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熔断器及10kV户外跌落式熔断器概述

添加时间:2018-03-12

  1、概述
  1.1概述
  熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时,以本身产生的热量使熔体熔断,断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后,以其自身产生的热量使熔体熔化,从而使电路断开;运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中,当电力系统由于过载引起电流超过某一数值、电气设备或线路发生短路事故时,熔断器应能在规定的时间内迅速动作,切断电源以起到保护设备、保证正常部分免遭短路事故的破坏,是电力系统中应用最普遍的保护器件之一。
  1.2工作原理
  熔断器串接在被保护电路中,当电路正常工作时,熔断器允许通过一定大小的电流其熔体不熔化;当电路发生短路或严重过载时,熔体中流过很大的故障电流,当电流产生的热量达到熔体的熔点时,熔体熔化,自动切断电路,从而达到保护目的。
  熔断器的工作过程可分为四个阶段:
  (1)熔体因过载或短路而加热到熔化温度;
  (2)熔体的熔化和气化;
  (3)触点之间的间隙击穿和产生电弧;
  (4)电弧熄灭、电路被断开。
  熔断器的开断能力决定于熄灭电弧能力的大小。熔体熔化时间的长短,取决于通过的电流的大小和熔体熔点的高低。
  1.3结构
  熔断器主要由熔体、熔管、填料、盖板、接线端、指示器和底座等组成。高压熔断器由金属熔体(熔丝)、触头、灭弧装置(熔管)、绝缘底座组成。
  (1)熔断体
  包括熔体,正常工作时起导通电路的作用,在故障情况下熔体将首先熔化,从而切断电路实现对其他设备的保护。
  熔断器熔体的熔断时间与熔体的材料和熔断电流的大小有关,熔断时间与电流的大小关系,称为熔断器的安秒特性,也称为熔断器的保护特性。
  (2)熔断器载熔件
  用于安装和拆御熔体,常采用触点的形式。
  (3)熔断器底座
  用于实现各导电部分的绝缘和固定。
  (4)熔管
  用于放置熔体,限制熔体电弧的燃烧范围,并可灭弧。
  (5)充填物
  一般采用固体石英砂,用于冷却和熄灭电弧。
  (6)熔断指示器
  用于反映熔体的状态,即完好或已熔断。
  1.4主要技术参数
  熔断器的技术参数应区分为熔断器(底座)的技术参数和熔体的技术参数。同一规格的熔断器底座可以装设不同规格的熔体,熔体的额定电流可以和熔断器的额定电流不同,但熔体的额定电流不得大于熔断器的额定电流。额定电流的表示形式为:熔断器底座的额定电流/熔体的额定电流。
  (1)额定电压
  长期能够承受的正常工作电压,即安装处电网额定电压。
  (2)额定电流
  壳体部分和载流部分允许通过的长期最大工作电流。
  (3)熔体的额定电流
  熔体允许长期通过而不会熔断的最大电流。
  (4)极限断路电流
  熔体器所能开断的最大短路电流。若被开断的电流大于此电流时,有可能导致熔断器损坏,或由于电弧不能熄灭而引起相间短路。
  1.5分类
  1.5.1 根据结构分
  1)敞开式熔断器
  敞开式熔断器结构简单,熔体完全暴露于空气中,由瓷柱作支撑,没有支座,适于低压户外使用。分断电流时在大气中产生较大的声光。
  2)半封闭式熔断器
