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新型礦用中壓變電開關(guān)裝置

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新型礦用中壓變電開關(guān)裝置
南斯拉夫〕N.瑪里諾維齊
一、前
中壓電能的轉(zhuǎn)換和輸送,涉及一系列的其他問題,特別值得注意的是配電電壓有增大的趨
向,以及如輸出功率為150kW以上的較高功率,驅(qū)動電機(jī)直接控制的可能性。
南斯拉夫此類電壓一般為5~6kV,因此,每個配電板都需要安裝電壓達(dá)6kV的轉(zhuǎn)換開
關(guān)裝置,例如:
用于礦內(nèi)配電的電纜配電;
6/0.5kV或6/1kV變電站轉(zhuǎn)換變壓器的變壓器配電板
用于控制驅(qū)動功率較高的電動機(jī)配電板;
用于轉(zhuǎn)換6kV配電的饋入配電板。
除了上述轉(zhuǎn)換裝置以外,還需要配有:
小型油斷路器
真空接觸器或斷路器。
上述礦用變電開關(guān)裝置,應(yīng)裝備適當(dāng)?shù)碾娖鞅Ｗo(hù)設(shè)備,例如
過載保護(hù);
一短路保護(hù)
一接地故障保護(hù)(用于絕緣網(wǎng)路系統(tǒng))
電纜的接地或外部損壞的監(jiān)控。
對于交流電而言還需要有欠壓或單項保護(hù)設(shè)備。所有保護(hù)裝置的選型,以下文介紹的標(biāo)
但考慮到可能伴隨著爆炸作業(yè)帶來的頻繁的破壞作用情況就發(fā)生根本的變化。當(dāng)研究
危險性的狀況時,不僅考慮其發(fā)生的概率,并且還在定量評價靜電導(dǎo)致的危險時,還必須乘
上一個破壞因數(shù),可便正確地規(guī)定一個容許的危險性指標(biāo)。
四、結(jié)論
根據(jù)以上論述和分析可以看出,靜電是一種不容忽視的危險因素星則在爆炸危險的環(huán)
境中,出現(xiàn)這種危險的可能性并不很大,而上述爆炸危險來自具有爆炸性物質(zhì)、易燃性物質(zhì)
或靜放電。
為規(guī)定容許的危險性指標(biāo)而進(jìn)行的危險程度的估價,是一種手而復(fù)雜的研究課題,這
不僅由于涉及的因素眾多,也由于靜電現(xiàn)象發(fā)生的情況多種多樣,因此全面研究上述問題是
不可能的,為了取得突破進(jìn)展,只能集中力量研究某一具體方面。
〔參考文獻(xiàn)略
王文譯孫茂遠(yuǎn)校
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準(zhǔn)模塊電子元件以及其特性為基礎(chǔ)額定參數(shù)一般是:入電流為300A或800A以下,切斷
能力為250MVA。當(dāng)采用真空接觸器或斷路器時,會出現(xiàn)一個特殊的問題,即由于切斷過
大電流值,電路切斷處產(chǎn)生超高壓。
二、在爆炸性空氣中使用的電器設(shè)備的保護(hù)
使于這種變電開關(guān)裝置的關(guān)鍵問題之一,是用于爆炸性空氣中保護(hù)設(shè)備的選型,主要取
決于井下爆炸性空氣和可燃性煤塵的種類。上述配電板本身包含一些引起火花的元件,或者可
能產(chǎn)生火花的元件(例如,真空接觸器)。因此,設(shè)計時就必須以不點燃爆炸性空氣為原
則。目前,用于燥炸性空氣中的保護(hù)裝置有兩種類型(根據(jù)不同國家而有一定差別
(a)防爆型
(b)安全型。
大多數(shù)國家在設(shè)計時喜歡采用防爆外殼。然面,聯(lián)邦德國采用綜合保護(hù)法,例如
安裝小型油斷路器
采用無火花連接元件作為增安保護(hù)3
把其他發(fā)火部件置于防爆殼體內(nèi)(常有多個部件)。
