低压断路器（精选十篇）
低压断路器 篇1
关键词：低压开关设备,控制设备,低压断路器,分析
在新形势下, 开关是一种常见的电器之一, 主要用到分合电路中, 组合开关、负荷开关、隔离开关等都是其组成要素, 低压开关设备的应用也比较多。在科技持续发展中, 低压开关与控制设备的智能时代随即到来, 监控精确度特别高, 保护动作灵敏, 能够自动修复等。为了更好地发挥其各方面性能, 我国还需要进一步深入研究低压开关设备与控制设备低压断路器, 提高相关设备的传导抗扰度, 降低设备运行中故障发生率, 提高其利用价值。
一、低压开关设备
1. 刀开关
低压开关设备又被称之为低压隔离器。以刀开关为例, 在众多低压电器中, 刀开关的结构并不复杂, 应用范围也特别广, 属于手动电器之一, 大都用来隔离电源。闸刀、静插座、绝缘底板等都是其组成要素。以用途为例, 刀开关可分为不同的类型, 比如, 闸刀开关、铁壳开关、组合开关, 以极数为例, 可分为单极、双极、三极。对于刀开关来说, 其主要技术参数体现在不同方面。首先, 刀开关的额定电压。在日常运行过程中, 刀开关可承受的最大电压被叫做额定电压, 为交流380V、直流220V或者440V。其运行被允许的最大工作电流为额定电流。就小电流刀开关来说, 其额定电流可以分为5个等级, 比如, 10A、15A、60A, 而大电流刀开关的额定电流可分为6个等级, 比如, 100A、400A、1500A。在额定电压作用下, 刀开关可分断的最大电流便是分断能力, 通常情况下, 刀开关都到只能分断那些小于额定电流数值的电流。其次, 分断能力、电动稳定电流与热稳定电流。如果同时使用刀开关、熔断器, 刀开关的分断能力会发生变化, 和配合的熔体以及熔断器相关。在运行过程中, 在一定短路电流峰值作用下, 刀开关会产生一定的动点作用, 出现变形现象, 会影响触刀的自动弹出, 而对应的短路电流具体峰值便是其电动稳定电流, 和额定电流相比, 刀开关的电动稳定电流特别大。如果线路发生短路现象, 刀开关在某时间段所通过的最大短路电流便是热稳定电流, 随着温度升高, 其并不会发生熔焊现象。最后, 操作次数。刀开关的操作次数有两个指标, 即机械次数、电次数。在不带电情况下, 刀开关达到的操作次数被称之为机械次数, 也就是刀开关的机械使用寿命;在带电情况下, 刀开关达到的操作次数被称之为电次数, 也就是刀开关的电气使用寿命。
在选择刀开关的过程中, 相关人员要注重其结构与额定电流, 全方位分析刀开关多样化的作用以及安装方式, 看其是否需要带灭弧装置。如果需要将刀开关应用到分断负载电流中, 则需要采用带灭弧装置, 根据装置安装的具体形式, 优化选择操作方法, 采用适宜的接线方法。就额定电流来说, 不能小于分断电路中负载电流总和, 全面分析启动电流, 明确电动机负载, 也就是说刀开关的额定电流必须大于一级开关。
2. 熔断器式刀开关、胶盖刀开关
就刀熔开关来说, 在使用过程中, 相关人员经常将小容量刀开关的熔丝或者熔断器安装到刀开关周围, 减少体积的同时, 使其使用更加便利。就熔断器式刀开关来说, 属于隔离开关, 动触点为熔断体以及带有熔断体的载熔件, HR5、HR6系列的应用特别多, 用于配电线路、电动机电器中, 其短路电流必须高, 额定电压交流为660V, 发热电流为630A。就胶盖刀开关来说, 用于其中的电路额定电压为单相220V、三相380V、交流为50Hz。
二、控制设备低压断路器
就低压电路控制器来说, 以往被称之为自动空气开关, 和IEC有着相同的标准, 具有手动开关作用, 自动失压、短路保护等。在运行过程中, 低压断路器可以有效分配电能, 实时保护电动机、电源线路。一旦系统设备出现故障问题, 比如, 过载、短路, 欠电压, 低压断路器便会自动将电源切断, 和负荷开、熔断器等的组合, 可以有效保护电源, 避免造成严重的经济损失。以不同需要为例, 低压断路器可分为两类, 即继电器、脱扣器, 低压断路器借助脱扣器顺利实现保护功能。
1. 低压断路器工作原理
就低压断路器来说, 种类特别多, 但其结构与保护原理大都相同, 并没有本质上的区别。操动结构、保护系统、灭弧装置、触头是其组成要素。低压断路器的主触头和被保护的三相电路串联, 接通并分断回路。在线路运行过程中, 低压断路器可以顺利接通、分断正常的荷载电流、过载电流等, 甚至是短路电流。在较少操作的低压配电线路、开关柜作用下, 作为电源开关, 有效保护线路、电气设备、电动机, 发生故障问题的时, 可以自动切断线路, 保护线路。在其主触点闭合之后, 主触点会被脱扣结构锁在合闸上, 过电流脱扣器线圈和电源处理并联状态。如果电路运行中, 出现短路、过载问题, 其中的过电流脱扣器会衔铁吸合, 主触点便会和主电路断开。具体来说, 在正常运行过程中, 在搭钩作用下, 电磁脱扣器线圈会产生一定的吸力, 但并不能实现衔铁吸合。但如果线路出现短路、电流过大等故障问题, 电磁脱扣器的吸力会进一步增强, 衔铁吸合顺利实现。欠电压脱扣器线圈和电路并联, 线路正常运行中, 其产生的电磁吸力可以远远大于弹簧的拉力, 顺利实现衔铁吸合。随着线路不断下降, 欠电压脱扣器的吸力也会逐渐减小, 衔铁将被弹簧拉开, 和杠杆接触, 搭钩将被顶开, 主触头被断开。如果电路出现过载现象, 热脱扣器的热元件温度会迅速升高, 双金属片弯曲变形。如果电路出现欠电压现象, 欠电压脱扣器的衔铁释放。
2. 低压断路器的选用
2.1低压断路器选用原则
通常情况下是, 塑壳断路器作用于小短路电流中, 额定电流不超过600A, 可采用万能式断路器。在选用低压断路器中, 必须遵循相关的原则, 额定电流与电压不能小于负载正常情况的额定电压, 脱扣器额定电流不能小于负载工作电流, 也不过大, 和断路器相比, 电路短路电流要小于起极限通断电流, 线路末端单相至少为1.25A, 其欠压脱扣器额定电压不能小于或者大于电路正常运行下的额定电压。
