浅谈负荷开关

[摘 要] 本文通过对10KV配电变压器保护配置方案的综合比较分析，以及对负荷开关―熔断器组合电器在正确选用时一些相关事项的介绍，论述了负荷开关―熔断器组合电器在企业终端用户中应用的合理性和发展前景。

[关键词] 负荷开关 熔断器 组合电器

1.引言

近年来，地方企业配电规模逐年扩大。以我厂为例，2010年年用电量已达3.4亿Kwh。根据笔者多年的企业电气管理经验及企业的自身特点，并参考国外设备的一些资料，摸索出一套用负荷开关―熔断器组合电器来对终端配电变压器进行保护的方式，为企业节约了大量的资金，同时也大大简化了系统的复杂程度。经过多次事故的检验目前运行良好，保护动作行为正确。一方面做到有效保护10KV配电变压器，保证电力系统的安全运行水平，另一方面可以降低工程的整体造价，减少企业的投资成本，提高企业管理水平。

2.我厂配电系统简介

我厂配电系统由一个66KV中心变电所和十几个10KV变电所组成，10KV配电变压器60余台。根据电业系统的规定，10KV配电系统可以由企业自行管理。配电方式以放射性配电为主，10KV变电所均为双回线进线，单母线分段带母联形式。根据企业的自身特点，对于配电变压器保护配置方案主要原则是：快速、简单、灵敏，兼顾选择性。

3.负荷开关―熔断器组合电器与断路器保护的比较

3.1两种配置各自的特点

高压负荷开关―熔断器组合电器是由高压负荷开关来承担过载电流（此过载电流对高压负荷开关来说仍在高压负荷开关额定开断电流的范围内）和正常工作电流的关合和开断，并且还要求承担“转移电流”的开断。而变压器高压侧的短路保护和过载保护由熔断器来承担。这是一组负荷开关及三个带触发器的熔断器，只要任何一个触发器动作，其联动机构会使负荷开关三相同时自动分闸。两者的有机结合可满足配电变压器各种正常和故障运行方式下操作保护的要求。因此其最大的特点是结构简单、制造容易、价格便宜。如能合理选配熔断器、负荷开关与变压器的参数，也能达到可靠保护的要求。

对于断路器而言，断路器具备所有保护功能与操作功能，断路器参数的确定和结构的设计制造均严格按标准进行，因而其结构复杂、选材严格、造价昂贵，在终端用户中大量使用不现实。

3.2保护配电变压器性能比较

对保护配电变压器，采用负荷开关―熔断器组合电器比断路器更为有效。试验表明，当油浸变压器发生短路时，为使油箱体不变形和开裂，必须在20ms内切除故障。如果采用断路器保护，断路器最快全开断时间（继电保护动作时间+断路器固有动作时间+燃弧时间），一般需要3个周波（60 ms）左右，而限流熔断器则可在10ms内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。即使是干式变压器，因熔断器的保护动作快，也比采用断路器好。

3.3继电保护性能比较

在配电网络的上一级断路器(变电所10kV馈出线断路器)的保护一般设置为速断0s，过流0.5s（或以内），零序0.5s。若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0 s动作，由于断路器固有动作时间的分散性，也很难保证不是上一级断路器首先动作。而限流熔断器不受短路引起的压降的影响，在极短的时间内切除故障，不会造成越级跳闸。企业配电系统，由于配电线路较短，以前采用断路器保护变压器时，无法进行选择性配合，经常越级跳闸。改用负荷开关--熔断器组来进行保护后，由于熔断器是一次元件，当系统发生短路时，熔断器都能快速熔断，基本上没有再发生过越级跳闸的情况。

3.4开合空载变压器的性能比较

企业的配电变压器一般容量不大于2000 kVA，以1600KVA及以下容量为主，配变空载电流一般为额定电流的2%左右，较大的配电变压器空载电流较小。若采用断路器时，因其灭弧能力按开断大短路电流设计，在开断空载变压器小电流时，容易发生强制灭弧，产生截流过电压。就此点来讲，并不希望使用具有强灭弧能力的断路器。而负荷开关开合空载变压器小电流时，性能良好，不会产生较高过电压。

从以上各点可以看出，使用负荷开关―熔断器组合电器不比断路器效果差，在某些方面还具有独特的优势，可费用却可以大大降低但是使用的前提条件是要做到正确选用组合电器，特别是熔断器的熔断电流。断路器与组合电器在性能上的比较如表1所示。

