高壓電熱儲能爐的斷線保護

摘 要 隨著我國冬季霧霾天數的增多，國家對環保的重視達到空前的高度，利用谷期電供暖的電儲能鍋爐因其節能環保，使用成本低廉，在供暖市場占有越來越大的份額，隨著功率的提高，通常400 V電阻爐的電流變得越來越大，即使分路控制，連接電線直徑依然很大，且用量極多，現場布線占用大量的空間，同時還需配備高容量的變壓器，在此情況下，高電壓儲能爐的使用變得十分必要。

關鍵詞 高壓儲能爐；斷線保護；弧光電阻

中圖分類號：TM8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0120-02

高電壓儲能爐指的是輸入電壓6 kV或10 kV的儲能爐，同輸入電壓400 V電熱儲能爐比較，布線和控制變得非常簡單。但是高壓電儲能爐存在一個巨大的問題，就是當電熱絲斷線時會產生弧光放電，弧光區域非常大，會產生1米高的電離火苗，因為弧光電阻很小，不能自動滅弧，而且弧光區溫度極高，對設備產生巨大的破壞，同時對周圍的建筑或其他設備也有造成損壞的可能，如果不加保護，高壓電儲能爐是無法安全實用的。那么如何在斷線時發出信號同時還要避免電弧的產生呢，本文重點討論高壓儲能爐的斷線保護

當高壓電儲能爐正常工作時，每一段電熱帶的電壓降和常規400 V的電爐是一樣的，但一旦發生斷線，隨著電流的消失，斷線點兩端需承受供電電源相電壓，幾千伏的電壓作用于斷線兩端立即產生弧光放電，因為不能自動滅弧，幾千度的弧光會融化周圍的一切，融化的物質在液態下一般都是導體，會發生更大規模的短路，所以在斷線情況下不立即斷電會產生及其嚴重的后果。電熱絲斷線是大概率事件，不管設計人員做的如何可靠，隨著時間的推移，儲能爐數量的增多，斷線概率會越來越高。如果不能有效的解決這個問題，產品的安全性就得不到保證。本文下面著重討論如何解決斷線保護的問題。

1）如何判斷是否發生斷線呢，以下的實驗會發現并解決產生弧光放電的臨界電壓及斷線時電流的變化情況，實驗步驟及結果如下。

①將一處電熱絲用工具處理，使其處于將要斷開的狀態，處理的部位位于人方便觀察的位置。

②通電。

③隨著時間的推移，電熱絲溫度越來越高，經過處理的部位因為阻值較大，溫度更高，達到一定溫度后，電熱絲斷開。

④表1為在電源電壓不同，電流同為30 A的情況下發生斷線的現象，其中就有產生弧光放電并且自身無法熄滅的情況。

從表1數據可以看出，電源相電壓低于800 V時，不會產生弧光，并且從電流變化上可以可靠判斷斷線與否。有了以上數據，我們有很多種方案可以解決斷線時弧光放電的問題。

2）6 kV或10 kV供電系統都采用中性點不接地系統，所以當一路負載發生斷線或負載發生變化時，中性點會發生漂移，計算電流變化時需加以注意。下面根據負載的要求不同，采取以下3種不同的解決方案。

①負載工作時不能斷電，如果發生斷電，會影響產品質量，這種情況下，如果電爐斷線，我們一般采取限壓續流的方法，如圖1所示。

1為帶保護器的加熱單元，2為壓敏保護器，

3為控制開關，4為電流互感器。

圖1 電熱絲接線圖

保護原理為：當任意一路加熱單元的電爐絲斷線以后，另一路電爐絲保持導通，當電源電壓上升到一定數值時，壓敏保護器導通，限制斷線的一組加熱單元端電壓在一定的電壓以下，同時電流互感器感知電流變化，按控制要求采取相應的動作。本方案已經在產品中應用，并取得了國家專利。

②第二種方案同第一種非常相似，但在實際應用中牽扯到其他一些參數的選擇。

如圖1所示，電路包括若干個加熱單元1，每個加熱單元內設有四組電熱絲R，4個電熱絲R兩個為一組串聯后再并聯連接，并且并聯后的兩端連接壓敏功率器件2。當有一處串聯電熱絲R斷開后，另一組串聯的電熱絲R正常工作；當兩組串聯的電熱絲R都斷開時，壓敏器件2擊穿，電流正常流入到下一組加熱單元，不會出現斷線處起弧放電的現象，從而保護了電爐體的安全。

