ABB研制的快速滅弧接地開(kāi)關(guān)

ABB研制的新型超快速接地開(kāi)關(guān)引言ABB的快速真空滅弧室和世界上最快速限流器(Is限流器）已運(yùn)行幾十年了，它由兩種技術(shù)組合而成，是一種可對(duì)中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行特快速保護(hù)的故障電弧保護(hù)裝置（圖1）。這種特快速開(kāi)斷裝置動(dòng)作時(shí)間很短，小于1.5ms，結(jié)合新的電子裝置可以保證立即熄滅所有故障電弧。從技術(shù)角度講，它明顯改善了系統(tǒng)的使用性能和額定電壓40.5KV，額定短時(shí)耐受電流（1s）63KA時(shí)操作人員的安全性?？梢詼p少停電時(shí)間和維修費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于故障、操作不當(dāng)或者運(yùn)行條件不正常等原因可能使開(kāi)關(guān)殼體內(nèi)部產(chǎn)生故障，有時(shí)引發(fā)故障電弧甚至造成危險(xiǎn)。這種情況下人員的安全性是最重要的，同時(shí)也要避免對(duì)系統(tǒng)造成損壞。ABB的新型故障電弧保護(hù)系統(tǒng)完全滿足上述兩項(xiàng)要求。該系統(tǒng)按照三相短路接地原理工作。通過(guò)該原理產(chǎn)生的低歐姆阻抗將故障電弧的故障電流同時(shí)轉(zhuǎn)換到超快速接地開(kāi)關(guān)上，并熄火電弧。新型超快速接地開(kāi)關(guān)（UFES）由三個(gè)U1型一次操作元件和一個(gè)QRU型電子監(jiān)控和脫扣單元（快速脫扣單元）組成。每個(gè)一次操作元件的尺寸類似，為高210mm,直徑135mm，其形狀和固定點(diǎn)類似于24KV絕緣支柱，并且包括一個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂固封的真空滅弧室兩部分。從絕緣角度看，每個(gè)真空滅弧室有兩個(gè)真空區(qū)間，被一個(gè)隔板分開(kāi)。位于地電位的一個(gè)觸頭頂端位于第一個(gè)真空區(qū)間內(nèi)并與操動(dòng)機(jī)構(gòu)的活塞固定連接。第二個(gè)真空區(qū)間包含位于高電位的靜觸頭。每個(gè)一次元件配置一個(gè)集成的超快速微型氣體發(fā)生器(SMGG），操作過(guò)程中驅(qū)動(dòng)活塞連接導(dǎo)電桿。這種SMGG在形式和功能上類似于汽車上氣囊的氣體發(fā)生器，見(jiàn)圖2。以快捷的模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的電子器件每相獨(dú)立．并且保證短時(shí)間內(nèi)的電流監(jiān)控和光控以及在極短時(shí)間內(nèi)的安全脫扣。圖2U1型超快速接地開(kāi)關(guān)的一次操作元件的截面圖和3D視圖假如在開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)發(fā)生內(nèi)部故障電弧，通過(guò)電子技術(shù)監(jiān)控到故障電流（通過(guò)電流互感器）和隔室內(nèi)的弧光（通過(guò)光傳感器）且?guī)缀跬瑫r(shí)監(jiān)控到氣體發(fā)生器。產(chǎn)生的氣體壓力推動(dòng)活塞進(jìn)入第一部分滅弧室。導(dǎo)電桿穿過(guò)隔板并且被靜觸頭固定且無(wú)振動(dòng)的鎖住。產(chǎn)生了穩(wěn)定的對(duì)地金屬短路，出現(xiàn)的故障電弧在首次識(shí)別后4ms內(nèi)被熄弧。整個(gè)過(guò)程中使活塞與地電位通過(guò)動(dòng)觸頭形成安全連接（圖3）。所有重要信息的處理QRU型電子器件提供3個(gè)用于持續(xù)監(jiān)控電流瞬時(shí)值的輸入端。作為識(shí)別故障電流判據(jù)的反應(yīng)值通過(guò)操作簡(jiǎn)單的元件匹配不同的保護(hù)要求，以小于1VA的輸入負(fù)載使得電流測(cè)量進(jìn)入現(xiàn)有的保護(hù)互感器的二次配線上，見(jiàn)表1.除了監(jiān)視電流外，還有9個(gè)供監(jiān)視的輸入端。故障電弧保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)通過(guò)電子器件單元上的IEC和一個(gè)T分段指示器指示（圖4）.