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10kV負荷開關(環網柜)的應用與選擇

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隨著我國電力事業的快速發展及配電設備制造水平的不斷提高，lOkV配電設備向著無油化、小型化、智能化、模塊化、免維護及節能環保的方向發展。近年來，隨著大量引進國外產品、技術、生產設備和國產lOkV負荷開關技術性能和制造水平的不斷提高以及電力市場的需求，負荷開關在lOkV電纜分界室、小區配電室、柱上開關、箱變及部分高壓客戶的配電工程中已大量、普遍應用。
(1)負荷開關是一種帶有簡單滅弧裝置的開關電器在10kV配電網中負荷開關可用于關合和開斷負荷電流及空載長線路、空載變壓器等。它和限流熔斷器串聯使用，組成負荷開關、熔斷器組合電器，可以實現由負荷開關關合開斷各種負荷電流（包括轉移電流），而由限流熔斷器開斷較大的過載電流和短路電流。由負荷開關、熔斷器及其附件組成的高壓配電柜稱之為環網柜。
(2)根據滅弧介質的不同負荷開關有以下分類：
油負荷開關（用于戶外）、壓氣式負荷開關(FN12型戶內安裝是一種將空氣壓縮后直接噴向電弧斷口而熄滅電弧的開關）。產氣式負荷開關(FN5型戶內安裝，隨著轉移電流和電網短路電流的增大，其開關的通斷能力已不能滿足要求）；目前應用較廣的主要有以下兩種：真空負荷開關環網柜和SF6負荷開關環網柜。
①真空負荷開關環網柜
主要型號有HXGN[ ]-10 (ZF*)／[]、XGN[]等，均為國產設備。各符號的含義H：環網開關設備，X-箱式，G-固定式，N-戶內安裝，[]為設計序號，Z一主開關為真空負荷開關，F一帶防誤聯機構鎖，*：此位有“R”表示帶熔斷器。
產品特點：外殼骨架采用型材拼裝結構及模塊設計，可以按照不同的一次接線方案任意組合，可以靠墻安裝，占地面積比較小；一次電纜接線端較高，不小于 70cm。柜內有簡單可靠的防誤閉鎖和開關操作機構，柜內各零件均做了表面處理，以滿足機械性能及壽命的要求；采用的絕緣件均為大爬距，具有阻燃性能；柜內配隔離刀閘和真空滅弧室；既可以手動儲能、分合閘操作，又可電動儲能合閘操作及電動跳閘；手動與電動操作機構并存時，二者之間有可靠的互鎖機構，以防止誤動作；分合閘力矩小，操作輕便簡單；外殼防護等級IP2X。外型尺寸一般不大于900x900x2200（寬x厚x高）。
適用范圍：適用于小容量用戶及箱變，作為開斷lOkV小容量配電變壓器。主要電氣性能指標：（略）額定轉移電流為3150A
②SF6負荷開關環網柜
可以擴展型主要有：GE、SafePlus、SM6、8DH10、M24、HXGN、XGN。適用于單路、雙路電源，高壓計量的用戶。
不可擴展型主要有：GA、SafeRing、RM6、8DJ10等，主要用于電纜分界室作為公用環網供電單元和小區箱變及lOkV高壓客戶二級配電。
SF6環網柜的特點：
A、用SF6氣體作為絕緣介質。SF6氣體在正常狀態下是一種無色、無味、無臭、無毒和不可燃的惰性氣體，其化學性能穩定，具有優良的絕緣和滅弧性能。用 SF6氣體作為負荷開關絕緣和滅弧介質，可使斷路器外形體積小、斷口距離小、開斷容量大、可靠性高、維護工作量少，因此在近30年來發展很快（特別是在超高壓領域）。但是對環保和維護工作有影響（需對SF6氣體泄漏檢測、含水量檢測）；另外SF6氣體在寒冷環境使用也受限制。
B、體積小（以GE柜為例：400x1400x650）、占地省；造價比斷路器柜低50%）、操作維護簡單，熔斷器保護簡單、可靠，電氣性能指標能夠滿足電網的要求。
C、對于SafeRing/Safeplus、SM6/RM6、 8DH/8DJ10型環網柜，內裝三工位負荷開關。
主要電氣指標與真空負荷開關類似。額定轉移電流為1500～1800A。操作方式分為：手動操作、電動操作（輔助電源：～220V）
(1)組合式負荷開關
組合式負荷開關由負荷開關和熔斷器組成，在電氣性能參數上雖然能夠滿足lOkV系統使用要求，但由于限流熔斷器為一次性動作，所以大多用于配電末端和不十分重要的場所。顯著特點是比斷路器價格低得多，在發生短路事故時限流作用獨特，動作快，降低了對電網的沖擊。
(2)轉移電流
