| 10kV负荷开关(环网柜)的应用与选择 |
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随着我国电力事业的快速发展及配电设备制造水平的不断提高，lOkV配电设备向着无油化、小型化、智能化、模块化、免维护及节能环保的方向发展。近年来，随着大量引进国外产品、技术、生产设备和国产lOkV负荷开关技术性能和制造水平的不断提高以及电力市场的需求，负荷开关在lOkV电缆分界室、小区配电室、柱上开关、箱变及部分高压客户的配电工程中已大量、普遍应用。
(1)负荷开关是一种带有简单灭弧装置的开关电器在10kV配电网中负荷开关可用于关合和开断负荷电流及空载长线路、空载变压器等。它和限流熔断器串联使用，组成负荷开关、熔断器组合电器，可以实现由负荷开关关合开断各种负荷电流（包括转移电流），而由限流熔断器开断较大的过载电流和短路电流。由负荷开关、熔断器及其附件组成的高压配电柜称之为环网柜。
(2)根据灭弧介质的不同负荷开关有以下分类：
油负荷开关（用于户外）、压气式负荷开关(FN12型户内安装是一种将空气压缩后直接喷向电弧断口而熄灭电弧的开关）。产气式负荷开关(FN5型户内安装，随着转移电流和电网短路电流的增大，其开关的通断能力已不能满足要求）；目前应用较广的主要有以下两种：真空负荷开关环网柜和SF6负荷开关环网柜。
①真空负荷开关环网柜
主要型号有HXGN[ ]-10 (ZF*)／[]、XGN[]等，均为国产设备。各符号的含义H：环网开关设备，X-箱式，G-固定式，N-户内安装，[]为设计序号，Z一主开关为真空负荷开关，F一带防误联机构锁，*：此位有“R”表示带熔断器。
产品特点：外壳骨架采用型材拼装结构及模块设计，可以按照不同的一次接线方案任意组合，可以靠墙安装，占地面积比较小；一次电缆接线端较高，不小于 70cm。柜内有简单可靠的防误闭锁和开关操作机构，柜内各零件均做了表面处理，以满足机械性能及寿命的要求；采用的绝缘件均为大爬距，具有阻燃性能；柜内配隔离刀闸和真空灭弧室；既可以手动储能、分合闸操作，又可电动储能合闸操作及电动跳闸；手动与电动操作机构并存时，二者之间有可靠的互锁机构，以防止误动作；分合闸力矩小，操作轻便简单；外壳防护等级IP2X。外型尺寸一般不大于900x900x2200（宽x厚x高）。
适用范围：适用于小容量用户及箱变，作为开断lOkV小容量配电变压器。主要电气性能指标：（略）额定转移电流为3150A
②SF6负荷开关环网柜
可以扩展型主要有：GE、SafePlus、SM6、8DH10、M24、HXGN、XGN。适用于单路、双路电源，高压计量的用户。
不可扩展型主要有：GA、SafeRing、RM6、8DJ10等，主要用于电缆分界室作为公用环网供电单元和小区箱变及lOkV高压客户二级配电。
SF6环网柜的特点：
A、用SF6气体作为绝缘介质。SF6气体在正常状态下是一种无色、无味、无臭、无毒和不可燃的惰性气体，其化学性能稳定，具有优良的绝缘和灭弧性能。用 SF6气体作为负荷开关绝缘和灭弧介质，可使断路器外形体积小、断口距离小、开断容量大、可靠性高、维护工作量少，因此在近30年来发展很快（特别是在超高压领域）。但是对环保和维护工作有影响（需对SF6气体泄漏检测、含水量检测）；另外SF6气体在寒冷环境使用也受限制。
B、体积小（以GE柜为例：400x1400x650）、占地省；造价比断路器柜低50%）、操作维护简单，熔断器保护简单、可靠，电气性能指标能够满足电网的要求。
C、 对于SafeRing/Safeplus、SM6/RM6、 8DH/8DJ10型环网柜，内装三工位负荷开关。
主要电气指标与真空负荷开关类似。额定转移电流为1500～1800A。操作方式分为：手动操作、电动操作（辅助电源：～220V）
(1)组合式负荷开关
组合式负荷开关由负荷开关和熔断器组成，在电气性能参数上虽然能够满足lOkV系统使用要求，但由于限流熔断器为一次性动作，所以大多用于配电末端和不十分重要的场所。显著特点是比断路器价格低得多，在发生短路事故时限流作用独特，动作快，降低了对电网的冲击。
(2)转移电流
