转移电流

由于熔断器熔件熔化的时间差(随着电流的增大而减少)，三相熔断器中有一首开相，三相熔断器的熔断时间差为Δt。

当首开相动作后，撞击器击出，此时可能会出现另二相熔断器尚未熄弧开断而撞击器击出形成负荷开关切断故障电流，原本应由熔断器承担的开断任务现转移至负荷开关承当。熔断器与负荷开关转移开断职能时的三相对称电流就叫“转移电流”。

很显然转移电流的数值与熔断器安一秒特性、负荷开关固分时间有关，引用IEC—420标准中对转移电流值的工程确定方法，在熔断器安—秒特性时间轴取0.9倍负荷开关固分时间(从撞针击出到负荷开关三相触头分开的时间)，作一平行线所对应的电流值就是转移电流值。

例如某真空负荷开关其固分时间为28ms，配用西熔生产的100A熔断器(XLRN1型用于保护变压器)，依此法求出转移电流为1880A，负荷开关应能开断此电流。

故障电流超过转移电流时由熔断器开断。转移电流是一个电流区域(Δa)。转移电流由于三相熔断器之间存在熔化时间差，相对应亦有电流差，因此是一个很小的电流区域，该区域就是转移电流区域。

负荷开关与熔断器的良好配合是可以开断从额定电流、转移电流到短路电流的阶跃区域。 显然，熔断器不同的额定电流有不同的安—秒特性，那么不同的额定电流配用同一个负荷开关，就有不同的转移电流，额定转移电流是指所能配用最大值熔断器的转移电流，生产厂应提供此值。 负荷开关--熔断器组合电器选用中的技术问题

近年来，在10kV配电变压器的保护和控制开关的选用中，由于负荷开关-熔断器组合电器与断路器相比具有结构简单、操作维护方便、造价低、运行可靠等优点，从而使组合电器获得广泛的应用。在实际应用中，如何正确选用组合电器，负荷开关、熔断器与变压器如何合理选配参数，是关系到能否发挥组合电器作用，保证系统安全运行的关键问题。

1 转移电流的校验

由于组合电器的三相熔断器熔体熔化具有时间差，三相熔断器中有一相首先断开后，撞击器动作，此时可能出现另两相熔断器尚未熄弧开断，而撞击器击出形成由负荷开关切断故障电流的现象，即原本由熔断器承担的开断任务转移给负荷开关承担。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。

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，不同的负荷开关，转移电流的指标各不相同，一般型负荷开关的转移电流在800～1000A左右，频繁型可达1500～3150A。

配电变压器的容量不同，相应的转移电流也不相同，实际的转移电流可由变压器容量进行估

算。一般S9-800/10型配变的转移电流为978A。

按照转移电流的定义及结合负荷开关的开断时间和特性，负荷开关转移电流要避开最大短路电流，控制在最大短路电流的70%以内，即实际转移电流约为978×70%＝685A。在分析国产负荷开关和熔断器技术系数的基础上，考虑到产品的离散性，按照转移电流的验算结果，容量在1250kVA范围内的变压器，一般选用真空或SF6绝缘的频繁型负荷开关。容量大于1250kVA的变压器则要求选用断路器进行保护及控制。从组合电器多年的运行情况统计资料来看，安全可靠，情况良好，一直未出现由于选配不当而发生事故。

2

某些负荷开关配备有分励脱扣器供过载等保护跳闸用，即过载时通过继电保护的方式使负荷开关跳闸而无须烧毁熔断器，熔断器只作短路保护。由分励脱扣器动作的继电保护的动作特性与熔断器的时间-电流特性相交点称之为\"交接电流\"。交接电流是一种过电流值，低于交接电流的过电流，由分励脱扣器动作使负荷开关断开，高于交接电流时，由熔断器保护动作。为此选配交接电流参数较高的负荷开关，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器件的数量，这具有一定的技术经济意义。对于真空和SF6负荷开关，相对具有较高的交接电流值，可以提高交接电流接近转移电流，以充分发挥此类频繁型负荷开关所具有的开断能力强的优势。

3

在负荷开关－熔断器组合电器中，负荷开关负责正常电流或转移电流的开断，熔断器承担过载电流及短路电流的开断，两种电器的开断能力相互配合，才能顺利完全开断任务，因此限流熔断器的选配至关重要。选用的限流熔断器应具备分断能力高、最小开断电流小、运行温度低、时间－电流特性曲线陡峭、特性曲线误差小等特性。同时应满足耐老化、安装形式多样、外形尺寸合适等要求。而且应注意在环境温度40℃时，熔断器的功率损失不得超过75W。

