低压配电学习资料.ppt

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1、信息网络时代的低压 配送电系统(V1.0),艾默生网络能源公司 高级技术顾问 李成章 010-63902043; 13911206566 E-mail: ,信息网络时代的低压配送电系统,目 录 (一) 信息网络时代低压配送电系统 (二) 断路器开关的基本特性 (1) 断路器开关的分类 (2) 断路器开关的基本参数 (3) 断路器开关的保护功能 (4) 断路器开关的选择性保护 （三）输入自动切换开关(ATS) （四）输出自动切换开关(LTM),(一) 信息网络时代低压配送电系统,(一) 信息网络时代低压配送电系统,信息网络时代的低压配送电系统应确保向用户的信息网络设备、通信设备及生产自动化设备等

2、关键负载提供连续、“洁净”的UPS逆变器电源,以便确保用户设备和供电系统能安全、高效、可靠地运行。,为确保用户能高效、可靠和安全地在信息网络上分享/交换信息资源（数据，语音和图形等)。UPS供电系统应为信息网络能获得高速和可靠的运行特性,创造优良的电源运行环境： 高可靠性:能否提供365天*24小时的高品质UPS“逆变器电源”是能否消除”网络瘫痪”故障隐患的关键因素之一 不允许UPS进入由市电经“交流旁路供电”的工作状态(交流旁路和维修旁路) ( 0.02秒(20毫秒)的“瞬间供电中断“会造成网络瘫痪);,(一) 信息网络时代低压配送电系统,图：UPS电源的 低压配电系统,(一) 信息网络时代

3、低压配送电系统,信息网络时代UPS供电系统的低压配送电系统,(一) 信息网络时代低压配送电系统,低压配送电系统是利用各种自动/手动切换开关、断路器开关、接触器、熔断器、电力电缆、控制电缆等“能源分配/传送器件”将来自市电电网、备用发电机、UPS电源的能源,以便高效、合理的方式提供给各用电设备。为此它应具有如下特性: 高效、合理地向各“用电设备”提供所需的工作电流/功率; 为各“用电设备”和供电线路提供完善的保护功能.当因故发生“短路”/严重故障时,能及时、准确地将有“故障”的部件,从配送电系统中隔离出来; 确保供电“不中断”,并达到用户设备所需的可靠性指标; 对关键负载提供纯净的正弦波电源、供

4、电系统的零线对地线的电位尽可能地低(典型值小于1伏); 合理的接地系统设计及布线施工,以确保位于同一IT网络中的各种网络设备之间的“地电位”尽可能地相同. 配置有“有效、可靠”的监控和报警调控功能; 具有安全、便捷的“可维护性”及优异的现场“可兼容性”; 价格便直.,(一) 信息网络时代低压配送电系统,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(1) 断路器开关的分类: 按额定工作电流: * 框架式断路器开关:800-6300A; * 塑壳式断路器开关:100-2000A; * 微型断路器开关: 4-63A; 按保护功能: * 选择性保护型断路器开关(B级开关):短时耐受故障

5、电流(Icw)与断路器开关的动作时间呈“反时限”特性(t=K/I2); * 限流保护型断路器开关(A级开关):短时耐受故障电流(Icw)被限制在较小的电流下,断路器开关的动作时间较短; * 负载隔离开关(无过流/短路保护功能);,(二) 断路器开关的基本特性,(1) 断路器开关的分类: ( C ) 按安装方式: * 固定式断路器开关: 6-6300A; * 插入式断路器开关: 6-400A(ABB)/100A-630A (Schneider); 可拨出/快速更换断路器;当它处于“合闸”状态时,抽出或插入会使断路器自动脱扣(Schneider).有特殊的闭锁装置,可防止在断路器触头闭合时,拨出断

6、路器(ABB). * 抽屉式断路器开关: 160-6300A(ABB)/100A-6300A (Schneider); 带抽拨操作手柄,便于故障检修/日常维护保养操作,互换性好,但散热性较差,一般需降额使用(0.8额定电流).一般应配断路器推入/测试/隔离/抽出位置的联锁机构(加3把锁),使其在通电时不能插拔 ，以保证供电安全。,(二) 断路器开关的基本特性,(D) 断路器开关的常用选件 欠压脱扣器:当输入电压下降到35%-70%额定电压之间的预定值时,它会造成“断路器开关”瞬时脱扣跳闸.如果输入电压=0时,无论手动或自动操作,都不能将继路器“合闸”.只有当输入电压85%额定电压时,才能将继路