回路兩端設有開關3，開關3的兩端設有電流檢測裝置4。當兩組電熱絲R一路斷開時該路電流變小，全部斷開時，該路整體的電流增大，這時電流檢測裝置會檢測到電流的變化，發出報警信號，同時確定是否斷開電源，進一步保護了電爐體的安全。

兩種方案的不同之處在于第一種壓敏保護器件可重復使用，第二種不能重復使用。如果設備在沒有修復的情況下，第二種方案不能再次投入使用，而第一種方案在不修復的情況下可以再次投入使用，但壓敏器件上的報警器會直接發出報警。控制直觀可靠，不存在誤動作，缺點是成本稍高。

③第三種方案較上兩種方案更加簡單，如圖2所示，如果任意一組加熱器件中的一路斷路，在保證斷路后器件端電壓低于800 V的情況下，整個故障電路一相的電流會變小，其余兩相電流基本沒有變化，三相電流不再平衡，在計算機的支持下很容易判斷那相電路出了故障，命令開關切斷電源，保證設備安全，實際應用也非常可靠，缺點是故障點不明確，維修時會增加維修時間，但成本低廉，不增加任何費用。三種方案在實際產品中都有應用，動作可靠，達到了保證生產安全的目的，如果用戶不做特殊要求，第三種方案應用較多。

電熱爐是一個非常復雜的產品，除了斷線保護外，在使用過程中還涉及到其他許多方面的知識，如電熱絲表面負荷的選擇，電熱絲的熱傳遞，熱能的均勻釋放，電熱絲同接觸介子的反應等，本文只討論斷線保護問題，著重解決產品在使用過程中的安全問題。通過在大量產品中的應用，取得了令人滿意的效果。

圖2 電熱絲接線圖

參考文獻

[1]DB21/T2018-2012電熱儲能爐工程應用技術規程[S].2012.

[2]冷冰，朱程程.關于電熱儲能爐的應用分析[J].城市建論理論研究，2013（13）.

[3]李懷強，栗小華，胡勇.超高壓輸電線路電壓互感器斷線過流保護整定方法[J].電力系統自動化，2008，32（13）.

[4]朱宇輝.電熱儲能爐高壓引出接線裝置[P].專利號CN202696933U.

[5]朱建新，薛海毅，劉貴德.固體式熱儲能裝置[P].專利號：200820219604.

作者簡介

薛海毅（1966-），男，遼寧沈陽人，1989年合肥工業大學工業電氣自動化專業畢業，學士學位，多年從事高壓儲能爐的開發與研制，參與了改行業技術規程的起草，并取得多項該行業國家專利。endprint

摘 要 隨著我國冬季霧霾天數的增多，國家對環保的重視達到空前的高度，利用谷期電供暖的電儲能鍋爐因其節能環保，使用成本低廉，在供暖市場占有越來越大的份額，隨著功率的提高，通常400 V電阻爐的電流變得越來越大，即使分路控制，連接電線直徑依然很大，且用量極多，現場布線占用大量的空間，同時還需配備高容量的變壓器，在此情況下，高電壓儲能爐的使用變得十分必要。

關鍵詞 高壓儲能爐；斷線保護；弧光電阻

中圖分類號：TM8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0120-02

高電壓儲能爐指的是輸入電壓6 kV或10 kV的儲能爐，同輸入電壓400 V電熱儲能爐比較，布線和控制變得非常簡單。但是高壓電儲能爐存在一個巨大的問題，就是當電熱絲斷線時會產生弧光放電，弧光區域非常大，會產生1米高的電離火苗，因為弧光電阻很小，不能自動滅弧，而且弧光區溫度極高，對設備產生巨大的破壞，同時對周圍的建筑或其他設備也有造成損壞的可能，如果不加保護，高壓電儲能爐是無法安全實用的。那么如何在斷線時發出信號同時還要避免電弧的產生呢，本文重點討論高壓儲能爐的斷線保護

