宋先彬

摘 要 影響低壓電氣裝置正常運(yùn)行的主要故障因素有：低壓電氣裝置設(shè)備以及配電線路常見過負(fù)荷、短路故障?？梢?，要使低壓電氣裝置以及配電線路安全可靠地運(yùn)行，就必須對應(yīng)設(shè)計(jì)相關(guān)的保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞 低壓 電氣 裝置 過負(fù)荷 短路 保護(hù) 措施

影響低壓電氣裝置正常運(yùn)行的主要故障因素有：低壓電氣裝置設(shè)備以及配電線路常見過負(fù)荷、短路故障?？梢?，要使低壓電氣裝置以及配電線路安全可靠地運(yùn)行，就必須對應(yīng)設(shè)計(jì)相關(guān)的保護(hù)措施。

一、低壓電氣裝置及配電線路過負(fù)荷保護(hù)

配電線路過負(fù)荷保護(hù)的目的，是保護(hù)電纜在允許的工作溫度下長期運(yùn)行，避免電纜因過負(fù)荷發(fā)熱，損壞絕緣性能，降低電纜使用壽命。電氣設(shè)備過負(fù)荷原因（以電力電容器為例），過負(fù)荷就是設(shè)備承受的負(fù)荷（功率）超過其額定值的現(xiàn)象。對于電氣設(shè)備，其特點(diǎn)之一就是過電流。

1.電氣設(shè)備過負(fù)荷原因。

（1）電容器在合閘投入電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的合閘涌流。一般限制為正常工作電流的6～8倍，頻率高，可以達(dá)到2.5 kHz～3 kHz。電壓波形畸變引起電容器過電流。電網(wǎng)中由于大功率可控硅整流器等非線性設(shè)備投運(yùn)及變壓器鐵芯的磁飽和等都會使電壓波形發(fā)生畸變。由于容抗與頻率的增加，諧波次數(shù)越高，對該次諧波表現(xiàn)出來的容抗越小，諧波電流就越大。當(dāng)電容與電源及線路阻抗、串接電抗器阻抗形成諧振時(shí)，可能出現(xiàn)對某次諧波電流的放大現(xiàn)象，使得流過電容器的電流大大超過額定電流。

（2）系統(tǒng)的參數(shù)會隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷狀況而變化。因此，在由并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器的系統(tǒng)中，要時(shí)刻注意避免諧波放大現(xiàn)象的發(fā)生。電容器運(yùn)行中關(guān)于過電流的規(guī)定：電容器在額定頻率和額定正弦波電壓下，其有效值電流不大于1.3倍額定電流。很多人將其理解為：總的電流有效值不大于1.3倍額定值。

2.電氣設(shè)備過負(fù)荷保護(hù)。

過負(fù)荷對電氣設(shè)備的影響主要是因?yàn)檫^高的溫升而降低電氣設(shè)備的使用壽命。因此，過負(fù)荷保護(hù)的原則，就是防止電氣設(shè)備過熱。保護(hù)根據(jù)原理的不同，可以分為三類：溫度保護(hù)；根據(jù)熱累積的原理動(dòng)作的保護(hù)；根據(jù)電流的大小來動(dòng)作的保護(hù)。

（1）溫度保護(hù)。溫度保護(hù)用于保護(hù)電機(jī)設(shè)備是隨國外引進(jìn)的設(shè)備進(jìn)入國內(nèi)的，其基本原理是：將溫度敏感元件粘在或者埋設(shè)在被保護(hù)設(shè)備的最熱部位，以此來實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的溫度。當(dāng)設(shè)備過熱時(shí)切除電源，以達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。這種保護(hù)方式，能夠較真實(shí)地反映設(shè)備溫度，作為過負(fù)荷保護(hù)原理上講是比較理想的。溫度保護(hù)按照采用的溫度敏感元件性質(zhì)的不同又分為兩類： 一是溫敏元件為開關(guān)特性，如雙金屬片，溫度達(dá)到一定程度，雙金屬片動(dòng)作，斷開設(shè)備電源。二是溫敏元件輸出為模擬信號，采用的溫度敏感元件有：熱敏電阻——由金屬氧化物、陶瓷半導(dǎo)體或炭化硅材料制成。PTC、NTC；熱電阻——由銅、鎳、鉑等金屬材料制成（如最常見的鉑電阻）；熱電偶；PN結(jié)。

優(yōu)點(diǎn)： 保護(hù)的原理最簡單、直接，能比較真實(shí)地反映設(shè)備溫度，在一定程度上可以反映短路故障。

缺點(diǎn)：一是準(zhǔn)確度的問題：設(shè)備在不同的工作條件下最熱點(diǎn)可能不一樣。有些設(shè)備的最熱點(diǎn)可能不適合安裝測溫元件。二是信號的傳輸問題：被保護(hù)設(shè)備多為高電壓、大電流設(shè)備，對弱電測量信號可能存在較強(qiáng)的干擾。在被保護(hù)設(shè)備故障時(shí)電壓電流異常，干擾可能更加嚴(yán)重。保護(hù)裝置的安裝位置可能與被保護(hù)設(shè)備距離較遠(yuǎn)，可能幾十米、上百米，這時(shí)就有弱信號的可靠傳輸與傳輸成本的問題。

