第四章开关的选择性、限流和级联技术介绍

1SLIC- LVDI training – Chen ke – 2009 June

第四章开关的选择性、限流和级联技术介绍


限流断路器●为什么要限制短路电流：

● 限流断路器能明显地将装置中短路电流产生的不良效应减小● 降低电缆的发热，而延长电缆的寿命● 降低电动力，因而能使电气触头的变形或损坏减轻● 对邻近电路的测量设备的影响减小● 这一级联技术为下方侧的电器使用低的额定值，而使设备、外壳和设计获得很大的节约

开关的选择性和级联性能的物理基础是开关的触头结构


E47952静触头

封闭小室

气体产生部分

灭弧栅

灭弧栅

气体产生部分

旋转触头

磁屏蔽U

静触头

分断单元结构

Compact NSX 采用的限流技术

●触头表面的组成 ;●触头的重量 ;●触头的厚度 ;●触头的压力 ;●开孔 ;●磁屏蔽 U;●气体产生部分 ;●注入或压挤聚酯外壳


E41131

旋转触头的优点


●小而轻的触头可以尽早斥开 , 快速分断 ;●旋转 :●双斥力 ,●双灭弧栅 ,●低阻力

●“快速” 并且 “ 高效 ".


E37954

Reflex 能量脱扣机构


●独立 .●快速分断●从压力产生 1 ms,

●完全分断时间 2 ms.

●斥力产生阈值 = 25 In


E41126

a

Ip

Î

t I

tps

NSX 断路器的限流特性

●限制尖峰电流（ kA 峰值）●这是通过断路器预期电流的一部分。断路器性能越好限制电流值越低 .

●限制通过能量 i2dt●通过断路器的能量 :●尖峰电流●分断时间


峰值限流曲线



热应力限制曲线



选择性的定义

●无论什么故障条件 :●过载 ,●短路●绝缘故障 ;

●只能由最靠近故障点的上级断路器脱扣。

●非故障回路保持闭合，持续供电

其他出线回路的供电不受影响

CB1

只有 CB2 脱扣CB2


各种选择性技术

●电流选择性 :●基于保护设备电流设定值的不同 ;

●时间选择性 :●基于保护响应时间设定值的不同 ;

●逻辑选择性 :●根据故障位置，紧靠故障的上级断路器：

●故障检测；●向其上级断路器发送不脱扣信号 .

●能量选择性：●此原理基于保护设备特殊限流能力和灵敏反映断路器中短路所产生的能量的脱扣。当两个断路器检测到大电流时，下级断路器限流非常快，上级断路器产生的能量不足以使其脱扣


a

1000 A

100 A

选择性区间

电流选择性


(B 类断路器 )

保护延时时间不同

时间选择性


短路分断能力

Icu/Ics = Icw

Icw = Icu = Ics

短路保护设备之间的动作时间差

T(s)

t2

t1

I(A)

完全的时间选择性

●具有很强电动力承受能力的断路器 (Masterpact 断路器 )

●在下级断路器分断能力以下，延时可以保证完全选择性


aa

10 0005 000

2 000

1 000

500

200

100

50

20

10

5

2

1

.5

.2

.1.05

.02

.01

.005

.002

.001.5 .7 1 2 3 4 5 7 10 20 30 50 70100 200300

脱扣曲线

aa

.1 1 10 100 150

102

kA eff

A2s

20 ms 10 ms

103

104

105

106

107

不脱扣能量曲线

能量选择性


下级断路器的限流曲线

上级断路器的不脱扣能量曲线 .

能量选择性

● IEC60947-2 定义了计算选择性的方法 : 比较运行曲线的能量

a

I

i2 dt

I

I2t


aa

I(kA eff)

A2s

.1 1 10 100 150102

103

104

105

106

107

10 ms

Is

上级断路器的不脱扣能量曲线

部分选择性

下级断路器的限流曲线

能量选择性的极限

● I < Is●下级断路器限流后的能量小于上级断路器脱扣的最小能量 : 具有选择性 .

● I > Is●下级断路器限流后的能量超过上级断路器脱扣的最小能量 : 不具有选择性


NSX 开关满足自然选择性的条件

●上级是 MT 框架式断路器，下级是 NSX 塑壳断路器●NSX 和 <=40A 的微型断路器之间满足完全选择性●上下级断路器的 In 、 Ir 、 Isd 之间是 2.5 倍的关系●施耐德提供的《 NSX 应用指南》上罗列的完全选择性关系


选择性表


a

A

B

ZSI

ZSI

逻辑选择性

●通过区域选择性联锁 (ZSI)

● 安装在 B 的保护系统检测并传送信号给 A ;

● 安装在 A 的保护系统接收 B 的信号 .

断路器 B 消除故障断路器 A 保持闭合


ZSI 区域选择性连锁


CB2

无级联有级联

Icu Icu < Isc

下级断路器使用低分断能力值

CB1

< Isc

什么是级联●级联是利用断路器的限流技术，在下级给定点允许安装低分断能力的断路器，因而降低成本


级联的原理●原理：上一级的断路器对短路电流相当于一阻挡物。因而允许下级断路器的分断能力可低于预期短路电流。

● 级联的原理在 GB14048.2, 附录 A 中被称为后备保护

● 级联只能由实验室试验来检验，并且可能的组合只能由断路器制造商来规定


级联表


E41148

两个断路器的限流特性可以把下级断路器的分断能力提升

I

A2s

B

A

A

B helped by

级联和增强的选择性


级联增强的选择性


由级联增强的分断能力 (kA)

由级联增强的选择性极限 (kA)

50 / 50

级联和增强的选择性表

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