高压电热储能炉的断线保护
2014-04-21薛海毅
摘 要 随着我国冬季雾霾天数的增多，国家对环保的重视达到空前的高度，利用谷期电供暖的电储能锅炉因其节能环保，使用成本低廉，在供暖市场占有越来越大的份额，随着功率的提高，通常400 V电阻炉的电流变得越来越大，即使分路控制，连接电线直径依然很大，且用量极多，现场布线占用大量的空间，同时还需配备高容量的变压器，在此情况下，高电压储能炉的使用变得十分必要。
关键词 高压储能炉；断线保护；弧光电阻
中图分类号：TM8 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0120-02
高电压储能炉指的是输入电压6 kV或10 kV的储能炉，同输入电压400 V电热储能炉比较，布线和控制变得非常简单。但是高压电储能炉存在一个巨大的问题，就是当电热丝断线时会产生弧光放电，弧光区域非常大，会产生1米高的电离火苗，因为弧光电阻很小，不能自动灭弧，而且弧光区温度极高，对设备产生巨大的破坏，同时对周围的建筑或其他设备也有造成损坏的可能，如果不加保护，高压电储能炉是无法安全实用的。那么如何在断线时发出信号同时还要避免电弧的产生呢，本文重点讨论高压储能炉的断线保护
当高压电储能炉正常工作时，每一段电热带的电压降和常规400 V的电炉是一样的，但一旦发生断线，随着电流的消失，断线点两端需承受供电电源相电压，几千伏的电压作用于断线两端立即产生弧光放电，因为不能自动灭弧，几千度的弧光会融化周围的一切，融化的物质在液态下一般都是导体，会发生更大规模的短路，所以在断线情况下不立即断电会产生及其严重的后果。电热丝断线是大概率事件，不管设计人员做的如何可靠，随着时间的推移，储能炉数量的增多，断线概率会越来越高。如果不能有效的解决这个问题，产品的安全性就得不到保证。本文下面着重讨论如何解决断线保护的问题。
1）如何判断是否发生断线呢，以下的实验会发现并解决产生弧光放电的临界电压及断线时电流的变化情况，实验步骤及结果如下。
①将一处电热丝用工具处理，使其处于将要断开的状态，处理的部位位于人方便观察的位置。
②通电。
③随着时间的推移，电热丝温度越来越高，经过处理的部位因为阻值较大，温度更高，达到一定温度后，电热丝断开。
④表1为在电源电压不同，电流同为30 A的情况下发生断线的现象，其中就有产生弧光放电并且自身无法熄灭的情况。
从表1数据可以看出，电源相电压低于800 V时，不会产生弧光，并且从电流变化上可以可靠判断断线与否。有了以上数据，我们有很多种方案可以解决断线时弧光放电的问题。
2）6 kV或10 kV供电系统都采用中性点不接地系统，所以当一路负载发生断线或负载发生变化时，中性点会发生漂移，计算电流变化时需加以注意。下面根据负载的要求不同，采取以下3种不同的解决方案。
①负载工作时不能断电，如果发生断电，会影响产品质量，这种情况下，如果电炉断线，我们一般采取限压续流的方法，如图1所示。
1为带保护器的加热单元，2为压敏保护器，
3为控制开关，4为电流互感器。
图1 电热丝接线图
保护原理为：当任意一路加热单元的电炉丝断线以后，另一路电炉丝保持导通，当电源电压上升到一定数值时，压敏保护器导通，限制断线的一组加热单元端电压在一定的电压以下，同时电流互感器感知电流变化，按控制要求采取相应的动作。本方案已经在产品中应用，并取得了国家专利。
②第二种方案同第一种非常相似，但在实际应用中牵扯到其他一些参数的选择。
如图1所示，电路包括若干个加热单元1，每个加热单元内设有四组电热丝R，4个电热丝R两个为一组串联后再并联连接，并且并联后的两端连接压敏功率器件2。当有一处串联电热丝R断开后，另一组串联的电热丝R正常工作；当两组串联的电热丝R都断开时，压敏器件2击穿，电流正常流入到下一组加热单元，不会出现断线处起弧放电的现象，从而保护了电炉体的安全。