作為接口，提供各種元件電位的觸頭，可用于以下目的：表1與下列原因相關(guān)的電子設(shè)備內(nèi)故障持續(xù)時(shí)間傳統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備=1\*GB3①故障電弧持續(xù)時(shí)間：200—300ms；=2\*GB3②通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)繼電器監(jiān)控；=3\*GB3③故障電弧通過(guò)饋電斷路器分閘；（2）可能引起的后果=1\*GB3①燃燒和爆炸的危險(xiǎn)；=2\*GB3②嚴(yán)重的人員傷害（取決于開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)）；（3）帶有附加裝置的快速保護(hù)繼電器（例如Ith限流器）=1\*GB3①故障電弧持續(xù)時(shí)間：50—100ms；=2\*GB3②通過(guò)專用的保護(hù)繼電器快速監(jiān)控；=3\*GB3③故障電弧的分閘通過(guò)饋電斷路器；（4）對(duì)于設(shè)備和人員限制的結(jié)果（取決于開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)）超快速接地開(kāi)關(guān)（UFES）=1\*GB3①故障電弧持續(xù)時(shí)間：≤4ms（木氣測(cè)后）；=2\*GB3②通過(guò)UFES電子元件（QRU）超速監(jiān)控；=3\*GB3③通過(guò)操作UFES一次元件故障電弧被快速熄滅；④故障電流的最終分閘通過(guò)饋電斷路器完成；（5）預(yù)期不損壞ABB真空滅弧室和Is限流器技術(shù)已新的方式為中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備提供了超快速故障電弧防護(hù)系統(tǒng)表2型號(hào)為U1的UFES一次操作元件標(biāo)準(zhǔn)IEC最大電特性（不同的基礎(chǔ)類型）額定電壓（有效值）KV40.5額定短時(shí)工頻耐受電壓（有效值）KV85/95額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）KV170/(200)額定頻率Hz50/60額定短時(shí)耐受電流（有效值）KA50/(63)額定峰值耐受電流KA170額定短路持續(xù)時(shí)間s3/(1)額定短路關(guān)合電流KA170機(jī)械特性尺寸（直徑和高度）mm-137*210操作時(shí)間ms＜1.6觸頭彈跳持續(xù)時(shí)間ms0壽命機(jī)械壽命操作次數(shù)1短路操作次數(shù)1儲(chǔ)存壽命年30微型氣體發(fā)生器年15該ABB系統(tǒng)對(duì)中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備提供一個(gè)有效的故障電弧保護(hù)，明顯的改善了系統(tǒng)的使用性能和人員的安全性除了電流監(jiān)視外還提供9個(gè)光輸入端故障防護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)在電子設(shè)備面板上的LED和一個(gè)7段顯示器顯示。作為其子單元，提供各種無(wú)電位的觸頭可供使用，如應(yīng)用于如下目的：將電子設(shè)備的狀態(tài)向控制臺(tái)傳輸。通過(guò)上一級(jí)斷路器分段故障電流。在直接脫扣后作為防止斷路器重合閘的連鎖裝置。在持續(xù)自檢控的范圍內(nèi)也考慮點(diǎn)火元件的功能。電子設(shè)備由此提供了一個(gè)試驗(yàn)?zāi)K，在這個(gè)模塊上模擬和檢驗(yàn)各自開(kāi)關(guān)設(shè)備的所有動(dòng)作判據(jù)。此時(shí)盡管顯示了相應(yīng)的脫扣，但未在SMGG上連接。與TVOC型光檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合后，可用一個(gè)電子裝置監(jiān)控54個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備隔室每個(gè)柜3個(gè)隔室。分別帶有9個(gè)光輸入端的TVOC擴(kuò)展性模塊可直接連接在現(xiàn)有的5個(gè)接口上。因?yàn)楣收想娀〉谋O(jiān)控是通過(guò)電子設(shè)備模塊來(lái)完成，那么至少18個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備的配電裝置室得到了有效的保護(hù)。因?yàn)榉謩e監(jiān)控開(kāi)關(guān)設(shè)備隔室，所以故障位置可被準(zhǔn)確鎖定。4.1全面的防護(hù)ABB系統(tǒng)為額定電壓至40.5KV，且額定短時(shí)電流至63KA（1s）而設(shè)計(jì)，提供一個(gè)有效的故障電弧防護(hù)，不僅可對(duì)現(xiàn)有老式的，也可對(duì)新式的故障電弧等級(jí)中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備提供特別的故障電弧保護(hù)。同時(shí)該系統(tǒng)有助于防止對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備和裝置的嚴(yán)重?fù)p壞以及避免直接對(duì)環(huán)境的破壞，因此在發(fā)生故障電弧的情況下，明顯改善了系統(tǒng)的可利用率和