電器檢測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)備的接地事故 1相(零相電路)區(qū)域內(nèi)設(shè)備的對(duì)地靜電容量較大時(shí)為DGR○————DGR接地方向繼電器1相(零相電路)○ *1—○——發(fā)電機(jī)CBOVGR接地過(guò)電壓繼電器繼續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的接地事故1相(零相電路)零相電壓檢測(cè)以電容器型為基本—○ *1—○○ *2UVR欠電壓繼電器檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的短路事故、停電3相—————OVR過(guò)電壓繼電器根據(jù)發(fā)電機(jī)的控制異常檢測(cè)系統(tǒng)過(guò)電壓1相 發(fā)電機(jī)自身有保護(hù)裝置時(shí)無(wú)需設(shè)置———○—DSR方向短路繼電器檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的短路事故以3相為基本同步發(fā)電機(jī)時(shí)需要—————RPR逆電力繼電器檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的逆流1相———○ *3○UFR欠頻率繼電器檢測(cè)高位送電側(cè)事故時(shí)的頻率下降1相 無(wú)逆流,在RPR可高速保護(hù)時(shí)無(wú)需設(shè)置———○○ *2OFR過(guò)頻率繼電器根據(jù)電壓下降檢測(cè)負(fù)載脫落時(shí)的頻率上升—————UPR欠電力繼電器檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的短路事故、停電2相——○ *4○○△f檢測(cè)頻率急劇變化繼電器檢測(cè)系統(tǒng)側(cè)的停電1相————○

      *1. 繼電器進(jìn)行檢測(cè),與電力系統(tǒng)側(cè)(變電站)保護(hù)繼電器取得時(shí)間協(xié)調(diào),不到達(dá)動(dòng)作。
      *2. 發(fā)電機(jī)容量和系統(tǒng)的負(fù)載取得平衡時(shí)可能不動(dòng)作。
      *3. 電壓極端下降(至近端短路時(shí))時(shí)可能不動(dòng)作。
      *4. 根據(jù)變電站接地方向繼電器的動(dòng)作,系統(tǒng)停電,進(jìn)行動(dòng)作。
      注.   不設(shè)置線路無(wú)電壓確認(rèn)裝置,進(jìn)行系統(tǒng)雙重化時(shí),對(duì)1個(gè)事故需要有2個(gè)以上的繼電器動(dòng)作。

      ●各繼電器的整定示例
      以下表示連接用保護(hù)繼電器的標(biāo)準(zhǔn)整定。
      請(qǐng)根據(jù)向電力公司申請(qǐng)連接時(shí)進(jìn)行的系統(tǒng)故障計(jì)算及在此基礎(chǔ)上的協(xié)調(diào)確認(rèn),做最終決定。

      機(jī)型整定示例背景動(dòng)作值動(dòng)作時(shí)間OCR-H應(yīng)與配電用變電站OCR取得協(xié)調(diào) 與以前的受電端保護(hù)相同OCGR零相電流:0.2A(JIS C 4601中規(guī)定的時(shí)間)DGR零相電流:0.2A,零相電壓:5%0.2sOVGR零相電壓:10%5s與配電用變電站,其他饋電網(wǎng)的DGR取得協(xié)調(diào)UVR欠電壓:85V2s與配電用變電站,其他饋電網(wǎng)的OCR取得時(shí)間協(xié)調(diào)OVR過(guò)電壓:125V2s DSR電流:*1,欠電壓:90V0.7s與配電用變電站,其他饋電網(wǎng)的OCR取得時(shí)間協(xié)調(diào)RPR逆功率:發(fā)電機(jī)容量的10%*20.5s *3 UFR欠頻率:額定值頻率-1Hz1s OFR過(guò)頻率:額定值頻率+1 Hz1s UPR欠功率、合同電量的10%0.5s為CGS需要方的最小消耗功率以下

      *1. 電網(wǎng)送出點(diǎn)的2相短路時(shí),需要保持在發(fā)電機(jī)流出的電流值以下,按照下式進(jìn)行計(jì)算。

      IG: 發(fā)電機(jī)的額定電流%x:從CGS需要方到變電站的百分比線路阻抗%G:發(fā)電機(jī)的百分比阻抗*2. RPR連接受電端CT,因此逆功率整定值

      *3. 請(qǐng)考慮接通發(fā)電機(jī)的并聯(lián)時(shí)的動(dòng)搖時(shí)間。
      ●作為其他連接用保護(hù)繼電器的要求事項(xiàng)
      從分散型電源設(shè)備對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響的重要性出發(fā),對(duì)連接用保 護(hù)系統(tǒng)及繼電器的功能提出以下要求項(xiàng)目,以提高其可靠性。

      不設(shè)置線路無(wú)電壓確認(rèn)裝置時(shí),將系統(tǒng)雙重化
      添加了在分散型電源需要方,在變電站設(shè)置線路無(wú)電壓確認(rèn)裝置(再斷路時(shí),確認(rèn)有無(wú)線路電壓的裝置)的義務(wù)。但是在同系統(tǒng)中存在多個(gè)分散型電源需要方時(shí)、考慮到設(shè)置成本等,很難設(shè)置本裝置。因此,系統(tǒng)停電狀態(tài)時(shí),通過(guò)使繼電器雙重化(該繼電器使發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中分離),可以無(wú)需設(shè)置本裝置。作為實(shí)現(xiàn)二重化的手段,也認(rèn)可UPR的設(shè)置。這種情況下,有必要在二相進(jìn)行設(shè)置。
      由專用的直流電路提供繼電器的控制電源
      連接用保護(hù)繼電器的控制電源必須由專用的直流電路提供。因?yàn)?確保電源供給可靠性的同時(shí),在系統(tǒng)發(fā)生短路事故時(shí)也需要?jiǎng)幼鳌?(計(jì)量?jī)x器用變壓器VT的電源在短路時(shí)沒(méi)有輸出電壓)。


      2. 接地繼電器的概要

      ■受電用GR的選擇
      為有效選擇接地事故點(diǎn)的斷路,根據(jù)系統(tǒng)條件的不同,選擇OCGR(接地過(guò)電流繼電器)或者DGR(接地方向繼電器)中的任意一個(gè)來(lái)設(shè)置GR。

      繼電器的選擇步驟


      ■零相變流器(ZCT)的接地電流監(jiān)視
      電路里的電流大小,無(wú)論是單相還是三相其往返方向是相同的。如果發(fā)生接地事故,可以區(qū)別往返。根據(jù)該差異, ZCT上磁束感應(yīng),在二次側(cè)有電流通過(guò)。該電流由繼電器檢測(cè)并監(jiān)視。低壓中經(jīng)常使用的漏電斷路器也是由這個(gè)原理構(gòu)成的。


      ■零相電壓檢測(cè)裝置(ZPD)的電流方向監(jiān)視


      如果發(fā)生接地事故,在ZPD發(fā)生的零相電壓Vo和在ZCT檢測(cè)的零相電流Io的方向(相位)在自身電路中,事故電流由電源側(cè)流向負(fù)載側(cè)。
      另一方面,在其他電路中,事故電流由負(fù)載側(cè)流向電源側(cè)。利用該原理,可以僅選擇并遮斷發(fā)生事故的電路。

      ■接地保護(hù)協(xié)調(diào)
      在運(yùn)用接地保護(hù)繼電裝置的基礎(chǔ)上,可以說(shuō)接地保護(hù)協(xié)調(diào)是最重要的概念。
      所謂保護(hù)協(xié)調(diào)是在電路發(fā)生事故時(shí),取得動(dòng)作協(xié)調(diào),僅使事故電路的斷路器動(dòng)作,調(diào)整配置各設(shè)備的動(dòng)作特性,以維持健全電路的供電,防止損傷負(fù)載設(shè)備、電路設(shè)備。

      ■接地電流、電壓靈敏度協(xié)調(diào)
      根據(jù)接地點(diǎn)的位置、接地點(diǎn)的形態(tài),接地故障發(fā)生的零相電壓、零相電流也多種多樣。
      ■OCGR的靈敏度協(xié)調(diào)
      ZCT檢測(cè)的零相電流的大小因自身電路故障和其他電路故障而有所不同,利用該原理,來(lái)選擇電路。
      圖1顯示了其形狀。

      圖1. OCGR·DGR的相位特

       

      此時(shí),若不能滿足以下關(guān)系, OCGR可能會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。
          Ir≥2 Ic
               IR:繼電器整定值
               IC:區(qū)域內(nèi)對(duì)地充電電流
               2:余量系數(shù)
      若不能滿足以上條件,請(qǐng)務(wù)必使用DGR。即電纜長(zhǎng)度的需要方不能進(jìn)行OCGR的協(xié)調(diào)。在受電設(shè)備受電等的高壓線路較短時(shí), OCGR可進(jìn)行充分保護(hù)協(xié)調(diào)。
      電纜長(zhǎng)度和充電電流的關(guān)系如圖2所示。電纜的靜電容量如表2所示,對(duì)于繼電器整定電纜長(zhǎng)度的界限如下表1所示。

      表1.電纜長(zhǎng)度界限標(biāo)準(zhǔn)

      公稱截面積(mm2)0.2A整定時(shí)(m)0.4A整定時(shí)(m)81352701411523022100200388517060701401006012015050100200501002504795

      圖2.電纜長(zhǎng)度和充電電流


      ●DGR的靈敏度協(xié)調(diào)
      DGR的靈敏度協(xié)調(diào)包含零相電壓要素。零相電流的靈敏度協(xié)調(diào)與OCGR完全相同。
      零相電壓的靈敏度在配電線的任何場(chǎng)所都與故障時(shí)發(fā)生的零相電壓值相同。
      短路電流一般不會(huì)像末端故障時(shí)的故障電流那樣小。因此僅靠零相電壓的靈敏度,很多時(shí)候不能選擇并斷路故障點(diǎn),如末端設(shè)備一樣以提高靈敏度(段協(xié)調(diào)的一般性看法)的形式在末端遮斷輕微的接地,變電站的GR成為預(yù)備保護(hù)。在重接地保護(hù)的情況下,不僅是零相電壓的靈敏度協(xié)調(diào),與其他電路之間也需要判定相位。在自身電路中,需要與系列中的GR取得時(shí)間協(xié)調(diào)。
      如圖3所示為繼電器的零相電壓-零相電流特性上接地故障點(diǎn)的圖表。