2.2低压断路器正常工作条件
在设计低压断路器过程中, 设计人员必须全面、客观地分析主客观影响因素, 根据低压断路器的性质、特点, 优化设计, 避免其结构组件不受到外界因素的影响, 提高断路器的工作性能。首先, 周围空气温度。在周围空气温度方面, 研究者主要研究最高与最低温度对低压断路器造成的影响, 外界座高温度必须低于低压断路器内部各组成元件的最高温度, 其运行环境温度必须在-5℃~+40℃间, 日平均温度必须小于35℃。如果运输和储存温度条件允许, 其环境温度为-25℃~55℃。其次, 空气相对湿度。在低压断路器运行中, 电器表面极易受到温度变化的影响, 影响其使用寿命, 甚至出现误动作。如果环境空气温度为40℃, 空气相对湿度必须小于0.5。最后, 冲击与振动、污染恶劣环境。在使用低压断路器过程中, 相关人员要尽可能将其安置到没有冲击振动的场所, 避免其处于恶劣环境中, 要定期检查、维修低压断路器, 避免其内部零部件脱落, 尽可能让低压断路器在零爆炸危险介质中工作, 不存在腐蚀金属、导体尘埃等。
结语
总而言之, 在使用低压开关设备与控制设备低压断路器中, 使用者必须综合分析应用现场具体情况, 综合考虑各因素基础上, 优化利用, 降低低压开关设备及其控制设备低压断路器故障发生率, 确保各方面工作顺利开展, 提高不同行业、领域的经济效益, 减少运营成本, 促进社会经济持续发展。
参考文献
低压断路器背后击穿现象分析 篇2
1引言
低压断路器是低压配电系统中应用最为普遍的电器产品之一。为了获得较高的电弧电压，断路器灭弧室的栅片排列紧密。这样，电弧在进入灭弧室时所受的阻力较大，在栅片入口处停滞的时间也较长。近年来对低压断路器的研究表明，电弧在栅片入口处多次出现在栅片内与栅片外，导致电弧电压的反复跌落，这就是背后击穿现象。它降低断路器的开断性能，使燃弧时间增长。1988年日本名古屋大学YoshiyukiIkuma等人首次用快速摄像机观察到这种电弧背后击穿现象。他们还采用微波穿透技术发现在低压断路器开断过程中，电弧电压发生突降前，触头间隙都出现温度的上升，这是由于电弧的热气流经过灭弧室的后壁的反射进入相应区域的结果。游离气体的进入和温度的上升，使相应区域的临界电场强度降低，这是造成背后击穿的原因之一。法国的C.Fievet等人也发现，在电弧经过的区域温度还较高，存在有剩余电流，会以热击穿的形式导致背后击穿［1］。德国的ManfredLindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型［2］。图1为背后击穿的典型波形。
通过对背后击穿的分析，依据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为基础的电弧动态模型，对背后击穿现象进行了机理模拟研究。采用先进的高速光学测试设备及多通道示波器，对低压断路器模型作了大量的实验，发现电磁场对低压断路器中的背后击穿现象有抑制作用。通过改变灭弧室前的跑弧区的结构，形成不同气体流动状况。实验证明，合理的气体流动状况有助于电弧快速进入灭弧室，使电弧电压迅速上升，对背后击穿有抑制甚至消除作用，改善了限流器的开断特性。据此提出了一种新型可消除背后击穿现象的灭弧室结构。
2背后击穿现象机理的研究分析
近年来，人们通过现代测试技术发现了低压断路器开断中电弧运动的不稳定性，在熄弧过程中电弧在灭弧室内外多次转移，导致电弧电压跌落，即背后击穿现象。重燃后的电弧多次进入灭弧室，直到熄弧。大量实验都发现低压断路器开断过程中，在背后击穿现象发生前，在栅片灭弧室外都出现温度的上升。这是由于电弧的热气流经过灭弧室后壁的反射产生回流，相应区域的电导增大，临界场强减小，易于造成背后击穿的发生。
法国的C.Fievet等人发现［1］，当电弧进入灭弧室后，由于多个短弧的近极压降，以及栅片外热气体电导较大，内外电流在断路器灭弧室内外重新分配。通过用Rogowski线圈对电流的测量，发现当电弧已经离开起弧处几个毫秒之后，电弧初始区域仍然有几安培的电
流。
由此，说明背后击穿现象与灭弧室外气体温度、临界电场强度及导电情况等有关。德国的ManfredLindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型［2］。
我们在这个模型的基础上进行深入研究，依据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为基础的电弧动态模型。计算结果表明，根据这种电流重新分配原理建立的模型是与实际情况相符合的。尤其当灭弧室外的温度较高，残余电流较大时，容易产生背后击穿。这是与
C.Fievet的实验结果相符合的。在图2中，1.92ms时电弧已经进入灭弧栅片，电弧电压迅速上升，电弧的等效电阻则由于近极压降相对保持一个较高的值，而背后击穿区域电阻则不断下降。随着背后击穿区域的电阻逐渐减少，电流渐渐被此导电通道所分流，使这一区域的温度迅速升高，电阻迅速减小，引起电弧电压突降，产生背后击穿。在2.16ms时电弧已经退出了灭弧栅片。这说明，用热击穿是导致背后击穿产生的一个原因。
3、消除背后击穿现象的措施我们对可能消除背后击穿现象多种因素进行了研究。
3.1外加磁场的影响
磁场可以加快电弧的运动速度，使它快速进入灭弧室，减少在灭弧栅片前的停滞时间。实验中在灭弧室两侧夹两块导磁片，利用流过断路器的电流产生外加吹弧磁场。外加2匝线圈，实验预期电流为2000A时，电弧电压跌落比较严重。当预期电流分别提高为3000A和4000A时，电弧电压跌落次数减少，跌落幅度也降低。外加多匝线圈时，电弧电压上升很快，电压跌落现象仍然存在，但次数减少了。从实验结果看，加大吹弧磁场后，电弧电压跌落次数减少，但背后击穿现象依然存在。