7、器“合闸”. 分励脱扣器:利用它可对“断路器开关”执行电气脱扣操作.当控制电压70%-110%额定电压时,分励脱扣器动作,促使“断路器开关”脱扣跳闸. 利用欠压脱扣器和分励脱扣器可以实现对“断路器开关” 的遥控操作.,(二) 断路器开关的基本特性,(2) 断路器开关的基本参数 (A)额定持续电流Iu(典型值): 1,4,6,10,16,20,25,32,40,50,63A;100,125,160,250,400,630,800,1250,1600,2000,2500,3200A;800,1250,1600,2000,2500,3200,4000,5000,6300A. (B)额定脱扣保护电流

8、In (或Ir): 根据用户设备的预期使用功率来计算所需的工作电流.对于微型断路器开关来说,In (或Ir) =Iu;对于框架式和塑壳断路器开关来说,In (或Ir)不一定等于Iu,其典型值为: 10,12.5,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400,500,630,800A(当采用热磁脱扣器时),800-6300A (采用电子脱扣器). 例: S4-250/200断路器:Iu=250A, In=200A.,(二) 断路器开关的基本特性,(C)额定极限短路分断能力(分断容量,rms)Icu: 断路器的Icu过低, 会导致断路器在跳

9、闸时,造成断路器的触头被损坏(触头被烧蚀/ 熔焊/焊死等故障). 应根据供电系统中电源侧(发电机,变压器,蓄电池)的电源设备所能提供的输出短路电流,正确地选择Icu,其典型值为: 4.5,6,10KA(微型断路器); 25KA, 35KA, 50KA, 65KA, 85KA ,100KA , 120KA(塑壳式断路器); 40KA,65KA,75KA,100KA,130KA,150KA(框架式断路器). (D)额定运行( 工作)短路分断能力(分断容量,rms)Ics: 关键用户的断路器的Ics应为100%Icu;非关键用户的断路器的Ics可 为:25%,50%,75%Icu. (E)额定短时耐

10、受电流(1秒/0.5秒,rms)Icw: 其典型值为: 5KA,7.6KA,10KA,15KA,20KA,35KA(塑壳式断路器);36KA, 40KA, 55KA,65KA,75KA,100KA,(选择性型断路器,框架式断路器).,(二) 断路器开关的基本特性,(F) 额定短路合闸容量(峰值)Icm: 断路器的Icm过低, 会导致断路器在合闸时,造成断路器的触头被损坏(触头被烧蚀/ 熔焊/焊死等故障). (G)跳闸时间(当I=Icu时): 其参考值为:微型断路器:10-25ms;塑壳断路器20-50ms; 框架式断路器:25-60ms 断路器的实际跳闸时间=分闸时间+燃弧时间; 例: 125

11、0-3200A的ABB框架断路器的跳闸时间: 40-45ms=分闸时间30ms+燃弧时间10-15ms,(二) 断路器开关的基本特性,带短延时调控功能的Schneider的400、630A断路器的实际跳闸时间分别为: (注:断路器的合闸时间断路器的跳闸时间). (H)寿命: 断路器的机械寿命(2-3万次左右)断路器的电气寿命(0.3-1 万次).一般说来,随着断路器的额定持续电流Iu的增大,其使用寿命将会有所下降.轻载时的“电气寿命”比重载时的“电气寿命长”.,信息网络时代的低压配送电系统,ABB公司断路器开关的基本电气参数(380/415V),(二) 断路器开关的基本特性,(3) 断路器开关