南斯拉夫采用的基本保護(hù)類型為增安型,其安全規(guī)程對這種保護(hù)設(shè)備在井下采區(qū)的應(yīng)用
有一定規(guī)定,這類裝置在限定范圍內(nèi)使用,所有設(shè)備要完全封閉在大型防爆殼體內(nèi),以達(dá)到
保護(hù)的目的。這里必須指出兩個主要問題:
(a)大型防爆殼體的重量很大
(b)活動性部件的安全間隙或絕緣(電壓6kV)。
由于應(yīng)用塑性變形材料制造薄壁式殼體的新技已經(jīng)成功地解決或者至少說減少了防
爆外殼過重的問題。目前,可以制造重載條件下全封閉標(biāo)準(zhǔn)系列開關(guān)裝置的外殼。然而,6kV
部件之間的安全間隙問題仍很嚴(yán)重,特別是目前的規(guī)范尚未解決的地方,尤其需要注意。眾
所周知,爆炸火花(在防爆殼體內(nèi)可能產(chǎn)生的一種現(xiàn)象)使帶電部件之間空氣電離,從而以
接地故障或短路方式出現(xiàn)跳火,即使采用上述增安型安全間隙的情況下也是如此
一些研究表明,因為電流為10-A時發(fā)熱發(fā)電就可轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽路烹?爆炸火花尖端的電
阻已達(dá)到數(shù)千歐數(shù)量級。即使在防火保護(hù)適當(dāng)?shù)臈l件下,問題仍在于我們是否能允許殼體內(nèi)每
次爆炸都將引起短路故障。事實上,這種設(shè)備都應(yīng)具有防止短路或接地故障保護(hù)。而且,上
述保護(hù)裝置的高度可靠性和即時動作(無遲滯)具有極其重要意義。這種短路或弧光放電應(yīng)
當(dāng)在100ms內(nèi)便可阻斷,以防止出現(xiàn)更多的危險后果(如火焰沿內(nèi)殼蔓延),而這些是防爆
外殼設(shè)計時未加以考慮的特殊問題。由于環(huán)境中出現(xiàn)爆炸性混和物(氣體,才可能出現(xiàn)電
弧放電,設(shè)計殼體時應(yīng)考慮能防止灼熱粒子或其他短路效應(yīng)產(chǎn)生火焰的蔓延。
這里應(yīng)當(dāng)說明一點,這種轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置,只有在滅弧機(jī)構(gòu)精確封閉,并與殼內(nèi)氣體隔離
的情況下才能使用。否則殼體內(nèi)爆炸性氣體將取代空氣,可能影響開關(guān)裝置的功能和滅弧能
力,特別是電火花將引起爆炸性氣體燃燒,可能進(jìn)一步降低快速滅弧的能力。
三、礦用變電開關(guān)裝置的設(shè)計
鑒于上述原因,我們設(shè)計6kV的帶電部件的電流線路時,應(yīng)考慮到在爆炸火花作用下,
接地時或相位之間不產(chǎn)生跳火現(xiàn)象。研究表明,并非所有的隔間都是理想的,因為它們分割
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了空間并且使爆炸壓力增高,因此要根據(jù)嚴(yán)格的殼體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行專門的試驗對可靠安全
間隙的研究表明,試驗結(jié)果相當(dāng)不穩(wěn)定,因而此時可以認(rèn)為研究結(jié)果不成功。唯一可行的方
法是采用完全絕緣的高壓線路,由于沒有這種標(biāo)準(zhǔn)的裝置,必須專門設(shè)計,就會產(chǎn)生很大困
難。這些裝置的用量較少,因而成本較高。而這樣一來就會消除防爆外殼的基本優(yōu)點(一般
