浅谈城市小区供电中10kV负荷开关的选用
广东清远电力工业局 (511500) 罗 佳
【摘要】 本文主要论述了在城市小区供电中高压负荷开关和断路器对配电变压器的保护作用及产气式、压气式和真空式高压负荷开关的性能特点，并通过计算和比较，对这三种高压负荷开关在城市小区供电中的选用进行了分析
关键词】 高压负荷开关断路器产气式压气式真空式 1、概述 1.1城市小区供电特点城市小区由工业、商业、旅游娱乐、住宅、办公及相应的公用设备配套而成。小区供电方式以环网供电为原则，即每个小区的供电均采用双电源供电，开环运行方式。一般情况下，小区的双电源采用不同开关站或同一开关站的不同母线段，选用地下电缆供电，并根据小区的负荷情况合理选取开环点。按照小区负荷分布情况，根据城网规划设计的原则要求划分供电范围，确立配变站的数量和配变站的配电变压器的容量和台数，一般选取800kVA及以下。 1.2负荷开关与断路器的选用由于配电变压器容量小，自我保护能力差，必须通过高压开关设备对其进行保护。这里的高压开关设备可有两种选择:一是选择断路器+继电保护;二是选择高压负荷开关+限流熔断器。对于油浸式变压器保护而言，关键是短路持续时间问题，若短路持续时间长，一旦配电变压器内部发生故障，变压器内的电弧就可能使变压器油压急剧上升，出现箱体炸开和大面积燃油等严重事故。欧洲电力部门就这一问题作过研究，得出的结论是:配电变压器内即使发生短路电弧，如果将电弧持续时间限制在20ms内，变压器即
使发生短路电弧也不会发生爆炸。如果使用断路器+继电保护作保护，由于其全开断时间由继电保护时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间三部分组成。一般使断路器的全开断时间为三个周波，即60ms，显然不符合配电变压器保护要求。而采用高压负荷开关+熔断器组合电器(这里的熔断器为限流熔断器，即充石英砂的熔断器)，能在10ms内切除短路，完全能满足变压器故障时在20ms内切除短路的要求。配电变压器内部发生故障时，熔断器一般为单相开断，此时变压器在非全相运行状态下，这对变压器此岛芪,铡,虼耍 鄱掀鞫 鞯耐 背寤髯不髌鳎 部 汉煽 氐耐芽刍
梗 蛊渌嬷 鳎 媳溲蛊髁砹较嗟缏罚 佣 锏酵耆 ;け溲蛊鞯哪康摹? 由此可见，在小区环网供电中，为保护变压器，必须使用高压负荷开关+限流熔断器组合电器。 2、高压负荷开关的类型及特点 高压负荷开关的种类较多，目前较为流行的是产气式、压气式和真空式开关三种。在国家标准中，高压负荷开关被分为一般型和频繁型两种。产气式和压气式属于一般型，而真空式属于频繁型。产气式负荷开关是在隔离开关的基础上，设置电弧触头和狭缝灭弧室，灭弧片由产气的有机材料制成，在灭弧片外侧增设了磁极板，这种结构简单，一目了然，运行操作简单，维护方便。其灭弧室是一种自能式灭弧室，电弧的熄灭依赖于被开断电流自身产生的电弧能量。在一定范围内电弧能量愈大，产气材料受电弧作用而产生的气体就愈多，在灭弧室的控制下表现为愈强烈的熄弧
能力。电弧施加于灭弧片上的高温，随即使灭弧片气化而形成局部高压，突发的气体穿透到电弧的内部而使其受到强烈的冷却和去游离，因此电弧是在分解出来的气体氛围中燃灼而熄灭的。而对于低值电流来说，由