      表2. 電纜的靜電容量一覽表

      電壓(kV)形狀公稱截面積(mm2)高壓架橋聚乙烯電纜JISC3606-1987(CV)靜電容量(μF/km)6.63芯(3芯全部~接地間)8142238601001502002500.630.750.840.991.171.411.651.621.77單芯142238601001502002500.210.250.280.330.390.470.550.540.593.33芯(3芯全部~接地間)8142238601001502002500.630.780.901.111.141.411.651.621.77單芯8142238601001502002500.210.260.300.370.380.470.550.540.59

      *參考
          充電電流計(jì)算公式
            Ic=2 π fCE(A)
                Ic:3線全部充電電流(A)
                f:頻率(50Hz或者60Hz
                C:3線全部靜電容量(F)
                E:對(duì)地電壓(V) =線間電壓/√3


      圖3.DGR的靈敏度協(xié)調(diào)


      ■相位協(xié)調(diào)
      在通常情況下基本上沒(méi)有問(wèn)題。另外一般市場(chǎng)上銷售的DGR的相位特性也是較固定。
      繼電器的相位判別,判斷是自身電路還是其他電路的方向。


      3.電機(jī)繼電器的概要

      ■電機(jī)繼電器的必要功能
      使用電機(jī)·繼電器的目的可分為以下2類。
      (1) 保護(hù)電機(jī)自身(防止燒損)
      (2)將電機(jī)所連接的負(fù)載的損害控制在最小范圍內(nèi)。
      (此時(shí),比起電機(jī)其負(fù)載更為重要,因此有必要選定電機(jī)繼電器)為了滿足以上(1)和(2),電機(jī)繼電器需要具備以下3個(gè)功能。

      (1) 過(guò)載要素過(guò)電流要素 時(shí)間要素

      (2) 缺相要素
      (3) 反相要素
      以下對(duì)這三個(gè)要素的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。
      ●過(guò)載要素
      電機(jī)過(guò)載的情況下,如果長(zhǎng)時(shí)間流通過(guò)電流,電機(jī)將會(huì)燒損。
      因此,一旦流通過(guò)電流,必須立即檢測(cè)電機(jī),切斷電機(jī)電源來(lái)保護(hù)電機(jī)。
      但是,如圖1所示一般啟動(dòng)感應(yīng)電機(jī)時(shí),會(huì)在數(shù)秒到數(shù)十秒內(nèi)流通500%左右的過(guò)電流。如果此時(shí)電機(jī)的過(guò)載要素工作,電機(jī)一啟動(dòng)馬上發(fā)生斷路,電機(jī)將無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。因此電機(jī)繼電器上除檢測(cè)電機(jī)上流通的電流是否超過(guò)額定值的“過(guò)電流要素”外,還需要“時(shí)間要素”,過(guò)電流的繼續(xù)時(shí)間如果在電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)則不動(dòng)作,如果超過(guò)啟動(dòng)時(shí)間則使其動(dòng)作。即為避免啟動(dòng)電機(jī)時(shí)發(fā)生的電機(jī)繼電器的誤動(dòng)作,需要時(shí)間要素。
      需要時(shí)間要素還有另外一個(gè)理由。
      圖2為表示電機(jī)過(guò)熱特性的I2t曲線,若在這個(gè)曲線的下側(cè)范圍,則電機(jī)不易燒損,可以充分使用。此例為即使電機(jī)上流通500%的過(guò)電流,如果為40秒則可以使用。若電流值為一半250%則為,


      到4倍的160秒為止OK。同樣為100%時(shí),按照以上公式計(jì)算則為


      僅為1000秒,但100%是額定電流可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因此不適用于該公式。這個(gè)曲線并不是準(zhǔn)確的I2t,只是I2t的大約值。
      另外,電機(jī)自身即使流通過(guò)電流也不會(huì)馬上燒損,有一定的允許時(shí)間,至少可以承受啟動(dòng)電流、啟動(dòng)時(shí)間的過(guò)載。因此,最理想的使用方法是使電機(jī)達(dá)到界限,從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā),即使過(guò)電流也立即動(dòng)作的電機(jī)繼電器是不甚理想的。如圖2所示,沿曲線下側(cè)的曲線進(jìn)行動(dòng)作,有較大電流快速通過(guò)時(shí),較小電流流通時(shí)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作,即反限時(shí)特性,具備這種時(shí)間特性的產(chǎn)品最為理想。這就是在負(fù)載要素上添加時(shí)間要素的理由。即使是極小的過(guò)載,電機(jī)繼電器也會(huì)立刻動(dòng)作并停止,通過(guò)該要素,可防止這種不必要的動(dòng)作停止。
      但是根據(jù)用途,有時(shí)不需要這個(gè)特性。例如,負(fù)載為規(guī)定值,超過(guò)額定電流時(shí)可明確判斷為負(fù)載的異常狀態(tài),流通過(guò)電流時(shí)如果不馬上切斷電機(jī)電源,負(fù)載發(fā)生損害,且損害擴(kuò)大。在上述保護(hù)負(fù)載的用途中,過(guò)載要素的動(dòng)作時(shí)間越快越好。當(dāng)然,如果這個(gè)時(shí)候啟動(dòng),會(huì)有過(guò)大的啟動(dòng)電流流過(guò),因此啟動(dòng)時(shí)一定時(shí)間內(nèi)不能動(dòng)作,之后需要帶瞬間動(dòng)作功能的過(guò)載要素,我們將其稱為普通瞬間型。另外,迄今為止過(guò)載要素中必須具備檢測(cè)電流值的要素和時(shí)間要素2個(gè)要素,這個(gè)電流、時(shí)間值設(shè)定為多少較好呢?
      ·關(guān)于電流值
      JEM1357「三相感應(yīng)電機(jī)用感應(yīng)型及靜止型保護(hù)繼電器」的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了動(dòng)作值應(yīng)在電流整定值的105~125%范圍內(nèi),而電機(jī)繼電器的各大廠家也大都遵照該標(biāo)準(zhǔn)。因此,即使無(wú)特別指定的電機(jī)也基本能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
      ·關(guān)于時(shí)間
      同樣在JEM 1357標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電流整定值的600%過(guò)電流下為40秒以下,200%過(guò)電流下為4分鐘以下。
      另外,作為JIS B 8324深井用水中電機(jī)泵的電機(jī)保護(hù)規(guī)定了[流通全負(fù)載電流的5倍電流時(shí)應(yīng)在5秒以內(nèi)動(dòng)作]。因此,一般的電機(jī)繼電器在500%過(guò)電流下有數(shù)秒~數(shù)十秒的動(dòng)作時(shí)間,電機(jī)繼電器種類也多種多樣。

      圖1. 電機(jī)的啟動(dòng)電流


      圖2.電機(jī)的過(guò)熱特性和保護(hù)曲線


      過(guò)載要素的總結(jié)
      (1)過(guò)載要素的電流要素在額定值下一般不動(dòng)作,在125%下動(dòng)作。時(shí)間上選擇在500%過(guò)電流時(shí)數(shù)秒~數(shù)十秒左右大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。普通的反限時(shí)特性是電流值越大越快, 電流越小花費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)的時(shí)間特性。
      (2)時(shí)間要素有啟動(dòng)時(shí)及其后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在同一時(shí)間特性下動(dòng)作的類型和僅啟動(dòng)時(shí)延時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作為瞬間動(dòng)作保護(hù)與電機(jī)相連的負(fù)載的類型,后者一般稱為瞬間型。


      ●缺相檢測(cè)要素
      由于電機(jī)的電源線斷線,連接部松馳,控制用開(kāi)關(guān)的接觸不良,電機(jī)內(nèi)部的斷線等,使本來(lái)應(yīng)在三相電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)在單相下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)稱為“缺相”。
      停止的感應(yīng)電機(jī)在單相下不能開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),如果在缺相狀態(tài)下啟動(dòng),為了讓啟動(dòng)電流持續(xù)流通,可根據(jù)先前所述的過(guò)載要素進(jìn)行檢測(cè),防止燒損電機(jī)自身。但是正常運(yùn)轉(zhuǎn)中即使發(fā)生缺相,成為單相狀態(tài),眾所周知,如果負(fù)載較輕,三相感應(yīng)電機(jī)可作為單相感應(yīng)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
      請(qǐng)看圖3。有人接線電機(jī)和△接線電機(jī)的電源相缺相以及△內(nèi)部的缺相三種狀態(tài)。此時(shí)請(qǐng)考慮僅靠插入電源線的過(guò)載要素是否可以防止電機(jī)的燒損。
      (1)人接線電機(jī)的缺相
      如圖3(a)所示電源線中流通的電流和電機(jī)卷線中流通的電流,無(wú)論在哪里斷線都是一樣的。因此,如果發(fā)生缺相,即使過(guò)電流流過(guò),電源線的過(guò)載要素也會(huì)進(jìn)行檢測(cè),因此不會(huì)燒損電機(jī)。另外如果電機(jī)的負(fù)載過(guò)輕,不會(huì)發(fā)生過(guò)電流時(shí),過(guò)載要素不進(jìn)行檢測(cè),由于電機(jī)電流較小不會(huì)發(fā)生燒損,可繼續(xù)進(jìn)行輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。

      圖3.缺相時(shí)的電流分布


      (2)△連線電機(jī)的外部缺相
      圖3(b)的情況下該怎么處理?
      正常時(shí)如果卷線中流通的電流為I,電源線上流通的電流則為√3I,即卷線的額定電流如果為In,電源線的額定電源則為√3In,過(guò)載要素通過(guò)監(jiān)視√3In< √3I來(lái)等價(jià)監(jiān) 視卷線上的電流是否為In< I。
      B為缺相狀態(tài)的情況下, I=In時(shí)的電源線的電流為3/2In,當(dāng)然是√3In或者1.5In< 1.732In,因此根據(jù)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài),卷線即使發(fā)生過(guò)電流,由于電源線在額定電流以下,過(guò)載要素不動(dòng)作,卷線可能被燒損。這種情況下為防止電機(jī)燒損,需要其他檢測(cè)缺相的要素。
      (3) △連線電機(jī)的內(nèi)部缺相
      圖3 (C)的情況下該怎么處理? I1和I2與正常時(shí)相同|I1|=|I2|,相位差為120°,V相電源線電流與正常時(shí)相同為√3I,另外U、W相的電流分別為I1、I2,從電源線來(lái)看,可以發(fā)現(xiàn)卷線上流通著過(guò)電流,過(guò)載要素進(jìn)行檢測(cè),無(wú)需擔(dān)心會(huì)被燒損。因此,可以說(shuō)與(1)的人連線相同。此外,迄今為止都是從防止電機(jī)燒損的角度來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

