浅谈电网频率50hz与60hz对于高压开关型式试验项目区别

浅谈电网频率50Hz与60Hz对于高压开关型式试验项 目区别 【摘要】从高压开关相关标准规定方面，本文介绍了电网频率50Hz 与60Hz对于高压开关型式试验项目上的区别。 【关键词】频率；50Hz与60Hz；高压开关；型式试验 [Abstract] The paper introduces the difference between the grid frequency 50 Hz and 60 Hz for high voltage switch type of pilot projects, from the provisions of high-voltage switch related standards. [Key words] Frequency； 50 Hz and 60 Hz； High-voltage switch； Type tests 0引言 中国和欧洲国家电力系统采用的频率为50Hz,而美国、加拿大、日本 （部分地区）以及我国台湾地区等则采用60Hz频率。对于频率60Hz和50Hz 产品互用问题，国际上有以下三种做法美国是单一 60Hz电网的国家， 不达到美国标准的电工产品（包括50Hz产品）不允许进入美国电网。日 本和韩国电网50Hz和60Hz并存，对一些重要性能试验，规定的允许频率 偏差放宽到20,也就是说50Hz和60Hz产品基本通用。IEC标准包括 50Hz和60Hz,其要求介于美国和日本之间，标准规定试验项目的允许频 率偏差比日本严，有些试验也允许做50Hz和60Hz替代试验，但对试验结 论有一定保留。 随着国内高压开关技术的发展与成熟，陆续有出口到60Hz电网国家 的需求。50Hz产品应用于60Hz电网系统中，频率的变化将会对开关设备, 尤其是断路器的主要性能和参数产生影响，这些影响需要做更进一步的研 究，本文重点针对72.5kV及以上高压开关设备（断路器、隔离开关、接 地开关、气体绝缘金属封闭开关设备等）从50Hz与60Hz型式试验项目差 异上进行探讨，意在能够为“50Hz高压开关进行60Hz试验”或者“同时 按照2个频率设计试验”的高压开关设计人员提供一些帮助。 1频率对高压开关主要性能的影响 1. 1频率对绝缘水平的影响 绝缘水平是在工频电压或雷电冲击电压下，产品对内部过电压和大气 过电压的耐受能力。其中雷电冲击电压波很陡，它与频率无关。而工频耐 压试验中，频率的变化对绝缘性能的影响很小，可忽略不计，产品50Hz 和60Hz的耐压试验结果可以互用。 1.2频率对额定电流和温升的影响 设备的额定电流取决于主导电回路的发热功率、散热状况及其零部件 允许的运行温度，高压开关载流发热主要由主导电回路的电阻性损耗发热 和钢铁构件铁磁损耗发热两部分组成。对钢铁件的铁磁损耗而言，频率越 高，磁通趋肤效应越明显，涡流损耗越大。对有邻近钢铁构件的50Hz工 频断路器来说，如用于60Hz工频电网，铁磁损耗发热的温升会增加。所 以50Hz温升试验不能取代60Hz试验。 1.3频率对额定峰值耐受电流和额定短路关合电流（峰值）的影响 额定峰值耐受电流与额定关合电流数值是一致的，两者都是由交流分 量和直流分量组成。峰值电流冲击系数（峰值电流与交流分量有效值比值） 50Hz为2. 5, 60Hz为2. 6。IEC694第6. 5条规定短时电流试验允许频率 偏差为10,如试验频率偏差扩大，则需慎重考虑。 1.4频率对断路器短路开断电流的影响 50Hz产品用于60Hz时，对瞬态恢复电压特性影响不大，但工频频率 对短路开断有重要影响。50Hz和60Hz其半波时间从10ms缩短到8. 3mso 另外，频率为60Hz时，尽管半波电流通流时间有所降低（电流有效值不 变），但电弧电流过零的电流变化率（di/dt）有所提高，这就增加了过零 开断的难度。 1.5频率对容性电流开断的影响 开断容性电流时工频恢复电压对容性电流开断有举足轻重的影响。由 于断路器灭弧室弧后介质强度处于临界状态，工频60Hz的工频恢复电压 上升陡度比50Hz高，则有可能50Hz不发生重击穿而60Hz发生重击穿。 对于容性电流开断，IEC 561987第6. 111. 2款的注1、注2中有详细的规 定，意味着如果想用50Hz试验替代60Hz试验，则必须提高试验电压，以 达到工频恢复电压上升陡度等价，也就是提高了试验要求条件。 1. 6频率对操作机构的影响 目前，大部分断路器的操作机构、脱扣装置等均采用直流电源，不存 在工频频率变化问题。但对一些老产品及某些特殊场合下，操作机构及脱 扣装置还用交流电源的，那么，频率的变化将对交流操作机构的电磁力产 生一定的影响。 2相关的试验标准及标准中频率差异的规定 我国目前采用单一的50Hz电网，因此国标是主要针对50Hz的标准， 而IEC标准包括50Hz和60Hz,因此要研制60Hz产品必须对IEC标准进 行研究，尤其是涉及频率不同的区别要进行系统分析。 2. 1相关试验标准 高压开关试验相关的主要IEC标准及同国标的对应见表1如下 表1常用IEC标准与国标的对应表 2.2高压交流断路器标准中频率差异的规定 高压交流断路器标准（IEC62271T00）中60Hz和50Hz的差异总结如 下 60Hz的直流分量的百分数（％dc）大于50Hz的直流分量的百分数（dc）o 60Hz 时的 ITRV 大于 50Hz 的 ITRV。 同一时间常数为45ms情况下，60Hz时的额定短路关合电流大。 60Hz的近区故障RRRV （瞬态恢复电压上升率）大于50Hz的RRRV。 敞开式开关装置（主回路、辅助回路和控制回路）在50 Hz下进行温升试 验时，如果实测的温升值不超过最大允许值的95,则应当认为该开关装 置在60Hz下的性能得到了验证。 在部分情况下，50Hz和60Hz的短时耐受电流和峰值耐受电流试验等 价。 50Hz和60Hz对应的TRV没有差别。 50Hz的大小半波持续时间大于60Hz的大小半波持续时间，50Hz的继 电保护时间（10ms）大于60Hz的继电保护时间（8.3ms）。即50Hz的持 续时间长、60Hz的直流分量大。 在部分情况下，50Hz和60Hz的短路关合和开断试验等价。 50Hz的到达uc的时间t2大于60Hz的到达uc的时间t2,即TRV持 续时间长。 当额定频率为50 Hz的断路器在60 Hz下进行试验，在解释试验结果 时要谨慎，要考虑到所有重要因素，如断路器的型式和所进行试验的类型。 断路器60Hz容性电流试验可用来验证50Hz的无重击穿开断特性。但 如以50Hz试验来验证60Hz的特性，则必须在第一个8. 3ms内的恢复电压 不低于60Hz时的要求。如在8. 3ms后发生重击穿，则需以60Hz在规定电 压下作试验无重击穿才算通过。 2.3高压交流隔离开关和接地开关标准中频率差异的规定 高压交流隔离开关和接地开关开关标准IEC62271T02中60Hz和 50Hz的差异总结如下 隔离开关开合母线转换电流试验，开合母线充电电流试验；快速接 地开关