12、的保护功能 为向位于低压供配电系统中的各种电源设备,用户设备及电缆线路提供过电流保护,短路保护及欠压保护,目前的断路器开关可向用户提供两种“跳闸脱扣器”: (a) 热磁脱扣器; (b) 带微处理器的电子脱扣器;,(二) 断路器开关的基本特性,(A) 热磁脱扣器(LI保护型): (a) 利用热磁脱扣器中的热敏元件来提供“过电流”保护.其控制原理是建立在由流过“断路器开关”的电流所产生的热应力(I2t)的基础上的.因此,由“过电流”所引起的断路器的跳闸时间t具有长延时型的“反时限”调控特性(t=K/I2).它被用于断路器的“过载,长延时保护(L)”调控功能中. (b)利用热磁脱扣器中的磁元件来提供

13、“短路”保护.其控制原理是建立在由流过“断路器开关”的巨大短路电流所产生的强“反磁场“ 来迫使断路器迅速跳闸.它被用于断路器的“短路瞬动保护(I)”调控功能中.,图2：热磁脱扣器的“跳闸脱扣”保护曲线,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(c) 微型断路器的热磁脱扣器:L 固定,I 固定(3*In、5*In或10*In); L保护的典型脱扣时间:6秒60分钟 (d) 塑壳断路器的热磁脱扣器: * L 不可调, I 不可调(5*In或10*In); * L 可调(0.71*In), I 固定(3*In,5*In或10*In); * L 可调, I 可调;,(二) 断路器开

14、关的基本特性,(B) 电子脱扣器(LSI/LSIG/LSI+漏电保护型): 微处理器电子脱扣器具有两种调控功能:保护功能;测量,报警及远程通信管理功能.为确保电子脱扣器能安全、可靠地运行,其保护及检测控制单元采用独立的微处理器分别进行调控,具有高可靠性和高抗干扰能力.,图1：电子脱扣器的“跳闸脱扣”保护曲线,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(a) 典型的电子脱扣器产品: 1、 ABB公司产品:Iu=800-6300A PR111/P-LI,数码式二段保护; PR111/P-LSI,数码式三段保护; PR111/P-LSIG,数码式四段保护; PR112/P-LSI,

15、 LCD数显式三段保护; PR112/P-LSIG, LCD数显式四段保护; PR112/PD-LSI, LCD数显式三段保护+通信接口; PR112/PD-LSIG, LCD数显式四段保护+通信接口; Iu=160A3200A PR211/P-LI:DIP式二段保护; PR212/P-LSI, DIP式三段保护; PR212/P-LSIG, DIP式四段保护; PR212/PD-LSI, DIP式三段保护+通信接口; PR212/PD-LSIG, DIP式四段保护+通信接口;,(二) 断路器开关的基本特性, 2、 Schneider 公司的 Masterpact MT 型框架式断路器 (63

16、06300A)控制器Micrologic A,P,H 表同电子脱扣器2.0,5.0,6.0,7.0之间的选配表: Micrologic X.0.Z,保护类型: 2 :基本保护型:(LI); 5 :选择性保护型:(LSI); 6:选择性保护型:(LSI)+接地保护; 7:选择性保护型:(LSI)+漏电保护.,测量类型: A:电流表; P: 功率表; H:谐波表.,(二) 断路器开关的基本特性, 4、Schneider公司产品:Iu=100-3200A *PR111/P-LI,数码式二段保护; *PR111/P-LSI,数码式三段保护; *PR111/P-LSIG,数码式四段保护; *PR112/

17、P-LSI, LCD数显式三段保护; 5、ABB公司OEM产品: TEMC系列LCD电力测控器(不带保护功能的ABB断路器开关的检测配件) *TEMC-M(测量型): 实时模拟量采集; *TEMC-S(测控型): 实时模拟量采集,开关量的监测与控制; *TEMC-P(综合型): 实时模拟量采集,开关量的监测与控制,故障分析及远程报警; 6、 Ducati公司产品: Mach Smart系列LCD电力测控器(不带保护功能的ABB断路器开关的检测配件) * 实时模拟量采集;,(二) 断路器开关的基本特性,(b) 电子脱扣器的保护功能(LSIG+漏电保护): 同热磁脱扣器相比,它具有“脱扣保护功能”

