GBT179502000半导体变流器第6部分使用熔断器保护半导体变流器防止过电流的应用导则

目次前言前言范围和目的引用标准电联结和定义载流能力电压特性分断范围前言本标准等同采用半导体变流器第部分使用熔断器保护半导体变流器防止过电流的应用导则本标准为电力电子专业的基础标准并为首次颁布在我国电力电子专业以及熔断器的生产营销领域推荐使用本标准的规定本标准可与国家标准半导体变流器配合使用本标准由国家机械工业局提出本标准由全国电力电子学标准化技术委员会归口本标准由西安电力电子技术研究所负责起草本标准主要起草人李吉河赵萍周观允前言国际电工委员会有关技术问题的正式决议或协议由所有对该问题特别关注的国家委员会都参加的技术委员会所制定它尽可能地表达了对所涉及的问题在国际上的一致意见这些决议或协议以推荐标准的形式供国际上使用并在这一意义上为各国家委员会所接受为促进国际上的统一表示希望各国家委员会在其国内情况许可的范围内均应采用推荐标准的内容作为本国的规定推荐标准与相应国家标准之间如有不一致之处应尽可能在国家标准中明确指出本标准由电力电子学技术委员会制定本标准的内容基于下列文件表决报告秘书处秘书处批准本标准的全部投票情况已由上表的表决报告中指明中华人民共和国国家标准半导体变流器第部分使用熔断器保护半导体变流器防止过电流的应用导则国家质量技术监督局批准实施范围和目的本标准作为应用导则适用于带有熔断器的半导体变流器熔断器用来保护构成变流器主臂的半导体本标准限于单拍或双拍联结的电网换相变流器也适用于满足和要求的熔断器适当时本标准的通用条款也对第章引用标准和所包括的变流器给出了指导本标准的目的是对特定熔断器和变流器的特性提出建议并作出说明以保证在变流器中正确选择应用半导体熔断器同时对用熔断器来保护变流器的安全运行作了特别介绍本报告最主要的内容是通过主臂用熔断器保护的三相变流器联结进行说明而且这也适用于由和所包含的变流器引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性电工术语基本术语电工术语低压电器半导体变流器低压熔断器基本要求低压熔断器半导体器件保护用熔断体的补充要求在动车上安装的电力变流器第一部分特性和试验方法注代替和电联结和定义双拍联结联结交流侧熔断器非再生负载图非再生负载有交流侧熔断器的二极管或晶闸管三相双拍联结联结交流侧熔断器再生负载注可为正或负图再生负载有交流侧熔断器和直流侧熔断器的三相双拍联结联结臂熔断器再生或非再生负载注可为正或负图再生或非再生负载有臂熔断器的三相双拍联结单拍联结再生或非再生负载注可为正或负图再生或非再生负载有臂熔断器和相间变压器的双三相单拍联结注变流器的基本联结电路图示于图图相关的图例和介绍见后述条款定义熔断器一种器件当电流超过规定值且经过一定时间通过熔断一个或多个专门设计的和相称的零件分断其所接入的电路熔断器包括构成整个器件的所有部件额定设定额定值和运行条件注对低压熔断器额定值通常情况下为电压电流分断能力实际的和允许的功率损耗频率如合适在交流时额定电压和额定电流均指对称的方均根值在脉动直流时额定电压是指平均值额定电流是指方均根值如无特别说明上述内容适用于任何等级的电压和电流值电路及与开关器件或熔断器相关的预期电流当开关器件或熔断器的各极用忽略阻抗的导体代替时流过电路的电流预期电流的大小一般作为熔断器分断能力和特性的参考值例如特性见开关器件或熔断器的分断能力在规定的使用和性能条件下开关器件或熔断器在给定的电压下能够分断的预期电流值对交流是交流分量的均方根值分断范围熔断器的分断能力得到保证的预期电流的范围弧前时间熔化时间从电流大到足以使熔体熔化开始到电弧出现瞬间之间的时间间隔燃弧时间极或熔断器的从一个极或熔断器出现电弧的瞬间到该极或熔断器的电弧最终熄灭时的时间熔断时间总断路时间弧前时间和燃弧时间之和焦耳积分电流的平方在一给定的时间内的积分注弧前是熔断器弧前时间内的积分熔断是熔断器熔断时间内的积分在有熔断器保护的电路中电阻上释