回路两端设有开关3，开关3的两端设有电流检测装置4。当两组电热丝R一路断开时该路电流变小，全部断开时，该路整体的电流增大，这时电流检测装置会检测到电流的变化，发出报警信号，同时确定是否断开电源，进一步保护了电炉体的安全。
两种方案的不同之处在于第一种压敏保护器件可重复使用，第二种不能重复使用。如果设备在没有修复的情况下，第二种方案不能再次投入使用，而第一种方案在不修复的情况下可以再次投入使用，但压敏器件上的报警器会直接发出报警。控制直观可靠，不存在误动作，缺点是成本稍高。
③第三种方案较上两种方案更加简单，如图2所示，如果任意一组加热器件中的一路断路，在保证断路后器件端电压低于800 V的情况下，整个故障电路一相的电流会变小，其余两相电流基本没有变化，三相电流不再平衡，在计算机的支持下很容易判断那相电路出了故障，命令开关切断电源，保证设备安全，实际应用也非常可靠，缺点是故障点不明确，维修时会增加维修时间，但成本低廉，不增加任何费用。三种方案在实际产品中都有应用，动作可靠，达到了保证生产安全的目的，如果用户不做特殊要求，第三种方案应用较多。
电热炉是一个非常复杂的产品，除了断线保护外，在使用过程中还涉及到其他许多方面的知识，如电热丝表面负荷的选择，电热丝的热传递，热能的均匀释放，电热丝同接触介子的反应等，本文只讨论断线保护问题，着重解决产品在使用过程中的安全问题。通过在大量产品中的应用，取得了令人满意的效果。
图2 电热丝接线图
参考文献
[1]DB21/T2018-2012电热储能炉工程应用技术规程[S].2012.
[2]冷冰，朱程程.关于电热储能炉的应用分析[J].城市建论理论研究，2013（13）.
[3]李怀强，栗小华，胡勇.超高压输电线路电压互感器断线过流保护整定方法[J].电力系统自动化，2008，32（13）.
[4]朱宇辉.电热储能炉高压引出接线装置[P].专利号CN202696933U.
[5]朱建新，薛海毅，刘贵德.固体式热储能装置[P].专利号：200820219604.
作者简介
薛海毅（1966-），男，辽宁沈阳人，1989年合肥工业大学工业电气自动化专业毕业，学士学位，多年从事高压储能炉的开发与研制，参与了改行业技术规程的起草，并取得多项该行业国家专利。endprint
摘 要 随着我国冬季雾霾天数的增多，国家对环保的重视达到空前的高度，利用谷期电供暖的电储能锅炉因其节能环保，使用成本低廉，在供暖市场占有越来越大的份额，随着功率的提高，通常400 V电阻炉的电流变得越来越大，即使分路控制，连接电线直径依然很大，且用量极多，现场布线占用大量的空间，同时还需配备高容量的变压器，在此情况下，高电压储能炉的使用变得十分必要。
关键词 高压储能炉；断线保护；弧光电阻
中图分类号：TM8 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0120-02
高电压储能炉指的是输入电压6 kV或10 kV的储能炉，同输入电压400 V电热储能炉比较，布线和控制变得非常简单。但是高压电储能炉存在一个巨大的问题，就是当电热丝断线时会产生弧光放电，弧光区域非常大，会产生1米高的电离火苗，因为弧光电阻很小，不能自动灭弧，而且弧光区温度极高，对设备产生巨大的破坏，同时对周围的建筑或其他设备也有造成损坏的可能，如果不加保护，高压电储能炉是无法安全实用的。那么如何在断线时发出信号同时还要避免电弧的产生呢，本文重点讨论高压储能炉的断线保护
当高压电储能炉正常工作时，每一段电热带的电压降和常规400 V的电炉是一样的，但一旦发生断线，随着电流的消失，断线点两端需承受供电电源相电压，几千伏的电压作用于断线两端立即产生弧光放电，因为不能自动灭弧，几千度的弧光会融化周围的一切，融化的物质在液态下一般都是导体，会发生更大规模的短路，所以在断线情况下不立即断电会产生及其严重的后果。电热丝断线是大概率事件，不管设计人员做的如何可靠，随着时间的推移，储能炉数量的增多，断线概率会越来越高。如果不能有效的解决这个问题，产品的安全性就得不到保证。本文下面着重讨论如何解决断线保护的问题。