3.2气流场的影响
气流场对断路器背后击穿现象有非常直接的影响。因为不良的气体流通会使热气流回流，同时由于使电弧在灭弧栅片前停滞更长的时间，在灭弧室前部易于形成背后击穿的热区域。根据研究，在栅片的后面加上绝缘隔弧板，这样使灭弧室内的热气流可以顺利的排出，又不
会飞弧。通过实验发现，在这种情况下，背后击穿现象得到极大的限制，基本上消除了电压的跌落。但电弧电压会逐渐降到一个比较低的值，降低了开断性能。因此，还需要采取其他的措施。灭弧室后部完全开放的开断特性如图3所示。
为此，我们直接在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料，同时在灭弧室后部加上隔弧板，如图4中所示。在电弧的高温作用下，发出大量的绝缘物蒸气，这样由于限制了电弧弧根的扩张，并借助绝缘物产生的蒸气，使电弧弧根周围压力进一步提高，控制了电极发射出的金属蒸气的喷流运动方向。此外，绝缘物产生的气体冷却电弧弧柱，使电弧电阻上升，电弧电压提高。
采用这种窄缝灭弧室，即栅片与隔弧板相配合的混合式灭弧室。经多次实验获得的限流断路器开断电弧电压电流波形图，以及用二维光纤阵列电弧测试系统所观察到的电弧运动图象都明显看出，这种结构完全抑制了背后击穿的发生，并且一旦电弧进入栅片灭弧室，则电弧电压始终保持一个较高的值，燃弧时间以及允通能量都是最小的。新型的混合式灭弧系统的开断特性如图5所示。
我们还将这种新型的灭弧系统与原有的几种灭弧系统进行对比。经多次实验，得出表2所示的对比结果。、结论
高低压断路器技术革新探析 篇3
断路器是通过操作机构的传动部件，改变力的方向和作用点来实现预设目的，其能量来源一般有电力和人力两种，除人力机构外，如电磁机构、气动机构、弹簧机构和液压机构均为依靠电力所做的功，依靠瞬间的能量释放来实现断路器的动作。从农网改造中所使用的新设备来看，虽然部件有新改进，但仍无重大突破，仍存在着动作环节太多，动静润滑等方面而造成机构效率的问题，同时又可能磨损和损坏部件，因此机构的故障率较高。
根据近年来的实践和现场运行经验，在断路器的各种故障中，机构操作为首位，约为八成，而这些机构故障中，操作机构故障又占绝大部分。究其原因主要是因为操作机构处于静态运行状态，其各活动环节工作状态无法监视，隐患无法及时发现，特别是室外设备，由于受环境条件的影响，更易出现故障，所以操作机构的结构优化，零部件采用新材料、新工艺及提高加工精度等，是今后消除存在缺陷的一个长期任务。
二、操作机构应具备的基本要求
（1）操作机构应有足够的合闸功能。在实际工作当中，操作机构的能量不会保持在额定值，而是在一定范围内变化。即操作机构在下限值时，能够关合生、短路电流，而上限值时，不应由于操作力过大而损坏相关部件。（2）应具有保持合闸功能。当操作命令持续时间短，操作功能配合短时，应有保持合闸机构，以保证合闸命令和操作功能消失后，断路器仍保持在合闸位置。（3）具有较短的分闸时间。其合闸时间快慢应于操作者的动作快慢及下达命令时间长短无关，至少要求分闸速度不致电弧重燃，即尽可能地缩短分闸时间，以减少短路故障存在的时间，以提高电力系统的稳定性，达到尽可能减小故障范围。 （4）要有防跳跃装置。为了避免断路器合闸后出现连续多次合分现象，要采用机械的或电的方法，使断路器分闸后不能任意分、合，以减少无谓的动作。 （5）要有联动装置。操作机构中有了联动装置，才能保证路路器可靠性，才能使断路器处于一种状态时，有因操作机构误动而受影响，一般操作机构应有分闸位置联锁；低气压与高气压联锁；弹簧机构中的位置联锁等。
三、特高压断路器的作用
特高压断路器在高压设备中是一种最复杂、最重要的电器，在规定的使用条件下，可切合正常运行条件下的负荷电流；在短路故障情况下，在继电保护装置的作用下，自动切断短路电流。特高压断路器不仅可以切断和接通正常情况下高压电路中的空载电流和负荷电流，还可以在系统发生故障时与保护装置及自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，保证系统的安全运行。在高压供配电系统，切断短路电流时，要产生强烈的电弧，特高压断路器具有可靠的灭弧装置，它是一种能够实现控制与保护双重作用的电器。广泛用于电力系统的发电厂、变电站、开关站及用电线路上。
特高压断路器的种类很多，按不同灭弧介质分类有油断路器、空气（真空）断路器、六氟化硫（SF6）断路器等。特高压断路器通常采用六氟化硫（SF6）断路器，只有在某些地区中，由于天气寒冷，六氟化硫气体可能液化而采用压缩空气断路器。近年来，也有采用在六氟化硫气体中加入少量其他气体以降低液化温度，仍可用在寒冷地区中。SF6断路器是用SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器。其特点是：工作气压低，安全可靠性高；吹弧过程中气体在封闭系统中循环使用，不排向大气，无火灾危险等。由于SF6气体有优异的灭弧和绝缘性能，SF6断路器具有很多优点：断口电压高，开断能力强，允许连续开断短路电流次数多，适于频繁操作，开断容性电流可以无重燃或复燃，开断感性电流可以无截流等。近年来，在高压及超高压领域中，已取代了压缩空气断路器；在特高压领域中更是最主要的断路器。SF6断路器对材料、加工工艺、装配等要求较高，尤其是对气体密封性的要求更严，年漏气率一般要求小于1%。因此，生产SF6断路器的工厂，需要专门的净化装配车间、气体回收处理装置、SF6检漏仪、微水量检测仪及吸附氟化物和水分的吸附剂、烘干设备等。
特高压断路器，除完成一般高压断路器的任务外，还要求采取特殊措施（如分闸和合闸电阻），尽量降低开断和关合时的操作过电压，以降低线路和变电站设备的绝缘水平和造价。
四、真空断路器智能化面临三大技术问题
浅谈低压断路器选用 篇4
