北美中压开关设备(二)

3. 北美真空断路器要求

符合北美IEEE C37.04标准的真空断路器有如下特性与IEC/GB标准的断路器不同：

3.1.     自由脱扣机构（Trip free）

如果在断路器施加合闸信号（机械或电气）之前施加并保持了机械跳闸信号，则不允许断路器触头闭合，即使是瞬时闭合也是如此。动触头返回分闸位置并保持在分闸位置，即使持续发出合闸命令，动触头依然保持在分闸位置。该机构可能需要在操作过程中释放弹簧能量。但是，触头的移动不应将断口间隙减小超过10％，也不应减小触头间隙的额定介电承受能力，并且触头应置于完全断开的位置。（需要在电气和机械方面阻止了合闸功能）。

• 如果分闸/脱扣按钮被按下（电动或机械），不要让合闸按钮被机械按下。这可以通过适当的联锁方案来完成。电气联锁采用电磁铁阻止合闸。如果在合闸信号（机械或电气）施加之前施加并保持机械分闸信号，图2中所示的微动开关1将断开合闸线圈磁铁的电源，合闸线圈磁铁的铁芯伸出阻挡合闸按钮以机械方式合闸断路器。同时，铁芯将闭合其常开触点与合闸线圈串联的微动开关2，这将不允许断路器电气合闸。

                           

图 2    断路器自由脱扣机构安装示意

• 第二种选择是一种机构设计方式，可以按下合闸按钮，但储能弹簧在空气中释放，而不是在主轴上释放能量以使真空灭弧室合闸。

自动弹簧释能（ASD）

ASDAuto Spring Discharge 弹簧自动释能，IEEE标准要求，断路器不论从试验位置摇到工作位置或反过来，或者从隔室抽出到柜外，或从柜外推进断路器隔室，都要求断路器不能处于储能状态，即要求断路器储能弹簧必须释放才能摇出或摇进、推进或抽出，以保证操作人员不会意外接触弹簧储能机构，造成弹簧释能危害。因此断路器必须设计释能机构，与断路器不能合闸一样，摇进、出必须处于分闸、未储能状态，以保证操作人员安全；这就需要提供一种机构，用于在将断路器从柜体中抽出之前或过程中自动释放存储的能量，如果在断路器从连接位置移开之前释放出存储的能量，则需要附加的电气联锁装置以防止自动电动储能。

  3.3.     MOC 断路器分合位置辅助开关（C37.20.2-7.3.6）

不同于IEC/GB断路器辅助触点S5/S6安装在断路器机构箱内，主轴通过拐臂直接驱动，简单，可靠。IEEE标准断路器要求断路器分合位置触点必须安装在固定断路器隔室内，即辅助开关固定安装在隔板上。

IEEE这个要求主要有以下目的：

1.    辅助开关安装在隔室内部，可以实现在没有断路器的情况下，通过模拟装置对整个二次系统进行检验，信号系统，保护系统等；

2.    以前的保护控制系统有时需要很大的电流，即要求辅助开关触点承受电流要大，固定安装在隔室内部容易实现较粗的电线连接，而二次插头一般只能接1.5平方的线，承载电流有限；

这就涉及两个问题必须解决

1.    需要主轴机构使断路器在试验位置和工作位置都要能够驱动辅助开关动作。

2.    需要一套主轴引出驱动机构，不论是在侧部、底部还是顶部。这个机构相对于安装在机构箱内部的辅助开关固定连接驱动，机构要求活动连接驱动，机构部件多，由于断路器分合闸冲击力大，断路器和固定的辅助开关位置误差等，机构的可靠性需要解决，机械寿命需要解决，按IEEE标准要求机械寿命500次，但从应用角度考虑，断路器寿命10000次，MOC的机械寿命也要相同。再有就是主轴带到多机构部件对分合闸速度，特别是分闸速度影响大，必须减少传动部件质量、动量，以减少对速度的影响。