于其电弧能量小，气体的压力也小，会影响灭弧室的熄弧能力，这时磁极板所起到的加强磁吹作用仍然会对熄弧有所帮助。这是因为由于电弧存在时，磁路中产生了涡流，磁通的相位滞后于电流一个电角度，当电流过零时，磁通并未完全消失，即使较小的磁吹效果也能增进电弧的去游离作用，同时，电弧触头在电动力的驱使下运动，使电弧不断得到拉长和冷却而最终熄灭。由斯洛文尼亚引进的BK3、BR3型产气式负荷开关在多轮型式试验中安然通过1300A的转移电流的试验，成为同类产品中的姣姣者。压气式负荷开关是靠外力熄灭电弧的。其灭弧室由导电筒(压气缸)、触头和喷咀组成。当开关分断时，靠导电筒与固定活塞相对运动而产生压缩气体，并通过特殊设计的喷咀形成高速气流将电弧熄灭。在开断过程中，喷咀受电弧的阻塞程度是衡量压气式灭弧室工作状况好坏的一个重要因素。如燃弧期间喷咀阻塞严重，空气的流量不足，那么当电流过零点之前，缺乏足够的去游离作用，致使电流过零后发生重燃。目前国内使用数量最多的是意大利VEI的ISARC型，虽然ISARC—I、?型采用了钟罩型灭弧室，但经多次开断后，由于碳粒子或金属粒子附着在钟罩绝缘子内壁上，将会影响其绝缘性能。此外，在多轮型式试验中，其开断转移电流的过程中，难以获得重复而一致的效果。真空式负荷开关用真空作为灭弧介质，其绝缘强度高，熄弧能力强，能开断3000A转移电流。但其结构复杂，真空开关要与隔离刀闸联锁运行，操作时要按正确程序进行，而且价格偏高，虽转移电流高，却因城网变压器容
3、负荷开关的选择 3.1短路电流计算取:基准容量SJj100MVA 10kV
基准电流Ij=5.5kA 110kV变电站10kV母线三相短路电流I(3)=17kA 电抗
标么值X=Ij/I(3)=0.324 由于小区环
网供电的开闭所或配电站离110kV变电站基本上不超过1公里，采用240平方毫米的交联电力电缆供电时，其每公里电抗标么值为0.079，因此在计算时可忽略，开闭所或配变站母线的三相短路电流的电抗标么值与110kV变电站10kV母线相同。 1)10kV环网短路计算:三相短路电流(I3)=17kA 二相短路电流I(2)=0.87I(3)=0.87*17=14.79kA 短路冲击电流最大有效值ich=2.55I(3)=2.55*17=43.35kA 2)配电变压器低压侧短路计算: 1、配电变压器电抗标么值: X= 式中:X„„配电变压器电抗标么值; UK%„„配电变压器阻抗电压(630kVA及以下取4.5%，800kVA及以上取5.5%); Sj„„.基准容量(MVA) Sj„„配变额定容量(MVA) 计算结果见:表1.2
3)配电变压器低压侧三相短路电流计算: I(3)=Ij/ΣX I(2)=00.87*I(3) ich=2.55*I(3) 式中:I(3)„„三相短路电流(kA) I(2)„„二相短路电流(LA) ich„„短路冲击电流(kA)
1.3
注:上表“限流熔断器额定电流”中“K”为选择系数，一般取1.5-2;“Igmax大工作电流。 2)负荷开关的选择通过上述短路电流计算结果和高压负荷开关参数的比较，可以看出高压负荷开关在开断电流、动稳定、热稳定及转移电流等方面完全可以满足小区环网供电的运行需要。由于小区环网供电中配电变压器的容量一般为315—630kVA，转移电流不超过800A，因此选用一般型产气式负荷开关+限流熔断器进行保护即可;而在1000—1600kVA容量范围内，转移电流应留有一定余度，才考虑选用频繁型真空
式负荷开关+限流熔断器进行保护。 4、结束语 我国现制造的10kV负荷开关主要是空气绝缘，即产气式、压气式和真空式，在选用上应首先从满足配电网安全运行的角度出发，在满足功能的条件下，应尽量选择结构简单、价格便宜，操作功率小的产品，即能选用一般型可不用频繁型，在一般型中，能用产气式而尽可能不用压气式。
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