ABB研制的新型超快速接地开关

1 引言

ABB的快速真空火弧室和世界上最快速限流器(Is限流器）已运行几十年了，它由两种技术组合而成，是一种可对中压开关设备进行特快速保护的故障电弧保护装置（图1）。这种特快速开断装置动作时间很短，小于1.5ms，结合新的电子装置可以保证立即熄灭所有故障电弧。从技术角度讲，它明显改善了系统的使用性能和额定电压40.5KV，额定短时耐受电流（1s）63KA时操作人员的安全性。可以减少停电时间和维修费用，提高经济效益。

由于故障、操作不当或者运行条件不正常等原因可能使开关壳体内部产生故障，有时引发故障电弧甚至造成危险。这种情况下人员的安全性是最重要的，同时也要避免对系统造成损坏。ABB的新型故障电弧保护系统完全满足上述两项要求。该系统按照三相短路接地原理工作。通过该原理产生的低欧姆阻抗将故障电弧的故障电流同时转换到超快速接地开关上，并熄火电弧。

新型超快速接地开关（UFES）由三个U1型一次操作元件和一个QRU型电子监控和脱扣单元（快速脱扣单元）组成。每个一次操作元件的尺寸类似，为高210mm,直径135mm，其形状和固定点类似于24KV绝缘支柱，并且包括一个环氧树脂固封的真空灭弧室两部分。从绝缘角度看，每个真空灭弧室有两个真空区间，被一个隔板分开。位于地电位的一个触头顶端位于第一个真空区间内并与操动机构的活塞固定连接。第二个真空区间包含位于高电位的静触头。每个一次元件配置一个集成的超快速微型气体发生器(SMGG），操作过程中驱动活塞连接导电杆。这

种SMGG在形式和功能上类似于汽车上气囊的气体发生器，见图2。以快捷的模拟技术为基础的电子器件每相．并且保证短时间内的电流监控和光控以及在极短时间内的安全脱扣。

图 2 U1型超快速接地开关的一次操作元件的截面图和3D视图

假如在开关设备内发生内部故障电弧，通过电子技术监控到故障电流（通过电流互感器）和隔室内的弧光（通过光传感器）且几乎同时监控到气体发生器。产生的气体压力推动活塞进入第一部分灭弧室。导电杆穿过隔板并且被静触头固定且无振动的锁住。产生了稳定的对地金属短路，出现的故障电弧在首次识别后4ms内被熄弧。整个过程中使活塞与地电位通过动触头形成安全连接（图3）。 2 所有重要信息的处理

QRU型电子器件提供3个用于持续监控电流瞬时值的输入端。作为识别故障电流判据的反应值通过操作简单的元件匹配不同的保护要求，以小于1VA的输入负载使得电流测量进入现有的保护互感器的二次配线上，见表1.

除了监视电流外，还有9个供监视的输入端。故障电弧保护系统的工作状态通过电子器件单元上的IEC和一个T分段指示器指示（图4）.作为接口，提供各种元件电位的触头，可用于以下目的：

表1 与下列原因相关的电子设备内故障持续时间

（1） 传统的保护设备 ①故障电弧持续时间：200—300ms； ②通过标准继电器监控； ③故障电弧通过馈电断路器分闸； （2）可能引起的后果 ①燃烧和爆炸的危险； ②严重的人员伤害（取决于开关设备的设计）； （3）带有附加装置的快速保护继电器（例如Ith限流器） ①故障电弧持续时间：50—100ms； ②通过专用的保护继电器快速监控； ③故障电弧的分闸通过馈电断路器； （4）对于设备和人员的结果（取决于开关设备的设计） 超快速接地开关（UFES） ①故障电弧持续时间：≤4ms（木气测后）； ②通过UFES电子元件（QRU）超速监控； ③通过操作UFES一次元件故障电弧被快速熄灭； ④故障电流的最终分闸通过馈电断路器完成； （5）预期不损坏

3 ABB真空灭弧室和Is限流器技术已新的方式为中压开关设备提供了超快速故障电弧防护系统

表2 型号为U1的UFES一次操作元件 标准 最大电特性（不同的基础类型） 额定电压（有效值）KV 额定短时工频耐受电压（有效值）KV 额定雷电冲击耐受电压（峰值）KV 额定频率Hz 额定短时耐受电流（有效值）KA 额定峰值耐受电流 KA 额定短路持续时间s 额定短路关合电流KA 机械特性 尺寸（直径和高度）mm 操作时间ms 触头弹跳持续时间ms 寿命 机械寿命操作次数 IEC 40.5 85/95 170/(200) 50/60 50/(63) 170 3/(1) 170 -137*210 ＜1.6 0 1 短路操作次数 储存寿命 年 微型气体发生器 年 1 30 15 4 该ABB系统对中压开关设备提供一个有效的故障电弧保护，明显的改善了系统的使用性能和人员的安全性

除了电流监视外还提供9个光输入端故障防护系统的运行状态通过在电子设备面板上的LED和一个7段显示器显示。作为其子单元，提供各种无电位的触头可供使用，如应用于如下目的： 1）将电子设备的状态向控制台传输。 2）通过上一级断路器分段故障电流。

3）在直接脱扣后作为防止断路器重合闸的连锁装置。

在持续自检控的范围内也考虑点火元件的功能。电子设备由此提供了一个试验模块，在这个模块上模拟和检验各自开关设备的所有动作判据。此时尽管显示了相应的脱扣，但未在SMGG上连接。

与TVOC型光检测系统结合后，可用一个电子装置监控54个开关设备隔室每个柜3个隔室。分别带有9个光输入端的TVOC扩展性模块可直接连接在现有的5个接口上。因为故障电弧的监控是通过电子设备模块来完成，那么至少18个开关设备的配电装置室得到了有效的保护。因为分别监控开关设备隔室，所以故障位置可被准确锁定。 4.1 全面的防护

ABB系统为额定电压至40.5KV，且额定短时电流至63KA（1s）而设计，提供一个有效的故障电弧防护，不仅可对现有老式的，也可对新式的故障电弧等级中压开关设备提供特别的故障电弧保护。同时该系统有助于防止对开关设备和装置的严重损坏以及避免直接对环境的破坏，因此在发生故障电弧的情况下，明显改善了系统的可利用率和人员安全性。除此之外，减少了难以进入安装空间的释压系统。

超快速接地开关一次操作元件可安装在开关设备的电缆连接室内或各个母线段上，为整个系统提供一个屏蔽。新的超快速接地开关可简便地安装在现有的开关设备上，后期也可作为散装设备（即电子器件和3个一次开关元件）。