18、全,脱扣精度高和调整范围宽的优点.它可用调节旋钮/LCD屏幕上的按键来设定保护阈值和延时. 1、 “反时限、长延时型(L)”过载保护(rms): 典型的过载脱扣电流设定范围: 0.4,0.5,0.6,0. 7,0.8,0.9,0.95,1* In, 在1.051.2 In之间启动脱扣操作. 典型的过载脱扣时间的延时设定范围: 0.5,1,2,4,8,12,16,20,24秒 (6*Ir,误差:0到 -20%);,(二) 断路器开关的基本特性, 2、 “反时限、短延时“型短路保护(S): RMS型”短延时保护”, 可选择I2t(On或Off)功能; 典型的”短延时“脱扣电流设定范围: 1.5,2

19、,2.5,3,4,5,6,8,10*In; 典型的”短延时“脱扣时间的延时设定范围: 当Im=10*In时: * 当“时延”设定在I2t Off的状态下和0,0.1, 0.2,0.4; *当“时延”设定在I2t On的状态下和0.1, 0.2,0.3, 0.4. 其脱扣时间为: 20, 80,140, 230, 350毫秒(最大设定时间), 80, 140,200, 320, 500毫秒(最大分断时间), 3、 可调瞬时“短路保护(I): 典型的瞬时“短路保护“脱扣电流设定范围: 2,3,4,6,8,10,12,15*In. 脱扣时间:瞬间跳闸,(二) 断路器开关的基本特性, 4、 “反时限、

20、短延时“型接地故障保护(G): 可选择I2t(On或Off)功能: 典型的“接地故障“的脱扣电流设定范围:Ig=In*A,B,C,D,E,F,G,H,J; 当In1200A时, Ig=500,640,720,800,960,1040,1120,1200A; 精确度: 10%. 典型的“接地故障“的脱扣时间的延时设定范围: 当Ig=In或1200A时: * 当“时延”设定在I2t Off的状态下和0,0.1, 0.2,0.3,0.4; *当“时延”设定在I2t On的状态下和0.1, 0.2,0.3, 0.4. 脱扣时间tg:20,80, 140, 230, 350毫秒;,长时限的电流整定的相互

21、关系：Io x Ir x In,1,(二) 断路器开关的基本特性, 5、 剩余型漏电保护: 典型的“漏电保护“的脱扣电流设定范围: 灵敏度(A):In: 0.5,1,2,3,5,7,10,20,30A 精确度: 20% 典型的“漏电保护“的脱扣时间的延时设定范围: 脱扣时间的整定值:60,140,230, 350, 800ms; 6、 中性线的保护: * 三极断路器:中性线无保护(3P ,3t);0.5*In中性线保护(3P+ 3tN/2); 1*In中性线保护(3P, 4t);2*In中性线保护(3P 3t+2N); * 四极断路器:中性线无保护(4P ,3t);0.5*In中性线保护(4P

22、+ 3tN/2); 1*In中性线保护(4P, 4t);,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性, 7、 温升过高保护(ABB, PR112) 70C时,LCD显示屏上出现“告警”指示,“Warning”LED灯亮. 85C时,LCD显示屏上出现“报警”指示,“Emergency”LED灯亮. 断路 器“跳闸”脱扣. 8、 区域选择性联锁(ZSI)保护.,(二) 断路器开关的基本特性, 9、断路器开关跳闸曲线的“不确定性(”非唯一性”) 由于断路器开关的合闸/跳闸操作、均是通过“弹簧储能式”的机械动作来实现的,无论其脱扣电流、还是脱扣时间均呈现

23、相当大的离散度.要想设计出一套具有“完全选择性”的脱扣调控特性的低压配电系统时,应注意到此特性.,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(c ) 电子脱扣器的检测和远程通信管理功能,(二) 断路器开关的基本特性, 1、测量实时运行参数,并计算所有电气参数的rms值: 测量瞬时值(LCD示屏每秒刷新一次,并将最大值和最小值存贮起来),测量的电气参数有: 电流(Irms, Imax),相电压,线电压,三相电压不平衡度%, W,Var,VA,Wh, VARh,VA h, 频率,功率因数PF和峰值系数; 2、历史记录和维护指示: 最近10次的“跳闸脱扣”和“报警”数据(故障类型,

