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浅谈低压断路器失压脱扣装置的使用


2021年3月27日,XX配电室因外线断电,导致整栋大楼停电,需重新倒闸送电操作,该配电室为壹电电力服务有限公司长期服务的对象,在接到用户的抢修需求后,我司工程师第一时间赶到现场,为用户提供倒闸送电服务,并分析断电原因。在现场倒闸操作时,我司工程师发现了,该配电室内的低压柜402框架断路器的失压线圈脱扣功能不动作,外线停电时,开关并未自主分闸;当外线来电时,高压904开关合闸时,其实是属于带载操作,不符合倒闸操作的工序流程,可能会对配电设备运行产生危害。本期咱们浅谈配电室低压柜框架式断路器失压(欠压)线圈脱扣功能不动作的危害及处置。

 

一、失压线圈定义

低压断路器也称自动开关、自动空气开关,在交流(直流)电压1.2(1.5)kV及以下电路中能自动接通、承载和分断正常条件下的电流,也能在所规定的非正常电路条件下(如过载、过流、失压、欠压等)自动接通,承载和分断电流。

失压(欠压)脱扣功能是指低压断路器本体自带有的一项重要保护功能,由与其同体安装的欠压脱扣器实现。国标GB14048.1-2000《低压开关设备和控制设备 总则》规定欠压脱扣器的动作范围为额定电压的35%-70%,零电压(失压)脱扣动作电压在额定的35%-110%。失压脱扣器安装在低压断路器内,脱扣器与衔铁相连的拉杆和断路器的脱扣杆之间留有一定的间隙。其工作原理为:当线路电压正常(80%-110%额定电压)时,欠压脱扣器的衔铁被其铁芯吸住,断路器处于运行(合闸)状态;当线路电压降到70%的额定电压以下时,欠压脱扣器的铁芯电磁吸力减小(吸不住衔铁),衔铁脱开并带动拉杆撞击断路器的脱扣杆,使断路器分闸。

欠压脱扣器作为受电网在欠压或者失压的状态下的保护,体现在当受电网出现失压时,欠压脱扣器降瞬动或者经一定时间的延时后使断路器跳闸,断开电源以保护线路、电缆、用电设备。当受电网出现失压时,防止电网恢复供电对电气设备产生冲击,欠压脱扣器也会使断路器跳闸。

二、低压断路器欠压(失压)脱扣功能使用现状

电力系统不可避免的存在瞬时电压波动、闪变、瞬时断电,例如冲击负载、大型电动机直接启动、供电系统短路故障、雷电等原因就有可能引起低电压闪变,因此造成了有些用户配电系统0.4kV低压侧带有失压(欠压)脱扣器的低压断路器出现跳闸事故。

另外,线路故障跳闸、限电、检修等情况下,0.4kV低压侧断路器也可能因欠压(失压)脱扣器失压而跳闸。当线路恢复供电时,必须由专业电工对低压断路器进行合闸操作。

以上两种现象,一是电压短时波动、闪变引起低压断路器跳闸造成用户突然断电;二是因线路检修或者故障等原因引起的。

三、欠压(失压)脱扣器取消或者不动作的危害

在配电网中低压断路器的工作位置是在供电设备和受电设备的连接处,我国低压供电电压为400V,受电电压为380V,功能上看失压(欠压)脱扣器的监测受电网电压的。低压断路器取消失压(欠压)脱扣器或者脱扣器不动作了,当受电网处于欠压或失压状态时,低压断路器将不会进行跳闸保护动作,虽然这样用户不会因电压波动带来的低压断路器跳闸而断电,但是这样的做法会对电网安全经济运行、用户负荷设备、国民经济生产带来不一样的程度损害。

①、对电网安全经济运行带来的影响:

受电网失压(欠压)后,由于用户取消失压(欠压)脱扣器功能或者脱扣器功能不动作,在线路故障跳闸、限电、检修等情况下低压断路器将保持闭合状态。如果电网恢复供电,一方面由于操作过电压和冲击等原因,会造成瞬间的电压质量变化,对用户设备造成严重的威胁甚至损坏;另一方面,由于所有的线路的低压断路器都保持着闭合状态,所有的用户设备将同时启动,启动电流大,可能引起线路瞬时过载,对电网安全运行极为不利。