1）如何判断是否发生断线呢，以下的实验会发现并解决产生弧光放电的临界电压及断线时电流的变化情况，实验步骤及结果如下。
①将一处电热丝用工具处理，使其处于将要断开的状态，处理的部位位于人方便观察的位置。
②通电。
③随着时间的推移，电热丝温度越来越高，经过处理的部位因为阻值较大，温度更高，达到一定温度后，电热丝断开。
④表1为在电源电压不同，电流同为30 A的情况下发生断线的现象，其中就有产生弧光放电并且自身无法熄灭的情况。
从表1数据可以看出，电源相电压低于800 V时，不会产生弧光，并且从电流变化上可以可靠判断断线与否。有了以上数据，我们有很多种方案可以解决断线时弧光放电的问题。
2）6 kV或10 kV供电系统都采用中性点不接地系统，所以当一路负载发生断线或负载发生变化时，中性点会发生漂移，计算电流变化时需加以注意。下面根据负载的要求不同，采取以下3种不同的解决方案。
①负载工作时不能断电，如果发生断电，会影响产品质量，这种情况下，如果电炉断线，我们一般采取限压续流的方法，如图1所示。
1为带保护器的加热单元，2为压敏保护器，
3为控制开关，4为电流互感器。
图1 电热丝接线图
保护原理为：当任意一路加热单元的电炉丝断线以后，另一路电炉丝保持导通，当电源电压上升到一定数值时，压敏保护器导通，限制断线的一组加热单元端电压在一定的电压以下，同时电流互感器感知电流变化，按控制要求采取相应的动作。本方案已经在产品中应用，并取得了国家专利。
②第二种方案同第一种非常相似，但在实际应用中牵扯到其他一些参数的选择。
如图1所示，电路包括若干个加热单元1，每个加热单元内设有四组电热丝R，4个电热丝R两个为一组串联后再并联连接，并且并联后的两端连接压敏功率器件2。当有一处串联电热丝R断开后，另一组串联的电热丝R正常工作；当两组串联的电热丝R都断开时，压敏器件2击穿，电流正常流入到下一组加热单元，不会出现断线处起弧放电的现象，从而保护了电炉体的安全。
回路两端设有开关3，开关3的两端设有电流检测装置4。当两组电热丝R一路断开时该路电流变小，全部断开时，该路整体的电流增大，这时电流检测装置会检测到电流的变化，发出报警信号，同时确定是否断开电源，进一步保护了电炉体的安全。
两种方案的不同之处在于第一种压敏保护器件可重复使用，第二种不能重复使用。如果设备在没有修复的情况下，第二种方案不能再次投入使用，而第一种方案在不修复的情况下可以再次投入使用，但压敏器件上的报警器会直接发出报警。控制直观可靠，不存在误动作，缺点是成本稍高。
③第三种方案较上两种方案更加简单，如图2所示，如果任意一组加热器件中的一路断路，在保证断路后器件端电压低于800 V的情况下，整个故障电路一相的电流会变小，其余两相电流基本没有变化，三相电流不再平衡，在计算机的支持下很容易判断那相电路出了故障，命令开关切断电源，保证设备安全，实际应用也非常可靠，缺点是故障点不明确，维修时会增加维修时间，但成本低廉，不增加任何费用。三种方案在实际产品中都有应用，动作可靠，达到了保证生产安全的目的，如果用户不做特殊要求，第三种方案应用较多。
电热炉是一个非常复杂的产品，除了断线保护外，在使用过程中还涉及到其他许多方面的知识，如电热丝表面负荷的选择，电热丝的热传递，热能的均匀释放，电热丝同接触介子的反应等，本文只讨论断线保护问题，着重解决产品在使用过程中的安全问题。通过在大量产品中的应用，取得了令人满意的效果。
图2 电热丝接线图
参考文献
[1]DB21/T2018-2012电热储能炉工程应用技术规程[S].2012.