1 低压断路器分类
(1) 从设计型式分, 有开启式 (原万能式或框架式, 国际上通称ACB) 和塑料外壳式[国际上通称MCCB, MCB (小型) ]两大类。
(2) 根据使用类别分, 有A类和B类之分:A类为非选择型, B类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式断路器中的DW15系列、DW17 (ME) 系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型, 而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段保护, 它们是属于非选择型的A类断路器。
(3) 根据保护对象的不同, 断路器又分为4个类型:
1) 配电线路保护型———保护电源和电气线路 (电线、电缆) 和设备;
2) 电动机保护型——专作电动机的不频繁起动, 运行中中断, 以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护;
3) 家用和类似家用场所保护型———对照明线路、家用电器等的保护;
4) 剩余电流 (漏电) 保护型———用来保护人身免受电击危险及防止电气火灾的保护器。
它们具有相同的作用是:
(1) 在正常情况下, 作不频繁合、分电路或起动、停止电动机;
(2) 在线路或电动机发生过载、短路或欠电压 (电压不足) 等故障时, 能自动切断电路, 予以保护。
2 低压断路器选用一般原则
在选择低压断路器的时候, 应满足以下条件:
(1) 低压断路器的额定电压不小于线路的额定电压, 即Ue>Ug。
(2) 低压断路器的额定电流不小于线路的计算负载电流, 即In≥Ind≥Inr≥Ic, 且In≤Iz。 (Ic-线路计算电流;In-断路器主触头额定电流;Ind-断路器瞬时脱扣器额定电流;Inr-断路器延时脱扣器额定电流;Iz-导体允许持续载流量) 。
(3) 低压断路器的额定运行分断能力Ics和额定极限短路分断能力Icu应不低于其安装位置上的预期最大短路电流。当动作时间大于0.02 s时, 可不考虑短路电流的非周期分量, 即把短路电流周期分量有效值作为最大短路电流;当动作时间小于0.02 s时, 应考虑非周期分量, 即把短路电流第一周期内的全电流作为最大短路电流。
(4) 所选定的断路器还应按短路电流进行灵敏系数校验。灵敏系数即线路中最小短路电流 (一般取电动机接线端或配电线路末端的两相或单相短路电流) 和断路器瞬时或延时脱扣器整定电流Iset2或Iset3之比, 即Idmin/Iset2≥1.3或Idmin/Iset3≥1.3。如果配电线路较长, 接地故障电流较小, 断路器动作电流不能满足灵敏性要求时, 要么放大电缆截面, 要么采用具有接地故障保护功能的断路器。
(5) 分励和欠电压脱扣器的额定电压应等于线路额定电压。
3 低压断路器的电流整定
低压断路器中各种脱扣器的额定电流值, 需根据电流整定计算的结果, 并考虑到各保护的互相配合, 才能正确选定。
(1) 配电保护型断路器的电流整定:
1) 断路器的长延时脱扣器的整定值 (Iset1) ∶a.脱扣器的动作电流应等于或大于线路的计算负荷, 即Iset1≥Ic, 且Iset1≤Iz。可按计算负载电流的1～1.1倍确定, 同时应不大于线路导体长期允许电流的0.8～1倍。b.当线路有大功率电动机时考虑7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的实际起动时间。
2) 短延时脱扣器的整定值 (Iset2) :a.短延时脱扣器的整定电流应躲过短时间出现的负荷尖峰电流, 即Iset2≥1.2[Ist M1+IC (n-1) ] (Ist M1-线路中最大一台电动机的起动电流;IC (n-1) -除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算负载电流) ;b.短延时脱扣器的整定时间通常有0.1 (或0.2) 、0.4、0.6、0.8s等几种, 其整定时间比下级任一保护电器的最大动作时间大一级, 上下级时间级差不小于0.1～0.2 s。
3) 瞬时过电流脱扣器整定值 (Iset3) ∶Iset3≥1.2[2Ist M1+IC (n-1) ], 整定时间要求大于下一级保护电器保护线路的故障电流。
(2) 电动机保护型断路器的电流整定:
1) 长延时脱扣器的整定值 (Iset1) 等于电动机的额定电流, 且在7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的实际起动时间。按启动时负载的轻重, 可选用可返回时间为1 s、3 s、5 s、8 s、15 s中的某一挡。
2) 瞬时整定电流应为电动机起动电流的2～2.5倍, 一般笼型电动机时为 (8～15) 倍脱扣器额定电流, 绕线转子电动机时为 (3～6) 倍脱扣器额定电流。
(3) 家用和类似家用场所保护型断路器的电流整定:
1) 长延时脱扣器的整定值 (Iset1) 不小于线路计算负载电流, 即Iset1≥KIc (K取1.0～1.1, 根据电光源起动特性决定) 。
2) 瞬时过电流脱扣器整定值 (Iset3) :Iset3≥ (10～12) Ic (光源为白炽灯和卤钨灯) 或Iset3≥ (4～7) Ic (光源为白炽灯和卤钨灯以外的其它灯) 。
(4) 剩余电流保护型断路器:
1) 漏电保护器的额定电流应大于实际负荷电流。
2) 当剩余电流动作保护器用于插座回路和末端线路, 应选择动作电流不大于30 mA;如果需要上一级保护, 其动作电流不小于300 mA;配电干线不大于500 mA, 且动作应有0.4 s或以上延时。
4 低压断路器的选择性配合
