F-C开关柜中的熔断器的选择

F—C回路中高压限流熔断器参数的选择及动热稳定

验算

武汉钢铁(集团)公司(武汉430080) 张铁军 梁修礼 李毓豪 刘巧珍

【摘要】介绍F—C回路中高压限流熔断器参数的计算方法，并验算其动、热稳

定。

1 影响F—C回路中高压限流熔断器参数的因素

F—C回路主要由高压限流熔断器(简称高压熔断器)和高压真空接触器组成。前者的作用是回路发生短路故障时以熔断其内部熔片切断故障电流，达到保护系统、回路设备及器件的目的；后者的作用是实现生产工艺对被控对象的操作要求，当回路出现过载电流时，由配套的PT、CT及继电保护装置等配合真空接触器分断过载电流，此时高压熔断器不动作。当系统处于启动状态时，依靠调整继电保护的整定值及合理选择高压熔断器动作电流参数来避开启动电流。 应引起重视的是，对于启动时间长及电机在一定时间内连续启动次数过多的负载会因为熔片温升过高造成熔断。如连续出现过载电流或堵转的话，高压熔断器内的熔片温度升高，会使其应力发生变化而造成熔断。所以选择高压熔断器时

须注意以下几点并注重参数配合即可满足安全运行要求。

1.1 外部因素及环境对高压限流熔断器参数的影响

1.1.1 安装场所对参数的影响

(1)把高压熔断器安装在一个三相密封的箱内，这时熔断器额定电流必须减

少15%使用，当额定电流小于20A时可不考虑降容；

(2)把高压熔断器单支封闭在一个绝缘树脂浇注的筒内，这时高压熔断器额定电流应降低25%使用，才能保证不使高压熔断器过热而损坏，对于额定电流

小于20A时仍可不考虑降容；

(3)对于三相安装在封闭的柜体中，由于三相高压熔断器温升之间的相互干扰，熔断器额定电流一般应降容10%使用即可，额定电流小于20A时仍可不考

虑降容；

(4)有时为了增大高压熔断器电流等级，常采用2只并联使用。这时同样要

考虑温度影响，一般降容10～20%使用。

1.1.2 环境温度对参数的影响

按IEC标准规定，高压熔断器可在环境温度-25～+40℃之间的范围内正常工作，当温度低于-25℃时，高压熔断器的机械性能受到影响，而当温度高于

+40℃时，每升高1℃，高压熔断器额定电流应降低1%使用。1.2 真空接触器

与高压熔断器特性配合要求及满足安全运行的基本条件

(1)真空接触器本身的机械特性要好，可靠性高，动热稳定参数符合系统要

求；

(2)高压熔断器的I2t特性与真空接触器动稳定特性相匹配；

(3)高压熔断器的撞击器动作特性与真空接触器动作特性相匹配；

(4)与之配套的继电保护系统应可靠。

2 保护电动机用高压限流熔断器参数选择及计算

2.1 高压熔断器参数选择原则〔1〕

对于高压电动机保护，通常是由几种电器共同完成的，高压熔断器是一种很重要的保护电器，根据IEC 644，我们推荐使用下列一组曲线来保护电动机，如图1所示。图上表示了保护装置与被保护装置电动机的曲线之间的关系图，它组成了一个典型的应用曲线。下面讨论各曲线之间的关系，并以此来指导设计。

(1)首先用高压熔断器安—秒特性曲线10s对应的电流值除以一个适当系数

K所得到的电流坐标应位于电动机启动电流点A的右侧。

(2)高压熔断器特性与过流继电器保护曲线交叉点B值应小于开关装置的开

断电流值。

(3)如果安装了瞬时接地继电保护，那么动作点将由B点移至C点，这时应特别注意，开关可能在大于额定开断电流的某一电流下工作。

(4)整个电缆及母线曲线应位于操作特性DBCE的右侧，假如由于电动机启动功能性质不同(如启动时间长和频繁的启动次数)，根据要求所选择的高压熔断器需要高额定值时，那么DBCE段将向右边移动，因而电缆的截面尺寸应适当

增加。

(5)高压熔断器在通过大故障电流时(一般对应通流时间不大于0.01s)，应把

这个电流限制在开关能承受的电流之内。

(6)要特别注意高压熔断器的系数K，它说明了高压限流熔断器的过载特性，即在规定的系数下使用高压熔断器，可以使高压熔断器反复耐受电动机的启动和过载冲击而不会受到损害。这个过载特性可从5～6s时的高压熔断器特性电流