當高壓電儲能爐正常工作時，每一段電熱帶的電壓降和常規400 V的電爐是一樣的，但一旦發生斷線，隨著電流的消失，斷線點兩端需承受供電電源相電壓，幾千伏的電壓作用于斷線兩端立即產生弧光放電，因為不能自動滅弧，幾千度的弧光會融化周圍的一切，融化的物質在液態下一般都是導體，會發生更大規模的短路，所以在斷線情況下不立即斷電會產生及其嚴重的后果。電熱絲斷線是大概率事件，不管設計人員做的如何可靠，隨著時間的推移，儲能爐數量的增多，斷線概率會越來越高。如果不能有效的解決這個問題，產品的安全性就得不到保證。本文下面著重討論如何解決斷線保護的問題。

1）如何判斷是否發生斷線呢，以下的實驗會發現并解決產生弧光放電的臨界電壓及斷線時電流的變化情況，實驗步驟及結果如下。

①將一處電熱絲用工具處理，使其處于將要斷開的狀態，處理的部位位于人方便觀察的位置。

②通電。

③隨著時間的推移，電熱絲溫度越來越高，經過處理的部位因為阻值較大，溫度更高，達到一定溫度后，電熱絲斷開。

④表1為在電源電壓不同，電流同為30 A的情況下發生斷線的現象，其中就有產生弧光放電并且自身無法熄滅的情況。

從表1數據可以看出，電源相電壓低于800 V時，不會產生弧光，并且從電流變化上可以可靠判斷斷線與否。有了以上數據，我們有很多種方案可以解決斷線時弧光放電的問題。

2）6 kV或10 kV供電系統都采用中性點不接地系統，所以當一路負載發生斷線或負載發生變化時，中性點會發生漂移，計算電流變化時需加以注意。下面根據負載的要求不同，采取以下3種不同的解決方案。

①負載工作時不能斷電，如果發生斷電，會影響產品質量，這種情況下，如果電爐斷線，我們一般采取限壓續流的方法，如圖1所示。

1為帶保護器的加熱單元，2為壓敏保護器，

3為控制開關，4為電流互感器。

圖1 電熱絲接線圖

保護原理為：當任意一路加熱單元的電爐絲斷線以后，另一路電爐絲保持導通，當電源電壓上升到一定數值時，壓敏保護器導通，限制斷線的一組加熱單元端電壓在一定的電壓以下，同時電流互感器感知電流變化，按控制要求采取相應的動作。本方案已經在產品中應用，并取得了國家專利。

②第二種方案同第一種非常相似，但在實際應用中牽扯到其他一些參數的選擇。

如圖1所示，電路包括若干個加熱單元1，每個加熱單元內設有四組電熱絲R，4個電熱絲R兩個為一組串聯后再并聯連接，并且并聯后的兩端連接壓敏功率器件2。當有一處串聯電熱絲R斷開后，另一組串聯的電熱絲R正常工作；當兩組串聯的電熱絲R都斷開時，壓敏器件2擊穿，電流正常流入到下一組加熱單元，不會出現斷線處起弧放電的現象，從而保護了電爐體的安全。

回路兩端設有開關3，開關3的兩端設有電流檢測裝置4。當兩組電熱絲R一路斷開時該路電流變小，全部斷開時，該路整體的電流增大，這時電流檢測裝置會檢測到電流的變化，發出報警信號，同時確定是否斷開電源，進一步保護了電爐體的安全。

兩種方案的不同之處在于第一種壓敏保護器件可重復使用，第二種不能重復使用。如果設備在沒有修復的情況下，第二種方案不能再次投入使用，而第一種方案在不修復的情況下可以再次投入使用，但壓敏器件上的報警器會直接發出報警。控制直觀可靠，不存在誤動作，缺點是成本稍高。

③第三種方案較上兩種方案更加簡單，如圖2所示，如果任意一組加熱器件中的一路斷路，在保證斷路后器件端電壓低于800 V的情況下，整個故障電路一相的電流會變小，其余兩相電流基本沒有變化，三相電流不再平衡，在計算機的支持下很容易判斷那相電路出了故障，命令開關切斷電源，保證設備安全，實際應用也非常可靠，缺點是故障點不明確，維修時會增加維修時間，但成本低廉，不增加任何費用。三種方案在實際產品中都有應用，動作可靠，達到了保證生產安全的目的，如果用戶不做特殊要求，第三種方案應用較多。