      圖4. 缺相時(shí)的電源線電流矢量圖


      缺相即為異常狀態(tài)。運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生缺相,輕負(fù)載下如果任其繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)是不適當(dāng)?shù)模晕⒃僭黾狱c(diǎn)負(fù)載將可能停止,連接脫落的導(dǎo)線與外殼接觸,將可能導(dǎo)致觸電事故及短路事故。
      異常狀態(tài)下以立即檢測(cè)并處理為保護(hù)原則,不僅是為了防止電機(jī)燒損,這種情況下也應(yīng)盡快檢測(cè)缺相。
      即不僅是為防止電機(jī)燒損,為在輕負(fù)載時(shí)也檢測(cè)缺相,由于在過(guò)載要素下檢測(cè)較費(fèi)時(shí)間,因此為了盡早進(jìn)行,一般在圖3(a)、(c)所示的情況下設(shè)置缺相要素。
      關(guān)于缺相要素還需注意一點(diǎn)。在圖3(a)、(b)中正常時(shí)U、V、W相的電流為平衡三相電流,但缺相和缺相的相電源線電流完全為零,其他的2相中流通著單相的往返電流。此時(shí)如圖4(a)所示,缺相前后矢量關(guān)系有很大的變化。
      然而,圖3(c)的情況下,圖4(b)所示的矢量變化與圖4(a)相比,直觀上感覺(jué)變化較小。實(shí)際上圖3(c)的情況與圖3(a)、(b)相比,更難檢測(cè)缺相。
      普通圖3(a)、(b)所示的狀態(tài)為缺相,(c)的情況稱為△內(nèi)部缺相,以示區(qū)別。一般所指的可檢測(cè)缺相的情況為(a) (b),因此使用△接線電機(jī)(1.5kW以上多用這種電機(jī))時(shí)請(qǐng)務(wù)必注意。

      圖5.電流方式缺相要素的優(yōu)越性


      另外,也有如圖5所示不使用變流器,用電機(jī)的電壓檢測(cè)缺相的方式。這種方式不能檢測(cè)從檢測(cè)缺相用的連接點(diǎn)在電機(jī)側(cè)缺相的情況,即使電源側(cè)缺相,由于電機(jī)端子電壓沒(méi)有下降到一定程度,因此有時(shí)無(wú)法檢測(cè)輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中的缺相,電流檢測(cè)的方式更為有利。


      缺相要素的總結(jié)
      (1)僅過(guò)電流要素時(shí),有時(shí)不能防止電機(jī)燒損,需要缺相要素。
      (2)輕負(fù)載時(shí)即使缺相也不流通過(guò)電流那樣的電流,因此過(guò)載不能檢測(cè)。為了盡早檢測(cè)異常,需要缺相要素。
      (3)一般所說(shuō)的缺相是指電源線的缺相,因此很多情況下無(wú)法檢測(cè)△內(nèi)部缺相,請(qǐng)注意。
      (4)有電壓方式,但電流方式更為有利


      ●反相要素
      如果三相感應(yīng)電機(jī)相序?yàn)槟妫姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也相反。任何用途中都不允許電機(jī)向任意方向旋轉(zhuǎn),有時(shí)即使是瞬間反向旋轉(zhuǎn),都會(huì)給電機(jī)負(fù)載造成致命的打擊。為此,施加在電機(jī)上電源的相序一旦反向,能立即進(jìn)行檢測(cè)的要素稱為“反相要素”。

      圖6.反相要素的電壓電流方式比較


      此時(shí)可考慮與缺相檢測(cè)相同的電流方式、電壓方式。請(qǐng)看圖6。如圖6所示在電磁接觸器前連接反相要素后,反相在電機(jī)啟動(dòng)前可以進(jìn)行檢測(cè)。由此前面所說(shuō)的電機(jī)即使是瞬間也不會(huì)使其反轉(zhuǎn)。電流方式無(wú)論怎么快也要0.5秒左右的時(shí)間,所以多少有一點(diǎn)逆轉(zhuǎn)也是沒(méi)辦法的。就這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)電壓方式更為有利。但是,電壓方式的缺點(diǎn)在于與電機(jī)繼電器的連接較多。在高壓電機(jī)等情況下需要添加1個(gè)VT。另外,電流方式的優(yōu)點(diǎn)在于能直接判斷電機(jī)中流通電流的相序,也有如前所述檢測(cè)較費(fèi)時(shí)間(電機(jī)旋轉(zhuǎn)后的檢測(cè))的缺點(diǎn)。
      另外,無(wú)論何種情況反相檢測(cè)僅檢測(cè)其連接點(diǎn)(電壓檢測(cè)時(shí)連接電源線的位置、電流檢測(cè)時(shí)插入CT位置)的相序,在設(shè)置時(shí)需要注意這點(diǎn)。
      此外,一旦設(shè)置好電機(jī)后,相序很少為逆,很多情況下不需要反相要素。但是,在移動(dòng)用電源的電機(jī)等中,連接變更的頻率較高,在保養(yǎng)檢查時(shí)就連接變更來(lái)說(shuō),還是添加比較好。

      反相要素的總結(jié)
      (1)很多情況下不需要反相要素。
      (2)電壓檢測(cè)有啟動(dòng)前可檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn),而電流檢測(cè)有可直接監(jiān)視電機(jī)的電流相序的優(yōu)點(diǎn)。但也各有所短。


      ■電機(jī)·繼電器的特異點(diǎn)
      電機(jī)及電機(jī)繼電器在使用上必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題。在此就缺相時(shí)的電壓下降、電機(jī)電流波型的失真,改善力率用電容器的配置,電機(jī)電流的不平衡進(jìn)行說(shuō)明。


      ●缺相時(shí)的電壓下降(電源連接上的注意事項(xiàng))
      如圖7所示, V相下即使缺相(斷線),施加在電機(jī)繼電器及電磁接觸器上的電壓也不為零,U、W間的線間電壓Vuw在電機(jī)的卷線X和Y分壓,通常電磁接觸器勵(lì)磁線圈及電機(jī)繼電器的電源電路的阻抗與X和Y卷線的阻抗相比相當(dāng)大,因此施加約為1/2Vuw的電壓。在這個(gè)狀態(tài)下為使電磁接觸器斷路,電機(jī)繼電器即使在額定電壓一半的電壓下也可以檢測(cè)缺相并進(jìn)行動(dòng)作嗎?不可以時(shí),電磁接觸器不能保持1/2的電壓,進(jìn)行選擇,自動(dòng)復(fù)位。然而,如果電磁接觸器的電源與電機(jī)繼電器的電源為不同的相,如圖7所示電磁接觸器和電機(jī)繼電器都從U、W相取得電源。如果僅電磁接觸器從U、W相取得電源,在電磁接觸器中即使V相缺相,保持施加額定電壓,不能復(fù)位,而且電機(jī)繼電器上只能施加1/2的電壓,電機(jī)繼電器無(wú)法動(dòng)作時(shí),不能進(jìn)行保護(hù)。因此,或使電機(jī)繼電器即使在1/2的電壓下也能進(jìn)行動(dòng)作,或注意布線,在電磁接觸器上附加1/2的電壓,使其務(wù)必復(fù)位,任何一種情況下都需注意。

      圖7. 缺相時(shí)的電壓下降,進(jìn)相電容器的位置


      注. 電機(jī)輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中的缺相下,電壓不會(huì)下降到1/2。從電機(jī)側(cè)供給近似于正常電壓的電壓。
            此時(shí)不能進(jìn)行保護(hù)電磁接觸器的釋放電壓。

      ●電機(jī)電流的波形失真

      送風(fēng)風(fēng)扇用電機(jī)電流波形失真示例


      如圖所示,流入電機(jī)的電流本來(lái)應(yīng)該是正弦波,在水中電機(jī)等用舊的電機(jī)中,即使是可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī),也可觀測(cè)到電流波形的極端失真。
      電機(jī)繼電器在設(shè)計(jì)時(shí)以輸入正弦波為前提,根據(jù)波形的失真,在過(guò)載要素下動(dòng)作電流值的誤差增加,另外,在缺相、反相要素下會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作等。電機(jī)的電壓波形一般失真較少,動(dòng)作快的反相要素等中,電壓方式比電流方式更為有利。但是,各個(gè)廠商也在探討波形失真的問(wèn)題,最近各個(gè)方式幾乎沒(méi)有什么差別。

      ●改善力率用電容器的設(shè)置位置
      如圖7所示,為改善其力率,與電機(jī)并列接入進(jìn)相用電容器。電機(jī)的輕負(fù)載時(shí)流通的電流幾乎無(wú)效,有相當(dāng)一部分高次諧波混入。由此,將電容器并列連接,消除基本波成分,僅殘留高次諧波。較大情況下,本來(lái)設(shè)計(jì)為輸入50/60Hz的正弦波的缺相、反相電路等易發(fā)生誤動(dòng)作。當(dāng)然,大部分情況下的高次諧波電流很小,不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作,但如圖7所示,為降低誤動(dòng)作的概率,在電機(jī)繼電器前設(shè)置電容器的方法最為保險(xiǎn)。
      另外,如果在電機(jī)繼電器后插入電容器,看上去電機(jī)電流減少,需要估計(jì)電機(jī)繼電器的過(guò)電流動(dòng)作值并進(jìn)行設(shè)定,較為煩瑣,因此從這點(diǎn)來(lái)看,僅向電機(jī)繼電器提供電機(jī)中流通的電流的方法最為理想。


      ■靜止型電機(jī)繼電器的構(gòu)造(本公司SE的示例)