  半封闭式熔断器的熔体装在瓷架上,插入两端带有金属插座的瓷盒中,适于低压户内使用。分断电流时,所产生的声光被瓷盒挡住。
  3)管式熔断器
  管式熔断器的熔体装在熔断体内。然后插在支座或直接连在电路上使用。熔断体是两端套有金属帽或带有触刀的完全密封的绝缘管。
  4)喷射式熔断器
  喷射式熔断器是将熔体装在由固体产气材料制成的绝缘管内。固体产气材料可采用电工反白纸板或有机玻璃材料等。当短路电流通过熔体时,熔体随即熔断产生电弧,高温电弧使固体产气材料迅速分解产生大量高压气体,从而将电离的气体带电弧在管子两端喷出,发出极大的声光,并在交流电流过零时熄灭电弧而分断电流。绝缘管通常是装在一个绝缘支架上,组成熔断器整体。有时绝缘管上端做成可活动式,在分断电流后随即脱开而跌落,此种喷射式熔断器俗称跌落式熔断器。一般适用于电压高于6千伏的户外场合。(本次主要讲解跌落式熔断器就属于喷射式熔断器)
  1.5.2 根据电压分
  熔断器根据使用电压可分为高压熔断器与低压熔断器。
  1.5.2.1 高压熔断器
  在高压电网中,高压熔断器可作为配电变压器和配电线路的过负荷与短路保护,也可作为电压互感器的短路保护。
  1)分类
  按照使用环境
  户内式和户外式。
  户内高压熔断器全部是限流型熔断器,其主要部分为熔管和熔体,熔管内配置有瓷柱,瓷柱上等间距绕有熔体,熔管的两端配置有压帽,其间填充有石英砂。 以RN1型为典型代表的设计序号为奇数系列的熔断器,用于3~35kV的电力线路和电气设备的过载和短路保护;以RN2型为代表的设计序号为偶数系列的熔断器,专门用于保护3~35kV的电压互感器,用于对高压电压互感器的过载及短路保护。
  注:10kV户外跌落式熔断器属户外式。
  按结构特点
  支柱式和跌落式
  注:10kV户外跌落式熔断器属户外式。
  按工作特性
  限流型和非限流型。
  一般户内高压熔断器都是限流型熔断器,户外非限流型熔断器。
  注:10kV户外跌落式熔断器属非限流型。
  2)型号及意义
  一般采用下面进行型号命名:
  其中:
  1)结构特征,以其汉语拼音首位大写字母表示:
  X—限流型,
  P—喷射式。
  2)产品名称,以熔断器汉字的第一大写字母表示:
  R—熔断器。
  3)安装场所,分别以户内、户外的汉语拼音首位大写字母表示:
  N—户内式;
  W—户外式。
  4)保护对象,一般不予标注,当产品具有专门保护对象时,则应加以标志:
  T—保护变压器用;
  M—保护电动机用;
  P—保护电压互感器用;
  C—保护电容器用。
  5)设计序号,以阿拉伯数字表示。
  6)额定电压,代表额定电压,kV。
  7)其他标志
  a),当产品重大改进后又不能构成开发性产品,但需要与原型号有所区别,用大写字母A、B、C......等表示;
  b),产品在同一品种下可与其他功能单元组合是,以功能单元汉语拼音首位大写字母表示,如F—带有负荷开断装置;B—带有避雷器。
  c),适用于特殊环境下的派生产品,可以用代号加括号表示,如(TH)—湿热带型;(TA)—干热带型;(G)—高海拔型;(W)—耐污型;
  注:以上产品规定的标志都属于第7位,当同时存在两位或者以上时,按以上a)、b)、c)顺序表示,若无以上标志要求时,不留空位。
  8)额定电流,代表额定电流,A。以同族熔断件系列最小至最大额定电流表示,有时用最多额定电流表示。
  9)开断电流,代表额定开断电流,kA。
  1.5.2.2 低压熔断器
  低压熔断器按结构形式可以分为螺旋式、插入式、管式、开敞式、半封闭式和封闭式等,许多时候他们是共存的 。