在低压配电系统中, 上下级断路器主要通过短延时脱扣器的延时动作或延时动作时间的不同, 以获得选择性。通过上一级断路器的延时动作时, 注意以下几点问题:
(1) 无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器, 上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍;
(2) 如果下一级是非选择性断路器, 为防止在下一级断路器所保护回路发生短路电流时, 因这一级瞬时动作灵敏度不够, 而使上一级短延时过电流脱扣器首先动作, 使其失去选择性。一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍;
(3) 如果下一级也是选择性断路器, 为保证选择性, 上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1～0.2 s。
5 结语
低压系统中断路器的选型与整定 篇5
1.低压短路器的分类
根据不同形式的划分，低压断路器有多种分类，如以结构型式划分，可分为小型断路器、塑殼断路器以及万能断路器;以使用类别划分，可分为选择型断路器和非选择型断路器，前者是指在短路情况下，断路器明确指出串联负载侧另一短路保护电器选择性保护，而后者在短路时没有这一功能;以是否适合隔离这一特点划分，可分为适合隔离与不适合隔离断路器。但不论低压断路器的分类怎样，在使用选择时还是要依据具体环境而定。
2.断路器选型的基本要求
1）根据低压线路的负载性质，选择与其相符的断路器。在选择断路器时，首先应对断路器性能有准确了解，在遵循《低压配电设计规范》相关规定与标准的基础上，确定断路器的整定参数值，以便能够准确判断和计算出配电系统的故障问题及故障电流值。2）选择断路器时，应充分考虑各方面的影响因素，包括交流、直流、频率、电压值等，将回路的额定电压及额定频率作为选择依据。3）低压断路器的整定电流，要依据负载电流值来确定。4）周边环境也是影响断路器选择的重要因素，包括周边环境湿度、温度及海拔高度等，此外还需考虑环境污染等级及震动承受力等因素。5）依据精准的回路短路参数值，确定断路器的通断能力及动稳定、热稳定能力。6）低压配电网上下级所采用的断路器要匹配，这也是系统的选择性保护要求。
3.低压各级断路器的选用原则及方法
3.1选用原则。影响断路器的选择受有多方面的因素响，但主要还是根据自身负载与工作要求来选择最合适的断路器。简单来说，配电线路都应当选用准确的配电型断路器，常见的主要有两种：即选择性断路器和非选择性断路器。如电动机保护型断路器可选用非选择性断路器;一些家用的保护型断路器则多选用小于63A（额定电流）的非选择性断路器。总的来说，低压断路器选用原则具体如下：1）断路器的选用，要与断路器自身负载性质及故障类别要求相符合。2）为确保低压配电网的正常运行，断路器的额定电流值要比其所在回路的负载计算电流值大;此外，断路器额定电压值与频率，也需与其所在回路的标称电压及标称频率相适应。3）在充分考虑周边环境条件基础上选择适合的低压断路器。4）当电网短路时，低压断路器要符合动稳定及热稳定的基本要求。在电力实际工作中，运用最多的一般是选择性短路器和非选择性断路器，这样搭配的好处可以利用延时性动作来或者选择性，以满足断路器上下级的选择性动作，确保低压配电系统的安全、稳定运行。
3.2低压断路器选型的级间配合。选择性与断路器上下级配合有着紧密的关系，保护选择性是断路器上下级间的相互配合的关键所在。断路器的上下级选择性配合要满足三大基本要求，即选择性、快速性和灵敏性。其中，快速性与灵敏性往往受断路器自身特性及线路运行方式的影响，对此需根据合理的断路器上下级配合选择表进行整定。断路器上下级配合得当对于低压配电系统运行具有十分重要的作用，不仅能有效切除线路故障保障系统的正常运行，同时还能极大提升配电系统的可靠性。级联保护是断路器限流特性应用的具体表现，它是利用上下级断路器间的限流作用，降低下级断路器选择时的分断能力，使断路器工作效率有效提升，同时降低运行成本。
4.低压各级断路器的整定原则及方法
多级配电中心制是当前很多低压配电系统采用的运行管理机制，但在实际运行过程中暴露出很多问题与故障，影响到其所在回路负载的正常运行，若得不到及时有效的解决还会影响更大范围的回路负载供电。基于这一情况，为保证低压配电系统的安全、可靠运行，其整定需遵循以下原则：1）根据《规范》要求，低压配电线路应装设短路、过负载保护和接地故障保护等，以保证在尽可能短的时间内有效切除故障电路。2）当断路器处于正常运行状态且用电设备正常启动，则其装设的保护不应动作。3）低压配电系统保护动作需要相互各级之间进行相互配合、分工有序，当发生动作要合理的进行选择。当线路发生意外故障时，应该及时切断线路最近的断路器，但靠近电源侧的保护缺不应该动作。尽可能的把因切断线路带来的影响降到最低可控范围。为此，选择合适的保护电器对于保障配电系统正常运行具有十分重要的作用。依据断路器整定原则的基本要求，在准确计算、认真校验基础上，对其参数进行正确整定，以实现其保护功能，满足《规范》要求动作特性及动作时间等要求。
5.低压断路器脱扣器的选择与整定