來說,應(yīng)能用于標(biāo)準(zhǔn)化的電氣設(shè)備。采取了設(shè)計時應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)裝置,但配有6kV電路
絕緣所用專門的附件這一折衷方案。因此,避免了由于爆炸火焰而產(chǎn)生的跳火電離。打算根
據(jù)標(biāo)準(zhǔn)間隙安裝標(biāo)準(zhǔn)化電氣設(shè)備,使其完全絕緣,是非常不實際。因此,絕緣問題需采用
綜合方法來解決,部分帶電部件直接絕緣,如安裝絕緣套管、絕緣膠布或?qū)ｉT制造的塞蓋。
爆炸在隔間傳播時,隔間形狀不能引起局部增壓,設(shè)計隔間必須考慮這一點。因為即使在同
樣的發(fā)火位置,爆炸火花的蔓延方向也不相同很難進(jìn)行定性和重復(fù)試驗,這是個特殊性問
題。遺憾的是不能保證做大量的試驗以及對比較昂貴的設(shè)備和裝置沒有一點損傷。為此不能
采用模型試驗,只是對實際部件進(jìn)行絕緣試驗每次爆炸只引起表面絕緣層的輕微損傷。
圖1是開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖,其
主件是裝有短路電流保險絲的真空接
觸器正如圖中所示除了電流互感器
和信號及控制部件以外,整個裝置都
放在與接線盒相接的可拆卸架板內(nèi)。
在拆卸位置上(也可以是試驗位
置)由于外殼封閉,放在架板內(nèi)的設(shè)
圖1高壓變電開關(guān)裝置的示意圖
備與電壓可靠隔離,因此,這個架板
1防爆外殼;2一真空斷路器:3一電子控制和保護(hù)裝置4一高
也可作為6kV電路的絕緣物。
壓保險絲;5一變壓器;6一變流互感器
在折卸位置上可由外部提供附加
電壓,以試驗該裝置的功能。在接通位置時,所有開關(guān)構(gòu)件都處于帶電狀態(tài)。與此同時,外
殼聯(lián)鎖不能開啟。只有當(dāng)拆除架板、斷開電路時,外殼才能打開。處于帶電狀態(tài)的部件用IP20
防護(hù)裝置屏蔽,滿足安全要求。
圖2和圖3分別表示外殼閉鎖以及架板處于打開狀態(tài)的開關(guān)裝置。
圖2防爆高壓開關(guān)裝置(閉鎖狀態(tài))
圖3防爆高壓開關(guān)裝置(打開狀態(tài))
圖4示出了快速拆換的架板后,技工在車間里可以修理所有部件圖中還示出構(gòu)件的
布置。
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回
圖4防爆高壓開關(guān)裝置(拆卸狀態(tài))
圖5裝有真空接觸器的高壓開關(guān)裝置示意圖
真空接觸器裝在后下部,變壓器位于后上部,并與kV電路相連。帶隔板的高壓保險
絲安裝在前項部,其下部是可拆卸部件組成的電子保護(hù)裝置(圖1)。
四、電氣保護(hù)
上述裝置的電氣保護(hù)全部采用電子模塊式,因此可以根據(jù)裝置的功能選擇保護(hù)模件。除
了電源以外,電氣保護(hù)裝置包括具有以下功能的電子模件:
(a)過載和短路
(b)直接接地故障保護(hù)(也適用于絕緣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))
(c)用于檢查接地和進(jìn)行電纜檢驗的控制電路(防止電纜外部受到機(jī)械損傷)
(d)合閘前檢查電纜的絕緣性能,帶電情況下監(jiān)測電纜絕緣(僅用于絕緣網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng))
(e)故障處理以后自動重新合閘。
對于所有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),即絕緣網(wǎng)絡(luò)或通過中心一條導(dǎo)線接地的網(wǎng)絡(luò),(a)、(b)、(c)