乘以系数得到。

一般来讲要使高压熔断器对电动机的启动电流有一个最大的耐受能力，在安—秒特性的10s范围内使用一个高的启动电流是比较合适的。

若要对装置电缆和电动机在0.01s范围内有一个最大的短路保护，则应使用

一个低的启动电流(即加有辅助启动)。

总之，高压熔断器的额定电流选择，要根据不同任务和电动机启动电流及时

间、启动次数来决定。

2.2 参数计算

表1、表2分别给出了各类电机的启动时间和高压限流熔断器的系统K。

(1)用于直接启动电动机，高压熔断器额定电流应按下式计算：



式中

Iy——在启动时间内对应的电流值(电动机)

N——启动电流与额定电流之比

In——电动机额定电流

K——高压熔断器系数(如表2)

在经过计算得出IY后，即把这个电流值描绘在高压熔断器安—秒特性曲线的6s点上，与此对应的曲线或靠近该点的曲线即是所要选的高压熔断器额定电流值。此值一般等于电动机满载电流的2倍。如果高压熔断器运行在标准环境以外，如t＞40℃和三相封闭安装等，则还需考虑降容使用，其选用的额定值为



式中

Ir1——由公式(1)得出IY后查表得出的高压熔断器额定电流值

Ir2——熔断器计算电流值

x%——降容系数

(2)高压限流熔断器系数选择及计算实例

一台额定电压3kV、额定功率1450kW的感应式电动机，启动4次/h；系统承受短路能力为250MVA，I∞=4800A(短路稳态电流)；高压熔断器安装在封闭的

柜中，柜内环境温度为42℃、功率因数为0.93、电动机效率系数为0.95，高压熔断器带撞击器；真空开关额定电流630A、最大分断能力6.3kA；系统配有反

时限过电流继电器。

电动机额定电流：

在图2的高压熔断器曲线中，查6.s时对应IY的高压熔断器曲线的额定电流为400A，即Ir1=400A。由于环境温度影响及在三相封闭柜体内运行，高压熔

断器需降容使用，故应考虑以下两点：

①三相封闭柜体内使用需降容10%；

②环境温度高出标准1℃，计降容2%，总计降容12%使用，x%=12%。

根据计算值，选取2只250A高压熔断器并联，并联后额定电流值达500A，该值与计算值512.8A接近，再查配合曲线和高压熔断器过载曲线6s点的参数

情况：

①查出高压熔断器曲线500A，6s点电流为I6=2050×2=4100A； ②计算出高压熔断器6s点过载电流为：Ig6=I6×K=4100×1/1.9=2157A;

 ③6s点电动机启动电流为1890A；

④高压熔断器6s过载点与电动机启动电流6s点之间的余量：

(2157-1890)÷2157=12%，该参数符合要求。

该高压熔断器是保护电动机用的，且必须具有250MVA以上的开断短路电流能力，带撞击器，因此选定两只WKF/3.6kV/250A高压熔断器并联最合适。



3 真空接触器参数验算

3.1 验算短路分断时接触器承受的电动力

3.1.1 计算短路电流电动效应〔2〕

(1)中间相高压熔断器受力计算

当三相短路电流通过平行放置在同一平面内的三相导体时，其中间相所处的

受力情况最严重，该相上的最大作用力为：

Kx——形状系数，在实际决定各相导体之间的相互作用力时，对圆形及矩

形导体的间距较大情况下可认为Kx=1；



(2)平行导体受力计算

从高压熔断器的受力计算结果来看，最大受力仅200N，所以说平行导体受力也不会超过200N，计算略。3.1.2 真空接触器本体动稳定校验

型式试验时，开关承受了时间为0.3s、冲击电流有效值达15.7kA的动稳定

试验。根据公式

Imax＞Ich  (7)

即15.7kA＞10.63kA，故开关满足动稳定要求。

3.2 短路电流热效应

短路电流流过导体，在t秒内所产生的热量为



由于tj难以确定，所以进行验算时按IEC470所给出的时间参数及国家标准规定的时间参数，取tj=4s，按国标规定I∞取8倍额定电流，则对于额定电流值

为630A的真空接触器I∞=5040A。在热稳定试验时按10倍Ie进行测试，所以取

I∞=6300A，回路电阻的实测值R=150×10-6Ω，则

Q=0.24×63002×150×10-6×4=5715(J)

实测温升约63K(环境温度为35℃)，与国家标准规定的短路时铜导体及开关本体允许温升相差甚远。 动热稳定验算与型式试验结果比较，证实该开关各

项指标达到设计要求。