      ●電流變流器
      其中包括變流器、二極管和電阻器,變流器將電機(jī)電流的大小變換為在晶體管電路中便于使用的電流;二極管對(duì)變流器二次電流進(jìn)行三相全波整流;電阻器將整流后的電流變換為直流電壓。
      特別是這個(gè)電流變流器通過(guò)變更其內(nèi)置的分流,可將其電阻值變?yōu)?個(gè)階段,能在電機(jī)電流的廣范圍中使用。
      例如電機(jī)電流為80A時(shí),電流變流器的輸出電壓為達(dá)到21V,假設(shè) 連接600Ω的電阻器, 40A時(shí)為達(dá)到21V則連接1200Ω, 20A時(shí)則連接2400Ω的電阻,這樣電流變流器的輸出電壓一直為21V,因此,電機(jī)繼電器本體在21V下動(dòng)作時(shí),能通過(guò)變更分流設(shè)置為在20A、40A、80A的任意一個(gè)下均可動(dòng)作。
      (注. 電壓·電阻值表示一個(gè)例子)
      另外,為了在20A下動(dòng)作而選擇分流時(shí),如果在電流變流器上卷2次電機(jī)電源線,即使電機(jī)電流為10A,從電流變流器來(lái)看,也可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際流通為20A,因此在10A下也可以使其動(dòng)作。同樣如果卷4次,在5A下也可以使其動(dòng)作。

      圖8 .SE 靜止型電機(jī)繼電器(反限時(shí)型)內(nèi)部框圖


      注1. 數(shù)字表示插件型端子編號(hào),( )內(nèi)表示面板支架型端子記號(hào)。
      注2. 在反相要素「OFF」下使用時(shí),無(wú)需端子③ (W)的布線。


      ●過(guò)載要素
      電流變流器的輸出通過(guò)連接線進(jìn)入電機(jī)繼電器本體的7(C+)、8(C-)端子「數(shù)字為插件型時(shí)的端子編號(hào),()內(nèi)為埋入型時(shí)的端子編號(hào)」,在電流刻度整定電路分壓,進(jìn)入過(guò)電流檢測(cè)電路。電流刻度整定電路在可變電阻的簡(jiǎn)單分壓電路中,通過(guò)變換分壓比率,可變換電流動(dòng)作值,此時(shí),如果電流變流器的分流為20A,通過(guò)旋轉(zhuǎn)該可變電阻器的旋轉(zhuǎn),可在8A~20A的范圍內(nèi)整定動(dòng)作值。如果發(fā)生過(guò)電流,過(guò)電流檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)入下一個(gè)時(shí)間整定電路。
      這個(gè)時(shí)間整定電路具備前面所說(shuō)的反限時(shí)特性,其時(shí)間特性如圖9所示。

      圖9. 過(guò)載動(dòng)作時(shí)間特性(參考值)
      時(shí)間刻度倍率:×1


      時(shí)間刻度倍率×4


      在這個(gè)時(shí)間整定電路中帶有可變電阻器,通過(guò)旋轉(zhuǎn)其旋鈕,流通電流整定值600%的電流時(shí)的動(dòng)作時(shí)間在2~10秒范圍內(nèi)可以改變。
      此外也帶有時(shí)間倍率用開(kāi)關(guān),4倍即8~40秒可簡(jiǎn)單進(jìn)行設(shè)定,并具備在2~40秒廣范圍內(nèi)可整定時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
      過(guò)電流超出整定時(shí)間流通時(shí),輸出繼電通過(guò)OR電路,由輸出電路進(jìn)行勵(lì)磁,切換其接點(diǎn)X/c,進(jìn)行相關(guān)的報(bào)警、斷路等動(dòng)作。
      另外,瞬間型如圖10所示,電機(jī)電流約為額定值的30%以上時(shí),則認(rèn)為電機(jī)啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)間電路開(kāi)啟動(dòng)作,與輸入電流的大小無(wú)關(guān),一定時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行輸出,因此即使過(guò)電流檢測(cè)電路馬上動(dòng)作開(kāi)始輸出,AND電路也不輸出,不動(dòng)作。經(jīng)過(guò)啟動(dòng)時(shí)間后,由于電機(jī)中流通額定值~額定值50%左右的電流,啟動(dòng)時(shí)間電路保持輸出。之后,如果發(fā)生過(guò)電流,過(guò)電流檢測(cè)電路立即動(dòng)作,在0.5秒以下時(shí)繼電器進(jìn)行動(dòng)作。

      圖10.SE靜止型電機(jī)繼電器(瞬間型)內(nèi)部框圖在反限時(shí)型中如下圖部分所示。



      ●關(guān)于繼電器的動(dòng)作

      (手動(dòng)復(fù)位型)

      SE--------------- 繼電器機(jī)械性自我保持,即使停電,到手動(dòng)復(fù)位之前一直動(dòng)作。

      K2CM------------- 繼電器因?yàn)椴捎昧吮3掷^電器,即使停電也仍然鎖定。復(fù)位時(shí)需要電流。

      (自動(dòng)復(fù)位型)
      如果低于整定則自動(dòng)復(fù)位。(但是與缺相要素同時(shí)使用時(shí),缺相情況下,因?yàn)椴僮麟娫摧^低,U、V的供給電源和電機(jī)電源請(qǐng)使用不同的電源。由于上述理由不能使用反相要素)

      ●缺相要素

      圖11. 電流變流器的輸出波形


      圖11 (a)是正常時(shí)的整流輸出波形,(b)是缺相時(shí)、(c)是△ 接線電機(jī)內(nèi)部缺相時(shí)的波形。這些在正常情況下直流部分大交流部分小,而且可以看出第6諧波以上頻率成分較高,缺相時(shí)直流部分小交流部分大,而且可發(fā)現(xiàn)其交流部分第2諧波最大。因此可從直觀上發(fā)現(xiàn),如果構(gòu)成上響應(yīng)第2諧波/直流部分或交流部分/直流部分的比則可進(jìn)行以缺相檢測(cè)。

      圖12.缺相檢測(cè)電路的構(gòu)成


      因此靜止型電機(jī)繼電器應(yīng)用了這個(gè)原理,如圖12所示設(shè)置了濾波器,包括從電流變流器的輸出(正確而言是對(duì)其進(jìn)行分壓的輸出)中僅取出直流部分的濾波器和僅取出第2諧波成分的濾波器,其比超過(guò)某個(gè)值時(shí)判定為缺相。于是這個(gè)缺相時(shí)的動(dòng)作時(shí)間特性如圖13所示,與電流值幾乎無(wú)關(guān),約為1.5秒。

      圖13. 缺相動(dòng)作特性


      可確認(rèn)第2諧波成分/直流部分幾乎為不平衡率的函數(shù)。因此,這個(gè)電機(jī)繼電器與其說(shuō)是缺相檢測(cè),不如說(shuō)是作為不平衡檢測(cè)而設(shè)計(jì)的,進(jìn)行整定,當(dāng)不平衡率約為35%時(shí)動(dòng)作。如圖14所示為該動(dòng)作不平衡率根據(jù)電流值發(fā)生的變化。

      圖14. 不平衡動(dòng)作特性


      橫軸的電流值表示3相電流中最大相的電流值。如果從缺相檢測(cè)電路進(jìn)行輸出,通過(guò)圖8的OR電路, 繼電器同樣工作。

      ●反相要素
      圖15表示構(gòu)成圖,圖16是矢量圖。如圖所示,正常時(shí)d、e間的電壓為1.5Vuv、反相時(shí)為0V,因此將其賦予晶體管后可簡(jiǎn)單地檢測(cè)反 相。反相檢測(cè)電路的輸出通過(guò)OR使繼電器動(dòng)作。由于電機(jī)繼電器的電源是從U、V相取得的,不需要反相要素時(shí)是否可以拆下端子3(W)的連接呢?結(jié)果適得其反,Vuv在RP1和CC1分壓,分壓的 電壓有時(shí)施加到晶體管進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)然,因?yàn)橛袝r(shí)輸入電壓較小,不進(jìn)行動(dòng)作,此時(shí)需要切換為無(wú)反相要素。另外,這個(gè)電機(jī)繼電器是50/60Hz共用,即使Vde正常也并不完全是零,正常時(shí)和反相時(shí)的Vde差較大,可充分穩(wěn)定動(dòng)作。

      圖15. 反相檢測(cè)電路的構(gòu)成


      圖16. 反相檢測(cè)電路的矢量圖



      ●外部連接
      圖17( (a)、(b) )中表示各個(gè)外部連接的示例。當(dāng)然不使用反相要素時(shí)無(wú)需連接端子3 (W)。
      (1) 電磁接觸器的勵(lì)磁線圈和電機(jī)繼電器的電源端子(U、V)相請(qǐng)插入同一相。
      (2) 進(jìn)相用電容器從電流變流器電源側(cè)接入。
      (3)電流變流器和電機(jī)繼電器本體之間的連接請(qǐng)勿弄錯(cuò)極性。連接后流通的電流為通常數(shù)mA、最大數(shù)+mA,因此無(wú)需特別注意連接線的電流容量,電壓通常在數(shù)+V以下,即使過(guò)電流也在400V以下,因此即使600V的絕緣電線也沒(méi)有問(wèn)題。
      對(duì)于噪音等也無(wú)需特別注意,但應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大電流線。
      (4) 與電壓端子(U、V、W)的相序請(qǐng)勿弄錯(cuò),不需要反相要素時(shí)(反相要素[關(guān)]),僅是U、V與相序無(wú)關(guān)。
      (5) 如果在電磁接觸器前插入到U、V、W的布線,則可在電機(jī)啟動(dòng)前進(jìn)行反相檢測(cè),這種方法較為有利。

      圖17.(a) —△啟動(dòng)電機(jī)時(shí)的外部連接


      圖17. (b)高壓電機(jī)無(wú)電壓拆卸時(shí)的外部連接


      ●電機(jī)電流的不平衡
      電機(jī)電流的不平衡率普通為數(shù)%左右,但使用多年后的電機(jī)以及通過(guò)接線變壓器向電機(jī)提供電源的情況下,可觀測(cè)到10~20%以上的不平衡。
      請(qǐng)參見(jiàn)下頁(yè)所示的不平衡率的簡(jiǎn)單計(jì)算方法并測(cè)定。如果超過(guò)20%,有時(shí)不能進(jìn)行△內(nèi)部缺相檢測(cè)。

