在10kV配電網(wǎng)里,高壓跌落式熔斷器是應(yīng)用特別廣的開關(guān)設(shè)備——它既能實(shí)現(xiàn)過載與短路保護(hù),還能提供明顯的斷開點(diǎn)。我們平時(shí)說的它“動(dòng)作”,其實(shí)是故障電流觸發(fā)的自動(dòng)物理過程,整個(gè)過程有嚴(yán)格的時(shí)序,最后會(huì)以熔管“跌落”來標(biāo)志動(dòng)作完成,既實(shí)現(xiàn)了電路開斷,又能給出視覺指示,這一點(diǎn)設(shè)計(jì)得特別實(shí)用。
一、核心動(dòng)作原理
跌落式熔斷器能動(dòng)作,關(guān)鍵靠的是滅弧管(也就是熔管)的產(chǎn)氣滅弧特性,還有熔絲的熱效應(yīng)與冶金效應(yīng)(M效應(yīng))。它的設(shè)計(jì)特別巧妙,能利用電弧能量自己驅(qū)動(dòng)動(dòng)作,整個(gè)過程完全不用外部動(dòng)力源,這在實(shí)際應(yīng)用中省了不少麻煩。
二、分步動(dòng)作過程
先看正常運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)候熔斷器處于合閘位置,熔絲穿在熔管內(nèi)部,靠自身的機(jī)械張力把動(dòng)觸頭拉緊,牢牢鎖在靜觸頭(鴨嘴罩)里,這樣就形成了可靠的電通路,系統(tǒng)電流能正常通過熔絲。
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當(dāng)線路或者被保護(hù)設(shè)備(拿配電變壓器來說)出現(xiàn)過載或短路時(shí),故障電流會(huì)遠(yuǎn)超熔絲的額定值,這時(shí)候就到了故障發(fā)生與熔絲熔斷的階段。熔絲會(huì)根據(jù)自身精確的安-秒特性(反時(shí)限特性)快速發(fā)熱:如果是小倍數(shù)過流,熔絲會(huì)延遲一段時(shí)間再熔斷;要是遇到大短路電流,熔絲在毫秒級(jí)的時(shí)間里就會(huì)瞬間熔斷。而且熔絲通常會(huì)先在冶金效應(yīng)點(diǎn)(就是焊了低熔點(diǎn)合金小球的地方)熔斷,產(chǎn)生初始電弧。
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初始電弧出現(xiàn)后,會(huì)引燃整個(gè)熔絲,產(chǎn)生高溫高壓的電弧,這就進(jìn)入了電弧產(chǎn)生與能量轉(zhuǎn)化階段。電弧的高溫會(huì)迅速灼燒熔管內(nèi)壁的產(chǎn)氣材料(一般是環(huán)氧玻璃布或者桑皮紙),讓這些材料分解出大量氣體——像氫氣、二氧化碳這類氣體,滅弧性能都特別好。
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接著就是氣吹滅弧與電流開斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熔管內(nèi)部壓力會(huì)急劇升高,高壓氣體會(huì)從熔管兩端高速噴出來。這股高速氣流會(huì)縱向吹拂電弧,產(chǎn)生強(qiáng)大的氣吹效應(yīng),既能強(qiáng)力冷卻電弧,又能把電弧拉長,還能讓電弧去游離。等到電流過零點(diǎn)的時(shí)候,弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度會(huì)快速恢復(fù),而且恢復(fù)后的強(qiáng)度會(huì)高于恢復(fù)電壓,這樣電弧就被徹底熄滅,故障電流也就能成功切斷了。
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電弧熄滅后,就到了熔管跌落與形成斷開點(diǎn)的階段。因?yàn)槿劢z熔斷了,維持動(dòng)觸頭鎖緊狀態(tài)的機(jī)械張力就消失了,再加上之前噴出的氣體還會(huì)產(chǎn)生向下的推力。在熔管自身重力與氣體噴射反作用力的共同作用下,動(dòng)觸頭會(huì)從鴨嘴罩里脫出來,熔管會(huì)繞著下觸頭的軸轉(zhuǎn)動(dòng),快速向下跌落,最后懸掛在下方,形成一個(gè)明顯的、靠空氣絕緣的斷開點(diǎn)。
這個(gè)斷開點(diǎn)可不只是個(gè)物理間隙,還能起到隔離與指示的作用。熔管跌落,就說明電路已經(jīng)被物理隔離了。這種清晰可見的狀態(tài),能給運(yùn)行人員明確的故障指示——不用借助其他檢測設(shè)備,就能遠(yuǎn)距離看出哪個(gè)線路區(qū)段出了故障,這對(duì)快速定位故障并且開展檢修工作特別有幫助。
合型跌落式熔斷器-恩彼邁.jpg)
三、動(dòng)作特性與核心要求
在動(dòng)作特性方面,安-秒特性(也就是時(shí)間-電流特性)是重中之重。它的動(dòng)作必須具備反時(shí)限特性,這樣才能和上級(jí)(變電站出線開關(guān))以及下級(jí)(變壓器內(nèi)部保護(hù))形成選擇性保護(hù)配合,把故障范圍控制到最小,避免大面積停電。
開斷能力也不能忽視,它必須能安全、無損傷地開斷額定范圍內(nèi)的最大預(yù)期短路電流,要是連這點(diǎn)都做不到,很可能會(huì)在故障時(shí)造成設(shè)備損壞。
另外,它還得有足夠的承受能力,能承受合閘涌流(拿變壓器勵(lì)磁涌流來說)的沖擊,不能因?yàn)檫@些正常的涌流就誤動(dòng)作,不然會(huì)影響正常供電。
還有額定電流匹配的問題,熔絲的額定電流要根據(jù)被保護(hù)設(shè)備(比如變壓器)的額定電流來選,一般選1.5~2倍的數(shù)值,這樣才能躲過正常的涌流,既不影響設(shè)備正常運(yùn)行,又能在真正故障時(shí)及時(shí)動(dòng)作。
恩彼邁高壓跌落式熔斷器的動(dòng)作過程,其實(shí)是電能→熱能→壓力能→機(jī)械能的連貫轉(zhuǎn)換,每一步都銜接得特別緊密。它的“跌落”不只是動(dòng)作完成的標(biāo)志,還集故障指示、電路隔離、安全保障于一身,這種用簡單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的設(shè)計(jì)思路,真的特別出色。對(duì)我們來說,它是保障配電網(wǎng)安全、可靠且經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備,它能不能正確動(dòng)作,直接關(guān)系到供電質(zhì)量與系統(tǒng)穩(wěn)定性,在配電網(wǎng)里的作用無可替代。
