对于一个类似图1的UPS电源系统,各级断路器应该如何设置整定,是一个比较复杂的问题。一般情况下,这个电源系统通常由设计院的电气设计师或机房公司的电气设计人员来完成,由配电柜的专业生产厂家制造,按理说是没有问题的。但事实上,设计院、配电柜的供货商、UPS的供货商以及电气安装单位往往不是一个公司或供应商,即使设计人员按照断路器的完全选择性来设计,配电柜的供应商也未必按照设计去整定所有的断路器,而设计院对UPS的输入要求也未必那样清楚,或者只是按照“宁大勿小”的原则,按照以往设计的经验来选择断路器。到了电气安装时,安装人员只保证正确地连接电缆、合格的电气绝缘,至于断路器的整定,他们也是不予关注。对于UPS的供应商和他们的现场工程师,他们通常只会负责检查UPS输入的两个断路器及其整定,而不会检查更上一级的断路器及其整定,因为他们不是上级配电柜的供应商或设计人员。
至此不难看出,整个电源系统得不到专业化的、统一的调整,致使经常出现断路器的异常脱扣、越级跳闸甚至于负载宕机的情况,这就是其中的最主要原因。
2 案例分析
(1)系统的原整定方案
表1是某使用现场发现的一个具有典型意义的案例。
其中,UPS容量为500kVA,主路输入电流约735A(380V时),《安装手册》推荐的输入断路器为800A。由于该配电系统中的所有断路器没有进行过统一的整定,致使UPS整流器发生短路故障时,主输入的1,250A断路器没有动作,而将上级1,600A断路器及变压器出口的2,500A断路器顶掉,结果UPS无旁路输出,负载全部宕机。
该系统的各个断路器整定情况如图2所示。
表1为该系统的框图和整定参数值。
(2)故障现象分析
该电源系统出现的越级跳闸情况,主要存在着如下的错误整定(或未整定):
①上下级断路器的过载电流整定比应大于1.6倍(电子脱扣器);而此处1600A断路器上Ir=0.7xIn=0.7x1,600=1,120A;而下级1250A断路器上Ir=0.95xIn=0.95x1,250=1,187A,即当发生过载时,1,600A与1,250A可能同时跳闸,如上表Ir栏中的黄色阴影部分。
②上下级断路器的过载延时应整定为至少一个时间级差,即2~4秒;而此处上级2500A断路器的tr=2秒,下级1600A断路器的tr=4秒,即当发生过载时,2,500A可能首先动作,而1,600A可能来不及跳闸。如上表tr栏中的灰色阴影部分。
③上下级断路器的短路电流整定比应大于1.5倍;而此处上级1600A断路器的Isd=3xIn=3x1,600=4,800A,而下级1250A断路器的Isd=4xIr=4x1,187=4,748A(注:西门子脱扣器是按照Isd=nxIr整定——与施耐德Micrologic5.0一致,与伊顿穆勒电子脱扣器不同)。即发生短路时,1,600A与1,250A可能同时跳闸。如上表Isd栏中的黄色阴影部分。
④上下级断路器的短路短延时应整定为至少一个时间级差,即0.1秒;而此处上级1600A断路器的ts=0.1秒,下级1250A断路器的ts=0.2秒,显然是反了。即当发生大电流短路时,1,600A可能首先动作,而1,250A可能还来不及跳闸。如上表tsd栏中的灰色阴影部分。
⑤上下级断路器的大电流短路瞬时电流Ii至少应有差别(取决于框架电流之比,而与长延时短延时整定无关);而此处上级Ii=2xIn=3,200A,而下级Ii=11xIn(固定)=13,750A,显然是不合理的。即发生大电流短路时,1,600A可能首先动作,而1,250A可能仍然不跳闸。如上表Ii栏中的黄色阴影部分。
(3)调整后的方案
根据“断路器整定”的原则,对各个断路器的脱扣器进行重新整定,如表2所示。