  3.4.     TOC 断路器手车位置辅助触点（C37.20.2-7.3.6）

不同于IEC/GB断路器辅助触点S8/S9安装在断路器底盘车内，摇进丝杆驱动位置辅助开关；

IEEE 手车位置辅助开关TOC位置开关必须固定安装在断路器隔室里，用于指示手车的断开位置和连接位置。

3.5.     真 空断路器灭弧室的磨损指示

不同于SF6断路器，真空断路器由于密闭在真空灭弧室内，触头面对面接触，没有引弧触头，断路器开断过程触头烧蚀、机械操作触头分合都会造成触头的磨损；触头磨损直接决定了真空断路器的电寿命。当前断路器的电寿命预测都是通过开断次数、开断短路电流值、燃弧时间进行计算得出预期寿命，很多专家提出了很多算法，但一般来说都是理论值或经验值，还不能准确的预测电寿命，由于个体差异，首开极、开断相等不同，预测的电寿命与触头的实际磨损并无非常准确的相对关系，即软件模型计算值和实际物理变化值之间存在差异。美标真空断路器市场要求，需要提供用于指示灭弧室触头磨损情况的机械指示装置，以便清楚查看触头磨损情况。

4.北美开关柜的要求

4.1.     美标开关柜种类

美标开关柜有金属铠装和金属封闭两种结构，金属铠装开关柜对应的标准是C37.20.2，金属封闭开关柜对应的标准是C37.20.3。开关柜有户内和户外式，户外式又分为有维护走廊和无维护走廊两种。

图 美标开关柜户内、户外有、无维护走廊布置示意

 

主流产品的宽度是36英寸，即914mm 宽度，也有26英寸的窄型开关柜，柜深一般是94英寸，即2388mm，高度2413mm。开关柜采用双层柜结构，双层断路器或电压互感器、电源互感器手车等组合。

开关柜的外壳种类有A、B、C三种，柜壳防护等级保护公众人士接触的是A类，未经授权和未经培训的人员保护是B类，专业人士保护的是C类。

美标开关柜需要满足燃弧要求的大约占40%，随着安全要求加强以及一些工业客户的要求，抗燃弧需求在不断的增加。对于非燃弧柜，控制、仪表等设备安装在断路器室门上，对于燃弧柜，仪表等安装在中间单独隔室内。

4.2.     产品特征要求

• 所有的带电体封闭在接地的金属隔室内部；

• 断路器应是抽出式结构或具有等效措施，在母排带电情况下，能安全地将断路器断开；

• 抽出式断路器不论在工作位置还是断开位置，应有机械锁定机构，在断路器抽出状态下，带电静触头被自动覆盖；

• 主回路母线导体和连接应全部绝缘;

• 应提供足够数量的接地和短路设备，以保证电路安全地进线维修工作；

• 电缆入口应有能防止漏水沿着电缆开关柜内部的措施；

• 仪表、开关、指示灯、按钮、操作手柄等应有标明其用途和操作位置的耐久铭牌;

• 所有带电体封闭在接地的金属隔室内，自动活门，主回路母线导体和连接全部绝缘，断路器隔室门可以作为继电器安装板;

• 低压环形电流互感器套在一次触头盒上，上下各可以套2只，即每相可以有4个电流互感器绕组。这种安装，便于维护和更换。

• 美标开关柜采用专用的验电、接地手车作为检验回路是否带电，以及回路安全接地的手段，因此不使用接地开关。

• 美标开关柜净距爬距要求。

  

  美标开关柜对板材厚度等结构有具体要求

• 相邻垂直隔室之间、一次回路重要部件的隔板板厚至少3mm;

• 其它盖板、隔板、柜体和门板板厚至少是1.9mm；

• 如果安全距离不符合下表要求，柜体开孔应阻止直径大于3.2mm的棒进入，如果距离大于下表要求，则柜壳应阻止直径大于3.2mm，小于13mm的棒进入，

带电体到通风孔的净距要求

对于通风网板面积大于320mm2，网板线径需要≥2.1mm，且安装板厚≥2.1mm； 网孔面价小于等于320mm2，网板线径需要≥1.3mm，且安装板厚≥1.1mm。

• 柜顶部通风孔应阻止灰尘进入开关柜。

• 一次回路隔室间除了必须的通讯开口应没有其它开口；

• 开关柜表面处理需要经磷化或相同的处理再喷漆，外表面需要抗腐蚀，盐雾试验要求600小时；开关柜喷漆颜色推荐ASTM D1535-97 61号浅灰色。

• 用于进入进行检查或维护的盖板重量需要小于27kg或面积小于1.12m ² ，否则需要安装铰链或提升装置。

美标开关柜的机械联锁要求：

1.   断路器在合闸状态不能摇进摇出

2. 断路器在没有完全咬合或与带电体有足够的安全距离不能合闸

3.    只有二次回路断开，才可以接近或断开电压互感器熔断器