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。某些人认为选用额定电流大的熔断器会更安全是错误的，这样不但造成经济浪费，而且使熔断器的\"时间－电流特性\"变差，保护速度降低，影响熔断器的正确开断保护。按照IEC标准，在10kV系统中，相对不同容量的变压器，熔断器的额定电流一般可按表1进行选择：

表1 熔断器额定电流

10kV变压器额定容量(kVA) 100 160 250 500 800 1250 熔断器额定电流(A) 16 25 25 50 80 100

4 应注意的其它问题

(1)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，如前所述的校验计算中，如果为两台同型号、容量的配变并列运行，假如变压器二次侧端子短路，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，在选用组合电器时更应进行转移电流的验算，从而选用转移电流指标满足要求的组合电器。

(2)有下列要求之一的，组合电器均应配置分励脱扣器实现负荷开关的快速电动分闸： ①需设置重瓦斯保护的油浸变压器。一般情况下，容量在800kVA及以上的油浸变压器

限流熔断器的选配 交接电流指标的选配

均须设置重瓦斯跳闸保护。

②干式变压器的超温跳闸保护。

③带外壳干式变压器的误带电开门的跳闸保护。 ④具有远方操作控制要求的。

5

结束语

总之，对负荷开关-熔断器组合电器的选用，应根据实际使用场合，按照变压器容量及运行方式，结合各类负荷开关的各项技术参数及开断能力，求取转移电流和交接电流，对负荷开关、熔断器与变压器合理选配参数，从而对组合电器做出正确的选择，确保组合电器的安全可靠运行。

组合电器中配合特性的研究

金立军 马志瀛 陈晓宁 孙 弋 苏方春

【摘要】本文通过对组合电器中负荷开关与熔断器之间的配合特性分析，认为减小熔断器在转移电流区域内的弧前时间或适当增加熔断器触发的负荷开关分闸时间T0，均可降低组合电器所需开断的转移电流值，并针对现有组合电器提出了减小转移电流的具体方案。

【关键词】组合电器，配合，研究

RESEARCH ON THE COORDINATION OF COMBINATIONS

JINLijun MAZhiying CHENXiaoning SUNYi SUFangchun

(Xi'anJiaotongUniversity,710049)

【Abstract】Through the analysis of the coordination characteristics between the switch and the fuses in combination,it is shown that the transfer current of combination can be decreased by reducing the prearcing time

of fuses in the range of transfer current or by increasing the fuse-initiated opening time(T0)of the switch.The ways to decrease the transfer current for present combinations are put forward.

【Keywords】combinations,coordination，research

1 概 述

负荷开关-熔断器组合电器中，熔断器用于过载电流和短路电流的开断；负荷开关用于正常负荷电流或转移电流的开断，并具有关合短路电流的能力。两种各具特色的电器结合，使组合电器具有许多优点。

首先，对于一个开关来说，切负荷是经常发生的，短路保护则很少出现。组合电器可将控制和保护的功能分开，大量的经常发生的切负荷工作由负荷开关来完成，而极少发生的短路开断则由熔断器来完成。其次，组合电器中的限流熔断器具有限流特性和分断短路电流速度快的优点，在较大短路电流出现时，熔断器在电流达预期值之前迅速开断电路，使被保护的电器设备免受巨大短路电流的危害，对用电设备的保护更加可靠。在许多使用场合，组合电器与断路器相比，结构简单、造价低、可靠性高，因而近年来组合电器在城市电网中得到广泛的应用。但目前许多组合电器产品因负荷开关与熔断器配合不当，开断转移电流能力较差，其使用范围受到很大限制，为此目前有关转移电流的求取以及负荷开关与熔

［1，2］

断器的配合关系，许多学者进行了探讨，但在组合电器中使用的熔断器和负荷开关应当有何特点，才能实现两种电器的优化配合，目前尚无具体研究报道。 本文通过对组合电器中负荷开关、熔断器、熔断器撞击器等电器元件，在配合特性中各自功能要求的分析，提出了满足组合电器配合特性要求的优化设计方案，以求低成本，高效率地降低组合电器因配合特性所需开断的转移电流，实现组合电器中负荷开关与熔断器的优化配合。

2 组合电器配合特性的影响因素

2.1 负荷开关与熔断器之间的配合

负荷开关-熔断器组合电器的任务很明确，负荷开关开断工作电流，熔断器承担短路保护。在此之间，存在一个过电流区域，有可能负荷开关和熔断器同时动作，因此只有两种电器的开断能力相互配合，才能顺利完成此开断任务。 组合电器中负荷开关与熔断器配合操作的过程较为复杂，它与电路中电流大小密切相关。当开断较小的电流(如小于3倍的熔断器的额定电流)时，组合电器的开断由负荷开关单独完成，负荷开关三相开断，三相熄弧；当电路出现故障，电流(约20倍熔断器额定电流以上)较大时，熔断器在故障电流的第一个半波动作，过半波(10ms)后已开断三相电路，负荷开关随后的操作属于无负荷动作；当电流在转移电流范围(3～20倍熔断器的额定电流)内，三相熔断器之一首先动作，同时其撞击器触发负荷开关分闸。另外两相电路可能是由负荷开关开断，也可能由熔断器开断，此时熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务［3］。

