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低压电器

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继电器在高压开关中的应用

导读: 继电器触头并联的使用不能提高其负载电流,因为继电器多组触点的动作绝对是不同时动作的,即先接通的1组触点首先切换提高后的负载,而并联的另外触点还没动作,很容易使触点损坏而不接触或熔焊导致不能断开,触点并联对“断”失误可以降低失效率

一、概 述

     目前使用的高压开关设备的二次系统由众多的继电器、多触点辅助开关、行程开关及压力开关等元器件组成,其中继电器类占的比重约70%,面对纷繁复杂的继电器类产品,如何合理选择、正确应用,是系统开发、设计人员密切关注并且必须优先解决的实际问题,尤其作为高压开关设备的二次控制部分,使用有大量的继电器, 其在运行中也有其独特的特殊性,选型的好坏, 直接关系到变电站设备的可靠安全运行, 万一发生事故将特别严重, 因此要做到合理选择,正确应用,就必须充分研究分析系统的实际应用条件与实际技术参数的要求,恰如其分地提出所选用继电器类产品必须达到的技术性能, 在整个系统的设计中,根据整个系统的重要性、可靠程度、所使用的环境条件及成本等因素综合考虑选择合理的继电器。

二、对使用的环境条件选择

     气候应力作用要素,主要是指温度、湿度、大气压力(海拔高度)、沿海大气(盐雾腐蚀)、沙尘污染、化学气体和电磁干扰等因素,考虑到高压开关在很多恶劣工作状况下运行,尤其作为敞开式高压断路器设备运行在室外环境,工作状况更恶劣,并且长年累月可靠运行的特殊性及系统关键部位必须选用具有高海拔、强抗电性的全密封产品,因为只有全密封的继电器方能具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠的切换负载的能力。

      1、温度对继电器的影响

     继电器是怕热元件,高温可加速继电器的内部塑料及绝缘材料的老化,触点被氧化腐蚀而熄弧困难,电元件技术参数衰变,可靠程度降低,由于高压开关内部装有驱潮和保温的加热器,因此,在整个系统设计时不可将继电器靠近驱潮和保温的加热器,并且应该保持良好的通风条件。虽然继电器是怕热元件,但是过低的温度也不能忽视,低温可使触点冷粘作用加剧,触点表面起露,很多厂家的继电器表明最低温度为-25℃,但是高压开关应用在高寒地区也不在少数,因此建议选型时注意留有余地,避免继电器由于低温而不可靠,适当情况下在高寒地区增加加热器,确保继电器在低温下可靠运行,保证整个系统运行稳定。

      2、低气压对继电器的影响

     在低气压条件下,继电器的散热条件变坏,线圈温度升高,使继电器给定的吸合、释放参数发生变化,影响继电器的正常工作,低气压还可使继电器绝缘电阻降低,触点熄弧困难,容易使触点烧熔,影响继电器的可靠性,针对低气压条件下,建议采用整机密封的方法。

      3、机械应力对继电器的影响

     主要指振动、冲击、碰撞等应力要素对控制系统的抗地震应力作用、抗机械应力作用,高压开关中断路器的自振及分合闸操作引起的振动对继电器影响更大,应该选用平衡衔铁机构的中问继电器,对于电磁继电器簧片均为悬梁结构,固有频率低,振荡和冲击可引起谐振,导致继电器触点压力下降,容易产生瞬间断开或触点出现抖动,影响继电器的可靠性,建议在设计中尽量采用防振措施以防产生谐振。

      4、绝缘电压对继电器的影响

     非密封或密封继电器的引出端外露绝缘子长期受尘埃、水气污染等因素,导致其绝缘强度下降,容易引起绝缘击穿失效,因此应注意如下几点:

  (1)足够的爬电距离:一般要求不小于3 mm;
     (2)足够的绝缘强度:无电气联系的导体之间大于AC2000V,同组触点之间大于AC1000V;
     (3)长期耐受气候应力的能力:线圈防霉断,绝缘抗电水平长期稳定可靠。

      5、触点输出(换接电路)负载的影响

  主要是指触点负载性质,如:灯负载,电机负载,电感器、接触器(继电器)线圈,阻性负载等;触点负载量值(开路电压量值、闭路电流量值),如:低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。

  任何自动化设备都必须切实认定实际所需要的负载性质、负载量值的大小,选用合适的继电器产品尤为重要。继电器的失效或可靠不可靠,主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载与所选用继电器规定的切换负载不一致,可靠性将无从谈起。


三、使用继电器应注意的特殊问题及分析

      1、关于密封继电器与非密封继电器

     部分工程技术人员认为非密封产品动作直观,失效分析方便,而全密封产品动作过程看不见摸不透,主观认定非密封产品比全密封产品更可靠,这种凭直觉认定的观念是十分错误的。

     非密封继电器的优点是多采用拍合式衔铁,结构简单,制造工艺简单,安装维修方便,工作状态直观,便于失效分析,价格便宜。主要缺点是工作可靠性对使用环境(气候应力、机械应力)变化的敏感性强,长期耐受气候条件性能随时间增长而易受环境条件污染、损伤,电接触稳定性、可靠性差,线圈易受潮、杂质污染产生电腐蚀、霉变而失效。

     全密封继电器优点是多采用平衡旋转式衔铁,全密封机构隔离外部气候应力作用,抗恶劣环境性能优良,触点电接触性能稳定可靠,线圈抗腐蚀、霉变,长期可靠性能优良,缺点是结构复杂,制造工艺复杂,失效分析困难,本身无法维修后重复使用,成本价格高。

     因此,从长期耐气候应力性能、抗恶劣环境性能与电接触稳定的可靠性考虑,全密封继电器优于非密封继电器,尤其对于高压开关中使用继电器的产品,应该选用全密封继电器,这样可以适应电力自动控制、长期稳定的特殊性要求。

     2、继电器触点的并联和串联

     继电器触头并联的使用不能提高其负载电流,因为继电器多组触点的动作绝对是不同时动作的,即先接通的1组触点首先切换提高后的负载,而并联的另外触点还没动作,很容易使触点损坏而不接触或熔焊导致不能断开,触点并联对“断”失误可以降低失效率,但对“粘”失误则相反,由于触点对“断”失误为主要失效模式,故并联对提高可靠性应予肯定,可使用于关键部位。例如:在高压断路器实现三极电气联动时,利用继电器动作带动3对常开触点闭合,再分别带动3个单极的电磁铁完成分合闸操作,这时候的继电器即分合闸继电器的3对常开触点可以2个1组进行并联,起到关键作用,见图1所示。使用的工作电压不要高于继电器线圈最大工作电压,也不要低于额定电压的90%,否则会危及线圈寿命和使用可靠性。

图1 继电器触点并联

KL2-分闸继电器 KL3-合闸继电器 K1-分闸电磁铁 K3-合闸电磁铁

Q1-辅助开关 SPR-远近控开关 SB1-近控分闸按钮 SB2-近控分闸按钮

 

  触点串联能够提高其负载电压,提高的倍数即为串联触点的组数,触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性,但对“断”失误则相反。

 

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