中压负荷开关及其应用

《电气开关￣（２００７．Ｎｏ．１）　３３　文章编号：１００４－－２８９Ｘ（２００７）０１一ｏ０３３一Ｏ３　中压负荷开关及其应用　邬钢。任红春　（１．扬州供电公司，江苏　２２５００９；２．扬州扬开电力控制设备有限公司，江苏　２２５００９）　摘要：介绍中压负荷开关的技术参数要求，对不同种类负荷开关的结构、灭弧原理和技术性能进行了比较和分　析，总结了负荷开关的各种应用及其相关技术要求。　关键词：中压负荷开关；种类；应用　中图分类号：ＴＭ５６４．２　文献标识码：Ｂ　Ｍｅｄｉｕｍ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｌｏａｄ　Ｓｗｉｔｃｈ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｕ　Ｇａｎｇ　ＲＥＮ　Ｈｏｎｇ－－ｃｈｕｎ。　（１．Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｙａｎｇｋａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｌｏａｄ　ｓｗｉｔｃｈ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ，ａｒｃ　ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ　ｐｒｉｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｃｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｅｃｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｕｍ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｌｏａｄ　ｓｗｉｔｃｈ；ｓｏｒｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　１　引言　中压负荷开关作为一种结构简单、安装维护方便、　空载情况下的电缆回路充电电流属于容性电流，　电缆越长，容性电流值就越大；电容回路电压不能突　变，容易产生过电流，使开关断弧困难。国标规定负荷　开关额定电缆充电开断电流值为１０Ａ；负荷开关额定　电缆充电开断电流标称值越大，表明其允许开断电缆　长度越长。　安全可靠、经济技术指标比较合理的开关设备，在１Ｏ　～３５ｋＶ供电系统，尤其在城市配网中已得到广泛地　应用。负荷开关可以作为独立的设备使用，如柱上负荷　开关也可以作为主要元件安装使用于环网柜等设备　中。负荷开关可以进行手动或电动操作，也可以进行智　能化控制，用于开断额定电流，可关合、承载额定短路　电流，其使用寿命与其开断电流值和灭弧介质或方式　有关。　２．４额定空载变压器开断电流　对于３￣３５ｋＶ电压等级的负荷开关，国标规定开　断额定容量为１２５０ｋＶＡ配电变压器的空载电流，属　于感性电流。电感回路电流不能突变，容易产生过电　压，使开关断弧困难。　２　负荷开关的技术参数要求　２．１额定电流　２．５额定单个电容器组开断电流　其数值等于负荷开关额定电流值的０．８倍。　负荷开关的额定电流是指其负载功率因素ｃｏｓｋ￣＂　一３负荷开关的种类及其性能　按照灭弧介质或方式的不同，负荷开关主要分产　０．７±０．０５时的额定负载电流，表示负荷开关长期　正常工作运行并能够开断的最大电流值，其单位为Ａ。　２．２额定热稳定电流和额定峰值动稳定电流　额定热稳定电流即允许短时耐受电流，其单位为　气式、压气式、真空式和ＳＦ　式，四种负荷开关的结构　各不相同，性能也有差别。　３．１负荷开关的种类　３．１．１产气式负荷开关　产气式负荷开关有明显断开点，结构最为简单。此　ｋＡ／３ｓ（或ｋＡ／４ｓ）；额定峰值动稳定电流值等于开关　的额定短路关合电流值，其单位为ｋＡ。　２．３额定电缆充电开断电流　种开关使用一种特殊固体灭弧材料制作的灭弧罩。当　维普资讯 http://www.cqvip.com