  a)螺旋式熔断器
  螺旋式熔断器有填料的封闭管式熔断器,具有分断能力高、有醒目的熔断指示和使用安全等优点,被广泛用于短路电流很大的电力网络或配电装置中。
  由瓷帽、熔管、瓷套以及瓷座等组成。
  特点:熔管内充满了石英砂填料,增强熔断器的灭弧能力。
  优点:体积小、灭弧能力强、有熔断指示和防振等,在配电及机电设备中大量使用。
  b)瓷插式熔断器
  瓷插式熔断器又名插入式熔断器,一般用于交流50Hz,额定电压380V,额定电流200A以下的线路中,作为电气设备的短路保护及一定程度上的过载保护之用。
  c)无填料封闭管式熔断器
  无填料封闭管式熔断器的熔管为绝缘耐温纸等材料压制而成,熔体多数采用铅锡、铅、锌和铅合金金属材料,熔断器规格有15~600A六个等级,各级都可以配入多种容量规范的熔体。
  d)有填料封闭管式熔断器
  由熔断体及底座组成,并配有熔断器操作手柄。
  常用有填料封闭管式熔断器为RT0型,其熔管由绝缘瓷制成,内填石英砂,以加速灭弧。熔体采用紫铜片,冲压成网状多根并联型式,上面熔焊锡桥,并有熔断信号装置,便于检查。熔断器规格有100-1000A五个等级,各级熔管均可配以多种容量的熔体,属于快速型熔断器。
  另外按有无填料有填充料式和无填充料式;按工作特性有限流作用和无限流作用;按熔体的更换易拆换式和不易拆换式。
  2、10kV户外跌落式高压熔断器
  2.1作用
  跌落式熔断器是高压熔断器中安装在10kV配电线路分支线和配电变压器最常用的一种短路保护开关。户外跌落式熔断器一般为非限流式。
  跌落式熔断器安装在10kV配电线路分支线上时,可缩小停电范围,因其有一个明显的断开点,具备了隔离开关的功能,给检修段线路和设备创造了一个安全作业环境,增加了检修人员的安全感。安装在配电变压器上时,可以作为配电变压器的主保护,所以,在10kV配电线路和配电变压器中得到了普及。
  其工作原理是熔丝穿过熔管,两端拧紧,正常时,靠熔丝的张力使熔管上动触头与上静触头可靠接触,当故障时,熔丝熔断,形成电弧,熔管内产生大量的气体,对电弧形成吹弧,使电弧拉长并熄灭,同时失去熔丝拉力,在重力作用下,熔丝管向下跌落,切断电路,形成明显的断开距离。
  一般10kV级RW3、RW4、RW7、RW10、RW11型等熔断器的结构基本相同;RW4、RW7和RW11等型在结构和性能上均与RW3型相似; 但RW11是防污型,适应于工业污秽区和沿海、盐湖地区。
  2.2结构
  跌落式熔断器由上下导电部分、熔丝管、绝缘部分和固定部分组成。熔丝管又包括:熔管、熔丝、管帽、操作环、上下动触头、短轴。
  熔丝材料一般为铜银合金,熔点高,并具有一定的机械强度。在熔管的上端还有一个释放压力帽,放置有一低熔点熔片。当开断大电流时,上端帽的薄熔片融化形成双端排气;当开断小电流时,上端帽的薄熔片不动作,形成单端排气。
  户外跌落式熔断器广泛应用于10kV架空配电线路的支线及用户进线处、35kVA以下容量的配电变压器一次侧以及电力电容器等设备作为过载或短路保护和进行系统、设备投、切操作之用。
  2.3技术参数
  跌落式熔断器主要技术参数有:额定电压,额定电流,额定开断电流、最小开断电流,额定雷电冲击耐受电压,额定1min工频耐受电压,爬电比距,能够开断负荷电流的水平等。
  熔丝的主要技术参数有:熔体的额定电流、材料和熔断特性曲线等。下列列举几种采用户外跌落式熔断器。
  2.4常用跌落式熔断器
