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反时限特性的深入介绍

反时限特性的深入介绍

*简单的保护是*可靠的保护,*可靠的保护就是使用*多的保护。在电力系统中,使用*多的保护是熔丝,因此它是*简单*可靠的保护。仔细研究熔丝的熔断特性,其实它具有电流反时限特性。熔丝通过的电流越大,熔断的越快;通过的电流越小,熔断的时间越长。改良熔丝的特性,我们可以得到各种各样的保护,比如安全保险、快速保险等等,充分利用熔丝的反时限特性作为保护,它的使用范围就非常广泛,从低压到高压,从民用到大工业,从微电子到机电一体化设备。除熔丝外,双金属片热元件也是一种简单可靠应用广泛的具有反时限特性的保护。由于熔丝和双金属片的的反实现特性具有比较大的分散性,所以它们的特性就不那么**,在许多场合也不能随便使用。要得到**的反时限特性,必须要制造具有反实现特性的继电器,现在投入使用的反时限继电器有电磁式的、集成电路的、微机的,林林总总。对于反时限特性,在IEC和IEEE没有制定标准之前,生产厂商各自执行自己的标准,用户按照厂家给定的说明或者曲线来选用,百花齐放,非常民主自由,数不清的反时限特性并存,认识比较鉴别使用他们需要考验电气工程师的耐心和智慧。以ABB和GE公司为例,在没有国际标准前,ABB推出的产品是HiloCo系列,而GE推出的产品是IAC和IFC两个系列,仔细的描绘出各种曲线并且认真进行比较研究,才能找到各系列之间大体的对应关系,在实际使用时才能互相替代。
由于微机保护的兴起,使得反时限曲线特性可以用一个数学方程来**表达并实现,起初只是拟合以往的反时限曲线,比如说GE的反时限特性拟合方程是:
top = 2.2116623K/[0.02530337(M-1)^2+0.05054758(M-1)]
M = I/IB
这些**的方程的描述推动了反时限标准化的进程,ANSI、IEEE、IEC都相继推出了自己的标准,我国在1988年才首次推出了等效于IEC255的标准,虽然晚点,但我觉得标准的起草人沈全荣和夏俊做了非常有益的工作,他们大胆的去繁就简而又保留了精华,体现了中国人的智慧。
1、 IEC反时限特性
IEC反时限特性是使用*为广泛的方程,我国的标准参照了此标准。
top = T*K /(M^α-1)
tre = T*tr /(1-M^2)
M = I/IB
IEC反时限曲线标准:

曲线特性KαtrT
一般反时限0.140.0213.5时间倍数整定值
非常反时限13.5147.3时间倍数整定值
极度反时限80280时间倍数整定值
长时反时限1202120时间倍数整定值
短时反时限0.050.044.85时间倍数整定值


我国反时限曲线标准:

曲线特性KαT
一般反时限10.02时间常数整定值
非常反时限11时间常数整定值
极度反时限12时间常数整定值


从我国的标准可以看出,反时限特性保留了三条曲线抓住了“神”;不在系数上做文章,在整定的时间常数上体现配合关系,做到了“形”。这种将一切繁复化于无形的功力,使我们看到了一点太极或者道家的功夫。

2、 IEEE反时限特性

IEEE反时限标准也是使用的也比较广泛的标准之一,美国ANSI参照了此标准。

top = TD/7 * [ K /(M^α-1) + L]

tre = TD/7 * tr /(1-M^2)

M = I/IB

IEEE反时限曲线标准:

曲线特性KαLtrTD
一般反时限0.05150.020.1144.85时间刻度整定值
非常反时限19.6120.49121.6时间刻度整定值
极度反时限28.220.121729.1时间刻度整定值


美国反时限曲线标准:

曲线特性KαLtrTD
弱反时限0.01040.020.02261.08时间刻度整定值
一般反时限5.9520.185.95时间刻度整定值
非常反时限3.8820.09633.88时间刻度整定值
极度反时限5.6720.03525.67时间刻度整定值
短时反时限0.003420.020.002620.323时间刻度整定值


强大的美帝国,其标准十分牵强,非常霸道,形神散乱,无任何美感,亦如现在美国的价值观和美国政府的国际政策。

3、 电动机电流反时限保护特性

电动机的过热保护是一个非常复杂的事情,究竟采用采用哪种反时限特性合适并无定论,一切都要以实践来检验,但实际情况往往是千变万化的,所以我们只能以不变应万变,以无招胜有招。在我看来,国内外厂商写出的各种特有的方程并由此而申请的保护砖利,都有点花拳秀腿的作秀嫌疑。

电动机的起动过程和运行过程中电流的发热效应和热量累积效果是不一样的,所以我们常常用不同的方程或者系数来模拟(不见得符合实际)。通常采用等效电流的方法比较容易理解,公式中的IB一般可以整定为电动机的额定电流。

t = T / [K1(I1/IB)^2+K2(I2/IB)^2-1.05^2}]

在电动机由冷态起动时,正序电流一般都比较大,其热累积效果不明显,因此K1取小点,如0.5;我们往往对起动时的负序电流非常担心,负序电流大意味者发热严重或者可能缺项运行,K2就可以取大点,比如5;当起动过程完成后,电动机正常运行,这时已经是热态了,那么原先的系数就不合适了,K1可取1,K2可取3。当然电动机不同,参数可以不一样。

还有一种办法是采用热映像方程。

冷态时:

公式中的IB一般可以整定为电动机的额定电流,K为系数,在1.0-1.2之间取值。

t = T * ln{I^2/[I^2-(K*IB)^2}

热态时:

t = T * ln{(I^2-IP^2)/[I^2-(K*IB)^2}

与冷态公式相比,分子中多了一项IP,它反应电动机过负荷前的电流。

对于防爆电动机,我国的保护工作者还采用了tE时间保护。

top = 16 *TD /(3*M-5)

M = I/IB

将tE时间保护的方程变形我们就可以得到与我国非常反时限标准大体相当的曲线,在它看似简单的外表里面却有着不简单的学问。当M=7时,我们得到的动作时间等于整定时间参数TD,这个参数意味着电动机在7倍额定电流下所允许持续的故障时间,电动机能持续0.5秒TD就整定为0.5,电动机能持续0.3秒T就D整定为0.3,而这个7倍正好是我国在设计电动机的时候所对应的堵转电流的倍数。换句话说,只要堵转电流能持续多长时间就将反时限的TD整定为多大的参数,它非常方便实际应用。许多人包括长期从事保护工作的专业工程师其实都很害怕反时限时间参数的整定,因为整定多少为好心中实在没有谱,但对于这个tE时间保护,只要交代清楚,即使是没有多少文化的人都可以正确使用,这么看来,公式的设计者挖空心思、煞费苦心,具有相当的智慧,这条曲线介于一般反时限和极度反时限之间,相当中庸,相当和谐,即使用于保护一般电动机,都非常好用。

纸上得来终觉浅,简单方显真功夫。

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