（2）根據(jù)熱累積的原理。反映電流的熱效應(yīng)，電流產(chǎn)生的熱量達(dá)到一定時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。有兩類：熔斷器和熱繼電器。

熔斷器優(yōu)點(diǎn)：簡單、成本低。缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度低，溫升特性與被保護(hù)設(shè)備存在差異，保護(hù)動(dòng)作后需更換，較麻煩。

熱繼電器——電流流過繼電器中的發(fā)熱元件，元件發(fā)熱，使雙金屬片受熱動(dòng)作。其優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡單，價(jià)格低廉，使用方便，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的過載和斷相保護(hù)。不存在熔斷器那樣的更換問題。其缺點(diǎn)是：首先，同樣由于被保護(hù)設(shè)備（主要是電動(dòng)機(jī)）與熱繼電器不是一體的，溫升特性與被保護(hù)設(shè)備也存在差異。用熱繼電器很難反映不同型號和容量的電機(jī)的溫升；當(dāng)電機(jī)負(fù)荷變動(dòng)大時(shí)，保護(hù)的困難更多。其次，影響熱繼電器動(dòng)作的因素眾多，如環(huán)境溫度、安裝方向都會影響其動(dòng)作時(shí)間。再次，精度太低，同型誤差可達(dá)到20%。

（3）根據(jù)電流的大小來動(dòng)作的保護(hù)。首先，定時(shí)限：大于某一電流值（如過電流倍數(shù)大于或等于1.05），經(jīng)過過一定的延時(shí)后斷開。其次，階越時(shí)限：過負(fù)荷倍在[β1、β2]之間時(shí)允許時(shí)間為tr1，在大于β2時(shí)，允許時(shí)間為tr2。再次，反時(shí)限：保護(hù)的完全按照設(shè)備的過負(fù)荷特性曲線來設(shè)定動(dòng)作時(shí)間。另外，可變時(shí)限：用電流來模擬熱累積效應(yīng)，是反時(shí)限的一種。

二、低壓電氣配電線路的短路保護(hù)

1.低壓配電線路短路保護(hù)的裝設(shè)要求。所有的低壓配電線路都應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)裝置。短路保護(hù)裝置的裝設(shè)，應(yīng)保證線路末端發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作。短路保護(hù)裝置應(yīng)能避開線路中短時(shí)間過負(fù)荷的影響，如大容量異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)瞬間等，同時(shí)又能可靠地保護(hù)線路。低壓配電線路的短路保護(hù)，通常采用熔斷器或低壓斷路器來完成。

2.短路保護(hù)用熔斷器熔體電流的確定。當(dāng)采用電纜或穿管絕緣導(dǎo)線配電時(shí)，熔斷器熔體的額定電流應(yīng)小于或等于電纜或穿管絕緣導(dǎo)線允許載流量的2.5倍。當(dāng)采用明敷絕緣導(dǎo)線配電時(shí)，熔斷器熔體的額定電流應(yīng)小于或等于導(dǎo)線允許載流量的1.5倍，這是由于明敷絕緣導(dǎo)線的絕緣等級偏低，絕緣容易老化的緣故。當(dāng)熔斷器用來保護(hù)配電線路末端的短路事故時(shí)，熔斷器熔體的額定電流應(yīng)小于或等于線路末端發(fā)生單相接地短路或兩相短路時(shí)短路電流的1/4倍。

3.低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)。在低壓電網(wǎng)中運(yùn)行的變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)可以認(rèn)為變壓器的高壓側(cè)端電壓不變和低壓側(cè)短路電流不衰減。也就是說，變壓器高壓側(cè)電源可視為無窮大。理論上，變壓器低壓側(cè)的所有低壓元件，包括母線和電纜、電流互感器的一次線圈、斷路器和刀閘觸頭的接觸電阻等，對低壓短路電流都有影響，但為了簡化計(jì)算，使計(jì)算出的短路電流值又偏于安全，容許不考慮占回路總阻抗不超過10%的元件。低壓電網(wǎng)一般以三相短路電流為最大，并與中性點(diǎn)是否接地?zé)o關(guān)。在低壓電網(wǎng)中，一般不允許忽略電阻，因此短路電流非周期分量比高壓電網(wǎng)衰減快得多，故短路電流最大有效值及短路沖擊電流與周期分量比值一般不太大。

三、結(jié)束語

總而言之，低壓電氣裝置設(shè)備以及配電線路常見過負(fù)荷、短路故障，是影響低壓電氣裝置正常運(yùn)行的主要故障因素。因此，為了保護(hù)低壓電氣以及配電線路，在發(fā)生上述故障時(shí)應(yīng)及時(shí)切斷電源，確保人身和財(cái)產(chǎn)的安全，或使這類故障產(chǎn)生的危害最小化?；诖?，相關(guān)工作人員務(wù)必了解有關(guān)的保護(hù)原理和應(yīng)用必要的方法，以解除和減少故障帶來的危害和影響。

參考文獻(xiàn)

[1]侯文豹.630KVA變電站無功功率集中補(bǔ)償分組投切裝置的設(shè)計(jì)[J].企業(yè)文化（中旬刊），2012，（5）：108.