  跌落式熔断器的形式很多,常用的有RW3-10型,RW4-10型,RW10-10F型,RW11-10型,PW12-100(200)/6.3,8,12等。
  RW10-10F型和RW11-10型是目前常用的两种普通型跌落式熔断器,如下图所示。
  两种型号各有特点,前者构造主要利用圈簧的弹力压紧触头,上端装有灭弧室和弧触头,具备带电操作分合的能力,而后者主要利用弹簧的弹力压紧触头,不能带负荷分合闸。
  两种型号跌落式熔断器的熔管及上下接触导电系统结构尺寸略有不同,为保证事故处理时熔管和熔丝的互换性,减少事故处理备件数量,一个维护区域宜固定使用一种型号跌落式熔断器。
  跌落式熔断器开断大电流的能力强,而开断小电流时燃弧时间则较长。它没有使电流强迫过零的能力,因此不起限流作用。而且其能承受的过电压倍数也比较低。跌落式熔断器的熔体结构有两端排气和分级排气式两种。分级排气式熔断器的断流能力比较大。
  跌落式熔断器也可分为单管式和双管式,双管式熔断器多为重合保险。
  常用熔丝额定电流有:3、5、7.5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200A等。
  2.5跌落式熔断器选择
  10kV跌落式熔断器适宜用于四周空气无导电粉尘、无腐蚀性气体及易烧、易爆等危险性环境,年度温差变比在±40℃以内的户外场所。其选择是按照额定电压和额定电流两项参数进行,也就是熔断器的额定电压必须与被保护设备(线路)的额定电压相匹配。熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流(一般熔体的额定电流可选为熔断器具的0.3~0.1倍),而熔断体的额定电流选择为100kVA及以下取2~3倍额定电流,100kVA以上取1.5~2倍额定电流。此外,应按被保护系统三相短路容量,对所选定的熔断器进行校核。保证被保护系统三相短路容量小于熔断器额定断流容量的上限,但必须大于额定断开容量的下限。
  2.6安装
  安装步骤
  (1) 安装时应将熔体拉紧(使熔体大约受到24.5N左右的拉力),否则容易引起触头发热。 (2) 熔断器安装在横担(构架)上应牢固可靠,不能有任何的晃动或摇晃现象。
  (3) 熔管应有向下25°±2°的倾角,以利熔体熔断时熔管能依靠自身重量迅速跌落。    (4) 熔断器应安装在离地面垂直距离不小于4m的横担(构架)上,若安装在配电变压器上方,应与配变的最外轮廓边界保持0.5m以上的水平距离,以防万一熔管掉落引发其他事故。
  (5) 熔管的长度应调整适中,要求合闸后鸭嘴舌头能扣住触头长度的三分之二以上,以免在运行中发生自行跌落的误动作,熔管亦不可顶死鸭嘴,以防止熔体熔断后熔管不能及时跌落。
  (6) 所使用的熔体必须是正规厂家的标准产品,并具有一定的机械强度,一般要求熔体最少能承受147N以上的拉力。
  (7) 10kV跌落式熔断器安装在户外,要求相间距离大于70cm。
  2.7操作
  一般情况下不允许带负荷操作跌落式熔断器,只允许其操作空载设备(线路)。但在农网10kV配电线路分支线和额定容量小于200kVA的配电变压器允许按下列要求带负荷操作:
  (1) 操作时由两人进行(一人监护,一人操作),但必须戴经试验合格的绝缘手套,穿绝缘靴、戴护目眼镜,使用电压等级相匹配的合格绝缘棒操作,在雷电或者大雨的气候下禁止操作。
  绝缘棒用以操作高压跌落式熔断器、单极隔离开关、柱上油断路器及装卸临时接地线等。