24、时间,发生故障时的分断电流)被分别存贮在两个文件中,维护性信息(主触点磨损,操作次数等)可从LCD屏上获得. 3、 可编程的报警及调控功能(选件): 利用M2C触点/ M6C触点发出电源运行参数的“阈值超限”或工作状态变化信号(可通过LCD屏上的按键或COM选件来编程): “越限超差”报警信号: 电压不平衡度,电压不平衡度,频率漂移,功率“超限”,相序错. 卸载和“恢复加载”控制信号:根据输出,输出功率的预置值,对特定负载执行自动卸载和“恢复加载”操作.,(二) 断路器开关的基本特性, 4、电源供电质量的“在线分柝”: 通过对基波及谐波分量的测量与计算,以便精确分析供电质量.利用COM通信接口

25、选件,可在监视器上获得下述信息: *扩展供电系统的测量值范围:峰值电流,负载百分比%,电压和电流的失真度THD,电流的K系数,基波电流和电压之间的相位差,各次谐波电流和电压的幅值和相位(从3到51次谐波),电源各相的失真度及畸变功率. * 波形的捕捉:根据操作人员的要求或程序设定,存贮最近12个周期的电压和电流波形. * 增强性的报警功能:每个瞬时值均可与用户所设定的高、低阈值进行比较.一旦超过该值,不仅可发出报警信号.而且,还可根据不同的报警内容,执行不同的相关的操作(例:断路器“跳闸”,选择性的纪录“测量数据”,波形捕捉,输出“辅助触点开关”信号). 注:断路器常采用由Modbus通信协议

26、支持的RS485接口.用户可经RS485/RS232转换通信接口同PC平台相连或直接同“以太网“服务器相连.,(二) 断路器开关的基本特性,(4)断路器开关的选择性保护 衡量低压供配电系统的设计和使用水平高低的重要标志之一是:它是否能获得优良的供选择性保护功能. *完全选择性保护:当因故在用户负载侧出现严重过载/短路故障时,位于负载侧的断路器能及时地自动跳闸、将“故障点”隔离开,从而确保对其余设备的连续供电. * 局部选择性保护:当因故在用户负载侧出现严重过载/短路故障时,如果故障电流某一特定值时,将会出现 电源侧的断路器和负载侧的断路器同时“跳闸”或电源侧的断路器“跳闸”,负载侧的断路器“不

27、跳闸”的现象.,(二) 断路器开关的基本特性,*无选择性保护:当因故在用户负载侧出现严重过载/短路故障时,会出现电源侧的断路器和负载侧的断路器同时“跳闸”或电源侧的断路器“跳闸”,负载侧的断路器“不跳闸”的现象. 为获得优良的选择性保护性能,常用的技术手段有: (A)电流选择型保护: 通过选择具有不同的额定脱扣电流In的电源侧的断路器A和负载侧的断路器B来实现选择性保护. 经验数据表明:它只能完成“局部选择性保护”. (B)时间选择型保护: 通过选择具有不同的额定脱扣电流In和脱扣时间的电源侧的断路器A和负载侧的断路器B来实现选择性保护. 经验数据表明:时间选择型保护选择性保护功能优于电流选择

28、型保护功能.,图：选择性保护的“跳闸脱扣”曲线,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(C)区域选择性联锁(ZSI)保护: 对于选择性保护要求高的用户, 可采用区域选择性联锁(ZSI)保护方案,区域联锁是指将多个配有Micrologic电子脱扣器(Schneider公司)或PR112电子脱扣器(ABB公司)的多个断路器“串联”联锁在一起.在运行中,检测到故障的断路器在向上级断路器送去一个控制信号的同时,还检查它的下一级断路器所送来的信号.如果由下级断路器所送来的信号是故障信号的话,该断路器将在它的“预设脱扣延时“时间内、保持合闸状态.反之,如果下级断路器所送来的信号不是”

29、故障信号”的话,该断路器将立即跳闸.它并不受它的“预设脱扣延时“时间的限制.,图: 区域选择性联锁(ZS)保护控制框图,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(D) 后备保护(级联保护): 根据IEC364-4-437和CEI 64-8标准,当遇到负载侧的断路器的分断能力Icu该处所可能出现的预期短路电流时, 应在它的上级(电源侧) 配置限流型的断路器(采用快速旋转分断技术).这样一来,它的实际分断能力会因上级断路器的限流能力而增加,从而达到降低短路电流对负载侧的断路器的危害和延长其使用寿命的目的. 例:当采用限流型的S250断路器后,可将出现在它输出端的有效值为80KA