電熱爐是一個非常復雜的產品，除了斷線保護外，在使用過程中還涉及到其他許多方面的知識，如電熱絲表面負荷的選擇，電熱絲的熱傳遞，熱能的均勻釋放，電熱絲同接觸介子的反應等，本文只討論斷線保護問題，著重解決產品在使用過程中的安全問題。通過在大量產品中的應用，取得了令人滿意的效果。

圖2 電熱絲接線圖

參考文獻

[1]DB21/T2018-2012電熱儲能爐工程應用技術規程[S].2012.

[2]冷冰，朱程程.關于電熱儲能爐的應用分析[J].城市建論理論研究，2013（13）.

[3]李懷強，栗小華，胡勇.超高壓輸電線路電壓互感器斷線過流保護整定方法[J].電力系統自動化，2008，32（13）.

[4]朱宇輝.電熱儲能爐高壓引出接線裝置[P].專利號CN202696933U.

[5]朱建新，薛海毅，劉貴德.固體式熱儲能裝置[P].專利號：200820219604.

作者簡介

薛海毅（1966-），男，遼寧沈陽人，1989年合肥工業大學工業電氣自動化專業畢業，學士學位，多年從事高壓儲能爐的開發與研制，參與了改行業技術規程的起草，并取得多項該行業國家專利。endprint

摘 要 隨著我國冬季霧霾天數的增多，國家對環保的重視達到空前的高度，利用谷期電供暖的電儲能鍋爐因其節能環保，使用成本低廉，在供暖市場占有越來越大的份額，隨著功率的提高，通常400 V電阻爐的電流變得越來越大，即使分路控制，連接電線直徑依然很大，且用量極多，現場布線占用大量的空間，同時還需配備高容量的變壓器，在此情況下，高電壓儲能爐的使用變得十分必要。

關鍵詞 高壓儲能爐；斷線保護；弧光電阻

中圖分類號：TM8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0120-02

高電壓儲能爐指的是輸入電壓6 kV或10 kV的儲能爐，同輸入電壓400 V電熱儲能爐比較，布線和控制變得非常簡單。但是高壓電儲能爐存在一個巨大的問題，就是當電熱絲斷線時會產生弧光放電，弧光區域非常大，會產生1米高的電離火苗，因為弧光電阻很小，不能自動滅弧，而且弧光區溫度極高，對設備產生巨大的破壞，同時對周圍的建筑或其他設備也有造成損壞的可能，如果不加保護，高壓電儲能爐是無法安全實用的。那么如何在斷線時發出信號同時還要避免電弧的產生呢，本文重點討論高壓儲能爐的斷線保護

當高壓電儲能爐正常工作時，每一段電熱帶的電壓降和常規400 V的電爐是一樣的，但一旦發生斷線，隨著電流的消失，斷線點兩端需承受供電電源相電壓，幾千伏的電壓作用于斷線兩端立即產生弧光放電，因為不能自動滅弧，幾千度的弧光會融化周圍的一切，融化的物質在液態下一般都是導體，會發生更大規模的短路，所以在斷線情況下不立即斷電會產生及其嚴重的后果。電熱絲斷線是大概率事件，不管設計人員做的如何可靠，隨著時間的推移，儲能爐數量的增多，斷線概率會越來越高。如果不能有效的解決這個問題，產品的安全性就得不到保證。本文下面著重討論如何解決斷線保護的問題。

1）如何判斷是否發生斷線呢，以下的實驗會發現并解決產生弧光放電的臨界電壓及斷線時電流的變化情況，實驗步驟及結果如下。

①將一處電熱絲用工具處理，使其處于將要斷開的狀態，處理的部位位于人方便觀察的位置。

②通電。

③隨著時間的推移，電熱絲溫度越來越高，經過處理的部位因為阻值較大，溫度更高，達到一定溫度后，電熱絲斷開。

④表1為在電源電壓不同，電流同為30 A的情況下發生斷線的現象，其中就有產生弧光放電并且自身無法熄滅的情況。

從表1數據可以看出，電源相電壓低于800 V時，不會產生弧光，并且從電流變化上可以可靠判斷斷線與否。有了以上數據，我們有很多種方案可以解決斷線時弧光放電的問題。

2）6 kV或10 kV供電系統都采用中性點不接地系統，所以當一路負載發生斷線或負載發生變化時，中性點會發生漂移，計算電流變化時需加以注意。下面根據負載的要求不同，采取以下3種不同的解決方案。

