CN107257127A - 配电柜分支电路保护设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种配电柜分支电路保护设计方法，分支电路依次设置有负载、接地故障保护电路、过载保护电路和短路保护电路，接地电路设置继电器，过载电路和分支电路分别设置开关，开关选择性分析：在进线开关与各分支负载之间进行开关选择性分析，对每个分支电路进行时间‑电流曲线比对，确保分支电路发生过流或短路时，分支电路的开关动作，进线开关不动作；继电器：对涉及安全的继电器进行安全功能的标识，继电器的功率小于火气系统模块通道的最大输出功率，使得保护电路更加符合项目的实际情况，适用更加广，使用灵活，能够解决现有技术中的保护电路分析不贴合项目实际，适用条件窄的问题。
Description
技术领域
本公开一般涉及船舶制造领域，尤其涉及一种配电柜分支电路保护设计方法。
背景技术
由于FPSO(浮式生产储油轮)上系统复杂，设备繁多，除去690V低压主配电板以外，该项目上还配备有690V低压分配电柜。这些分配电柜具有以下几个特点：容量较小：每个分配电柜容量约为200～300KW左右；负载数量多；负载种类多：有风机、泵、加热器、下端控制箱等；负载负荷差异大：负载负荷从0.7KW到30KW大小不等。因此，如何对FPSO上的电路保护进行合理设计，使电路保护的使用广、使用灵活，成为了一个难题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种适用广、使用灵活的配电柜分支电路保护设计方法。
第一方面，本发明的配电柜分支电路保护设计方法，分支电路依次设置有负载、接地故障保护电路、过载保护电路和短路保护电路，接地电路设置继电器，过载电路和分支电路分别设置开关，
过载保护电路：当回路为开关型回路，采用微断开关或第一马达启动器作为过载保护器，当回路为启动器型回路，采用第二马达启动器作为过载保护器；
短路保护电路：当分支回路的预期短路电流大于等于配电柜的短路电流时，不需要在分支回路上设置后备短路保护电路，当分支回路的预期短路电流小于配电柜的短路电流时，需要在分支回路上设置后备短路保护电路；
接地故障保护电路：设置为中性点高阻接地，接地故障保护电路设置有电流监测器和电流互感器，电流监测器用于设定分支电路接地故障动作值，电流互感器用于检测回路接地故障；
开关选择性分析：在进线开关与各分支负载之间进行开关选择性分析，对每个分支电路进行时间-电流曲线比对，确保分支电路发生过流或短路时，分支电路的开关动作，进线开关不动作；
继电器：对涉及安全的继电器进行安全功能的标识，继电器的功率小于火气系统模块通道的最大输出功率。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过对典型电路保护设计进行分析，使得保护电路更加符合项目的实际情况，适用更加广，使用灵活，能够解决现有技术中的保护电路分析不贴合项目实际，适用条件窄的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
本发明的配电柜分支电路保护设计方法，分支电路依次设置有负载、接地故障保护电路、过载保护电路和短路保护电路，接地电路设置继电器，过载电路和分支电路分别设置开关，
过载保护电路：当回路为开关型回路，采用微断开关或第一马达启动器作为过载保护器，当回路为启动器型回路，采用第二马达启动器作为过载保护器；
短路保护电路：当分支回路的预期短路电流大于等于配电柜的短路电流时，不需要在分支回路上设置后备短路保护电路，当分支回路的预期短路电流小于配电柜的短路电流时，需要在分支回路上设置后备短路保护电路；
接地故障保护电路：设置为中性点高阻接地，接地故障保护电路设置有电流监测器和电流互感器，电流监测器用于设定分支电路接地故障动作值，电流互感器用于检测回路接地故障；
开关选择性分析：在进线开关与各分支负载之间进行开关选择性分析，对每个分支电路进行时间-电流曲线比对，确保分支电路发生过流或短路时，分支电路的开关动作，进线开关不动作；
继电器：对涉及安全的继电器进行安全功能的标识，继电器的功率小于火气系统模块通道的最大输出功率。
在本发明的实施例中，配电柜电路保护设计方法，包括过载保护设计、短路保护设计、接地故障保护设计、开关选择性分析和应急负载切断安全保护设计，
过载保护设计：当回路为开关型回路，采用普通的微断开关作为过载保护器即可，在实际设计中，为了统一选型，对于开关型回路同样选择了MS系列，具体的，对于开关型回路，如加热器、下端控制箱等，采用ABB生产的MMS(Manual motor starters，手动马达启动器)系列的MS116型号。MS116型额定操作电流范围为0.16A～32A，过载保护设定值为0.1A～32A，完全满足本项目上小容量配电柜负载的负荷需求。
当回路为启动器型回路，采用马达启动器作为过载保护器，对于启动器型回路，如负载为风机、泵等，则采用了ABB生产的MMS系列的MS132型号。MS132型启动器额定操作电流范围同MS116一样，均为为0.16A～32A，过载保护设定值为0.1A～32A，完全满足本项目上小容量配电柜负载的负荷需求。区别在于MS116启动器只有合闸、分闸两个联接位置，而MS132型启动器有合闸、分闸和脱扣三个联接位置，这样的设计用于满足DNV(DNV-DET NORSKEVERITAS，挪威船级社)规范要求的马达保护脱扣后的手动复位要求；
短路保护设计：配电柜的短路电流等级为20KA，当分支回路的预期短路电流的最大值大于等于20KA时，不需要后备短路保护，对于MS116额定电流在0.16-1.6A范围内预期短路电流不超过30KA和MS132额定电流在0.16-2.5A范围内如果预期短路电流不超过100KA，不需要后备短路保护，该分配电板短路电流等级为20KA，因此满足要求，当分支回路的预期短路电流的最大值小于20KA时，需要后备短路保护，对于MS116额定电流在2.5-32A范围内，其Icu和Ics均为5KA或2KA，远低于该配电板所要求的20KA。对于MS132额定电流在4-32A范围内，其Icu和Ics均为3KA，远低于该配电板所要求的20KA，结合回路额定电流及分配电板的短路电流等级要求，选取S803S-SCL32SR型限流器，其额定工作电流为32A，且在690V电压下，Icu＝Ics＝50KA，用于作为这些分支回路的短路后备保护，可选的，作为分支回路短路后备保护也可采用加适合的熔断器，但在设计选型及布置过程中发现加熔断器后占用空间较大，不适合原本就狭小的布置空间。而之所以选择S803S-SCL32SR型限流器，是因为它即可以用作单回路开关/启动器的后备保护，也可同时作为一组开关/启动器的后备保护，从而节省了空间；