項模件電路示于圖5為接觸器開關(guān)盤,圖6是斷路器開關(guān)盤(不管采用哪種滅弧系統(tǒng)如小型
油開關(guān)、真空或SF)
回
L
 -OMTR
圖6裝有斷路器的高壓開關(guān)裝置示意圖
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模件(d)和(e)僅打算用于絕緣網(wǎng)路系統(tǒng)并在6kV網(wǎng)路上進(jìn)行試驗。因此,
我們希望在下次會議上報告這一試驗結(jié)果在南斯拉夫這些電子模件已成功地應(yīng)用于0.5~
1kV網(wǎng)路中,稱為ASZK系統(tǒng)。
由于在短路情況下開關(guān)設(shè)備跳閘需要的能量不同,在短路時斷路器跳閘機(jī)構(gòu)的動作電壓
不足(電壓瞬時降低),因此所采用的接觸器盤或斷路器盤電子保持裝置大不相同。有關(guān)短路
保護(hù)的另一個重要問題是出現(xiàn)開關(guān)電源電壓不足之后,“記住”這個短路電路,以便由人工
重調(diào)該開關(guān)裝置。
1.裝有接觸器的開關(guān)裝置
在裝有接觸器的開關(guān)裝置中,無須安裝短路跳閘的保險電源,因為如果由于路使電
壓降低,只要電流低于接觸器切斷電流,接觸器就會跳閘并切斷電路。這也適用于短路
電子保護(hù)裝置的激勵。在短路電流高于接觸器跳閘電流的情況下,熔斷保險絲需較長時間
(0.1ms)內(nèi)切斷電路。在電流較低的情況下,熔斷保險絲需較長時間,而電子保護(hù)裝置要
快得多,因此保險絲根本不會燒斷。
圖5示出電子保護(hù)裝置的示意圖,可以看出三個基本組合電路,即:
(a)接地故障電路。它的輸入信息是米自ST放大變壓器的各種故障電流,來自
KT電容變壓器把絕緣相導(dǎo)線纏繞在金屬薄片上制成)的中性點與接地之間的電壓變化。
(b)短路過載。它的輸入信息是電流變壓器ST的電流變化,該電路把變壓器次級的
標(biāo)準(zhǔn)5A或1A電流轉(zhuǎn)變?yōu)?mA,供電子裝置進(jìn)一步處理。
(c)用于檢查接地和電纜檢驗裝置的控制電路,即檢查電纜外部是否受到機(jī)械報
傷,電阻值是否增大1k
為了使接地故障保護(hù)裝置明確指明障地點,對故障電流和電壓進(jìn)行比較,但只有開關(guān)
裝置來的接地故障信息,才能使接觸器K跳閘,并發(fā)出相應(yīng)的故障信號S。
所有相電流數(shù)據(jù)都輸入“max單元,該單元從中剔出最大值并經(jīng)過處理,選出使接觸
器跳閘的數(shù)值,電壓復(fù)原以后機(jī)械地“記憶”過載或短路的有關(guān)數(shù)據(jù),如果短路電流僅通過
支而不引起該區(qū)域短路的話,可以采用人工重新調(diào)整(R)的方法或自動地復(fù)位合閘
2.裝有斷路器的開關(guān)裝置。
在裝有斷路器的開關(guān)裝置中,使斷路器(OS)跳閘并切斷電路,需要的功率量級為
10VA。在這種情況下出現(xiàn)短路會產(chǎn)生一個特殊問題,即電壓將降低一半,這個電壓值不足
以釋放斷路器。因此,僅使用電流斷路器OS,使它們動作的是電流而非電壓。為此,根據(jù)圖
6中的接線示意圖,兩相或三相電流被中間變壓器(M)以磁力收集中間變壓器的次級線
圈也是電流斷路器的電源,借助于積聚在彈簧中的能量打開電路斷路器的觸點這是對圖5
所示裝置的唯一改進(jìn),因為其他電子元件在設(shè)計和功能上都與圖5中的相同。在兩種情況下
都處理電流數(shù)據(jù),最終保護(hù)激勵點調(diào)定如下:
短路電流調(diào)定為該開關(guān)裝置的2倍;
對于過載,取決于該裝置連續(xù)運行的電流值和限定電流的動作時間。
五、過電壓
