三、選擇西門子3AH系列真空斷路器主要特點(diǎn)
3AH系列真空斷路器是西門子公司90年代中期推向全球市場(chǎng)的新型產(chǎn)品。它以原有3AF真空斷路器 （機(jī)電壽命30，000次）為原形，在其基礎(chǔ)上采用了新型的真空滅弧室（截流值標(biāo)準(zhǔn)從5A控制到了3A以內(nèi)為重要特征之一），并且對(duì)原彈簧操作機(jī)構(gòu)作了進(jìn)一步精簡(jiǎn)，提高了零部件配合加工和配合精度以及采用了新型的耐磨損材料。保留了其一貫動(dòng)作可靠的特點(diǎn)，并且首先在全球?qū)φ婵諗嗦菲魈岢隽嗣饩S護(hù)概念。免維護(hù)概念的倡導(dǎo)是西門子公司作為在中壓開關(guān)領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者的一個(gè)重要標(biāo)志，其主要特點(diǎn)如下：
1、世界領(lǐng)先的截流值水平<3A
對(duì)于真空斷路器而言，截流值是體現(xiàn)其性能水平的重要標(biāo)志之一。它直接影響真空斷路器對(duì)于開斷小電感電流負(fù)載的過電壓水平 （截流過電壓U=k*I*rootL/C，其中k為衰減系數(shù)，rootL/C為系統(tǒng)波阻抗， I為截流值，前面兩項(xiàng)參數(shù)由系統(tǒng)本身所決定，而截流值I則取決于不同制造水平的真空斷路器）。西門子承諾在切合空載變壓器等小電感電流負(fù)荷情況下，過電壓倍數(shù)可限制在2.5p.u以下，從而保證不會(huì)產(chǎn)生危害其他電氣設(shè)備的危險(xiǎn)過電壓。
2.可滿足極高的RRRV
斷路器用以開斷短路電流時(shí)，開斷過程中出現(xiàn)的電弧可能在交流電流過零時(shí)自然熄滅。電弧形成后，電弧放電就會(huì)使斷口間的介子快速活躍，在電弧熄滅后，斷口之間的絕緣不會(huì)立即恢復(fù)。當(dāng)斷口恢復(fù)電壓高于介質(zhì)強(qiáng)度時(shí)，電弧就會(huì)復(fù)燃。電流過零后斷口絕緣性能即介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)，以及在斷口兩端出現(xiàn)的外施電壓即恢復(fù)電壓是影響斷路器開斷性能的兩個(gè)重要因素。
由于在短路過程中，電路一般為電感電阻性的，只有電流恢復(fù)到零時(shí)電源電壓全部加在觸頭（弧隙）兩端，弧隙上的電壓恢復(fù)過程將是由電弧電壓上升到電源電壓的這樣一個(gè)過渡過程。在實(shí)際電路中，弧隙間總有電容的存在，弧隙電壓不可能突變，電壓恢復(fù)過程將是是帶有周期性的振蕩過程。電壓恢復(fù)過程中，首先出現(xiàn)在弧隙兩端的是具有瞬態(tài)特性的電壓，稱為瞬態(tài)恢復(fù)電壓。瞬態(tài)恢復(fù)電壓存在的時(shí)間很短，通常為幾十微秒至幾毫秒。瞬態(tài)恢復(fù)電壓消失后，弧隙兩端出現(xiàn)的是由工頻電源決定的電壓，即工頻恢復(fù)電壓。從滅弧角度看，瞬態(tài)恢復(fù)電壓具有決定性的意義。其電壓變化取決于工頻恢復(fù)電壓小；電路中電感，電容和電阻的數(shù)值以及它們的分布情況；斷路器的電弧特性，即斷路器弧后的斷口電阻；瞬態(tài)恢復(fù)電壓中含有高頻振蕩，其振蕩頻率取決于線路電感及電源側(cè)對(duì)地電容，其電壓幅值最大可達(dá)工頻恢復(fù)電壓的1.4～1.5倍，即所謂的振幅系數(shù)。當(dāng)斷路器開斷三相接地故障時(shí)，還必須考慮首開相系數(shù)的影響，通常情況下，取首開相系數(shù)為1.5。因此額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）計(jì)算如下：
Uc=1.5×1.5×（root2/root3）×Ur；
1.5------振幅系數(shù)
1.5-----首開相系數(shù)
Ur-----斷路器額定電壓
瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率 （RRRV）同樣具有重要意義，當(dāng)介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度低于瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升速率時(shí)，斷路器斷口就會(huì)發(fā)生復(fù)燃。尤其在發(fā)電機(jī)出口短路等場(chǎng)合開斷時(shí)，RRRV值可達(dá)4.0kV/us，若此時(shí)斷路器斷口介質(zhì)恢復(fù)不能滿足RRRV的要求，斷路器就有可能發(fā)生高頻重燃，以致產(chǎn)生危害極大的高頻重燃過電壓。額定電壓一定時(shí)，RRRV值取決于系統(tǒng)固有振蕩頻率。
3.可滿足對(duì)于直流分量的要求
在開斷電流周期分量相等的情況下，非周期分量 （直流分量）的存在，雖然有可能提高觸頭分離瞬間的短路電流瞬間值，但它在某種程度上卻有利于的開斷。這是因?yàn)椋?dāng)短路電流中存在非周期分量時(shí)，不管是電弧在大半波過零或小半波過零時(shí)熄滅，斷口所受的瞬態(tài)工頻恢復(fù)電壓均比無(wú)周期分量時(shí)要小。
根據(jù)短路電流波形，短路電流的最大值將在短路發(fā)生后半波時(shí)出現(xiàn)，當(dāng)f=50Hz時(shí)，其值為0.01秒，可得沖擊電流計(jì)算式為：
Ipeak=root2×（1+e-t/τ）ISC=2.74ISC
其中時(shí)間常數(shù)τ=X/Rω=150ms
由以上方程式可得，三相短路電流的全電流取決于周期分量以及非周期分量， 其中非周期分量又取決于觸頭分離時(shí)刻以及時(shí)間常數(shù)τ。因此，
1.西門子3AH3型真空斷路器斷在開斷系統(tǒng)源側(cè)額定短路電流時(shí)，直流分量高達(dá)75%以上，同樣在開斷發(fā)電機(jī)源側(cè)額定短路電流時(shí)，直流分量高達(dá)130%以上，完全能滿足此類應(yīng)用場(chǎng)合的要求。
2.極高的額定短路開斷次數(shù)
西門子3AH3型真空斷路器在開斷額定短路電流72kA時(shí)，開斷次數(shù)達(dá)20次；開斷額定短路電流63kA時(shí)，開斷次數(shù)達(dá)30次；開斷額定短路電流50kA時(shí)，開斷次數(shù)達(dá)50次；所有斷路器機(jī)電壽命均為10，000次。
綜上所述，作為及其重要的發(fā)電機(jī)出口場(chǎng)合，產(chǎn)品選型必須極其謹(jǐn)慎，否則，一旦出現(xiàn)機(jī)組停機(jī)現(xiàn)象，損失將不可估量。西門子真空斷路器以其卓越的性能，能夠完全勝任其應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]穆建軍.中小型水輪發(fā)電機(jī)斷路器的選擇分析.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2003年第11期。
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