短路保护(P28)

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电气设备的短路保护
• 这也包括两个层次的问题： （1）提高给装置电源部分提供电能的交直流 电的可靠性。
保护装置 交流/直流 ? 电源电路 ?
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• 解决办法： 1）采用独立的直流供电电源，保护装置的工 作不受被保护设备线路电气情况的影响。 2）采用交流双电源供电，如变压器＋速饱和 电流互感器。
电气设备的短路保护
2）装置电源电路的可靠性的问题。 这又包括几个方面的内容： 1、电源电路的电磁兼容性（EMC）。 • A：防止电源电路（主要是开关电源）产生干扰 信号影响保护装置其他部分电子线路，以及附 近其他的电子设备的正常工作。（干扰别人） • B：防止电力线路上的各种干扰信号（如浪涌电 压、各种瞬态尖峰电压）通过电源电路传导到 保护装置的电子线路，从而引起误动。（被别 人干扰）
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电器与短路保护电器的协调配合
• 与短路保护电器（SCPD）协调配合的电器 大致可以分为如下三大类。 • 第I类——无过电流脱扣器，也无接通和分 断短路电流的能力。 如控制电路电器和开关元件，各类电器的 辅助触头。
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电器与短路保护电器的协调配合
• 第II类——无过电流脱扣器，无分断短路电 流的能力，但有接通短路电流的能力。 如接触器、刀开关、隔离开关、开关熔断 器等。 • 第III类——具有过电流脱扣器，具有接通和 分断短路电流的能力。 如短路通断能力低于安装点预期短路电流 的断路器、不具有分断短路电流能力的电 动机起动器。
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• 缺点： 1、仅适用于三相对称电气设备。 2、对于三相对称短路故障无法进行保护。
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五、载频短路保护 • 保护原理：在电力线路上施加高频信号电压， 短路时回路阻抗减小，高频信号电流增加，信 号电压减小甚至消失，从而使开关跳闸切除故 障。 1、在开关合闸状态发生短路故障时，回路阻抗变小， 使开关跳闸。 2、在开关分闸状态发生短路故障时，使开关闭锁， 不能合闸。 因此，在电力线路带电、不带电的情况下，均 能够进行短路监视保护。 3、保护反应快，可以达到5ms。
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2、电源电路的无故障工作时间要尽可能地长。 解决办法： A、电磁兼容性是一个系统工程，与电子元件的选 用、电路板的布局、屏蔽措施、结构设计、接 地设计都有关系。这些在设计或者选型时就要 仔细考虑。 B、在电源电路已设计好或者已选定的情况下，只 有加装电源滤波器和想办法增加电子线路自身 的抗干扰能力。 C、选用高品质的电子元器件、合理设计（原理设 计、热设计、结构设计等）。
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二、电流继电器短路保护 • 保护原理：电流互感器的二次电流通过电 流互感器的线圈，短路时电流大于继电器 动作电流整定值，继电器输出触点动作， 通过断路器切除故障。 • 适用范围：用于有电池或者电容储能式直 流电源的场合。
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三、电流脱扣器短路保护 • 保护原理：短路时一次电流或者电流互感 器二次电流通过脱扣器，其电流大于脱扣 器的动作电流时，脱扣器动作，使得断路 器跳闸以切断故障。 • 适用范围：用于没有电池或者电容储能式 直流电源的场合。
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• 施加信号原理图
UA
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六、电子综合保护 • 保护原理：测量线路中电流的大小，根据 电流的大小来实现相应的短路、过负荷保 护等功能。并可以实现欠压、过压、断相 等保护。 • 一般来讲，其整定范围大，精度高。目前， 电流脱扣器和电流继电器都是向这个方向 发展。
3）载频短路保护的特殊问题。 由于载频短路保护是外加一个高频信号，可由 信号电流的变化来监测相间阻抗的变化，提前 发现事故隐患，防止短路事故的发生。 • 问题： 1、为了防止高频信号的扩散，影响保护可靠性，应 在被保护设备另外一端加上阻波器。 2、有时高频信号会对一些设备的工作造成影响。
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电器与短路保护电器的协调配合
——指电器（如接触器和电机起动器）和 规定的SCPD在低压电路中串联工作时，承 受可能出现的短路电流的能力。