1）低压断路器过流脱扣器额定电流的选择。根据相关规定，低压断路器过流脱扣器额定电流IN.OR应大于线路的计算电流I30，即IN.OR≥I30。2）过流脱扣器的动作电流与被保护线路的配合要求。预防线路出现短路或者因为过热受损甚至着火现象，确保系统的正常运行，应合理控制断路器过流脱扣器的动作电流lOP，其计算公式为：lOP≤KOL·Ial，其中Ial为绝缘线缆的允许载流量;Kol为绝缘线缆的允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5;对长延时过流脱扣器，做短路保护时取1.1，只做过负荷保护时取1。3）低压断路器动作特点整定。①瞬时过电流脱扣器的动作电流的整定。在低压断路器系统中，当设备启动时会产生较高电流，此时电流可能是额定电流的几倍，此时断路器也会出现短时的负荷。因此要保证低压系统的稳定正常运行，必须防止瞬时过电流特性动作与线路高峰电流发生正面冲突，要合理选择低压断路器，防止错误动作的发生。②短延时动作特性。短路短延时保护是防止配电系统的阻抗性短路，一般用于线路局部短路产生的故障，分为定时限与反时限（EG系列仅定时限）。反时限脱扣曲线的公式，当电流大于 时自动转化为定时限特性（即电流的增加不再使动作时间缩短）。短延时动作时间整定值一般取0.2～0.4s③长延时动作特性。长延时过流脱扣器主要是用来保护过负荷，为保证系统的正常运行，应需要避免线路出现最大的负荷电流。因此，长延时过流脱扣器的动作发生时间要错于允许短时过负荷的持续发生时间，防止低压断路器的错误动作。
6.结束语
低压断路器电阻的产生和控制 篇6
1 电阻产生的原因
断路器自身电阻主要由材料电阻和接触电阻两部分组成。影响其大小的因素较多, 应针对具体产品, 视具体情况找出主要影响因素加以解决。
1.1 材料电阻
从理论上看, 材料电阻对于定型产品而言是一个固有电阻。影响材料电阻的首要因素是所选材料的电阻率ρ, 通常选用银、铜或它们的合金作为主电路材料, 单一物质根据ρ值很容易选定材料, 而银合金或铜合金则必须兼顾导电性外的其他性能, 如耐电腐蚀性、抗熔焊性、硬度、抗拉强度、抗弯强度等, 但最终ρ值都增加较小。再就是尽可能使用较大的导电截面积来减小电阻提高载流能力。此外, 从散热表面积考虑, 导电截面积大小相同时导电截面的形状对载流能力影响也不可忽视, 一般情况下正方形截面优于圆形截面, 而矩形截面又优于正方形截面, 还应尽量提高矩形的长短边比值。通常认为产品的材料电阻在设计定型后即为恒定值, 但在产品批量生产过程中实际情况并非如此。因为目前原材料市场供应的铜铸件、铜母线、铜带、铜编织线、银或银合金等材料有相当一部分并没有达到相应国家标准或行业标准规定的要求, 主要表现为纯度较低杂质含量高、密度较低组织疏松, 对于产品向小型化发展趋势而言, 这种由于材料质量缺陷引起的电阻增加不容忽视。
1.2 接触电阻
接触电阻是产品组装完成后形成的附加电阻。断路器主电路接触方式主要有固定接触、可分接触 (动、静触头之间的连接) 、滑动及滚动接触 (例如本体与抽屉架之间隔离触头的连接) 。在电流通过这三种接触形式的接触区域时产生的接触电阻主要由收缩电阻和膜电阻组成。
从微观分析, 接触区域不可能是理想平面, 而是凹凸不平的。所以两个导体的接触面接触时实际只有若干小块面积相接触, 在每个小块接触面内, 又只有若干小的突起部分相接触。收缩电阻就是由于电流从截面较大的导体流入截面很小的接触点时电流线剧烈收缩造成的。而空气中的尘埃、气体或水分子以及化学腐蚀作用在金属表面又会形成尘埃膜、吸附膜和金属化合物无机膜, 由此产生了膜电阻。尤其是金属化合物无机膜 (氧化物、氯化物、硫化物) 质地坚硬, 电阻值大, 对电接触危害严重, 是影响接触电阻的主要因素之一。针对产品电阻产生的各种原因采取有效的设计、工艺、检测手段, 降低和控制产品电阻值已经成为产品从设计、研制到出厂检验各环节都可能要面对的问题。
2 电阻的控制
在产品的设计阶段尽可能加大主电路导电截面积, 选择合理的接触形式, 并采用合适的截面形状, 主要考虑的问题就是如何降低附加的接触电阻。从理论上分析可知, 收缩电阻与材料的电阻率成正比, 与材料布氏硬度的平方根成正比, 与接触压力和接触点数目的平方根成反比。而膜电阻的降低也需要较大的接触压力使表面膜被压碎, 从而增大金属的接触面。
如果将断路器闭合时动触头运动轨迹设计成在动触头与静触头接触后具有少量相对摩擦运动, 则可使触头表面大部分电阻膜通过摩擦被去除, 剩余的电阻膜通过施加在触头上的压力被压碎去除, 降低膜电阻的效果明显优于无相对摩擦的闭合形式。
将铜带卷绕的软连接两端采用压焊工艺相对比卷绕成型后直接在层叠部位紧固会降低两端的接触电阻, 如果设计成将软连接两端分别与触头支持和接线端焊接成整体则效果更好。例如原HFDK5-1 600 A低压真空断路器中软连接两端压焊后与上接线端采用螺栓连接, 经过改进工艺采用了直流电阻焊机并填加银-铜焊剂进行压焊成整体, 成功消除了一个接触电阻节点。
通常对于固定接触部位都采用增加镀层和施加较大的接触压力破坏各类表面膜、增加接触点数量来降低接触电阻, 但在对具体产品的实验中却观察到接触压力并非越大越好, 例如对于某个M8螺栓紧固连接的主电路导电接触面电阻值随压力变化的实验表明, 当拧紧螺栓的力矩大于25 N·m时, 电阻值基本不再减小, 再增大拧紧力矩有可能会使纯铜螺纹受到损伤, 长期通电运行后接触电阻反而会升高。所以对主电路螺栓连接部位的拧紧力矩应控制在一个合适的范围。批量生产时最好使用输出力矩可调的电动工具, 以适应不同拧紧力矩的要求。而对于可分接触部位如主触头的接触压力不仅直接关系到接触电阻的大小, 同时还会直接影响到产品的短时耐受电流和短路分断能力等性能指标。在断路器内部有限空间直接大幅度增加触头压力较为困难, 所以必须针对具体产品采用更加科学合理的结构和接触形式来增加接触压力, 满足性能指标要求。另外, 连接时用于穿入螺栓的孔直径过大或孔的数量多也会导致连接处有效导电截面显著减小、致使收缩电阻增大而降低载流能力, 形成通常容易被忽视的“瓶颈”。例如原HFDK5-1 600 A低压真空断路器中与真空灭弧室静端连接的下接线端, 先采用M12六角头螺栓紧固, 需加工φ32的台阶圆孔容纳螺栓头, 后改为用M12内六角圆柱头螺栓紧固, φ32的台阶圆孔缩小至φ20, 使该处接触面的电阻降低近30%。类似这样改进的潜力有时在一种产品上能够挖掘多处, 各种措施累加后降低整机接触电阻的效果颇为可观。原HFDK5-1 600 A低压真空断路器能够成功将壳架等级额定电流提升至2 500 A, 上述各种降低接触电阻的措施也起到了重要作用。
