新一代H8A高性能万能式断路器
摘要:文章介绍了H8A系列万能式断路器高分断性能,新型智能化达到全电流保护,第四代万能式断路器。
1 前言
随着对配电系统运行的可靠性和安全性的要求越来越高,现代低压配电系统对短路故障限制范围,越级跳闸或上下级同时跳闸,配电系统实现选择性保护的时间提出了更高的要求,以往的万能式断路器的局部选择性保护已经无法达到这个要求,由此环宇集团有限公司开发了H8A万能式断路器,实现了Icw=Ics=Icu,在选择性保护方面达到了全电流选择性保护,防止越级跳闸或上下级同时跳闸,并大大缩短了配电系统实现选择性保护的时间。
2 性能特点
H8A系列智能型万能式断路器具有分断能力高和短时耐受电流高,电动稳定性和热稳定性等特点。可大幅度提高短时耐受电流Icw,目前新一代万能式断路器三分断指标一致相等。H8A-2500达到了Icw=Ics=Icu=80kA,H8A-4000达到了Icw=Ics=Icu=100kA。在短时耐受电流及其延时时间内,不会因相间产生的电动力而发生机械损伤,也不会因极大热效应的提高破坏零部件的绝缘性能,为低压配电系统实现选择性保护提供了有利条件,能满足电力系统全电流选择性保护的需要。
3 创新设计
(1)采用自主开发的灭弧室(见图1)利用了吹弧和短弧原理灭弧,在灭弧室内壁增加了产气材料并对金属灭弧栅进行改进,在电弧产生的瞬间伴随着大量的气体产生,直接把长弧吹进金属栅片组进行分割灭弧,上部三层隔离板使灭弧室实现了零飞弧。
新型灭弧室大大缩短了燃弧时间经过验证H8A-2500在80kA下的燃弧时间为4.76ms(见图2)。在极短的时间内灭弧对触头进行了有效的保护,免受电弧高能量的破坏。
(2)在触头系统方面的改进
1)采用新颖的AgW与AgNi的动静触点配对,触头耐电弧,接触电阻稳定,使触头分断短路电流后不致过分发热而引起温升过高。
2)采用直径为0.04mm铜线软连接,具有良好的机械性能,减少了动触头运动过程中的阻力,提高分断速度和分断指标。
3)特定设计的多片导电片并联连接的动触头具有分流、电动力补偿作用,可降低进出端接触电阻,减小短路电流形成的电动斥力,提高短时耐受电流的能力。触头间产生的电动斥力与通过触头的电流平方成正比,即F斥=kI2,后为结构系数。如分断100kA的短路电流,若用一片,F斥=K(100000)2N;若分成10组,每组上的F床=k(100000/10)2N.计算对比分成10组触头的电动斥力减少了100倍。
H8A-2500采用了12片触头(见图3),Icw=Ics= Icu=80kA.即每组电流i=80/12≈6.7kA.峰值系数取2.2,i=6.7×2.2=14.7kA,考虑电流分布不平衡系数为1.3,因此i=14.7×1.3=19.1kA.这时触头间产生电动斥力F为:
F=(i)2ln(S1/S2)×10-7
式中:F为触头间产生的电动斥力(N);i为电流(A);S1为全面积(mm2);是为有效接触面积(mm2),为全面积的85%.
F=(19100)2ln(S1/S2)×10-7=59.2N
动静触头在短路电流时的斥力,水平与垂直动静触头回路的斥开系数为1.3,即总斥力为F=59.2N×1.3=76.96N.设计上动触头采用上下两根,即每根弹簧只要满足F弹≥76.96/2=38.48N,所以P2=39即可满足点斥力80kA的要求。由于电斥力的作用力减小给我们解决温升,因而机构力提供较大设计空间。
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