      ■參考

      關(guān)于不平衡率
      根據(jù)對(duì)稱座標(biāo)法,假設(shè)三相的電流分別為Ia、Ib、Ic ,矢量系數(shù)為

      作為表示三相電流、電壓的不平衡程度的尺度使用。但是,這個(gè)計(jì) 算較為煩瑣,因此使用以下不平衡率計(jì)算表可簡(jiǎn)單地算出不平衡率。
      圖18表示了解三相輸入的三個(gè)絕對(duì)值的情況下,求出其不平衡率的圖表。
      例如三相交流輸入的A相電流IA=50A, B相的電流IB=35A, C相的電流IC =45A時(shí),以電流IA為基準(zhǔn),除去電流IA 中的其他相電流,可得出:

      然后,確認(rèn)從右側(cè)縱軸KB=0.7位置出現(xiàn)的圓弧B和左側(cè)縱軸KC=0.9位置出現(xiàn)的圓弧C之間的交點(diǎn)P1。點(diǎn)P1位于不平衡率20%的圓上,可判斷此時(shí)的不平衡率為20%。
      另外,IA=50A、IB=65A、IC=50A時(shí),KA=1.0、KB=1.3、KC=1.0,此時(shí)各個(gè)圓弧的交點(diǎn)為P2,點(diǎn)P2基本高位于不平衡率20%的圓上,所以可判斷不平衡率為20%。依此類推,從KB、KC開(kāi)始出現(xiàn)的圓弧的交點(diǎn)位于不平衡率20%的圓上,所有的平衡率均為20%,可得出同一不平衡組合有無(wú)數(shù)個(gè)。
      同樣D1~D8表示所有不平衡率為25%的組合。
      在此考慮△P1XY,則XY=IA、P1X=Ic、P1Y=IB,即用IA、IB、IC矢量圖來(lái)表示△P1XY。

      圖18. 三相電流、電壓的不平衡率計(jì)算圖表


      ■電機(jī)保護(hù)
      電機(jī)電路的故障多種多樣,為保護(hù)其免于故障,必須使用符合其目的的保護(hù)設(shè)備。以下表示電機(jī)的事故內(nèi)容和保護(hù)方式。
      電機(jī)的保護(hù)設(shè)備有3E繼電器、熱繼電器、電機(jī)斷路器等,將其總結(jié)如下。

      電機(jī)的保護(hù)設(shè)備還各有一些特異功能。但是,如果不能正確運(yùn)用這 些功能,將無(wú)法發(fā)揮其能力。因此需要選擇符合保護(hù)目的的保護(hù)設(shè)備。


      ●感應(yīng)電機(jī)的保護(hù)◎:可切實(shí)保護(hù)感應(yīng)形電機(jī)也有很多種類,其故障現(xiàn)象也很多。○:基本上可保護(hù)適合其各種型號(hào)保護(hù)設(shè)備的一覽表如下所示。△:可帶條件保護(hù) □:不可保護(hù)情況較多 感應(yīng)電機(jī)的保護(hù)目的和適用保護(hù)繼電器×:不可保護(hù) 適用繼電器  保護(hù)對(duì)策 熱量繼電帶飽和電抗 器的熱量斷電器2E式熱量 繼電器連動(dòng)型熱 量繼電器靜止型3E(4E)繼電器埋入(PTC熱 敏電阻式)保護(hù)繼電器電機(jī)斷路器帶2元件帶3元件保護(hù)一般 電機(jī)用保護(hù)水中 電機(jī)用過(guò)載標(biāo)準(zhǔn)情況一般籠型電機(jī)單相電機(jī)卷線型電機(jī)水中電機(jī)◎◎○△◎ ○△○○○×◎ ○△○○○○◎ ○△△ △◎◎◎○◎○○○□間歇運(yùn)轉(zhuǎn)一般籠型電機(jī)單相電機(jī)卷線型電機(jī)水中電機(jī)△△△△△ △△○△△□△ △△□ △○△ △△△ △△◎◎△◎△○△□限制一般籠型電機(jī)單相電機(jī)卷線型電機(jī)水中電機(jī)◎△△△◎△△△○△□□◎△△△◎△◎◎○○△△△△◎◎◎△◎○○△□□配電系統(tǒng)異常缺相運(yùn)轉(zhuǎn)(防止燒損)三相不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)短路過(guò)·欠電壓漏電接地反相△□□○×△×○□□○×△×□□△○×△×◎△□○×△×△□□○×△×◎◎□○◎(4E)◎(4E)◎◎◎□○◎(4E)◎(4E)◎◎◎×◎×××□×○××○×

      ■3E繼電器的保護(hù)
      作為電機(jī)的保護(hù)設(shè)備,如前頁(yè)所示有各種類型,在此就3E繼電器(過(guò)載要素、缺相要素、反相要素)的電機(jī)保護(hù)進(jìn)行說(shuō)明。


      ●過(guò)載保護(hù)
      過(guò)載要素在電機(jī)保護(hù)功能下,如果能正常發(fā)揮該要素,則能涵蓋電機(jī)保護(hù)的大部分內(nèi)容。為切實(shí)進(jìn)行過(guò)載保護(hù),需要正確進(jìn)行3E繼電器的動(dòng)作值整定以及動(dòng)作時(shí)間整定。
      為發(fā)揮保護(hù)功能,按照以下步驟來(lái)制定保護(hù)協(xié)調(diào)曲線。


      ●電機(jī)保護(hù)協(xié)調(diào)
      考慮電機(jī)的保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí),有必要探討電路所連接的設(shè)備之間的相互協(xié)調(diào)。以下列舉了一些探討事項(xiàng)

      電磁開(kāi)關(guān)·開(kāi)關(guān)容量充分嗎?·可承受短路電流通過(guò)嗎?無(wú)熔斷器斷路器(MCCB)·可切斷短路電流嗎?·在電機(jī)沖擊電流下無(wú)誤動(dòng)作嗎?分支電路的電線·MCCB可承受中斷之前時(shí)間的短路電流嗎?·MCCB可承受熱量繼電器或者3E繼電器動(dòng)作之前時(shí)間的過(guò)載電流嗎?熱量繼電器或者3E繼電器·電機(jī)過(guò)載,限制時(shí)可保護(hù)嗎?·和MCCB或者PF已取得電流保護(hù)協(xié)調(diào)嗎?

      制訂保護(hù)協(xié)調(diào)曲線


      如圖所示為保護(hù)協(xié)調(diào)曲線的正確示例和錯(cuò)誤示例
      正確的保護(hù)協(xié)調(diào)曲線


      錯(cuò)誤的保護(hù)協(xié)調(diào)曲線



      ●缺相保護(hù)
      缺相保護(hù)是指由于電機(jī)電源線的斷線及連接部松馳,開(kāi)關(guān)的接觸不良、電機(jī)的內(nèi)部斷線等,電機(jī)單相運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。成為該狀態(tài)時(shí),與電機(jī)的線電流增加相比,相電流顯著增加,卷線的溫度上升超出容許值,可能會(huì)發(fā)生電機(jī)燒損。這種情況下,不由過(guò)載檢測(cè),而必須由缺相檢測(cè)進(jìn)行保護(hù)。缺相事故和電流變化如下圖所示。此圖的重點(diǎn)是在圖中2、3、5的示例下,相電流的增加與線電流的增加相比較大,此時(shí)在線電流的過(guò)載檢測(cè)中,會(huì)發(fā)生不能檢測(cè)故障的情況。
      缺相檢測(cè)靈敏度是固定的,在用戶方面無(wú)需為取得協(xié)調(diào)而進(jìn)行動(dòng)作值整定,以下介紹了較難的故障現(xiàn)象的示例。
      缺少事故和電流變化


      保護(hù)協(xié)調(diào)和保護(hù)繼電器

      ■保護(hù)協(xié)調(diào)的定義
      在說(shuō)明保護(hù)繼電器時(shí),多次提到了保護(hù)協(xié)調(diào)。
      保護(hù)繼電器的作用是在發(fā)生電力系統(tǒng)事故(故障)時(shí),檢測(cè)事故,迅速切斷事故區(qū)間,保護(hù)其他健全電路。繼電器檢測(cè)并判斷事故引起的異常,進(jìn)行處理的過(guò)程中,為防止其他健全電路的誤動(dòng)作,在保護(hù)功能之間取得協(xié)調(diào)的同時(shí),繼續(xù)向健全電路供電,另外為了不損傷負(fù)載設(shè)備、電路設(shè)備及開(kāi)關(guān),而調(diào)整保護(hù)設(shè)備的保護(hù)值,使其發(fā)揮作用。在保護(hù)協(xié)調(diào)中,根據(jù)目的、用途不同,協(xié)調(diào)的內(nèi)容也有所不同,包括傳送電力的電纜的保護(hù)協(xié)調(diào)、變換電壓的變壓器的保護(hù)協(xié)調(diào)。例如,考慮需要方設(shè)備中的過(guò)電流繼電器(OCR)和布線用斷路器(MCCB)的保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí),可按照以下思維方法考慮保護(hù)協(xié)調(diào)。

      ●保護(hù)繼電器和布線用斷路器
      如前所述,保護(hù)協(xié)調(diào)在發(fā)生事故時(shí)能迅速切斷,以確保健全電路,因此在考慮上述設(shè)備的基礎(chǔ)上,如下圖所示,考慮各設(shè)備中的協(xié)調(diào)特性,萬(wàn)一在事故點(diǎn)(1)發(fā)生事故則必須通過(guò)MCCB-1切斷電路,以免波及到高位,進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇零件時(shí)應(yīng)注意。

      項(xiàng)目?jī)?nèi)容事故點(diǎn)(1)在事故點(diǎn)(1)發(fā)生時(shí),如果不通過(guò)MCCB-1進(jìn)行保護(hù),事故將會(huì)波到高位MCCB-0,使其動(dòng)作, MCCB-0以下全部停電。事故點(diǎn)(2)在事故點(diǎn)(2)發(fā)生時(shí)通過(guò)OCR保護(hù),以免波及到高位。