  (2) 在拉闸操作时,一般规定为先拉断中间相,再拉背风的边相,最后拉断迎风的边相。
  这是因为在实践中,通过对高压跌开式熔断器操作的不断总结,人们发现:三相负荷在开断第一相时,断口电压较低(约为1.5UP),产生电弧小;开断第二相时,断口电压较高(为 UP=UL),切断电路后往往出现强烈电弧,易使邻相短路;最后拉第三相时,因电路已无电流,也就不会产生电弧。由此看来拉第二相是确保安全的关键。所以配电变压器由三相运行改为两相运行,拉断中间相时所产生的电弧火花最小,不致造成相间短路。其次是拉断背风边相,因为中间相已被拉开,背风边相与迎风边相的距离增加了1倍,即使有过电压产生,造成相间短路的可能性也很校最后拉断迎风边相时,仅有配电变压器对地的电容电流,产生的电火花则很小 。
  (3) 合闸的时候先合迎风边相,再合背风边相。这是因为中间相未合上,相间距离较大,即使产生较大的电弧,造成相间短路的可能性也很小最后合上中间相,仅使配电变压器两相运行变为三相运行,其产生的电火花很小,不会发生异常问题。
  (4) 操作熔管是一项频繁的项目,注意不到便会造成触头烧伤引起接触不良,使触头过热,弹簧退火,促使触头接触更为不良,形成恶性循环。所以,拉、合熔管时要用力适度,合好后,要仔细检查鸭嘴舌头能紧紧扣住舌头长度三分之二以上,可用拉闸杆钩住上鸭嘴向下压几下,再轻轻试拉,检查是否合好。合闸时未能到位或未合牢靠,熔断器上静触头压力不足,极易造成触头烧伤或者熔管自行跌落。
  2.8运行维护
  (1) 为使熔断器能更可靠、安全的运行,除按规程要求严格地选择正规厂家生产的合格产品及配件(包括熔件等)外,在运行维护管理中应特别注意以下事项:
  ①熔断器具额定电流与熔体及负荷电流值是否匹配合适,若配合不当必须进行调整。
  ②熔断器的每次操作须仔细认真,不可粗心大意,特别是合闸操作,必须使动、静触头接触良好。
  ③熔管内必须使用标准熔体,禁止用铜丝铝丝代替熔体,更不准用铜丝、铝丝及铁丝将触头绑扎住使用。
  ④对新安装或更换的熔断器,要严格验收工序,必须满足规程质量要求,熔管安装角度达到25°左右的倾下角。
  ⑤熔体熔断后应更换新的同规格熔体,不可将熔断后的熔体联结起来再装入熔管继续使用。
  ⑥应定期对熔断器进行巡视,每月不少于一次夜间巡视,查看有无放电火花和接触不良现象,有放电,会伴有嘶嘶的响声,要尽早安排处理。
  (2) 在春检停电检修时应对熔断器做如下内容的检查:
  ①静、动触头接触是否吻合,紧密完好,有否烧伤痕迹。
  ②熔断器转动部位是否灵活,有否锈蚀、转动不灵等异常,零部件是否损坏、弹簧有否锈蚀。
  ③熔体本身有否受到损伤,经长期通电后有无发热伸长过多变得松弛无力。
  ④熔管经多次动作管内产气用消弧管是否烧伤及日晒雨淋后是否损伤变形、长度是否缩短。
  ⑤清扫绝缘子并检查有无损伤、裂纹或放电痕迹,拆开上、下引线后,用2500V摇表测试绝缘电阻应大于300MΩ。
  ⑥检查熔断器上下连接引线有无松动、放电、过热现象。
  对上述项目检查出的缺陷一定要认真检修处理。
  2.9故障分析
  2.9.1 原因分析
  熔丝不正常熔断熔丝熔断引起掉管,从理论上说是熔丝保护起到了作用。但是,从往年的统计图表中可明显地看出,不正常熔断有时间规律和气候规律,反映在每年的7~8月间,气温高、用电负荷大、配变负载上升快,熔丝熔断掉管故障集中多发。这说明了熔丝不正常熔断,其原因有:
  (1)熔丝容量与配变容量配置不当,达不到熔丝配置的技术标准。
  (2)熔丝的质量不过关,熔断特性比较差。