放的焦耳能量等于用表示的熔断值特性在规定条件下的值为预期电流和或电压的函数注特性一般与弧前或熔断时间有关弧电压在燃弧时间内出现在熔断器端子上的电压瞬时值载流能力额定电流熔断器的额定电流由制造厂规定并在规定的正常条件下通过温升试验和重复工作制试验来验证在正常条件如环境温度联结尺寸自然冷却下熔断器可承受直流或频率接近正弦交流电流直到温度达到稳定若制造厂不另作说明熔断器可以长期承受该电流重复工作制试验表明同样条件下熔断器可以承受次试验循环每次循环包括一个倍约定时间的额定电流通电期和同样时间的断电期注约定时间接近于熔断器达到热平衡的时间如表见表如果工作条件与规定的正常工作条件不同应用几个修正因数对额定电流进行修正详见和表约定时间额定电流约定时间连续工作制时的额定电流当熔断器规定承载连续电流时首先计算电流在工频一个循环周期内的方均根值并保持不变除非制造厂另有说明所选额定电流至少应等于上述电流的方均根值如有必要考虑所述情况环境温度如果环境温度超过应用制造厂给出的修正因数来修正所用熔断器的额定电流联结及周围条件熔断器的功率损耗有一部分通过外部电路的联结件耗散如果熔断器的安装类似于常规试验的联结见亦即直接接在母线上且铜联结件截面的电流密度大于应使用制造厂给出的降容因数给出的降容因数作为截面积减少百分数的函数是很有用的对使用熔断器底座的熔断器如果联结件的截面积小于表的规定值应使用同样的因数如果联结件与热源相连例如晶闸管或二极管应使用额定电流值较大的熔断器在一些有水冷散热器或强迫风冷的良好条件下可用额定电流值较低的熔断器在强迫风冷的条件下应使用制造厂给出的修正因数与风速有关来确定所用熔断器的额定电流对其他情况可向制造厂咨询表试验用铜导体的截面积见表额定电流截面积额定电流截面积或或或熔断器连接至铜母线的推荐截面积所用联结的型式和布置应在试验报告中说明适用于涂黑色无光泽的铜排同极性的并联铜排之间的距离约为注表规定的数值以及中表所规定的温升极限是作为一般情况下的考虑对中规定的温升试验有效按照符合规定安装条件所使用或试验的熔断器可能有些联结在型式特性以及配置方面均不同于试验条件因此需要规定另外的温升极限并联的半导体在计算每个半导体的电流时应考虑均流系数脉动电流或低频电流熔体的热响应时间可能很短所以同正弦形相差很大的电流情况不能仅仅基于方均根电流的计算来假定其动作特别是在较低频率和当电流由于相当长时间微小电流的分隔而出现凸峰时更是如此应向制造厂咨询重复工作制时的额定电流在本标准的重复工作制试验表明见在正常工作条件下熔断器能够承受额定电流次通断循环因为该试验的结论不能满足频繁出现零电流场合所以制造厂应给出修正因数在规定工作条件下要求考虑应用该因数能保证熔断器无限的长期使用大于次循环以防止老化和熔断器可能因此而产生早熔熔断器的过载曲线过载能力的验证制造厂应给出运行点的时间和电流的坐标图的和这些点的过载能力通过下述步骤验证在标准试验条件下向熔断器施加次负载循环每次循环总持续时间为倍的约定时间通电期间施加相应于要验证过载能力坐标的电流值和时间值断电期间为循环的剩余时间试验后熔断器的特性不应有显著改变约定的过载曲线以次工作制循环为基础现场经验表明多数情况下该次工作制循环为基础的过载曲线并不能够保证熔断器长久而可靠地工作为此需用一个经验系数增加熔断器的标称电流熔断器制造厂应规定远大于次次循环的工作制循环的过载因数而不论这些因数是否包含在过载曲线之内图约定过载曲线例子和为已验证过载能力的点约定过载曲线约定过载曲线是已验证过载能力坐标点的直线段从每组坐标点上引出两根线一根从已验证的点出发沿着电流为常值的各点朝时间坐标较小方向所连成的直线另一根是从已验证的点出发沿着为常数的各点朝时间坐标较大的方向所连成的直线这些线段最后与表示额定电流的线重合构成了约定过载曲线见图该曲线的精确度随验证的过载能力点数而提高过载运行使用的额定电流熔断器的实际过载应与约定过载曲线作比较实际过载很少呈现与约定过载一样的时间函数需转换为如下等效约定过载实际过载