①負載工作時不能斷電，如果發生斷電，會影響產品質量，這種情況下，如果電爐斷線，我們一般采取限壓續流的方法，如圖1所示。

1為帶保護器的加熱單元，2為壓敏保護器，

3為控制開關，4為電流互感器。

圖1 電熱絲接線圖

保護原理為：當任意一路加熱單元的電爐絲斷線以后，另一路電爐絲保持導通，當電源電壓上升到一定數值時，壓敏保護器導通，限制斷線的一組加熱單元端電壓在一定的電壓以下，同時電流互感器感知電流變化，按控制要求采取相應的動作。本方案已經在產品中應用，并取得了國家專利。

②第二種方案同第一種非常相似，但在實際應用中牽扯到其他一些參數的選擇。

如圖1所示，電路包括若干個加熱單元1，每個加熱單元內設有四組電熱絲R，4個電熱絲R兩個為一組串聯后再并聯連接，并且并聯后的兩端連接壓敏功率器件2。當有一處串聯電熱絲R斷開后，另一組串聯的電熱絲R正常工作；當兩組串聯的電熱絲R都斷開時，壓敏器件2擊穿，電流正常流入到下一組加熱單元，不會出現斷線處起弧放電的現象，從而保護了電爐體的安全。

回路兩端設有開關3，開關3的兩端設有電流檢測裝置4。當兩組電熱絲R一路斷開時該路電流變小，全部斷開時，該路整體的電流增大，這時電流檢測裝置會檢測到電流的變化，發出報警信號，同時確定是否斷開電源，進一步保護了電爐體的安全。

兩種方案的不同之處在于第一種壓敏保護器件可重復使用，第二種不能重復使用。如果設備在沒有修復的情況下，第二種方案不能再次投入使用，而第一種方案在不修復的情況下可以再次投入使用，但壓敏器件上的報警器會直接發出報警。控制直觀可靠，不存在誤動作，缺點是成本稍高。

③第三種方案較上兩種方案更加簡單，如圖2所示，如果任意一組加熱器件中的一路斷路，在保證斷路后器件端電壓低于800 V的情況下，整個故障電路一相的電流會變小，其余兩相電流基本沒有變化，三相電流不再平衡，在計算機的支持下很容易判斷那相電路出了故障，命令開關切斷電源，保證設備安全，實際應用也非常可靠，缺點是故障點不明確，維修時會增加維修時間，但成本低廉，不增加任何費用。三種方案在實際產品中都有應用，動作可靠，達到了保證生產安全的目的，如果用戶不做特殊要求，第三種方案應用較多。

電熱爐是一個非常復雜的產品，除了斷線保護外，在使用過程中還涉及到其他許多方面的知識，如電熱絲表面負荷的選擇，電熱絲的熱傳遞，熱能的均勻釋放，電熱絲同接觸介子的反應等，本文只討論斷線保護問題，著重解決產品在使用過程中的安全問題。通過在大量產品中的應用，取得了令人滿意的效果。

圖2 電熱絲接線圖

參考文獻

[1]DB21/T2018-2012電熱儲能爐工程應用技術規程[S].2012.

[2]冷冰，朱程程.關于電熱儲能爐的應用分析[J].城市建論理論研究，2013（13）.

[3]李懷強，栗小華，胡勇.超高壓輸電線路電壓互感器斷線過流保護整定方法[J].電力系統自動化，2008，32（13）.

[4]朱宇輝.電熱儲能爐高壓引出接線裝置[P].專利號CN202696933U.

[5]朱建新，薛海毅，劉貴德.固體式熱儲能裝置[P].專利號：200820219604.

作者簡介

薛海毅（1966-），男，遼寧沈陽人，1989年合肥工業大學工業電氣自動化專業畢業，學士學位，多年從事高壓儲能爐的開發與研制，參與了改行業技術規程的起草，并取得多項該行業國家專利。endprint