接地故障保护设计：采用中性点高阻接地设计，变压器侧接地故障电流限制为100A，本FPSO项目690V系统为IT系统，采用中性点高阻接地设计，变压器侧接地故障电流限制在100A。IT系统发生第一次接地故障时，接地故障电流仅为非故障相对地的电容电流，其值很小，外露到点部分对地电压不超过50V，不会造成人身安全。为了供电的连续性，可以不立即切断故障回路。但IT系统内发生第二次故障时应自动切断电源，即当在另一相线或中性线上发生二次故障时必须切除故障。同时，为了避免因二次故障导致整个配电柜瘫痪，所以每个690V回路都做了接地故障保护。
在设计中采用了BENDER电流监测器，用于设定各回路接地故障动作值。同时在每个回路里面加装了CT(电流互感器)，用于检测回路接地故障，并在发生接地故障电流达到设定值时自动脱扣回路中的启动器开关，避免了二次故障的扩散；
开关选择性分析：在进线开关与各分支负载之间，对每个回路进行时间-电流曲线比对，配电柜进线开关与其上游主配电板侧开关属于同一级别，不存在上下级关系，这里选取了相同的塑壳开关T5H400型，配TMA320脱扣器，因此对于分配电柜来说，选择性分析只是进线开关与各分支负载之间。需要对每个回路进行时间-电流曲线比对，以保证下游回路发生过流或短路时，仅影响本回路，而不会引起上游及其他回路的保护动作；
应急负载切断安全保护设计：对涉及安全的系统进行安全功能的标识，应急负载需要与对应的装置进行联锁设计，FPSO的特殊要求，涉及安全的系统需要有sil标识，如火气系统、ESD系统等。本配电柜上的应急负载，如应急风机等需要与对应通风进口处防火风闸做联锁，即防火风闸关闭时，分配电柜需要通过硬线接收其关闭信号，从而切断相关的应急风机。由于FPSO项目上要求整个火气系统为Sil 2级别，其切断信号所用继电器属于火气系统的延伸，同样也需满足sil2要求。另外，由于火气系统模块通道的输出信号为24V，且输出电流最大为0.5A，所以继电器的功耗也需要必须考虑在内。所以对相关的切断回路专门配备了ABB BT50型安全继电器(sil 3等级，DC 24V功耗为1.4W)。
FPSO上系统众多且复杂，如果仅靠常规的配电屏设计，会造成空间上的不足以及经济上的浪费。小容量的分配电柜具有尺寸小，使用安装灵活的特点，适用于负载多、负荷小的情况，通过合理化的设计，完全可以满足FPSO项目多样复杂的要求。
进一步的，第一马达启动器的额定操作电流为0.16-32A，过载保护设定值为0.1-32A。
进一步的，第二马达启动器的额定操作电流为0.16-32A，过载保护设定值为0.1-32A。
进一步的，后备短路保护电路设置限流器，限流器的而定工作电流为32A。
进一步的，火气系统模块通道的输出信号为24V，输出电流最大为0.5A，继电器的功率小于12W。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，分支电路依次设置有负载、接地故障保护电路、过载保护电路和短路保护电路，所述接地电路设置继电器，所述过载电路和所述分支电路分别设置开关，
所述过载保护电路：当回路为开关型回路，采用微断开关或第一马达启动器作为过载保护器，当回路为启动器型回路，采用第二马达启动器作为过载保护器；
所述短路保护电路：当分支回路的预期短路电流大于等于配电柜的短路电流时，不需要在分支回路上设置后备短路保护电路，当分支回路的预期短路电流小于配电柜的短路电流时，需要在分支回路上设置后备短路保护电路；
所述接地故障保护电路：设置为中性点高阻接地，所述接地故障保护电路设置有电流监测器和电流互感器，所述电流监测器用于设定分支电路接地故障动作值，所述电流互感器用于检测所述回路接地故障；
所述开关选择性分析：在进线开关与各分支负载之间进行开关选择性分析，对每个所述分支电路进行时间-电流曲线比对，确保所述分支电路发生过流或短路时，所述分支电路的开关动作，所述进线开关不动作；
所述继电器：对涉及安全的继电器进行安全功能的标识，所述继电器的功率小于火气系统模块通道的最大输出功率。
2.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述第一马达启动器的额定操作电流为0.16-32A。
3.根据权利要求2所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述第一马达启动器的过载保护设定值为0.1-32A。
4.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述第二马达启动器的额定操作电流为0.16-32A。
5.根据权利要求4所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述第二马达启动器的过载保护设定值为0.1-32A。
6.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述后备短路保护电路设置限流器，所述限流器的额定工作电流为32A。
7.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述火气系统模块通道的输出信号为24V。
8.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述火气系统模块通道的输出电流最大为0.5A。
9.根据权利要求1所述的配电柜分支电路保护设计方法，其特征在于，所述继电器的功率小于12W。
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