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电器与短路保护电器的协调配合
• 当电路中出现过电流或者短路时，流过电 器（接触器或者接触器）的电流的持续时 间，取决于电路中保护装置的动作和分断 时间。此时电器将承受短路电动力和产生 的焦耳热的共同作用。
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• 正常情况下，电容C充满电。 • 短路时，如电压低于某一数值，电压继电 器YJ闭合，接通电容C的放电回路，放电电 流流过跳闸线圈使开关跳闸。 • 如电压高于该数值，短路信号能够使开关 可靠跳闸。 • 因此，短路时，无论电压高低都能够使开 关跳闸，切断故障。
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电器与短路保护电器的协调配合
协调配合类型如下： • I型协调配合——要求受试电器在短路条件下不应 对人及设备引起危害，在未经修理和更换零件前， 允许不能继续使用。 • II型协调配合——要求受试电器在短路条件下不应 对人及设备引起危害，且应能够在未经修理和更 换零件前继续使用，允许触头有轻微的易于分离 的熔焊。
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设备
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• 特点： • 优点： 1、取相位信号，因此短路信号的大小与主回 路的电流大小无关。（无需考虑电动机的 起动电流） 2、解决了由于远距离供电中近端、远端短路 阻抗相差很大，短路电流差别很大，如将 大电流作为短路信号，远端短路时短路保 护难以实现的问题。
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• 变压器＋速饱和电流互感器供电
• 无短路故障时，电源由变压器供给。 • 短路时，电源由饱和电流互感器供给。
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• 要保证保护装置可靠工作，两个电源的供电必须 有一部分重叠。
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100%
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• 对于三相设备应该采用三相变压器和三相速饱和 电流互感器。 17
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• 短路保护存在的问题： 一、保护电路的供电电源问题。 对于相敏短路保护、载频短路保护、电子 综合保护以及电子式的电流脱扣器、电子 式的电流继电器，其正常工作都需要直流 电源。电源的可靠性是保护装置可靠性的 关键。
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• 很多情况下，保护装置和被保护设备都安 装在工作现场。从经济或者技术的角度无 法为保护装置提供独立的直流电源。保护 装置的工作电源必须也从被保护设备的线 路上取得。此时，如何保证在短路时线路 电压可能丧失的情况下对保护装置的可靠 供电是一个关键的问题。
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• 常见的电气短路保护方法（6种） 一、熔断器短路保护 • 保护原理：短路电流流过熔断器时，熔体 因过热而熔断，从而切断故障线路，保护 设备免受烧毁。 • 适用范围：中小容量的变压器、低压配电 线路、控制回路、二次回路、电压互感器、 起动器等。
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特点： • 优点：结构简单、价格低廉、本身可靠 （利用很本质的物理特性来动作） • 缺点：切除故障时间较长、离散性较大 （西门子可以达到5％）、熔断器的特性与 被保护设备的短路特性不易于做到很好的 配合。Biblioteka 4电气设备的短路保护
四、相敏短路保护 • 保护原理：发生不对称短路时，故障设备 （故障点）上的电压、电流的相位由三相 对称变为三相不对称，这种不对称转变为 短路信号电压，通过电子电路进行阀值判 断，输出信号使断路器跳闸，切除故障。
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• 不对称短路相位变化示意图（A、B相短路）
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• 动作电源的问题。 在许多场合，没有直流动作电压、或者交 直流动作电压受到交流线路故障的影响而 不可靠。 • 解决办法： 1、弹簧储能失压跳闸开关（机械储能） 这种开关跳闸动作所需的能量由弹簧供给， 弹簧在有电压时存储能量，在需要动作时 释放能量。
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2、采用具有通电跳闸线路的开关