由此可见，转移电流是指熔断器与负荷开关转换开断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，其它两相电流由负荷开关开断。大于该值时，三相电流仅能由熔断器开断。 2.2 转移电流的影响因素

由于制造上所必然存在的偏差，熔断器的时间-电流特性曲线也存在着误差，当三相故障电流通过熔断器时，三相熔断器不可能同时分断电路，如果首开相与剩余两相弧前时间差大于由熔断器触发的负荷开关分闸时间，就会出现负荷开关开断转移电流的情况。

图(1)表示在转移电流范围内可能出现的最大和最小熔断器时间-电流特性曲线，为了便于分析，近似认为在转移电流的小区域内的特性曲线为直线。最小时间-电流曲线上的Tm1，是在三相故障电流I1下首先动作的熔断器熔化时间；Tm2

是第二相熔断器动作时的熔化时间，由于第二相熔断器已经承受了三相故障电流I1的时间Tm1，所以Tm2小于最大时间-电流曲线上的两相电流(0.87I1)所对应的时间。参见IEC420标准可知，三相熔断器的首开相和第二相弧前时间差ΔT与Tm1的关系为：

ΔT=1.1Tm1 (1)

1—最大时间-电流特性；2—最小时间-电流特性 图1 熔断器可能的最大和最小时间-电流特性

在转移点处，ΔT应与熔断器触发的负荷开关分闸时间T0相等，即：

T0=ΔT=1.1Tm1

或：

Tm1=0.9T0 (2)

由此可知，在熔断器的最小时间-电流特性曲线上，取弧前时间等于0.9T0所对应的电流，即为所求的转移电流值［4］。所以熔断器的弧前时间-电流特性及熔断器触发的负荷开关分闸时间T0是决定转移电流大小的重要因素。

3 组合电器中的熔断器

3.1 熔断器弧前特性对转移电流的影响

用于组合电器中使用的熔断器应当另具特点，才能实现负荷开关与熔断器的优化配合。如图(2)所示，假设曲线1、2分别为两种不同的熔断器时间-电流特性曲线的下限。比较曲线1，2可发现，在相同电流条件下，曲线1的弧前时间长于曲线2，曲线2在转移电流区域内的时间-电流特性曲线位于曲线1的左下方，如取0.9T0时间，通过两曲线可读出相应的转移电流值：Itc21—弧前时间较长；2—弧前时间较短 图2 不同熔断器时间-电流特性

3.2 熔断器的优化设计

要加快熔体在转移电流区域内的熔化速度，就必须对现有熔断件的熔体尺寸进行修正，而且应当尽可能少地影响熔断件其它特性。在高压限流熔断件结构简化的基础上建立熔体二维温度场和电流场的联合数学模型，并采用有限元法进行求解，可算出熔断件弧前时间-电流特性曲线。利用文献［5］提供的熔断件参数，计算在50ms～300ms区域内的时间-电流特性，结果如图(3)所示，其中曲线1为常用熔断件时间-电流特性，熔体厚度为0.142mm，曲线2为试品熔断件时间-电流特性，熔体厚度为0.114mm，两熔断件其它尺寸完全相同，比较曲线1、2可看到，曲线2在曲线1的左下方，即在通过相同电流的条件下，减小熔体厚度，使熔断件弧前时间明显减小。虽然熔断件的温升有些提高，但仍能满足标准要求。

1—常用熔断件时间-电流特性曲线 2—试品熔断件时间-电流特性曲线 图3 熔断器时间-电流特性曲线

假设有0.9T0=90ms，由曲线1可读出组合电器的转移电流约为1300A，由曲线2可读出组合电器的转移电流约为1000A，熔体减薄20%，转移电流减小了23%。这些计算及实验的研究结果已成功地应用于高压限流熔断件的新产品设计中。

4 组合电器中熔断器的撞击器

在组合电器中使用的熔断器的撞击器，其主要作用是在熔断器起弧后触动负荷开关脱扣分闸，由2.2节的分析可知，T0是决定转移电流大小的重要因素之一，IEC420标准对熔断器触发的分闸时间(负荷开关的)明确定义为：从熔断器起弧时刻到所有相弧触头都分开时刻的时间间隔。因而T0由负荷开