30、的短路电流的峰值从180KA限制在24.4KA左右.由于这样的限流作用,就可达到将出现在S250断路器输出端的短路电流限制在15KA(rms)左右,从而为下级断路器的安全运行创造极为有利的运行条件.,图：采用“快速旋转分断技术”的断路器开关的限流特性,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,(二) 断路器开关的基本特性,后备保护用的限流型的断路器的选用注意事项: 当在负载侧出现短路故障时,它只能保证负载侧的断路器不会损坏,但仍有可能造成电源侧和负载侧的断路器出现“双重跳闸”现象. 采用限流型的断路器的好处: (a) 热效应: 降低温升,延长的使

31、用寿命. (b) 机械效应:降低电动力,减少断路器的触头和母线发生变形或损坏的危害程度. (c) 电磁效应:降低断路器分断时所产生的电磁辐射干扰对邻近设备的影响.,(二) 断路器开关的基本特性,由于断路器开关跳闸曲线所呈现的“不确定性(”非唯一性”),当我们在为低压配电系统设计和选配“断路器开关”时、可采用如下办法来实现上下级断路器开关的分级保护: (1) 应可尽可能地利用生产厂家所提供的建立在实验基础上的选择性配合表。 (2) 利用透明胶片重叠法:比较上下级断路器的脱扣跳闸曲线(脱扣跳闸曲线中的脱扣电流必须是In绝对值、而不能是In/I相对值)。,(三)输入自动切换开关(ATS),（三）输入

32、自动切换开关(ATS),断路器型自动切换开关,Q1,（三）输入自动切换开关(ATS),常见的自动切换开关(ATS)的配置: ASCO 公司的ATS: 7000系列ATS开关(30-3000A)+ 7000系列微处理器型控制器; Schneider公司的ATS:两个断路器开关(100-4000A)+ 如下控制器: BA型切换控制器(“优先供电”的市电 “备用供电”市电的切换操作); UA型切换控制器(市电供电 “发电机供电”的切换操作); ABB公司的ATS:两个断路器开关(125-4000A)+ DPT/S型控制器(只有正向和反向时延控制(0-30秒); 注:对于“断路器型”自动切换开关来说,

33、其机械联锁的距离为: 通过“联杆联锁”的两台断路器必须采用叠装安装方式,固定板间的最大垂直距离为:900mm;,三种ATS产品的比较,l真正ATS耐用度测试是在带200%负载电流下、作“反复切换”测试,而断路器型式ATS仅于100%负载电流下、作“反复切换”测试。 l 断路器型式ATS总耐用度测试电流量只有真正ATS的1/4。 l在短路情况下, 断路器型式ATS会跳脱不再承载电流(依规定须检视,若有必要须更换),接触器型ATS无法承受短路电流、导致接点损坏熔化须更换。而真正的ATS则不仅能耐受此“故障电流”、且接点不会损坏。 l 断路器及接触器型ATS灭弧距离不足,在“大电流”情况下、灭弧更加

34、困难,有可能导致“双路电源”短路。但真正的ATS则具有足够的灭弧间距。因此,不会发生此情况。 具备“相位侦测入锁”切换功能.在切换过程中,马达起动器可能会“跳闸“,须重新起动马达,并可能因”不同步切换”而产生异常的 l 断路器及接触器型ATS切换速度慢且不恒常,因此无法“浪涌电流”,造成“保护开关”异常跳闸及马达主轴被扭曲损坏。 l 断路器及接触器型ATS的“机械互锁”容易损坏,导致双路电源开路或短路。,（四）输出自动切换开关(LTM) STS开关,SmartSwict开关, Redundant switch开关,输出,静态开关型(STS )自动切换开关,SS 型(SmartSwitch)自动切换开关,Redundent Switch自动开关,APC公司的Redundent Switch型自动切换开关,