３４　开关分闸时，主触头先分离，位于灭弧罩内的并联辅助　触头后分离而产生电弧，电弧加热灭弧罩内的固体灭　弧材料并使其产生灭弧气体而熄灭电弧。　３．１．２压气式负荷开关　此种负荷开关有明显断开点，灭弧装置通常由压　气装置和喷嘴组成，压气装置的外部为绝缘汽缸，内部　为活塞。当开关分闸时，传动机构带动活塞在汽缸内运　动，被压缩的空气由喷嘴喷出而吹灭电弧。　为了更好地提高灭弧效果，可以将产气式灭弧和　压气式吹弧的原理相结合，使用固体灭弧材料制作喷　嘴。当分闸燃弧时，压缩空气吹弧和材料产气灭弧共同　作用（在开断小电流时以压缩空气吹弧为主，开断大电　流时以产气灭弧为主）。　３．１．３真空式负荷开关　此种负荷开关的灭弧装置采用真空灭弧室。当开　关分闸时，位于真空灭弧室内的主开关触头分开，电弧　在真空介质中自行熄灭。开关没有明显断开点，但开关　分、合状态可由机械联动装置准确指示。　３．１．４　ＳＦ　式负荷开关　此种负荷开关将触头安装在一个充满ＳＦ　气体的　密封的壳体内，当开关分闸时，利用ＳＦ　气体进行灭　弧。为了提高灭弧效果，ＳＦ　式负荷开关通常也同时采　用压气式原理（吹弧气体为ＳＦ　）或增加离子栅将电弧　分断。开关没有明显断开点，但开关分、合状态可由机　械联动装置准确指示。　３．２负荷开关的性能　负荷开关通常都配有形式各异的弹簧机构，不论　手动或电动操作，都要经过弹簧储能的过程，当储能到　位时，即自动拉动开关触头进行分、合闸，使得手动或　电动操作的速度与开关的分、合闸速度无关，确保了开　关分、合闸速度的可靠和稳定。　回｝　回｝　回｝　较　较　较　开断电流　开断电流　开断电流　图１　图２　图３　产气式负荷开关由于产气材料在大电弧时容易　烧毁，小电弧时由于热量不足而产气不足，使得灭弧性　能相对不稳定，其灭弧效果与开断电流的关系如图１　所示。压气式负荷开关主要依靠压缩空气进行吹弧，因　此，其灭弧效果一般；通常吹气压力是一定的，因此，其　灭弧效果比较稳定。其灭弧效果与开断电流的关系如　《电气开关）（２ＯＯ７．Ｎｏ．１）　图２所示。压气式负荷开关开断额定负荷电流的次数　通常能达到数百次，但其最大开断电流不高。将产气式　灭弧和压气式吹弧原理相结合的负荷开关灭弧效果与　开断电流的关系如图３所示。　真空式负荷开关灭弧速度快，最大开断电流高，结　构相对简单。但由于截流效应，真空式负荷开关操作时　容易引起截流重燃过电压，尤其是开断５　额定有功　负载的小电流。同时，需要定期检测真空管的真空度，　以保证开关的性能和安全。其开断性能如图４所示。　ＳＦ　式负荷开关具有开断能力强、开断性能稳定、　不产生操作过电压、容易实现自动化功能、体积小、安　全可靠的特点，但制造技术难度较大，开关结构相对复　杂，价格较贵。考虑到ＳＦ　气体对ＳＦ　式负荷开关开断　性能的影响，必须保证其密封性能；因此，在ＳＦ　负荷　开关中必须有ＳＦ　气压检测显示功能，且在低气压时　闭锁开关操作，以保证开关操作安全。ＲＬ２７型、ＳＰＧ　型１０ｋＶ柱上ＳＦ　负荷开关甚至在ＳＦ　气体零表压　下，也可以保证绝缘水平和开断能力。　妊ｌ　＼　、　＼　～．　＼　＼　ｌ　ｌ　｝　图　４　４负荷开关的应用　负荷开关主要应用在小型化变电站、配电架空线　路等场所，也作为核心元件应用于各种环网柜中。　４．１应用在小型化变电站　在农村３５ｋＶ小型化无人值班变电所中，主变进　线采用负荷开关加熔断器保护的方案得到了普遍的认　可，大都采用产气式负荷开关，如ＧＦＷ型和ＬＰＴＥ型　等，分断有明显断开点。根据ＤＬ／Ｔ５１１９—２０００｛（农村　小型化无人值班变电所》６．５．１之规定：主变压器　３５ｋＶ侧，主变压器容量６３００ｋＶＡ及以下，采用熔断　器保护，并与负荷开关配合，以达到短路电流保护的目　的。《农村小型化变电所设计规程》中也有类似的规定。　这就对被采用的负荷开关性能提出了更高的要求，不　但要有远控等功能，更要有出色的开断变压器空载电　流的能力，即开断纯感性电流的能力；根据ｅ＝一　维普资讯 http://www.cqvip.com

