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环网柜在小区配电中的应用探讨
发布时间：2013-03-19 11:18 来源：未知
近几年，随着人们对住宅的需求越来越大，住宅小区的建筑面积及占地面积也越来越大，小区内建筑的高度也多种多样，从多层、小高层到高层均有，从而对供电负荷的要求也不一致，有一级负荷也有二、三级负荷。小区用电的特点是负荷量大，负荷级别不一致及用电点分散，但高层的单幢建筑用电量又大，根据小区面积的大小，小区内可设开关站，（用户）配电所，甚至需设高压变电所。
1、配电开关柜的选择
根据《城市电力规划规范》，目前，城市配电网一般由变电所、开关站、用户（或公用）配电所组成，如果小区总用电量不超过开关站的转移容量的话，小区内仅设开关站和用户配电所，否则需设变电所。
通常小区的电源均从城市区域站引来，且距离均在0. 5km或几千米以上。距离越远，小区10kV进线侧三相短路电流越小，如果距离在0. 5km以上，经计算进线处三相短路电流可控制16kA左右。这就为环网柜的运用奠定了基础。
目前，住宅小区大型配电所用开关柜可分为二类：一类为断路器（主要以真空断路器为主）柜；另一类为负荷开关和熔断器组成的环网柜。
断路器柜一般用在供电系统、干线、枢纽变电所等分断要求高，有继电�；ひ蟮牡胤�。但价格昂贵。
环网柜主要用在用电系统，馈线及形成高压送电一变压器—低压配电的供电方式中，价格便宜。
在对变压器的�；ど�，熔断器显示出其较大的优点。实践证明，当变压器出现短路故障时，需在20ms内切除故障，方能保证变压器的安全。如采用断路器柜，断路器的全开断时间为：继电保护时间+固有分闸时间+然弧时间，这诸和往往在60ms以上，不能及时切除故障变压器，而熔断器切断短路电流只需十几个毫秒。
由于高压进入小区，深入负荷中心，并形成环网供电满足不同负荷级别的要求，环网柜的应用越来越多，在实际工程中发挥着巨大作用。
2、环网柜的分类及特点
从绝缘类型可分为空气绝缘负荷开关柜和SF6绝缘负荷开关柜。组成空气绝缘负荷开关柜的负荷开关有产气式、压气式和真空式。SF6绝缘负荷开关柜采用SF6作为负荷开关的绝缘气体，其耐压强度为空气的三倍，负荷开关一般为三工位（合、分、接地）分别完成开断、隔离和接地功能。不像断路器柜需要断路器、隔离开关和接地开关。负荷开关集三种功能于一体。并且负荷开关和熔断器组合可组成组合电器柜。
空气绝缘负荷开关柜的外形尺寸大。由于所用负荷开关目前主要有产气式、压气式和真空式。其中产气式（产气式负荷开关性能差，目前已停止使用）和压气式为一般型，而真空式为频繁操作型。一般型转移电流较小，真空型转移电流较大。可达到1500～3500A。如果变压器容量较大(1000～1600kVA)，频繁操作，特别转移电流较大时，宜选用真空型。变压器容量较小时(315—630kVA)，选一般型即可。
SF6绝缘负荷开关柜外形尺寸比空气绝缘负荷开关柜小得多，由于绝缘气体SF6不受外界环境影响，大大提高了设备运行的可靠性和安全性。10kV空气绝缘环网柜宽通常为800mm左右，而SF6绝缘环网柜柜宽仅为350mm。
SF6绝缘负荷开关柜的单元结构还可分为二类：一类为紧凑型，其尺寸小，几个供电单元构成一个气密整体。另一类为扩充式，每个方案单独成为气密单元，便于组合。
由于SF6绝缘负荷开关柜的尺寸小，主接线简单，免维护，在小区配电及商住楼等配电所的应用越来越广泛。为投资商节约了大量的商用面积，同时节约了投资，深受用户青睐。
3、负荷开关+熔断器组合电器的特点
环网柜的典型单元有进线单元、母线联络单元、计量单元、出线单元。对变压器或线路的�；ぶ饕沙鱿叩ピ瓿�。出线单元为由负荷开关和熔断器组成的组合电器。由于组合电器的结构简单，造价低，保护特性好，尤其是前述的对变压器�；さ挠诺�，使其得到广泛应用。
