请问低压电气设备二次控制线的长度怎么确定(信号和控制回路)? |
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有点意思的问题。 我们知道,配电设备或者控制设备里执行电能传递的是主回路,它的特点是电流大电压高;对控制电器执行控制以及传递和显示信息、执行保护和调节任务的是控制回路,其电流一般在5A以下,电压也较低。一般地,低压电气设备二次控制线的长度都不会很长,至多也就几十米,超过百米的很少,但在极个别的情况下,会超出千米。 先说答案:用长控制线末端的信号电压(电流)是否会小于最低允许电压(电流)来确定。 以下用我的一篇发表在《低压电器》杂志上的论文为例来说明吧。 我参与的中东科威特油田工程中,需要在4000米外对低压框架断路器进行控制,控制电缆的截面均为为2.5mm²,控制简图如下: 我们在图1中看到了两处继电器触点,它们均在4000米外,通过双芯线连接到控制电路中。 导线的电压损失可参阅《工业与民用配电设计手册》第四版第九章,计算式如下: 有关电缆的参数表如下: 为了计算图1的电压损失,我们需要知道线路中的电流。这里所使用的开关是ABB的Emax断路器,我们来看Emax断路器的合闸YC和分闸线圈YO的参数: 我们以断路器的YC线圈为例。从参数表1中我们看到,在交流220V电压下,YC线圈工作时需要电源提供的冲击电流大约为0.91A,时间是80毫秒。冲击过后,YC线圈进入持续状态,它们只需要有23毫安的电流就足以维持。 我们用2.5mm2的电缆作为控制线,用Emax的YC线圈参数代入图2的式1,得到: 我们已经知道控制电源的电压为220Vac,所以长达4000米的线路压降等于220的15.6%约等于34.3V,而落在YC线圈上的电压只有84.4%约为185.7V。从YC和YO线圈的工作参数来看,YC线圈上的电压略低于临界动作电压,所以断路器的合闸操作是很不可靠的。 现在我们改用4mm²的电缆作为控制线,代入图2的式1后计算出电缆压降百分位数约为9.8%,此时YC线圈上的压降百分位数约为90.2%,YC线圈可以可靠合闸。由此可见,此截面积为2.5mm²长度为4000米的控制线是不合适的,必须加粗到4mm²才行。 由于二次控制系统的电压是交流的,控制线间存在分布电容,而分布电容的存在也会进一步降低导线末端的电压。 我们继续看论文摘录: 计算结果如下: 从这个计算结果看,8.6千欧的电抗值不会对YC线圈的工作产生任何影响,因此4千米长控制线的分布电容可以忽略。 我们再看下图: 图中S2为中间继电器K5的闭合按钮,我们还看到S2的两端接有长达1800米的控制导线用于连通电源和中间继电器线圈。容易看出,长控制线的压降会使中间继电器线圈压降不足,同时又可能因为长控制线的分布电容产生漏电使得中间继电器误动作。 论文中给出了定量计算验证。 首先看中间继电器参数: 从图9表3中的数据我们可以看出,这种中间继电器属于高灵敏继电器,它的线圈电阻较大,吸合电流在220Vac电压下只有13.7毫安,吸合冲击电流为0.14A。 图9的表3中未见线圈的电感量参数,我们参照一般性规则,取高灵敏继电器线圈感抗为线圈电阻阻值的5%,即XL=161Ω。同时,我们取线路的功率因数为0.8,导线的截面积取2.5mm²。我们将这些数据代入到图2的式1中: 我们看到,线路压降的百分位数仅为1.06%,中间继电器的压降百分比为98.94%,因此中间继电器的吸合毫无问题。 我们再看分布电容的问题。 对于截面积为2.5mm²的双芯护套线,其绝缘厚度0.7。由于护套线内部芯线并未绞绕,所以λ=1;εr为5;ψ为0.94;D为3.87mm;r为0.80mm;电缆长度是1.8km。我们来计算此线的电容量: 我们再看电路的等效电路,如下: 我们已知继电器线圈电阻RK5=16100Ω,继电器线圈感抗XK5=j161Ω,1800米电缆分布电容容抗为Xc=-j17.3Ω,1800米电缆的电阻Rc=2x1.8x7.981≈28.73Ω。我们来求流经分布电容和继电器线圈的电流Ix: 虽然控制按钮S2并未按下,但电缆的分布电容产生的漏电流有30毫安,而且呈现弱容性。我们已经知道中间继电器的吸合电流是13.7毫安,可见分布电容产生的漏电流足以让中间继电器吸合动作。 为此,取中间继电器的吸合电流等于线路分布电容漏电流的1.2~2.0倍,则中间继电器误动作问题就可以解决。 我们再看ABB的中间继电器参数: 论文中对中间继电器参数来校核: 论文摘录就到这里吧。 结论是显然的:在确定电气设备二次控制线的长度时,一定要通过计算来确定其长度是否合适才行。 至于具体的校核,我们用论文中的公式和计算运用到实际工程中太麻烦,解决的办法是,用EXCEL的公式编辑器处理公式,再做一个EXCEL的VBA小程序,我们只需要把二次控制线的长度和截面积输入,再输入具体的工作电压或者工作电流值,就能自动地给出结果,以及加大导线截面积的提示。这样处理后,就方便多了。事实上,我把这个VBA小程序用在工作中,并发给同事们,大家反馈说很不错。 一写就很长。这个帖子供题主参考吧。 |
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