[2]冷冰，朱程程.关于电热储能炉的应用分析[J].城市建论理论研究，2013（13）.
[3]李怀强，栗小华，胡勇.超高压输电线路电压互感器断线过流保护整定方法[J].电力系统自动化，2008，32（13）.
[4]朱宇辉.电热储能炉高压引出接线装置[P].专利号CN202696933U.
[5]朱建新，薛海毅，刘贵德.固体式热储能装置[P].专利号：200820219604.
作者简介
薛海毅（1966-），男，辽宁沈阳人，1989年合肥工业大学工业电气自动化专业毕业，学士学位，多年从事高压储能炉的开发与研制，参与了改行业技术规程的起草，并取得多项该行业国家专利。endprint
摘 要 随着我国冬季雾霾天数的增多，国家对环保的重视达到空前的高度，利用谷期电供暖的电储能锅炉因其节能环保，使用成本低廉，在供暖市场占有越来越大的份额，随着功率的提高，通常400 V电阻炉的电流变得越来越大，即使分路控制，连接电线直径依然很大，且用量极多，现场布线占用大量的空间，同时还需配备高容量的变压器，在此情况下，高电压储能炉的使用变得十分必要。
关键词 高压储能炉；断线保护；弧光电阻
中图分类号：TM8 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0120-02
高电压储能炉指的是输入电压6 kV或10 kV的储能炉，同输入电压400 V电热储能炉比较，布线和控制变得非常简单。但是高压电储能炉存在一个巨大的问题，就是当电热丝断线时会产生弧光放电，弧光区域非常大，会产生1米高的电离火苗，因为弧光电阻很小，不能自动灭弧，而且弧光区温度极高，对设备产生巨大的破坏，同时对周围的建筑或其他设备也有造成损坏的可能，如果不加保护，高压电储能炉是无法安全实用的。那么如何在断线时发出信号同时还要避免电弧的产生呢，本文重点讨论高压储能炉的断线保护
当高压电储能炉正常工作时，每一段电热带的电压降和常规400 V的电炉是一样的，但一旦发生断线，随着电流的消失，断线点两端需承受供电电源相电压，几千伏的电压作用于断线两端立即产生弧光放电，因为不能自动灭弧，几千度的弧光会融化周围的一切，融化的物质在液态下一般都是导体，会发生更大规模的短路，所以在断线情况下不立即断电会产生及其严重的后果。电热丝断线是大概率事件，不管设计人员做的如何可靠，随着时间的推移，储能炉数量的增多，断线概率会越来越高。如果不能有效的解决这个问题，产品的安全性就得不到保证。本文下面着重讨论如何解决断线保护的问题。
1）如何判断是否发生断线呢，以下的实验会发现并解决产生弧光放电的临界电压及断线时电流的变化情况，实验步骤及结果如下。
①将一处电热丝用工具处理，使其处于将要断开的状态，处理的部位位于人方便观察的位置。
②通电。
③随着时间的推移，电热丝温度越来越高，经过处理的部位因为阻值较大，温度更高，达到一定温度后，电热丝断开。
④表1为在电源电压不同，电流同为30 A的情况下发生断线的现象，其中就有产生弧光放电并且自身无法熄灭的情况。
从表1数据可以看出，电源相电压低于800 V时，不会产生弧光，并且从电流变化上可以可靠判断断线与否。有了以上数据，我们有很多种方案可以解决断线时弧光放电的问题。
2）6 kV或10 kV供电系统都采用中性点不接地系统，所以当一路负载发生断线或负载发生变化时，中性点会发生漂移，计算电流变化时需加以注意。下面根据负载的要求不同，采取以下3种不同的解决方案。