      簡(jiǎn)單說(shuō)明了采取保護(hù)協(xié)調(diào)的方法,進(jìn)一步將保護(hù)細(xì)分,考慮低位時(shí),掌握幾個(gè)發(fā)生事故的地方,以免波及高位。


      電路

      為此從MCCB-5來(lái)看MCCB-4是高位, MCCB-3位于其高位。依此類推高位的保護(hù)裝置在設(shè)備保護(hù)裝置中一般稱為預(yù)備。需要可到高位的廣泛的電路保護(hù),取得保護(hù)協(xié)調(diào),使切斷特性延遲。
      但是考慮保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí),還有很多可以探討的項(xiàng)目。例如從各MCCB來(lái)看時(shí)的負(fù)載的沖擊電流,短路電流下選擇防止破損的線路,OCR和變壓器的熱特性等的協(xié)調(diào)。
      詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)各專業(yè)書籍,以下記載了保護(hù)協(xié)調(diào)的基本事項(xiàng)。


      保護(hù)協(xié)調(diào)特性

      ■保護(hù)協(xié)調(diào)的基本探討事項(xiàng)

      考慮保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí)必須探討以下基本事項(xiàng)。
      ·設(shè)備、電纜等的過(guò)電流耐量、過(guò)電壓耐量。
      ·變壓器、電機(jī)、電容器等負(fù)載設(shè)備中發(fā)生的沖擊電流、啟動(dòng)電流。
      ·保護(hù)繼電器、保護(hù)裝置的動(dòng)作特性。
      在保護(hù)協(xié)調(diào)曲線用紙上描繪曲線時(shí)必須滿足以上項(xiàng)目,以下事項(xiàng)為原則性事項(xiàng)。
      ·斷路器斷路容量應(yīng)大于設(shè)置點(diǎn)的短路電流。
      ·保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該比線路、設(shè)備的損傷時(shí)間短。
      ·保護(hù)裝置在變壓器的沖擊電流、電機(jī)的啟動(dòng)電流下不應(yīng)有誤動(dòng)作。
      ·系列中的保護(hù)裝置之間進(jìn)行電源側(cè)附近、延長(zhǎng)時(shí)限等的處理,計(jì)算故障的極限化。


      ●保護(hù)協(xié)調(diào)曲線的制訂
      保護(hù)協(xié)調(diào)曲線用紙上應(yīng)記錄以下內(nèi)容。

      1系統(tǒng)圖·保護(hù)對(duì)象的單線接線圖·線路、設(shè)備的特性·保護(hù)裝置的整定分流值2保護(hù)對(duì)象的特性·保護(hù)對(duì)象的過(guò)電流耐量、沖擊電流3事故電流·推想事故點(diǎn),計(jì)算事故電流·向保護(hù)裝置的輸入4保護(hù)裝置·保護(hù)裝置的特性(在圖中探討,以取得保護(hù)協(xié)調(diào))·高位及低位的限制條件

      ●系統(tǒng)圖的記錄方法
      系統(tǒng)圖上在協(xié)調(diào)曲線用紙的右上方用單線連線圖記錄。

      記錄數(shù)據(jù)·主電路設(shè)備、負(fù)載·電纜·保護(hù)設(shè)備
      記錄數(shù)據(jù)·系統(tǒng)電壓  ·斷路器(CB):額定值斷路容量、全斷路時(shí)間·布線用斷路器(MCCB):額定值電壓、額定電流·空氣斷路器(ACB):額定值電流·變流器(CT):額定值、變流比·電纜:種類、粗細(xì)·變壓器(T):額定值容量、電壓、%阻抗、分流值·電機(jī)(IM):額定值容量、電流、啟動(dòng)電流·過(guò)電流繼電器(OCR):整定值分流值(電流、時(shí)間)·接地繼電器(GR):整定值分流值(電流、電壓、時(shí)間)·靜止型電機(jī)繼電器(3E):額定值電流、整定分流值(電流、時(shí)間)·熱動(dòng)型繼電器(THR):額定值電流、整定分流值·電力熔斷器(PF):額定值電流

      ●保護(hù)對(duì)象
      保護(hù)對(duì)象主要有以下幾種。
      ·線路:電纜
      ·負(fù)載設(shè)備:電機(jī)、變壓器
      將在個(gè)別保護(hù)協(xié)調(diào)中說(shuō)明這些特性。


      ●短路電流的計(jì)算
      過(guò)電流保護(hù)的基礎(chǔ)是系統(tǒng)短路電流的計(jì)算。
      短路電流的計(jì)算一般利用%阻抗法,但其詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考相關(guān)專業(yè)書籍。
      這個(gè)方法按以下步驟來(lái)處理。

      可變換為不同基準(zhǔn)容量的%Z。
       

      短路電流計(jì)算步驟

      調(diào)查各設(shè)備的%Z統(tǒng)一各Z%的基準(zhǔn)容量制定%Z圖推想事故點(diǎn),從事故點(diǎn)合成電源側(cè)的%Z從合成的%Z使用上述公式算出短路電流

      注1. 受電點(diǎn)的電源側(cè)%Z為短路容量Ps (電力公司提示)如下%Z=100P/Ps。
      注2. 變壓器的阻抗。
      主要由1次電壓及變壓器容量來(lái)決定。
      注3. 電機(jī)的阻抗。
      %Z約為20~25%。
      高壓電機(jī)在事故時(shí),短時(shí)間內(nèi)作為發(fā)電機(jī)工作,因此應(yīng)注意短時(shí)間的事故現(xiàn)象。
      注4. 布線的阻抗。
      %阻抗為電抗部分X和電阻部分R。


      ■保護(hù)裝置
      受電柜等中使用的保護(hù)裝置,包括以過(guò)電流繼電器為代表的各種斷路器、電源熔斷器等,根據(jù)其保護(hù)目的有多種多樣,考慮保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí),應(yīng)充分探討這些設(shè)備的特性。


      ●保護(hù)裝置的探討事項(xiàng)
      (1) 過(guò)電流繼電器(OCR)
      ·高位繼電器和低位繼電器間的時(shí)間協(xié)調(diào)(段協(xié)調(diào))。
      ·限時(shí)特性。
      時(shí)間特性曲線(反限時(shí)特性、瞬間特性)中,OCR和PF或者M(jìn)CCB等的保護(hù)設(shè)備間的關(guān)系,及OCR和被保護(hù)設(shè)備界限曲線間的關(guān)系。
      (2) 電力用熔斷器(PF)
      ·容許電流時(shí)間特性。
      低位的保護(hù)設(shè)備、負(fù)載設(shè)備的特性和熔斷器電極板未老化的界限值特性。
      ·熔斷特性。
      熔斷器電極板開(kāi)始熔斷的電流、時(shí)間特性。
      ·斷路特性。
      與高位保護(hù)設(shè)備的關(guān)系。
      (3) 空氣斷路器(ACB)
      在小于AC1000V, DC300V以下的電路中使用時(shí)的主要特性。
      ·長(zhǎng)時(shí)間解扣:過(guò)載保護(hù)5-30s (線圈額定值的600%)。
      ·短限時(shí)解扣:過(guò)載保護(hù)0.1-1s (整定刻度的250%)。
      ·瞬間解扣:短路保護(hù)。
      (4) 布線用繼路器(MCCB)
      ·額定值電流5,000A 以下, AC600V 以下, DC750V以下。
      各個(gè)特性依據(jù)廠家提示。
      (5) 熱動(dòng)形繼電器(THR)
      ·過(guò)載保護(hù)特性。
      與電機(jī)熱特性的關(guān)系。
      ·缺相保護(hù)特性。
      與缺相引起的電流不平衡的關(guān)系。

       

      ■線路的過(guò)電流保護(hù)協(xié)調(diào)
      對(duì)線路保護(hù)協(xié)調(diào)進(jìn)行說(shuō)明。

      ●制訂保護(hù)協(xié)調(diào)曲線
      按以下步驟制訂保護(hù)協(xié)調(diào)曲線。


      ●短路電流的計(jì)算
      按照%阻抗法計(jì)算短路電流。圖中系統(tǒng)的阻抗圖像如下圖所示,從這個(gè)圖像中求得的A母線、B母線中的短路電流如下所示。

      在此
            XSA=XS+XT1=4%
            XSB=XS+XT1+XT2=16%
      這里計(jì)算的I為6.6KV側(cè)的換算值。

      ●探討保護(hù)協(xié)調(diào)
      在協(xié)調(diào)曲線上記錄必要的數(shù)據(jù),可對(duì)各數(shù)據(jù)間能否正確取得協(xié)調(diào)進(jìn)行探討。

      是否取得OC的協(xié)調(diào)·鄰接的OC的時(shí)限應(yīng)滿足以下關(guān)系。On+1 的慣性動(dòng)作時(shí)間是指動(dòng)作時(shí)間和測(cè)定慣性特性時(shí)的輸入施加時(shí)間之間的差。(JIS 靜止型OCR中相當(dāng)于動(dòng)作時(shí)間的約10%)。ACB1、ACB2是否有重疊·不應(yīng)重疊。被保護(hù)設(shè)備的保護(hù)是否完善·在OC1中A母線的短路保護(hù)。·在OC2中T2的保護(hù)。·在OC3中控制中心的保護(hù)。應(yīng)可進(jìn)行各項(xiàng)保護(hù)。保護(hù)設(shè)備的耐量是否充分·在CB1中A母線短路電流的斷路。·在CT1中A母線短路電流的通過(guò)、檢測(cè)。·在ACB1中B母線短路電流的斷路。在CT3中B母線短路電流的通過(guò)、檢測(cè)。應(yīng)可承受各項(xiàng)。是否有過(guò)渡輸入的誤動(dòng)作·T2的最大電流下OC2不應(yīng)有誤動(dòng)作。

       

      ■電纜的保護(hù)協(xié)調(diào)
      決定電纜的規(guī)格時(shí),不僅需要考慮通電容量,而且還要考慮短路電流的大小。


      ●系統(tǒng)的條件
      ·系統(tǒng)電壓 :6kV
      ·額定值負(fù)載電流:70A
      ·恒長(zhǎng) :20m
      ·種類 :CV電纜(3芯1條)
      ·布設(shè)條件 :空中暗渠式

      ●電纜的選定
      根據(jù)「CV電纜的容許電流值表」保留一定的余量,選擇22mm2的電纜。
      通電容量最大為105A,與70A相比有充分的余量。