  熔丝轧断从往年的统计图表中还可看出,熔丝由于轧伤引起掉管没有特别的时间规律和气候规律,而从熔丝本体轧断的部位来分析,发现一是熔丝两端固定的螺栓处,二是熔丝在熔丝管两端的金属铸件转角处。熔丝轧断的原因有:
  (1)在拧紧螺栓时,熔丝末端随螺栓的转动而绕转断股。
  (2)由于熔丝管两端金属铸件转角处有凹凸锋利刃口,熔丝在固定上紧以后,经过一段时间运行,受机械力震动的影响,熔丝被割伤而断股。
  熔丝松脱熔丝在跌落式熔断器上使用时,长期处于受力状态。在更换熔丝时,如果上得过紧或过松,经过一段时间的运行之后,由于受到自然环境、机械震动和长时间受力等影响,就会使熔丝在过紧状态下拉出,或者熔丝较原先更换时拉长松脱,造成掉管故障。其原因有:
  (1)更换熔丝时,调整受力不适当。
  (2)熔丝松脱拉出,主要是指熔丝本体从与多股尾线的压接处拉出,此类问题属于厂家的产品质量问题。
  (3)跌落式熔断器运行年久,尤其是负荷长期较小的配变,熔丝管内有进水受潮而发生熔丝霉断的现象。
  2.9.2 装置性缺陷
  (1) 产品工艺粗糙,制造质量差,触头弹簧弹性不足,造成触头接触不良而产生火花过热。
  (2) 熔管转动轴制造的粗糙不灵活,使熔管角度达不到规程要求,尤其是配备的熔管尺寸多数达不到规程要求,熔管过长将鸭嘴顶死,造成熔体熔断后熔管不能迅速跌落,及时将电弧切断、熄灭,造成熔管烧毁或爆炸;熔管尺寸短,合闸困难,触头接触不良,产生电火花。广灵电业局"6.7"事故就属于此类原因,导致了工作人员心里急躁,闪念出用手握熔管合闸动态,发生触电身亡。
  (3) 熔断器额定断开容量小,其下限值小于被保护系统的三相短路容量。10kV户外跌落式熔断器分为三种型号,即50A、100A、200A。200A跌落式熔断器的遮断能力上限是200MVA,下限是20MVA。根据其遮断容量的能力,我们不难看出,短路故障时熔体熔断后不能及时灭弧,也容易使熔管烧毁或爆炸。
  (4) 有些新开关熔管尺寸与熔断器固定接触部分尺寸匹配不合适,极易松动,在运行中一旦遇到外力作用、振动或者大风天气,便会自行误动而跌落,不但减少了售电量,而且也很难保证供电可靠率指标。
  上述几方面缺陷的存在,不但增加了维护人员的工作量,而且也促使维护人员(尤其是农电工)的不正当使用,完全地失去跌落式熔断器应有的保护功能,在线路中发生短路只能将停电范围扩大,越级到变电所10kV出线总断路器跳闸,造成全线路停电。
  2.9.3 对策
  采购合格的产品。
  配置的熔丝容量应按有关规程规定选取:
  (1)变压器一次侧熔丝是作为变压器本身和二次侧出线故障的后备保护,与变电所出线开关继电保护的动作时间相配合,必须小于变电所出口断路器的开断时间,要求熔丝熔断而出口断路器不动作。变压器容量在100kV.A以下,其一次侧熔丝可按2~3倍额定电流选用;在100kV.A及以上的配变,其一次侧熔丝可按1.5~2倍额定电流选用。
  (2)分支线路干线熔丝主要作为过负荷保护,一般按分支线路最大负荷电流选择熔丝的额定电流,熔断时间应小于变电所出线开关电流保护装置的整定时间。
  (3)建立跌落式熔断器运行检修台账和制度,对运行时间已在5年以上的跌落式熔断器,应分批更换。
  (4)提高电工的技术素质和检修工艺。在安装或更换熔丝时,要使其受力适度,避免过松、过紧。
  (5)对熔丝管两端存在的铸件不平缺陷问题,生产厂家应进行“倒角”处理或作其他改进。

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