作为变压器（或线路）的主保护设备，组合电器必须具备开断正常工作电流、过负荷电流及开断短路电流的功能，才能使设备免受损害。
负荷开关正常工作时的开断可以手动或电动操作，故障时，由熔断器的撞击器分断，撞击器的动作珂有两种途径：一是电气脱扣方式，二是机械脱扣方式。电气脱扣指将撞击的动作改变成电信号由脱扣器装置使负荷开关分断，这一方式要求负荷开关具有分励脱扣器；机械方式就是将撞击器动作通过机械传动使负荷开关分闸。
目前，负荷开关+熔断器组合电器柜通常用负荷开关分断工作电流。熔断器开断短路电流，而熔断器最小开断电流与额定电流之间有一熔断器不能开断的过电流，常常被人忽视，此电流可以由负荷开关来分断。
4、负荷开关+熔断器组合电器的应用
4.1案例分析
笔者在某工程中用负荷开关+熔断器组合电器�；せ费跏髦墒奖溲蛊�。由于变压器匝间绝缘龟裂引起匝间短路，而将整个变压器烧毁，配电室内设备严重受损。幸亏值班人员及时发现，手动分断负荷开关才制止了故障的进一步扩大。笔者经现场勘察发现，故障原因是变压器绝缘层爆臌匝间短路。高压熔断器其中一相熔断，但由于熔断器安装错误，上下倒置，撞针无法撞击负荷开关，负荷开关没有分断，故障持续时间较长，其上级保护也没有动作，初步分析上级配电所由供电局设计安装，估计整定电流太大或灵敏度不满足要求，致使后备�；なВ斐刹抑厮鹗�，高压柜、母线及变压器重新更换。
吸取以上事故教训，我们可以进一步讨论负荷开关与熔断器如何更好的配合才可以实现�；さ耐暾浴�
4.2过流脱扣器的配置
在负荷开关+熔断器组合电器中除撞击器操作外，还有脱扣器操作，负荷开关的自动分断可以由分励脱扣器或过电流脱扣器来操作。我们把负荷开关脱扣器和熔断器的时间一电流特性的交点所对应的电流称作交接电流。过电流小于交接电流时，由脱扣器使负荷开关分断，切除故障电流，当过电流大于交接电流或短路时，由熔断器撞击器使负荷开关作无电流分断。
由分励脱扣器操作的负荷开关，呈定时限特性，可以由过流继电器或接地故障继电器操作，这种操作方式可以实现对负荷开关的自动分闸，环网单元的�？匾约凹痰绫；さ纳舷录杜浜系�。用脱扣器操作的好处是在熔断器熔断前切除故障电流。
由过流脱扣器操作的负荷开关，呈反时限�；ぬ匦裕ǔＳ辛街纸酉叻绞�，一是直接动作式，负荷开关的过流脱扣线圈直接与电流互感器二次侧连接。二是去分流反时限式，负荷开关的过电流脱扣线圈是通过反时限特性继电器接入。
对同一负荷开关来说，负荷开关的最小分闸时间加上外部继电器的最小动作时间是个定值。当配上不同电流的熔断器，与其时间一电流特性的交点，便可得出不同的最大交接电流。由熔断器的最小弧前时闻与负荷开关的最大开断时间再加外部继电器动作时间的交点便是最小交接电流。
一般来说，对同一组合电器柜，其交接电流大于转移电流。选用组合电器柜时应根据熔断器触发负荷开关的分闸时间（0. 04s或厂家提供）校验转移电流是否符合要求，实际应用时，实际转移电流小于负荷开关的额定转移电流，且小于变压器二次侧短路时反应在一次侧的故障电流，以保证熔断器可靠熔断，否则负荷开关可能分断失败，产生爆炸。
5、实例计算
下面举例计算说明此问题，某小区用户配电所，高压lOkV电源从lkm外开关站通过电缆引来，开关站断路器额定开断电流31.5kA。用户配电所变压器容量为500kVA，Ud =4%，经计算用户配电所10kV侧最大短路电流为I5. 8kA。初步选用XGN15 -12型环网柜中的组合电器柜对变压器进行保护。内配SF6负荷开关，额定电流630A．额定转移电流1700A，配电动操作机构，生产厂还可提供组合式过电流与接地故障�；ぜ痰缙�，对变压器进行全方位�；�。熔断器选用XRNTl -10型限流熔断器，熔丝额定电流50A。