根據(jù)開關(guān)裝置電氣絕緣的國際標(biāo)準(zhǔn)和許多國家的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)對額定電壓6kV的開關(guān)裝置
驗以下問題
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(a)電壓升高時的電流頻率(50Hz,60Hz,電壓20kV,持續(xù)1分鐘)
b)兩種絕緣等級的脈沖電壓;
高絕緣級60kV3
低絕緣級30k
施加標(biāo)準(zhǔn)直流脈沖電壓在1.2內(nèi)達(dá)到最大值,在不到50s內(nèi)降到原值的一半。由于煤
礦中電網(wǎng)僅由電纜組成,不必達(dá)到過電壓較高絕緣等級。因此,根據(jù)常規(guī)實踐,僅要求接地
的裝置達(dá)到較低的絕緣等級即可。然而,我們必須指出,過電壓不僅由大氣放電引起,也與
開關(guān)裝置本身有關(guān),特別是隨著新技術(shù)如真空或S滅弧的應(yīng)用,容易在交流電的瞬時值未
降到零之前,就切斷電流。因此,在這種開關(guān)裝置的技術(shù)參數(shù)中,該電流被稱為切斷電流,
其范圍為0.5~10A。該電流將因為存在波阻而使切斷的電路發(fā)生振蕩,同時產(chǎn)生第一個過
電壓峰值
 Up =IZe
式中斷路電流;
Z被切斷電路的波阻,
Z=√Lc
只要額定電壓6kV的裝置,超電壓不超過34k.由于額定輸出功率超過150kW的電動機(jī)
和大于250kVA的于式變壓器波阻最大值可能達(dá)到12k,因此,這意味著最大允許切
電流為3A。然而,因為電流中斷純屬功能現(xiàn)象,不能準(zhǔn)確地測定絕緣強(qiáng)度,該電流最大值應(yīng)
限定在2A內(nèi)(一般取安全系數(shù)為1.5)。所以,如果用斷路電流不高于2A的開關(guān)裝置,
由于接地絕緣級別很高,不需要檢驗開關(guān)裝置和其他高壓設(shè)備的絕緣情況,而上述問題對于
正在使用中的設(shè)備是個非常棘手的問題。
必須指出,盡管一些開關(guān)制造廠家提供了這種斷路電流最大允許值為2A的開關(guān),但
是,仍不能完全解決這一問題。斷路電流極限值多指新裝置而言,但是由于生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)
展,斷路電流會隨之增加。實踐表明,斷路電流值越低,斷電流增加得越大對于用戶這是
比較嚴(yán)重的問題,對于檢查斷路電流很復(fù)雜,只能在設(shè)備精良的試驗室內(nèi)完成,而用戶不具
備這樣的條件,這就意味著只有當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣出現(xiàn)故障時,用戶才會知道開關(guān)裝置引起
的危險性過電壓。
可能的解決辦法之一,是使用吸收振蕩能和開關(guān)過電壓的RC濾波器,但是,這樣的濾波
器應(yīng)性能可靠,并能與所有三相電路正確相連。盡管可以檢查濾波器的連接狀況,但是,這
將大大地增加制造費用。濾波電路不僅增加開關(guān)裝置的成本,而且也是一個干擾的永久性潛
在因素,如電容器的擊穿。然而最糟的是出現(xiàn)斷路時,用戶不會被預(yù)告。唯一的優(yōu)點是引起
R濾波電路故障是短路,而不可能是斷路。因此,短路保護(hù)將動作,并報警用戶RC濾波
電路出現(xiàn)故障,只有當(dāng)更換了出故障的濾波器以后,開關(guān)裝置可恢復(fù)運行。
參考文獻(xiàn)略〕
魏有志朱振海譯孫茂遠(yuǎn)校
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