《电气开关￣（２００７．Ｎｏ．１）　３５　（ｄｉ／ｄｔ），即电感回路当电流变化时会产生反电动势，　变化越快反电动势越大；开关拉空载变压器时，在触头　间会产生很大的反电动势使电弧复燃。例如：　生过电流；过电压与过电流都会使开关断弧困难。　ＧＢ３８０４—９０《３—６３ｋＶ交流高压负荷开关》中规定额　定开断空载电缆回路的电流为ＩＯＡ。环网柜中的负荷　开关也应考虑满足此条件。　熔断器作为保护装置被使用在环网柜中。为了防　止熔断器三相中一相熔断损坏造成缺相运行，损坏电　器或用电设备，通常采用撞针式熔断器作为缺相保护，　ＡＬＳＴＯＭ公司的ＴＲＬＦ１型３５ｋＶ负荷开关参数指　标中开断纯感性电流只有４Ａ，最大只能做１６００ｋＶＡ　主变压器进线负荷开关；而国产ＬＰＴＥ型、ＧＦＷ型　３５ｋＶ负荷开关开断存感性电流能达到ＩＯＡ，相比之　下更能满足小型化变电所的要求；但国产负荷开关在　机械机构性能、动作可靠性方面还需提高。　４．２应用在配电架空线路　ｌＯｋＶ配电线路也根据需要大量使用各种柱上负　荷开关，包括产气式、真空式和ＳＦ　式负荷开关。在一　些只需要实现分断、隔离作用的线路，主要使用手动产　当熔断器任何一相熔断后弹出撞针撞击负荷开关机械　型脱扣器，使负荷开关分闸。如果在三相短路时，一相　熔断器先熔断后，将三相电流变为二相电流，转移给负　荷开关开断，这是最严重的情况。因此，在和熔断器组　合使用时，负荷开关就要求有一个转移电流参数。转移　电流　可根据熔断器额定电流　。的大小估算：当　。≤　５０Ａ时，Ｉ１一（８～９）×Ｉ２；当　ｚ＞５０Ａ时，Ｉ１一（１０￣１２）　气式负荷开关；手动真空式和ＳＦ　式负荷开关也被使　用。在需要实现配电自动化功能的线路上，主要使用智　能ＳＦ　式或真空式负荷开关；ＳＦ　或真空负荷开关可　×　。；　。值越大，选用倍数越大。　例如，ＡＢＢ公司的Ｓａｆｅ型环网柜中采用的是ＳＦ　以比较容易地内置ＣＴ、ＰＴ，并将弹簧机构、智能处理　单元与开关壳体做成一体，配置ＦＴＵ，制成可远方遥　控或自行判断、操作的智能化负荷开关。　４．３应用在各种环网柜中　负荷开关也普遍应用于环网柜中。例如：ＸＧＮ型　负荷开关，ＳＦ　气室贯通；配置的熔断器额定电流范围　２５～１２５Ａ（视负载情况选定），ＳＦ　负荷开关额定开断　电流６３０Ａ，转移电流１４００Ａ，电缆充电开断电流　１３５Ａ，５　额定有功负载开断电流３１．５Ａ。　空气绝缘环网柜中大多采用如ＮＡＬ型等压气式负荷　开关；ＵｎｉＳｗｉｔｃｈ型空气绝缘环网柜中采用的是单体　ＳＦＧ型ＳＦ　负荷开关，各个负荷开关的ＳＦ　气室不贯　５结束语　负荷开关在中压电网中已经得到广泛地应用。只　有根据实际需要，充分考虑不同种类负荷开关的技术　性能，满足各种技术参数要求，才能保证其安全、可靠、　经济的运行。　参考资料　［１］　国家标准：ＧＢ３８０４—９０《３—６３ＫＶ交流高压负　荷开关》等［Ｓ］．　［２］　ＡＢＢ、ＶＥＩ、ＳＩＥＭＥＮＳ等公司相关技术资料　［Ｚ］．　收稿日期：２００６－－０６－－０６　作者简介：邬钢，高级工程师。　任红春，工程师。　通；Ｓａｆｅ型ＳＦ　气体绝缘环网柜中采用的是Ｓａｆｅ—Ｌ　型ＳＦ　负荷开关，各个负荷开关的ＳＦ　气室相互贯通。　环网柜在配用负荷开关时，不仅要求其额定电流　大于变压器的额定电流，还应考虑其拉断配电变压器　空载电流，即感性电流的能力，尤其要重视控制多台并　联变压器的情况。如果变压器总容量大于１２５０ｋＶＡ，　但又小于负荷开关额定电流，总进线开关与分路开关　必须有可靠联锁，避免总进线开关开断超过其允许值　的变压器空载电流，确保环网柜的运行安全。环网柜的　进出线基本以电缆为主，空载电缆回路的电流基本上　属于电容电流。电感回路会产生过电压，电容回路会产　（上接第３２页）　准确，电机保护迅速、可靠。　［２］　罗苏南，赵希才，田朝勃，等．用气体绝缘开关的　２７（２１）：８２～８５　应用于矿用磁力起动器综合保护装置，电流显示稳定、　新型空心线圈电流互感器［Ｊ］．电力系统自动化．２００３，　参考文献　电流互感器的理论分析和试验［Ｊ］．电力系统自动化．　２００２，２６（１６）：５２～５５　［３］杨雪萍，丁文书．一种基于富士算法的交流采样　收稿日期：２００６－－０７－－１２　作者简介：陈伟（１９８０－－），男，硕士研究生，从事电机及其控制的研究。　［１］　徐雁，朱明钧，郭晓华，等．空心线圈作为保护用　精确算法［Ｊ］．华北电力技术．２０００，６：１６～１８