关固有分闸时间tg和熔断器撞击器的动作时间tc构成。

以弹簧型撞击器为例，用目前高压限流熔断器中常用的中型撞击器为试品，选定电流(有效值)在5A～25A之间，测量在不同电流情况下撞击器动作的特性，根据测量结果绘制撞击器动作特性I-T曲线，见图(4)。熔断器撞击器行程持续时间tc与通过撞击器的电流有关，电流愈大，撞击器动作时间愈短，其动作特性是一条反时延特性。根据多种熔断器撞击器试验测量，其行程持续时间均为20ms左右［6］。

图4 撞击器动作特性曲线

按IEC282-1标准［7］规定，熔断器撞击器行程持续时间tc不得超过100ms，若将目前的撞击器动作时间延长至100ms，即取0.9T0=160ms，由图3中曲线2可得转移电流约为800A。所以在产品设计时可适当地增大tc，也可达到减小转移电流的目的，但要满足IEC420标准8.2.3条规定，即熔断器无损伤耐受时间至少比T0长50%。

5 组合电器中的负荷开关

在组合电器的配合特性中，负荷开关的设计及选用特别重要。负荷开关的固有分闸时间以及负荷开关开断过载电流的能力是配合特性中的关键参数。 负荷开关通常有一般型和频繁两种，一般型通常为油、产气和压气式负荷开关，其优势在于造价低，结构简单；频繁型常为真空和SF6负荷开关，其优势在于结构紧凑，基本无需维修，寿命长。由于空气介质绝缘耐压强度及去游离能力均低于真空或SF6，因此一般型负荷开关开距及超行程较大，负荷开关固分时间tg较长，通常为65～80ms，而真空或SF6负荷开关的开距及超行程较小，负荷开关固分时间tg通常仅为10～20ms，目前常用的撞击器的动作时间约为20ms左右，所以熔断器触发的负荷开关分闸时间T0，一般型约为100ms，频繁型约为40ms。根据转移电流的求取方法，从SLF100型熔断器时间-电流曲线上可求出，一般型约为1200A，频繁型约为2000A，显然频繁型负荷开关所需开断的转移电流值大。 由于负荷开关的额定电流主要取决于导体截面，接触状况，散热条件等，而开断电流能力则主要取决于分闸速度，灭弧条件等，同一额定电流、电压等级下的一般型负荷开关与频繁型负荷开关，由于两者动作原理、灭弧条件等因素不同，虽然其额定电流相同，但开断能力却有很大差别，以目前性能较好的12kV、630A的负荷开关为例，一般型负荷开关开断能力通常为1200A左右，频繁型负荷开关可达2000A以上，虽能满足配合特性的要求，但已没有裕度，影响组合电器的可

靠性。

通过以上分析可见，组合电器中的负荷开关应从其固有分闸时间及开断过载电流的能力两方面考虑，对于一般型负荷开关，由于其固有分闸时间已经较长，所需开断的转移电流值相对较低，设计时应着重考虑改进灭弧室结构，优化操动机构，增强灭弧能力；对于频繁型负荷开关，由于其开断过载电流的能力较高，而固有分闸时间较短，设计时可考虑适当增加脱扣延时，或选配行程持续时间tc相对较长的熔断器撞击器，使T0增大，降低转移电流值。

6 结 论

(1)综合考虑组合电器中负荷开关、熔断器、熔断器撞击器等电器元件在配合特性中的功能，可优化组合电器的配合特性。

(2)在保证熔断器其它性能基本不变前提下，减小熔断器在转移电流区域内的弧前时间，可降低组合电器因配合特性所需开断的转移电流。

(3)适当地增加熔断器撞击器行程持续时间tc或负荷开关固有分闸时间tg可降低组合电器所需开断的转移电流值。

(4)本文所述设计方案及理论分析均通过了实际验证，并在产品中得以应用。 作者单位：金立军 马志瀛 陈晓宁 孙 弋 苏方春(西安交通大学，710049)

参考文献

[1] 王季梅，卜小玉，蔡龙权.高压负荷开关-熔断器组合电器转移电流的确定.高压电器，1994，(6)

[2] 马志瀛.对IEC420确定转移电流方法的一些认识.高压电器，1997，(4)：26～28

[3] Ansgar Muller.负荷开关与熔断器的配合-对IEC420的解说.高压电器国际标准信息与动态，1993，(2)：34～43

[4] International Standard.High-Voltage Alternating Current Switch-fuse combinations.IEC420,1990 [5] 张娟，马志瀛.高压限流熔断件的二维温度场数学模型及其应用.电网技术，1995，19(12)：24～26

[6] 金立军，马志瀛等.组合电器中熔断器撞击器动作特性的研究.高压电器，1997，(5)：11～15

[7] International Standard.High-Voltage Fuses,Part1:Current-Limiting Fuses.IEC282-1,1985