      CV電纜容許電流值表

      布設(shè)條件公稱截面積空中暗渠式管路式單芯3條3芯1條單芯4孔3條3芯4孔4條250mm2645A490A550A320A200mm2535A410A470A275A150mm2475A360A415A250A100mm2350A260A315A185A60mm2265A195A245A150A38mm2200A145A190A115A22mm2140A105A135A84A14mm2110A83A107A67A8mm279A59A78A49A

      接下來(lái)探討在電纜送出端發(fā)生3相短路事故時(shí)的短路電流是否超過(guò)「CV電纜的短時(shí)間耐量」。


      如上所示,此時(shí)的短路電流為5570A,考慮到OCR+CB保護(hù)時(shí)的斷路時(shí)間為0.2s,在圖中繪制曲線后,可發(fā)現(xiàn)38mm2的電纜可充分承受。
      用PF 代替CB 進(jìn)行保護(hù)時(shí),斷路時(shí)間在0.01s以下,因此8mm2的電纜也可以進(jìn)行保護(hù)。

      ●短路電流的計(jì)算
      作為計(jì)算的條件
      ·系統(tǒng)電壓V :6kV
      ·電源短路容量Ps :60MVA
      ·額定值負(fù)載電流I :70A
      ·CV電纜(22mm2)的阻抗Z:0.840Ω/km
      ·CV電纜(22mm2)的恒長(zhǎng)20m
      以基準(zhǔn)容量(P)為6MVA求得%阻抗。
      電源側(cè)的阻抗為所有電抗部分,電纜的電抗作為電阻部分。

       

      ●保護(hù)協(xié)調(diào)曲線
      保護(hù)協(xié)調(diào)曲線根據(jù)上述求得的各數(shù)據(jù)和保護(hù)設(shè)備的特性在協(xié)調(diào)曲線上繪制曲線,從而判斷協(xié)調(diào)的好壞。


      ■變壓器的保護(hù)協(xié)調(diào)

      ●變壓器的故障原因和保護(hù)設(shè)備
      變壓器的故障原因和其保護(hù)設(shè)備如下所示。

      原因保護(hù)設(shè)備過(guò)載溫度計(jì)(帶報(bào)警)、過(guò)電流繼電器(OCR)、熱量繼電器內(nèi)部事故布赫霍爾茲保護(hù)繼電器比率差動(dòng)繼電器2次側(cè)電路的短路電力熔斷器(PF)過(guò)電流繼電器(OCR)

      ●變壓器的特性
      在變壓器的特性中,如下所示為保護(hù)上所需的特性。

      變壓器勵(lì)磁沖擊電流示例(實(shí)效值換 算)

      項(xiàng)目變壓器倍率(倍)衰減時(shí)間(Hz)單相變壓器6.6kV/210V50kVA10~182~7100kVA10~171.8~10150kVA10~152~10三相變壓器6.6kV/210V300kVA5.5~122~10500kVA5.5~122.6~5

      變壓器的短路強(qiáng)度

      熱性強(qiáng)度機(jī)械性強(qiáng)度①以自我阻抗限制的電流②但是,小于%Z4%的則為額定值電流的25倍2s熱性強(qiáng)度電流×2.5倍

      保護(hù)協(xié)調(diào)的檢查要點(diǎn)

      保護(hù)設(shè)備檢查要點(diǎn)PF·變壓器的容許過(guò)載中熔斷器元件沒(méi)有熔斷·變壓器的勵(lì)磁沖擊電流中熔斷器元件沒(méi)有熔斷·2次側(cè)短路時(shí),在變壓器的耐量?jī)?nèi)斷路·與高、低位保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)OCR·沖擊電流下無(wú)誤動(dòng)作·與高、低位保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)

      ●PF的適用
      用電力熔斷器來(lái)保護(hù)單相變壓器、三相變壓器時(shí),其適用示例如下圖所示。

      PF的適用示例(T公司Q熔斷器的情況)

      項(xiàng)目單相(kVA)57.510152025305075100三相(kVA)55A         7.5          10 10A        15          20   15A      25          30     20A  30A 50          75          100          150          200     40A    250          300        50A75A  注1. 下圖所示為保護(hù)3 、1 、變壓器及高壓電容器,而使用電力熔斷器時(shí),電力熔斷器的額定電流。  注2. 假定變壓器勵(lì)磁沖擊電流相當(dāng)于變壓器額定電流×10倍0.1秒通電  注3. 假設(shè)高壓電容器的容量為變壓器存儲(chǔ)容量的1/3 以下,忽略電容器的充電電流。

      ●實(shí)例討論
      以下根據(jù)保護(hù)協(xié)調(diào)曲線進(jìn)行討論。
      ·OCR : 應(yīng)保持變壓器的過(guò)載保護(hù)和高壓母線的短路保護(hù),與PF取得協(xié)調(diào)。
      ·PF : 變壓器的沖擊電流下不會(huì)老化,應(yīng)確實(shí)可保護(hù)1次、2次側(cè)的短路故障。
      ·ACB : 變壓器的過(guò)載保護(hù)用。
      ·MCCB : MCCB以后的短路保護(hù)用。

       

      ■過(guò)電流繼電器的保護(hù)協(xié)調(diào)
      在電力系統(tǒng)上使用的繼電器,必須在全體系統(tǒng)中取得保護(hù)協(xié)調(diào),過(guò) 電流繼電器也不例外。考慮設(shè)置在受電端的過(guò)電流繼電器的保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí),需要考慮以下項(xiàng)目。
      (1) 在需要方系統(tǒng)內(nèi)的短路、過(guò)載事故中應(yīng)確實(shí)進(jìn)行動(dòng)作。(應(yīng)該假設(shè)事故點(diǎn),制訂阻抗圖像,計(jì)算故障電流)
      (2) PF·CB的情況下, PF (限流熔斷器)和CB(斷路器)應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行責(zé)任分擔(dān)。(PF的容量及CB的斷路容量的選擇等)
      (3) 應(yīng)與高位系統(tǒng)的配電變電站OCR取得動(dòng)作協(xié)調(diào)。(還應(yīng)考慮OCR的慣性特性和斷路器的全斷路時(shí)間)
      (4) 應(yīng)與需要方內(nèi)的分支OCR取得動(dòng)作協(xié)調(diào)。
      (5) 應(yīng)與低壓側(cè)MCCB (布線用斷路器)取得動(dòng)作協(xié)調(diào),使受電端OCR不會(huì)因低壓側(cè)事故而動(dòng)作。
      (6) OCR限時(shí)要素的動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)超過(guò)變壓器的熱特性曲線。
      (7) 接通斷路器時(shí),應(yīng)使OCR的瞬間要素不因變壓器內(nèi)此時(shí)流通的勵(lì)磁沖擊電流而動(dòng)作。
      (8) 發(fā)生事故時(shí)變壓器、斷路器、電纜、CT(變流器)等設(shè)備應(yīng)能承受短路強(qiáng)度及過(guò)載耐量。
      (9) 應(yīng)注意CT的選定。包括(容量、過(guò)電流常數(shù)等)。上述內(nèi)容中,從OCR的使用方面來(lái)看(特別是分流的整定),(3)~ (7)項(xiàng)有著較大的關(guān)系。


      ■保護(hù)協(xié)調(diào)曲線的制訂
      在一張表上重疊描繪系統(tǒng)中設(shè)置的保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間特性,我們將此稱為保護(hù)協(xié)調(diào)曲線圖。描繪時(shí),電流值換算為所有的高壓側(cè)。保護(hù)協(xié)調(diào)以限定事故為目的,因此該OCR一定比高位OCR先 動(dòng)作。在同一事故電流值下受電端OCR (主側(cè)OCR)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比配電變電站的動(dòng)作時(shí)間短。
      因此,為了使特性曲線不重復(fù),應(yīng)在動(dòng)作時(shí)間整定及動(dòng)作電流整定上加差。
      另外,受電端OCR和低壓側(cè)事故的協(xié)調(diào)與MCCB有關(guān)。低壓負(fù)載在多數(shù)MCCB中被分支并保護(hù),但MCCB 外殼(電流值)較大時(shí),在動(dòng)作特性曲線的A部可能會(huì)與OCR動(dòng)作特性重疊。此時(shí),無(wú)論事 故是否限定在低壓側(cè),受電端的OCR先開(kāi)啟動(dòng)作,全部停電,發(fā)生故障。為了防止這種情況,應(yīng)將MCCB的外殼分割,或使用使限時(shí)要素部分動(dòng)作時(shí)間特性傾斜的、具有強(qiáng)大特性的OCR。
      變壓器的熱特性有壽命規(guī)定,在保護(hù)協(xié)調(diào)曲線上也可對(duì)此進(jìn)行描繪。變壓器的過(guò)載保護(hù)也是受電端OCR的重要作用之一,因此OCR的動(dòng)作特性必須位于這一熱特性的下側(cè)。
      另外,接通斷路器時(shí),會(huì)有勵(lì)磁沖擊電流流向變壓器,還應(yīng)考慮與該電流的協(xié)調(diào)。關(guān)于該內(nèi)容將在下頁(yè)詳細(xì)說(shuō)明。在受電端OCR中,與瞬間要素的分流整定有關(guān)。

       

      ■關(guān)于沖擊電流
      接通受電端的斷路器后,區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備充電,流通過(guò)渡性電流。 在此期間,考慮①變壓器的勵(lì)磁沖擊電流、②高壓電容器的充電電流對(duì)受電端OCR產(chǎn)生的動(dòng)作影響。