的最大值等于等效约定过载的最大值等效约定过载的持续时间应为它的变换为等于实际负载在整个倍熔断器约定时间见表内积分的接近倍约定时间的任何负载值都应按熔断器的连续负载考虑上面定义的约定过载将落在熔断器约定过载曲线的左侧然而由于过载能力是通过次过载循环试验验证的则重复过载的实际情况可能需要降低这应征求制造厂的意见另外还要考虑一些特殊情况如中曾提及的环境温度联结方式等电压额定电压熔断器的额定电压是由制造厂确定的在额定频率下施加的正弦电压值有时是直流电压是型式试验的实用基准在规定的条件和制造厂规定的极限范围如分断能力内在此额定电压下熔断器能切断电路故障电压在工作中引起故障电流时所施加的电压随联结形式和故障形式的不同而不同并不总等于开路电压欲定义它须考虑下列不同情况非再生变流器中产生的故障再生变流器产生的故障非再生型在和中的双拍联结和带非再生负载施加于熔断器上的电压等于两相间的空载电压因而通常需要使用交流额定电压至少等于的熔断器这也适用于中的单拍联结此外若变流器带几个能产生反向故障电流电动势的负载或几个电源并联供同一负载熔断器分断能力的验证应考虑到直流分量再生型熔断器施加与相同的电压另外还应考虑下列两种故障对熔断器的特定制约直通在逆变状态直通故障见图时施加的电压等于直流负载电压作电流源运行和交流电压及联结之和见图故障电流图直通故障回路图熔断器清除直通故障时施加的电压触发故障逆变状态负载作发电机运行和联结中半导体的触发故障会使桥臂直通见图可引起直流短路故障电流图直流短路熔断器额定电压的选取熔断器在上述两种条件下均应熔断实际应用中对和联结通常取额定交流电压大于对联结通常取额定交流电压大于然而仍应向制造厂咨询另外还需验证在再生负载时熔断器可以切断和联结中具有故障回路时间常数的注空载线电压的方均根值空载直流电压值如果是再生型考虑到电机速度在弧前时间内可能会突然降低的值应认为是在熔断器的燃弧时间开始时再生负载两端的直流空载电压在预期的故障电流较低或触发故障只影响并联联结中单个器件的情况下和联结中上述公式假定一次只有一个熔断器熔断最大弧电压最大弧电压是在燃弧期间出现在熔断器两端电压的最大值它随工作条件施加的直流或交流电压值时间常数或功率因数预期短路电流的不同而不同由制造厂作为这些不同参量的函数给出最大弧电压通常高于外施电压的峰值在选择半导体的电压性能时应予以考虑当几个半导体串接熔断器后并联时熔断器熔断时的弧电压显而易见的全部施加在并联的半导体上值得特别指出的是对于某些其他联结形式弧电压仅是部分地施加或根本不施加在半导体的两端随熔断器位置和电路电感而定为了估算弧电压对半导体臂阻断电压的影响可绘制出等效电路以说明故障电流通过源电压电阻电感和电动势若有的通路应标志出需研究的臂的端子这样臂的阻断电压可由相关电路元件瞬时电压之和计算为计算瞬时电压应记住下列瞬时关系式这个关系式已在熔断器燃弧期间图的故障电路中验证式中源电压和故障电流流动时施加于回路的电动势如有熔断器弧电压故障电流流动时回路中的电阻故障电流流动时回路中的电感图弧电压特性弧前特性用熔断器的弧前时间内预期短路电流的函数给出熔断特性用熔断器的总熔断时间内预期短路电流的函数给出以外施电压为参数表示且对应于一给定的功率因数或时间常数并联联结在带有个并联半导体的大功率变流器中当产生的故障似乎涉及所有导通的并联单元时为了避免烧断过多的熔断器应当有选择地设置熔断器和断路器熔断器和断路器之间的差别式中断路器的动作一个熔断器的弧前并联熔断器的个数断路时并联熔断器的均流系数为避免熔断器老化而由制造厂给出的安全因数对同一变流器仅有一个半导体发生触发故障或击穿时熔断器便熔断这里一是应验证在外施电压下熔断器的熔断低于半导体允许的最大另一点是验证外施电压在熔断器之间的均匀分配即式中一个熔断器的熔断其他不论何种故障人们希望借助串接的熔断器来保护半导体器件那么应验证在外施电压下熔断器熔断的低于半导体允许的最大半导体的通常定义为半个周期浪涌电流的容量并且随半个周期的持续时间变化很大应通过熔断器