由于熔斷器在開斷較小過載電流時，客觀上存在融斷時間的分散性；當發生三相短路或過載時，最快熔化的熔體動作而形成首相開斷，其撞擊器動作，觸發負荷開關三極脫扣分閘。一相熔斷后，其余兩相的短路電流將減小至87%，并轉移到負荷開關，由負荷開關來開斷；此電流為轉移電流。轉移電流必須小于高壓負荷開關的額定開斷電流，才能保證安全開斷；為了控制這個電流，對熔斷器額定電流的合理選擇及其時間一電流分散性的正確掌握，就顯得十分重要。
熔斷器在過載電流下動作時間的分散性可以查閱時間一電流曲線而獲得，再與高壓負荷開關的分閘時間比較可求得“轉移電流”。當熔斷器在三相電路開斷較大的過載電流尤其是短路電流時，由于熔斷器熔斷時間很短，時間的分散性就小。如果熔斷器已在撞擊器觸發高壓負荷開關動作前，分斷了三相電路，轉移電流就不會發生。當熔斷器過載電流小到使其熔斷分散時間大于高壓負荷開關分斷時間時，才在高壓負荷開關中出現轉移電流。所以轉移電流與熔斷器的最小時間一電流特性有關，將其定義為熔化時間等于0.9TO的電流值。即Tml=0.9TO，其中Tml是在最小特性上三相故障電流為Il時首先動作的熔斷器的融化時間。 TO:高壓負荷開關的分閘時間(0.05～0.3S)．如果已知熔斷器的時間一電流特性曲線，可以查得轉移電流值。
(3)高壓限流熔斷器的應用
保護配電變壓器的限流熔斷器，使用時的主要參數選擇及環境影響有以下因素：A、滿足變壓器的額定電流、過載電流（干式變壓器為1.5倍額定電流）；B、熔斷器的安一秒曲線應該位于變壓器沖擊電流（勵磁涌流）的右側；變壓器的沖擊電流可查閱變壓器資料或查閱IEC標準(121n);C、當熔斷器安裝在封閉柜體中或使用溫度超過標準要求時，應降容使用；D、高壓熔斷器應與低壓熔斷器配合；E、由于熔斷器的最小開斷電流一般為2.5～3倍的額定電流，當過載電流在這一區間內時，熔斷器不熔斷或熔斷時間很長，過電流造成電纜接頭發熱，會使柜內溫度升高，造成絕緣損壞。有的廠家生產的熔斷器加裝了溫度保護，當融管內的溫度超過一定值時，使彈簧壓力釋放，撞擊器帶動負荷開關分閘。
(4) F6氣體泄漏和含水量問題
由于客觀存在SF6氣體泄露問題，雖然泄漏率很低（國標要求年泄漏率在1%以內），但是國內許多開關廠不生產負荷開關，僅外購負荷開關進行組裝，也不具備檢測設備，因此設備質量無法監控。建議在SF6氣箱內裝設壓力表以便監視，并應保證在零壓情況下可以開斷負荷電流（允許開斷1次），在裝有SF6氣體設備的配電室應安裝低位通風設施。
(5)變壓器容量的限制
由于負荷開關操作大容量變壓器時，存在產生較大的轉移電流等因素，《北京地區電氣安裝規程》2.3．5條規定，變壓器容量為1250 kVA及以下的可以采用環網單元或帶熔斷器的負荷開關。
(6)操作機構和分勵脫扣線圈
負荷開關熔斷器組合電器，可安裝外部脫扣線圈，作用于負荷開關操作機構，在滿足所需條件時脫扣；如當滿足變壓器超溫條件時或柜內溫度過高時，啟動脫扣線圈跳開負荷開關。
(7)看門狗和短路故障指示器
在10kV客戶中大量使用負荷開關環網柜，節省了投資，但由于環網柜一般只裝設熔斷器保護，可實現相間短路保護，不能實現零序保護。由于一個客戶接地故障造成斷路器越級掉閘的事故占到lOkV事故約10%，為了迅速切斷故障，盡快恢復非故障線路供電，北京屯力公司研發了裝于客戶架空進線端的智能開關設備（俗稱看門狗FFK）。看門狗采用真空負荷開關串聯聯動隔離刀閘，箱體采用冷軋鋼板．內充SF6氣體作為絕緣介質，防護等級IP55。操做機構由控制器控制，控制器具備通訊功能，可將相關信息上傳至配網自動化系統。安裝于10kV架空線客戶進線端。
FFK功能：
①裝設在FFK裝置內的保護控制裝置判斷為客戶內部發生相間短路故障并造成變電站出線開關掉閘。FFK中的負荷開關應在變電站出線開關掉閘后、重合閘動作前自動掉閘，將故障自動隔離。
②裝設在FFK內的保護控制裝置判斷為客戶內部發生單相接地故障時，在lOkV系統不接地或經中性點經消弧線圈接地方式時，可直接跳開負荷開關。若10kV系統為中性點經低電阻接地方式時，應使負荷開關先于變電站出線開關掉閘，將故障點自動隔離。
③在任何情況下，FFK中的負荷開關均不允許在過電流情況下掉閘。
由于某一個客戶內部故障，造成接于同一線路的其他客戶停電的事件，時有發生；為迅速查找、隔離事故點，盡快恢復非故障線路的供電，簡便的方法之一是在客戶10kV受電環網柜加裝短路報警裝置。
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