另外,国标GB 50052-95《供配电系统设计规范》规定,中断供电将造成人身伤亡的、重大政治影响的、重大经济损失的一级负荷及部分二级负荷的,必须配备备用电源。对于这一类型的用户,如果取消失压(欠压)脱扣器的或者脱扣器功能不动作的,在电网故障断电时,用户侧断路器将不会跳闸,而此时备用电源切换投入供电,将有可能产生电流倒灌的情况,存在着危害电网及人身安全。

电网欠压运行,对电网的安全和经济运行都极为不利。在安全方面,运行电压过低(低于额定电压70%)时,将可能导致电网无功功率缺额增大与电压进一步下降的恶行循环,严重时可能导致配电网系统崩溃,从而造成大面积停电事故;另外额定负载运行时的变压器的有功损耗是其空载损耗的几倍甚至几十倍,因此当传输功率较大时,欠电压运行将导致变压器过电流,并可能因此损坏变压器,进而危及电网安全运行。在经济方面,配电网传输的功率不变(负载没变化)时,欠电压意味着过电流,而电流越大配网损耗(线路损耗、变压器损耗等与电流平方成正比)就越大。

②、对用户负荷设备带来的影响:

电网用户侧负荷主要有交流电动机及家用电器设备,且交流电动机占负荷的很大比例。国标GB50055-9《通用用电设备配电设计规范》第2.4.10条指出,交流电动机的低电压保护应符合下列规定:低电压保护器件宜采用低压断路器的欠压脱扣器或接触器的电磁线圈,即如果用户有使用交流电动机,宜安装欠压脱扣器。

如果用户侧低压断路器取消失压(欠压)脱扣器功能或者脱扣器功能不动作时,则当欠电压严重时(低于70%额定电压),低压断路器将不会跳闸,从而致使相关用户的用电设备处于欠压运行状态,这将产生许多不良后果,尤其是电动机。由于电动机的最大转矩和运行电压的平方成正比,因此它的最大转矩将随着电网电压的下降而急剧下降。当最大转矩下降到临界转矩时(即正好与负载阻尼转矩相平衡的转矩),电压再有下降,电动机就可能发生疲倒、堵转等情况,致使其工作电流急剧上升并达到甚至超过额定电流,最终可能因为电流过大而烧毁绕组,引起短路。另外,三相异步电动机端电压降低时,其定子和转子电流将增大,若长期处于低电压运行,势必加速其绝缘老化,从而缩短使用寿命。

③、对国民经济生产带来的影响:

随着生产力的进步发展,生产或使用电子设备的高新技术企业的不断增加,对电压质量的要求也越来越高。如一些机床用的控制电器,如交流接触器等,在电压降低时,会导致电磁吸力不够,从而使操作控制失灵,并使电触头严重烧坏或产生熔焊,甚至引起电气火灾。对于生产半导体或电子产品的企业,对电压波动非常敏感,当电压低于额定电压一段时间,将导致产品次品率明显增加,甚至发生生产停顿。再如医院,医院的手术医疗设备,当发生欠压而造成设备不能正常工作时,将带来严重的后果。

四、针对欠压(失压)脱扣器的解决处置

针对上述问题,一、建议采用延时欠压脱扣器加以解决。其工作原理为在低压断路器开始工作时,电源通过欠压延时装置对欠压脱扣器充电,使其保持吸合并监视电网状态,当电网电压处于额定电压的35%-70%或瞬时断电时,电源无法提供足够的电压保持欠压脱扣器吸合状态,此时欠压脱扣装置释放储备的电源,对欠压脱扣器供电,使其延时动作;二、针对欠压(失压)脱扣器已损坏,功能不动作的,建议更换欠压(失压)脱扣器,让断路器保持有保护状态,即可保障供电的靠靠性,还能提高配电设备的使用寿命。