①负载工作时不能断电，如果发生断电，会影响产品质量，这种情况下，如果电炉断线，我们一般采取限压续流的方法，如图1所示。
1为带保护器的加热单元，2为压敏保护器，
3为控制开关，4为电流互感器。
图1 电热丝接线图
保护原理为：当任意一路加热单元的电炉丝断线以后，另一路电炉丝保持导通，当电源电压上升到一定数值时，压敏保护器导通，限制断线的一组加热单元端电压在一定的电压以下，同时电流互感器感知电流变化，按控制要求采取相应的动作。本方案已经在产品中应用，并取得了国家专利。
②第二种方案同第一种非常相似，但在实际应用中牵扯到其他一些参数的选择。
如图1所示，电路包括若干个加热单元1，每个加热单元内设有四组电热丝R，4个电热丝R两个为一组串联后再并联连接，并且并联后的两端连接压敏功率器件2。当有一处串联电热丝R断开后，另一组串联的电热丝R正常工作；当两组串联的电热丝R都断开时，压敏器件2击穿，电流正常流入到下一组加热单元，不会出现断线处起弧放电的现象，从而保护了电炉体的安全。
回路两端设有开关3，开关3的两端设有电流检测装置4。当两组电热丝R一路断开时该路电流变小，全部断开时，该路整体的电流增大，这时电流检测装置会检测到电流的变化，发出报警信号，同时确定是否断开电源，进一步保护了电炉体的安全。
两种方案的不同之处在于第一种压敏保护器件可重复使用，第二种不能重复使用。如果设备在没有修复的情况下，第二种方案不能再次投入使用，而第一种方案在不修复的情况下可以再次投入使用，但压敏器件上的报警器会直接发出报警。控制直观可靠，不存在误动作，缺点是成本稍高。
③第三种方案较上两种方案更加简单，如图2所示，如果任意一组加热器件中的一路断路，在保证断路后器件端电压低于800 V的情况下，整个故障电路一相的电流会变小，其余两相电流基本没有变化，三相电流不再平衡，在计算机的支持下很容易判断那相电路出了故障，命令开关切断电源，保证设备安全，实际应用也非常可靠，缺点是故障点不明确，维修时会增加维修时间，但成本低廉，不增加任何费用。三种方案在实际产品中都有应用，动作可靠，达到了保证生产安全的目的，如果用户不做特殊要求，第三种方案应用较多。
电热炉是一个非常复杂的产品，除了断线保护外，在使用过程中还涉及到其他许多方面的知识，如电热丝表面负荷的选择，电热丝的热传递，热能的均匀释放，电热丝同接触介子的反应等，本文只讨论断线保护问题，着重解决产品在使用过程中的安全问题。通过在大量产品中的应用，取得了令人满意的效果。
图2 电热丝接线图
参考文献
[1]DB21/T2018-2012电热储能炉工程应用技术规程[S].2012.
[2]冷冰，朱程程.关于电热储能炉的应用分析[J].城市建论理论研究，2013（13）.
[3]李怀强，栗小华，胡勇.超高压输电线路电压互感器断线过流保护整定方法[J].电力系统自动化，2008，32（13）.
[4]朱宇辉.电热储能炉高压引出接线装置[P].专利号CN202696933U.
[5]朱建新，薛海毅，刘贵德.固体式热储能装置[P].专利号：200820219604.
作者简介
薛海毅（1966-），男，辽宁沈阳人，1989年合肥工业大学工业电气自动化专业毕业，学士学位，多年从事高压储能炉的开发与研制，参与了改行业技术规程的起草，并取得多项该行业国家专利。endprint