由于熔断器在开断较小过载电流时，客观上存在融断时间的分散性；当发生三相短路或过载时，最快熔化的熔体动作而形成首相开断，其撞击器动作，触发负荷开关三极脱扣分闸。一相熔断后，其余两相的短路电流将减小至87%，并转移到负荷开关，由负荷开关来开断；此电流为转移电流。转移电流必须小于高压负荷开关的额定开断电流，才能保证安全开断；为了控制这个电流，对熔断器额定电流的合理选择及其时间一电流分散性的正确掌握，就显得十分重要。
熔断器在过载电流下动作时间的分散性可以查阅时间一电流曲线而获得，再与高压负荷开关的分闸时间比较可求得“转移电流”。当熔断器在三相电路开断较大的过载电流尤其是短路电流时，由于熔断器熔断时间很短，时间的分散性就小。如果熔断器已在撞击器触发高压负荷开关动作前，分断了三相电路，转移电流就不会发生。当熔断器过载电流小到使其熔断分散时间大于高压负荷开关分断时间时，才在高压负荷开关中出现转移电流。所以转移电流与熔断器的最小时间一电流特性有关，将其定义为熔化时间等于0.9TO的电流值。即Tml=0.9TO，其中Tml是在最小特性上三相故障电流为Il时首先动作的熔断器的融化时间。 TO:高压负荷开关的分闸时间(0.05～0.3S)．如果已知熔断器的时间一电流特性曲线，可以查得转移电流值。
(3)高压限流熔断器的应用
保护配电变压器的限流熔断器，使用时的主要参数选择及环境影响有以下因素：A、满足变压器的额定电流、过载电流（干式变压器为1.5倍额定电流）；B、熔断器的安一秒曲线应该位于变压器冲击电流（励磁涌流）的右侧；变压器的冲击电流可查阅变压器资料或查阅IEC标准(121n);C、当熔断器安装在封闭柜体中或使用温度超过标准要求时，应降容使用；D、高压熔断器应与低压熔断器配合；E、由于熔断器的最小开断电流一般为2.5～3倍的额定电流，当过载电流在这一区间内时，熔断器不熔断或熔断时间很长，过电流造成电缆接头发热，会使柜内温度升高，造成绝缘损坏。有的厂家生产的熔断器加装了温度保护，当融管内的温度超过一定值时，使弹簧压力释放，撞击器带动负荷开关分闸。
(4) F6气体泄漏和含水量问题
由于客观存在SF6气体泄露问题，虽然泄漏率很低（国标要求年泄漏率在1%以内），但是国内许多开关厂不生产负荷开关，仅外购负荷开关进行组装，也不具备检测设备，因此设备质量无法监控。建议在SF6气箱内装设压力表以便监视，并应保证在零压情况下可以开断负荷电流（允许开断1次），在装有SF6气体设备的配电室应安装低位通风设施。
(5)变压器容量的限制
由于负荷开关操作大容量变压器时，存在产生较大的转移电流等因素，《北京地区电气安装规程》2.3．5条规定，变压器容量为1250 kVA及以下的可以采用环网单元或带熔断器的负荷开关。
(6)操作机构和分励脱扣线圈
负荷开关熔断器组合电器，可安装外部脱扣线圈，作用于负荷开关操作机构，在满足所需条件时脱扣；如当满足变压器超温条件时或柜内温度过高时，启动脱扣线圈跳开负荷开关。
(7)看门狗和短路故障指示器
在10kV客户中大量使用负荷开关环网柜，节省了投资，但由于环网柜一般只装设熔断器保护，可实现相间短路保护，不能实现零序保护。由于一个客户接地故障造成断路器越级掉闸的事故占到lOkV事故约10%，为了迅速切断故障，尽快恢复非故障线路供电，北京屯力公司研发了装于客户架空进线端的智能开关设备（俗称看门狗FFK）。看门狗采用真空负荷开关串联联动隔离刀闸，箱体采用冷轧钢板．内充SF6气体作为绝缘介质，防护等级IP55。操做机构由控制器控制，控制器具备通讯功能，可将相关信息上传至配网自动化系统。安装于10kV架空线客户进线端。
FFK功能：
①装设在FFK装置内的保护控制装置判断为客户内部发生相间短路故障并造成变电站出线开关掉闸。FFK中的负荷开关应在变电站出线开关掉闸后、重合闸动作前自动掉闸，将故障自动隔离。
②装设在FFK内的保护控制装置判断为客户内部发生单相接地故障时，在lOkV系统不接地或经中性点经消弧线圈接地方式时，可直接跳开负荷开关。若10kV系统为中性点经低电阻接地方式时，应使负荷开关先于变电站出线开关掉闸，将故障点自动隔离。
③在任何情况下，FFK中的负荷开关均不允许在过电流情况下掉闸。
由于某一个客户内部故障，造成接于同一线路的其他客户停电的事件，时有发生；为迅速查找、隔离事故点，尽快恢复非故障线路的供电，简便的方法之一是在客户10kV受电环网柜加装短路报警装置。
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