4.负荷开关―熔断器组合电器在正确选用时需注意的相关事项

4.1 10KV负荷开关的选用类型

负荷开关通常分为一般型和频繁型两种，以空气为绝缘介质的产气式和压气式负荷开关为一般型，真空和SF6负荷开关为频繁型。频繁型负荷开关的机械寿命、电寿命和其它一些性能指标要强于一般型负荷开关。我国在发展的初始阶段以产气式和压气式负荷开关为主，随着科学技术的发展，频繁型负荷开关产量不断提升，各地电力系统已较多采用频繁型负荷开关，尤其是真空负荷开关。而产气式负荷开关由于灭弧能力差，在我国已经很少采用。据统计，目前在我国市场对负荷开关的应用中，真空负荷开关占了约50%的份额，压气式负荷开关、SF6负荷开关各占了约25%的份额。由于到2030年后,将被国际环保卫生组织全面禁用SF6气体，SF6开关的发展前景不予乐观。因此，从发展的观点看，真空负荷开关是最有发展前途的一种负荷开关，在性能上与SF6负荷开关基本相同，而在价格上比SF6负荷开关要便宜。目前，我厂主要以真空负荷开关为主，而压气式负荷开关应用较少。

4.2开断转移电流对负荷开关的要求

由于三相熔断器熔体熔化具有时间差，当其中某相的熔断器先于其他两相熔断器熔断时，其撞击器开始使高压负荷开关分闸，同时其余两相的过载电流将减少至87%，并转移到高压负荷开关，由它来开断。因此转移电流是指熔断器与负荷开关转换职能时的三相对称电流。低于该值时，首开相电流由熔断器开断，其他两相电流由负荷开关开断。大于该值时，三相电流仅由熔断器开断。转移电流是我们在选用组合电器时应注意的一个重要指标，假如选用不当，负荷开关所能承受的转移电流不足够，将无力承担开断两相短路电流的任务而引起开关的爆炸。

值得注意的是，对于多台配变并列运行的系统，在选用组合电器时要特别注意转移电流的校验问题，如果是两台同型号、容量的配变并列运行，当出现变压器低压侧短路时，此时变压器阻抗将只有单台配变系统的一半，从而使高压侧最大三相短路电流增加一倍，相应可能出现的转移电流也随之增加了一倍。因此对于多台配变并列运行的系统，在选用时更应进行转移电流的验算，根据本系统的短路容量，选择相应分断能力的负荷开关。

4.3 在要求装有过电流脱扣装置的负荷开关-熔断器组中，须注意交接电流指标的选配

在装有过电流脱扣装置的组合电器中，当过电流较小时，由负荷开关的过流脱扣装置动作来推动负荷开关开断电流；当过电流较大时，由熔断器直接动作来开断电流。这两个过电流互相延伸相交点的电流称作交接电流。当故障电流小于交接电流时，开断电流的任务由脱扣器触发的负荷开关来承担；当故障电流高于交接电流时，开断电流的任务由熔断器来承担。为此选配交接电流参数较高的负荷开关特别是频繁型负荷开关，可有效地减少熔断器的动作次数，从而大大减少了更换熔断件的数量，一来一定的技术经济意义，二来可以增加保护的可靠性。

4.4 保护变压器用熔断器的选配

采用环网柜作为变压器保护的负荷开关熔断器的方案后，设计人员不再进行繁琐的设计，以及对短路电流和继电保护的整定计算，继电保护计算和整定变的十分简单。选用制造厂提供的成套设备即可。选用熔断器时，熔断器的额定电流要与变压器的容量相匹配，制造厂也会向我们提供这方面的数据。比如选用抚瓷生产的全范围熔断器保护10KV变压器，一般按表2进行选择。

5.负荷开关―熔断器组合电器的应用情况及发展前景

目前，由于设备的检修维护保养周期，我厂目前是断路器和负荷开关―熔断器组合电器并存使用的情况。

由于负荷开关―熔断器组合电器的诸多优点，在10KV终端配电环节，正逐步取代断路器。据有关资料介绍，用负荷开关与熔断器组合来代替传统的断路器在国外已推行了半个世纪，工业发达国家负荷开关与断路器产量之比为7∶1，而我国据1993年的初步统计，负荷开关与断路器产量之比为1:6，2000年负荷开关与断路器产量之比为1:2.5，与工业发达国家还有很大差距，这说明我国在这方面还处于比较落后的状况，同时也说明负荷开关在我国还有很大的发展空间，发展前景是乐观的，希望我厂的一些应用经验，能给其他企业提供帮助。

参考文献：

[1] 王振声，王玉卿主编.《35～6/0.4KV配变电系统短路电流计算实用手册》，中国电力出版社

[2] 马建芬，陈俊才著.高压负荷开关-熔断器组合电器的转移电流.《电气开关》2009年第5期

[3] 崔家佩、孟庆炎、陈永芳、熊炳耀著.《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》，中国电力出版社

[4]《上海三高电气有限公司产品样本》，上海三高电气有限公司公司

作者简介：

李景堂（1975.01-），男，汉族，黑龙江省依安县人，工程师，工作于哈药集团制药总厂能源管理部，研究方向：工业企业电气管理及继电保护。

田辉鹏（1972、05-），男，汉族，黑龙江肇州人，工商管理硕士，广西电力职业技术学院管理工程系，机电工程师/管理咨询师，研究方向：工商管理、人力资源管理、生产与安全管理。