①变压器lOkV侧额定电流Ie= 500/10*1.732=29A
②变压器低压侧短路时lOkV侧电流
Id= 500/1.732-×10X4%= 721A
③变压器允许过负荷电流（过载1.5倍）分接位置-5%
^= 29×1.5×1.05= 46A
④变压器合闸(0.18)冲击励磁涌流
11=29 x12：348A
5.1转移电流的检验
熔断器触发负荷开关的分闸时间为0. 04s，查熔断器时间一电流曲线可知，运行中实际转移电流只有600A，小于额定转移电流1700A。可见所选用组合电器柜能满足要求。
5.2 由熔断器脱扣的组合电器
①变压器0. Is励磁涌流为I1=348A。查熔断器时间一电流曲线可知0.Is时可承受电流为460A。
②查熔断器时间一电流曲线，4倍熔丝电流时，起弧时间不大于lOs，熔断器起弧使负荷开关分断。
③变压器二次侧短路时一次侧电流为721A。如熔断器触发负荷开关分断时间为0.04s，查时间一电流曲线，实际转移电流为600A，熔断器能可靠熔断。
5.3 由分励脱扣器操作的组合电器
干式变压器60%过载时，允许运行5分钟，当I50%、200%过载时，允许运行时间应小于2分钟或1分钟以下。
为使熔断器在最小弧前电流及时间前切断电流并留一定裕度而不使熔断器损坏，必须让过电流继电器在2.5 ~3倍熔丝额定电流时动作，使负荷开关分断，因此采用反时限加速断�；け溲蛊鞲侠怼�
根据变压器过载曲线，过电流脱扣器可以整定如下：2倍额定电流时，20s动作；6倍时．0.5s动作；10倍时，0.5s动作。
①查50A熔丝时间一电流曲线，励磁通流348A时，持续时间为0.48，大于0.18。
（3倍额定电流时，I=29 x3= 87A
查电流为87A时，熔断器时间一电流曲线可知，熔断器弧前时间为1000s。电流互感器二次电流为87/( 40/5)=10. 9A
lO．9/5=2.2
查电流继电器( GL -ll)动作特性，起动电流倍数为2.2时，动作时间小于lOs。
（6倍额定电流时1=29 x6 =174A
查时间一电流曲线可知电流为174A时，熔断器弧前时间为20s。
此时，电流互感器二次电流：174/( 40/5)= 21. 8A，
电流继电器的过载倍数：21. 8/5=4.4
查表此时动作时间小于0.5s。
④10倍额定电流时：110= 29×10= 290A
查时间一电流曲线可知290A时，熔断器弧前时间为Is。
此时，电流互感器二次电流：290/( 40/5)=36. 3A
电流继电器的过载倍数：36. 3/5=7.3
查表此时电流继电器动作时间小于0. 5s。
⑤负荷开关分闸时间0. 03s，外部继电器动作时间0.02s，共为0.05s。查时间一电流曲线最大交接电流为550A。变压器二次侧短路时，一次侧电流为721A。此值大于交接电流，由熔断器熔断，时间为0.02s。
6、结论
环网柜（包括组合电器柜）的应用越来越多，但要充分发挥其配电、�；すδ�，还需设计、安装、检修人员加倍细心。认真检验系统中的主要数据，安装时要严格按照要求安装，避免出现不必要的损失，同时要与上级供电部门配合做好后备保护的设置。
在重要配电环节，建议采用具有分励脱扣的组合电器（有些厂家配套完整的控制继电器），这样可以不以熔断器的损坏为代价来分断负荷开关，同时充分利用了额定电流下负荷开关的分断能力，并可进行接地故障分断。
环网柜以其结线简单，安装方便，设计选型方便而备受大家欢迎．但不能就此而掉以轻心。本文以一次事故来探讨环网柜的应用、校验、安装等问题。只是引起大家注意。不妥之处，请大家指正。
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