4.3.延時開斷

第三種延時開斷，就是等，在短路開始的那一刻，通常關(guān)于零軸對稱的交流電流波會偏移某個值，從而產(chǎn)生關(guān)于另一個軸對稱的波形。不對稱程度是幾個變量的函數(shù)，包括直到短路點和交流波上引發(fā)短路點的電力系統(tǒng)參數(shù)。在三相電路中，通常有一相的偏移明顯大于其他兩相。將這種不對稱波形分析為由疊加在直流電流上的對稱交流波組成。電流的直流分量通常會迅速衰減，并且在大多數(shù)電力系統(tǒng)中會在 0.1 秒內(nèi)達到一個微不足道的值。衰減率是系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)。短路電流的交流分量也會衰減，衰減率取決于系統(tǒng)參數(shù)。一般來說，故障越靠近發(fā)電機或其他大型旋轉(zhuǎn)機械，衰減越快。

電力系統(tǒng)X/R比率是系統(tǒng)電抗與系統(tǒng)電阻的比值，從電源電路中的任何點返回電源，假設(shè)在該點對系統(tǒng)施加短路。這是說明源系統(tǒng)功率因數(shù)的另一種方式。X/R會影響斷路器需要開斷的短路電流水平。當(dāng)發(fā)生短路時，對稱故障電流的有效值由系統(tǒng)電源電壓和故障點的總系統(tǒng)阻抗決定。故障至少在一個相位中存在明顯的不對稱，即直流分量，它與交流對稱分量相組合成短路電流值，它是斷路器必須斷開的觸頭分開瞬間的均方根不對稱電流值。故障電流的直流分量衰減率是由電路在故障點的 X/R 比決定的，如圖7所示， X/R比越高，直流分量衰減得越慢。對于給定水平的對稱故障電流和給定的斷路器分閘時間， X/R 比確定了斷路器需要開斷的不對稱故障電流值。如果 X/R 比太高，不對稱故障電流可能會超過斷路器的分?jǐn)嗄芰Α?/span>

圖7 不同X/R比對應(yīng)的直流分量衰減

由于系統(tǒng)的X/R比率過高，短路電流的不對稱分量超過100％，這種很高的直流分量的作用是導(dǎo)致第一個過零點被延遲幾個周期，系統(tǒng)會出現(xiàn)“電流延遲過零”，安全開斷故障電流的問題變得更加復(fù)雜。由于斷路器是依靠電流過零點來開斷短路電流的，這種過零時間的延遲要求斷路器要足夠堅固，以承受更長時間的電弧，電氣，機械和熱應(yīng)力作用在斷路器上的額外影響。

斷路器使用延時繼電器延緩分閘，因為小容量發(fā)電機、配電回路等短路電流直流分量衰減很快，最多100ms就衰減差不多了，開關(guān)設(shè)備和斷路器只需要有足夠的動穩(wěn)定裕度，即較高的動穩(wěn)定耐受值，延長動作時間，躲過較大的幾個波后再動作，就可以使用斷路器可靠開斷短路電流，這也就是很多發(fā)電機出口開關(guān)的動作速度都不是很快的原因 。

5.結(jié)語

由于大的短路電流有極大的動熱破壞作用，為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，要對短路電流時進行限制或快速切斷短路電流。電抗器體積大，重量大，電抗器無有功和無功損耗電能損失大，降低供電質(zhì)量。使用無損耗限流裝置，通過極速開關(guān)或自恢復(fù)限流器實現(xiàn)短路時電抗器快速接入，可以保證供電連續(xù)性；而高壓限流器切斷短路電流，不使用電抗器，體積小，額定電流更高，開斷短路電流能力強，迅速切斷隔離短路電流，對于發(fā)電機的電源保護，海上石油平臺、新能源發(fā)電等多電源并聯(lián)系統(tǒng)，作為分段母線聯(lián)絡(luò)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定；高壓限流器還可以保護設(shè)備、人員安全，可以安裝在戶外，通過并聯(lián)備用限流器實現(xiàn)快速恢復(fù)。而延遲開斷對于小型發(fā)電機等應(yīng)用，故障電流的直流分量衰減很快，在3 到 5 個周波內(nèi)達到一個微不足道的值，然后就可以安全開斷短路電流，具有更高的經(jīng)濟性和可靠性。