      ●變壓器的勵(lì)磁沖擊電流
      ·如果變壓器在無(wú)勵(lì)磁的狀態(tài)下,向1 次側(cè)急劇施加電壓(接通后),由于變壓器不會(huì)發(fā)生逆電動(dòng)勢(shì),因此鐵芯的磁束暫時(shí)是飽和的。
      電抗為零,與變壓器的1次側(cè)短路為同一狀態(tài),過(guò)渡性流通過(guò)大電流。第1波的波高值達(dá)到額定電流的十幾倍甚至幾十倍,峰值的連接時(shí)間為1-2Hz,需花2-3秒的時(shí)間穩(wěn)定至額定電流。將此稱 為勵(lì)磁沖擊電流。
      勵(lì)磁沖擊電流的大小和持續(xù)時(shí)間不能一并進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)①變壓器的種類、②施加電壓、③接通相位、④鐵芯的殘留磁束、⑤變壓器的負(fù)載狀況等會(huì)發(fā)生較大變化,且每次接通也會(huì)有所差 異。
      1次電壓突然變動(dòng)時(shí),也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。
      ·勵(lì)磁沖擊電流可稱為衰減,由于峰值較高,連接時(shí)間較長(zhǎng),接通斷路器時(shí)OCR可能會(huì)進(jìn)行動(dòng)作。因此,決定整定值,描繪保護(hù) 協(xié)調(diào)曲線時(shí),必須考慮該勵(lì)磁沖擊電流。
      ·雖然OCR根據(jù)勵(lì)磁沖擊電流動(dòng)作,但由于接通斷路器時(shí)不能鎖定OCR,因此在描繪保護(hù)協(xié)調(diào)曲線中,選擇整定值(特別是瞬間要素動(dòng)作電流值),使其在勵(lì)磁沖擊電流不動(dòng)作,在短路事故 中進(jìn)行動(dòng)作。
      接下來(lái)將對(duì)該方法進(jìn)行說(shuō)明。

      (1) 額定電流10倍的電流點(diǎn)為0.1秒
      以往的思維方式為,勵(lì)磁沖擊電流描繪變壓器額定電流10倍 的電流值和0.1秒時(shí)間點(diǎn)的曲線,使OCR的動(dòng)作時(shí)間特性曲線不會(huì)下降。但是,這里為1點(diǎn),不能判斷其前后的情況,在變壓器逐漸邁向小型化的今天,導(dǎo)致瞬間要素的分流值增大。(從以下內(nèi)容來(lái)看可發(fā)現(xiàn)過(guò)分考慮安全方面了)

      (2) 根據(jù)每個(gè)勵(lì)磁沖擊電流的經(jīng)過(guò)時(shí)間的電流值描繪曲線
      為選擇最佳瞬間分流值,至少需要了解在保護(hù)協(xié)調(diào)曲線上表 示的勵(lì)磁沖擊電流的衰減曲線。
      右表所示為對(duì)每個(gè)變壓器容量經(jīng)過(guò)時(shí)間后的電流值進(jìn)行計(jì)算的示例。計(jì)算的基礎(chǔ)是變壓器廠家提供的①第一波波高值(倍數(shù))、②衰減時(shí)常數(shù)(循環(huán))、③勵(lì)磁沖擊電流的實(shí)效值一時(shí)間曲線等。為具體描繪保護(hù)協(xié)調(diào)曲線,用電流值表示。例如油入的三相變壓器300kVA下, 0.01秒時(shí)流通218A,0.05秒時(shí)流通146A,0.1秒時(shí)流通119A。因此,將這些值描繪成曲線。如果這個(gè)系統(tǒng)中有單相100kVA的變壓器,加上該變壓器部分的電流, 0.01秒時(shí)則為218+272=490A。
      由于這個(gè)表中的數(shù)值是在最大值附近計(jì)算得出的值,因此根據(jù)該表,通過(guò)描繪勵(lì)磁沖擊電流曲線,基本上可以防止OCR的動(dòng)作。

      變壓器勵(lì)磁沖擊電流(單相):6,600V

      種類變壓器的容量經(jīng)過(guò)時(shí)間后的電流值(A)容量(kVA)額定值電流(A)0.01s后0.05s后0.1s后0.5s后1s后5s后油入式變壓器101.535.621.116.17.25.32.4203.067.242.032.614.710.54.8304.597.961.247.421.415.37.0507.616510985.338.828.412.97511.421213910949.636.416.510015.227217914063.846.821.315022.734923419192.665.428.920030.342728723311380.035.330045.552436030314710650.850075.882558049024518082.5模鑄式變壓器101.530.718.213.96.24.62.1203.057.634.226.111.78.63.9304.577.848.637.717.612.25.6507.610766.951.823.416.77.77511.415310179.035.926.312.010015.217511590.341.030.115.215022.721814611957.940.922.720030.327118715376.455.130.333045.537926622511282.845.550075.863145339421715875.8

      變壓器勵(lì)磁沖擊電流(三相):6,600V

      種類變壓器的容量經(jīng)過(guò)時(shí)間后的電流值(A)容量(kVA)額定值電流(A)0.01s后0.05s后0.1s后0.5s后1s后5s后油入式變壓器201.728.316.812.85.74.21.9302.643.325.719.68.86.42.9504.464.840.531.414.210.14.7756.676.047.536.816.611.96.61008.794.759.245.820.714.88.715013.111777.060.527.520.213.120017.514695.675.134.125.017.530026.221814611957.940.926.250043.730821217886.562.543.775065.646232527413710165.61,00087.561643336618313587.51,5001317555424722591891312,000175896672616364252175模鑄式變壓器100.915.69.27.03.22.31.0201.727.216.212.35.54.01.8302.641.624.718.98.56.22.8504.462.038.730.013.69.74.5756.688.755.443.019.413.96.61008.711173.157.426.119.18.715013.115199.077.835.425.913.120017.519012598.244.632.717.530026.225216913866.847.226.250043.742029524912591.843.775065.650435429915011065.61,00087.561644338521215487.5

      ●高壓電容器的充電電流
      系統(tǒng)中有進(jìn)相用的電容器,接通斷路器時(shí),流通過(guò)渡性充電電流。與變壓器的勵(lì)磁沖擊電流相比,由于線路常數(shù)值較小,時(shí)間常數(shù)極小,立即衰減。因此,在OCR的瞬間要素的動(dòng)作時(shí)間值0.02-0.05秒以下為恒定狀態(tài),無(wú)需顧慮OCR動(dòng)作。但是,峰值時(shí)可能為幾十倍-幾百倍,該電流的電壓下降(即電壓),可能會(huì)在CT的2次側(cè)引起瞬間溢出事故,或使含電力熔斷器的電路熔斷、老化。

      ●充電電流的大小
      以下為一定條件下的充電電流,僅供參考。

      高壓電容器充電電流

      電容器容量(kVA)額定值電流(A)電線徑(假設(shè))經(jīng)過(guò)時(shí)間后的電流值(A)插入6%電抗t=0的最大值0.005s后0.01s后0.02s后0.05s后0.1s后電抗容量(kVA)t=0的最大值102050751002005007501,0000.91.74.46.68.717.543.765.687.52.6mm22.6mm22.6mm23.2mm24mm222mm250mm280mm2100mm21492493364285037361,2261,5481,8191.32.35.212.538.21465449291,3830.91.74.46.710.540.32565641,0570.91.74.46.68.718.282.02336360.91.74.46.68.717.543.972.01050.91.74.46.68.717.543.765.692.9——34.5612304060——5.98.911.723.658.988.3118

      上表所示值為通過(guò)線路常數(shù),在電容器上施加電壓波高值時(shí)的過(guò)渡電流和恒定狀態(tài)下流通的交流電流相加所得的最大值。過(guò)渡電流為電容器容量和線路常數(shù)決定的固有頻率的高次諧波電流,如右圖所示,為衰減波形。


      ■保持協(xié)調(diào)示例
      在某系統(tǒng)示例中,計(jì)算變壓器的勵(lì)磁沖擊電流的曲線,據(jù)此求出不動(dòng)作OCR的瞬間分流。
      ①首先,在保護(hù)協(xié)調(diào)圖表上描繪K2CA的動(dòng)作時(shí)間特性曲線。限時(shí)整定為4A,

      ②接著根據(jù)變壓器勵(lì)磁沖擊電流表,按變壓器容量列出計(jì)算的電流值,此時(shí)有2個(gè)變壓器,因此對(duì)其進(jìn)行加法計(jì)算。

       0.01s0.05s0.1s0.5s1s5s3φT 300kVA218A146A119A57.9A40.9A26.2A1φT 100kVA272A179A140A63.8A46.8A21.3A合計(jì)490A325A259A121.7A87.7A47.5A

      ③在圖表上描繪時(shí)間和電流值的曲線。
      ④該勵(lì)磁沖擊電流曲線選擇與OCR瞬間要素時(shí)間特性不交叉的瞬間要素分流,此時(shí)為40A以上。
      ⑤在以下保護(hù)協(xié)調(diào)示例中,用虛線表示額定電流的10倍、0.1秒的點(diǎn),由此則為50A以上。
      ⑥在高壓電容器充電電流表上描繪電容器的充電電流。該曲線的電流值較小,即使按勵(lì)磁沖擊電流曲線和時(shí)間進(jìn)行相加,也與勵(lì)磁沖擊電流曲線有較大的差異,從OCR的動(dòng)作方面來(lái)看,可發(fā) 現(xiàn)僅考慮勵(lì)磁沖擊電流即可。


      ■關(guān)于CT的選擇
      為正確使用OCR,必須注意對(duì)事故電流進(jìn)行檢測(cè)的CT。OCR用的 CT在事故時(shí),必須使OCR正確動(dòng)作,不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作、誤不動(dòng)作。因此,恒定狀態(tài)的誤差沒(méi)有太大關(guān)系,而CT的過(guò)電流區(qū)域的特性較為重要。容量(VA)不足的CT中流通額定電流值以上的大電流時(shí),會(huì)使CT引起磁飽和, OCR中流通的電流不會(huì)與CT1次電流成比例增加,其結(jié)果導(dǎo)致瞬間要素動(dòng)作值的誤差增大。另外,在CT2次電流解扣方式下,如果OCR動(dòng)作,跳閘線圈施加到CT的負(fù)載上, CT的飽和將變得更高,電流實(shí)效值減少,雖然OCR在動(dòng)作,但會(huì)發(fā)生不能跳閘的情況。因此,選擇CT的容量、過(guò)電流常數(shù)時(shí)必須充分討論。
       

      請(qǐng)參考以上公式。
      另外,CT2次電流解扣方式OCR中,如果CT容量過(guò)大,2次負(fù)載極少,OCR的跳閘接點(diǎn)將會(huì)開(kāi)放較大的事故電流,導(dǎo)致接點(diǎn)的損傷。 (參見(jiàn)K2CA的內(nèi)容)

       

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