对于因材料缺陷引起的材料电阻控制相对简单, 只需在产品设计定型后根据相应的国家标准和行业标准测出主电路各导电件应具有的标准重量及电阻值, 对供方提出技术要求并对进厂的材料和零件进行抽样检查与标准值对比即可控制电阻值。
断路器主电路电阻属于仅为μΩ数量级的小电阻, 通常在10~100μΩ范围, 所使用的设备其原理都是采用的直流压降测量法, 所测得电压降值为m V数量级。市场购买的回路电阻测试仪因为要满足便携功能, 并且为了不经过换算直接读出电阻值, 一般只能产生100 A的测试电流, 而自行设计制造的测试台可产生达500 A的测试电流并可配备各种不同的连接头适配各种产品, 可以提高测试的速度和精确度。
3 结语
浅谈低压配电断路器的应用 篇7
为了确保低压电器设备的安全运行, 通常对低压电器在正常工作和故障情况下所应具备的各种性能的验证。低压断路器是一种既有手动开关作用, 又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能, 不频繁地启动异步电动机, 对电源线路及电动机等实行保护, 当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路, 其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件, 应用范围十分广阔。漏电保护器作为低压断路器, 当电路中发生短路时, 断路器瞬间动作, 断开电源, 保护线路。如果人触电, 断路器瞬间动作, 断开电源, 就能起到保安作用。低压配电保护器作用重大, 关乎人民群众生产生活安全, 因此, 必须要审慎选择和使用低压配电保护器, 以确保用电安全。
2 低压配电保护器的主要类型
为了防止发生低压配电线路发生故障时引发安全事故, 必须采取有效的防护措施对低压配电线路进行有效防护, 确保线路安全与用电安全。比较常用和有效的防护措施是在各级配电线路上使用保护器, 当线路出现故障时, 能够有效可靠地断开故障电路, 同时, 还要尽量减小因切断电路而导致的大范围停电事故发生。因此, 选择合适的低压配电保护器十分重要和必要。保护器主要有两种:一种是熔断器;另一种是断路器。
2.1 低压熔断器
低压熔断器在低压配电系统中熔断器是起安全保护作用的一种电器, 熔断器广泛应用于电网保护和用电设备保护, 当电网或用电设备发生短路故障或过载时, 可自动切断电路, 避免电器设备损坏, 防止事故蔓延。低压熔断器由绝缘底座、触头、熔体等组成, 熔体是熔断器的主要工作部分, 熔体相当于串联在电路中的一段特殊的导线, 当电路发生短路或过载时, 电流过大, 熔体因过热而熔化, 从而切断电路。熔体材料具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。一般采用铅锡合金、镀银铜片、锌、银等金属。在熔体熔断切断电路的过程中会产生电弧, 为了安全有效地熄灭电弧, 一般均将熔体安装在熔断器壳体内, 采取措施, 快速熄灭电弧。低压熔断器具有结构简单、使用方便、在低压系统中广泛被应用。
2.2 低压断路器
低压断路器用于交流电压1200伏、直流1500伏及以下电压范围的断路器。在正常情况下, 用以人为地闭合或断开供电的电路, 而在电路发生过载、短路等故障时可自动切断电路。低压断路器按结构可分为框架式和塑料外壳式两种。框架式断路器所有结构元件都装在同一框架或底板上, 可有较多结构变化方式和较多类型脱扣器, 一般大容量断路器多采用框架式结构。塑料外壳式断路器所有结构元件都装在一个塑料外壳内, 结构紧凑、体积小, 一般小容量断路器多采用塑料外壳式结构。低压断路器按性能可分为普通式和限流式两种, 限流式断路器一般具有特殊结构的触头系统, 当短路电流通过时, 触头在电动力作用下斥开而提前呈现电弧, 利用电弧电阻来限制短路电流的增长。限流式断路器比普通断路器有较大的开断能力, 并能限制短路电流对被保护线路的电动力和热效应的作用。低压断路器有较强的分断和接通短路电流的能力, 额定电流为100安的塑料外壳式断路器, 短路通断能力约为12千安, 而限流式断路器则可达30千安。
3 配电用断路器的选择与应用
3.1 高度关注低压断路器的选择性
为了保证低压配电系统的可靠性, 低压断路器的选择性成为终端低压配电系统设计的一项重要内容。在断路器所保护的配电系统中, 当发生电气故障时, 距故障点最近的断路器:Qn动作将故障切除, 而其他各级断路器不动作, 从而将故障所造成断电限制在最小范围内, 使其他无故障供电回路仍能保持正常供电, 这就是对低压断路器所要求的选择性。非选择性低压断路器, 是指当发生电气故障时, 距故障点最近的低压断路器QF3动作将故障切除, 而其他各级断路器Qn、QF2、QF4和QF5动作, 均处于打开状态, 不能保证使其他无故障回路正常供电。
3.2 合理选用低压配电断路器
配电用断路器是指在低压电网中专门用于分配电能的断路器, 包括电源总断路器和负载支路断路器。在选用这一类断路器时, 要考虑以下几方面的因素:由线路的计算电流来决定断路器的额定电流;断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电工艺与设备流;按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力;按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵铡生, 即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的1.3倍;按照线路上的短路;中击电流 (即短路全电流最大瞬时值) 来校验断路器的额定短路接通能力 (最大电流预期峰值) , 即后者应大于前者。除考虑上述一般选用原则外, 还需特别考虑把系统的故障限制在最小范围, 防止故障时扩大停电区域, 为此, 需增加下列选用原则:
1) 断路器的长延时动作电流整定值≤导线容许载流量。对于采用电线电缆的情况, 可取电线电缆容许载流量的80%。
2) 3倍长延时动作电流整定值的可返回时间≥线路中最大起动电流的电动机的起动时间。
3) 短延时动作电流整定值I1为:
I1=1.1 (Ijx+1.35k Ied)
式中:Ijx—————线路计算负载电流 (A) ;
k—————电动机的起动电流倍数;
Ied—————电动机额定电流 (A) 。
4) 瞬时电流整定值I2为:
I2=1.1 (Ijx+klk Iedm)
式中:kl—————电动机起动电流的冲击系数, 一般取kl=1.7~2;
Iedm—————最大的一台电动机的额定电流。
5) 短延时的时间阶段, 按配电系统的分段而定。一般时间阶段为2~3级。每级之间的短延时时差为0.1~0.2s, 视断路器短延时机构的动作精度而定, 其可返回时间应保证各级的选择性动作。选定短延时阶梯后, 最好按被保护对象的热稳定性能加以校核。
3.3 低压断路器的级联保护
在低压配电系统的设计中, 低压断路器的上下两级之间的选择性配合, 必须具有“选择性、快速性和灵敏性”。选择性则与上下两级低压断路器之间的配合有关, 而快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关。上下两级断路器配合得当, 则能有选择地将故障回路切除, 保证配电系统的其它无故障回路继续正常工作。反之, 则影响配电系统的可靠性。级联保护是断路器限流特性的具体应用, 其主要原理是利用上级断路器的限流作用, 在选择下级断路器时, 可选择分断能力较低的断路器, 以达到降低成本节约费用的目的。
3.4 正确使用断路器
电路接好后, 应检查接线是否正确。如果断路器能正确分断, 说明漏电保护器安装正确, 否则应检查线路, 排除故障。在漏电保护器投入运行后, 每经过一段时间, 应通过试验按钮检查断路器是否运行正常。不得随意调整断路保护器的漏电、过载、短路保护特性, 防止影响保护性能。试验按钮的作用在于断路器在新安装或运行一定时期后, 在合闸通电的状态下对其运行状态进行检查。按动试验按钮, 断路器能分断, 说明运行正常, 可继续使用。断路器因被保护电路发生故障 (漏电、过载或短路) 而分断, 则操作手柄处于脱扣位置 (中位置) 。查明原因排除故障后, 应先将操作手柄扳向“分”位置, 使操作机构“再扣”后, 才能进行合闸操作。断路器因线路短路断开后, 需检查触头, 若主触头烧损严重或有凹坑时, 需进行维修。漏电断路器的负载接线必须经过断路器的负载端, 不允许负载的任一相线或零线不经过漏电断路器, 否则将产生人为“漏电”而造成断路器“误动”。同时, 为了更有效保护线路和设备, 可以将漏电断路器与熔断器配合起来使用, 提高安全系数。
参考文献
关于低压断路器自动测试平台的介绍 篇8
根据IEC60947 (GB14048.4) 的要求, 机械/电气寿命试验是考核低压断路器可靠性能的一项重要技术指标, 包含机械寿命、电气寿命、过载等测试项目。在低压断路器的机械寿命和电气寿命性能测试中, 还含有其他特殊的功能性的测试:比如漏电功能、过载保护功能、远程脱扣功能等。依据不同的测试频率及测试周期的要求, 这是一项耗时较长的测试, 一般测试时间可达数周或数月。对测试平台的安全性及可靠性提出了极高的要求。
1 测试平台的相关要求
(1) 测试台数量:4台测试台供微型断路器及塑壳断路器测试 (1 600 A测试平台) , 1台测试台供框架断路器测试 (4 000 A测试平台) 。
下面是3类产品的典型外观, 如图1所示。
(2) 测试平台的电流范围:微型断路器及塑壳断路器测试平台:220 V/380 V/440 V/690 V, 80～4 000 A。
(3) 5台测试平台能够实现同时控制与分别控制。
(4) 在同一平台上可以对微型断路器及塑壳断路器采用机械寿命、电气寿命测试。4台测试平台共用同一阻抗以节省费用与场地。
(5) 根据产品的测试情况, 可以选择不同测试组合:单极、两极 (L+N) 、三极、三极+N极。
(6) 对框架断路器 (ACB) 实行独有阻抗。
(7) 断路器控制线圈的测试电压:4个AC、DC电源, 10～690 (AC、DC) , 自动选择量程与电源。
(8) 可以测试线性手柄操作机构和旋转手柄操作机构。
(9) 断路器的相关功能测试要求:远程脱扣功能、过压保护功能、漏电保护功能、机械脱扣功能、电动合闸功能、手柄复位功能等。
(10) 软件控制方面:测试平台的选择、测试线圈电压的选择、测试方式的选择、电流计量、故障记录, 电流及电压波形的记录等。
(11) 实现远程控制, 能够进行远程软件更新。
(12) 安全保护功能:电气保护功能连锁, 测试中样品出现故障满足一定条件时, 自动终止本测试平台的测试。
(13) 具体测试要求 (如精度、测试周期等) 参照相关标准 (IEC60947、GB14048) 。
2 可行性分析
针对上述技术要求, 进行技术的可行性分析。
(1) 依据测试要求的第一项, 测试电流的范围、电压范围以及功率因素的要求不存在技术上的困难。在电力供应上, 采用35 k V供电, 考虑被试样品的操作频率、操作方式以及功率因素, 变压器容量为1 600 k VA。满足测试容量的要求。 (在操作方式上, 4台MCCB平台以及1台ACB平台在同一时间, 只能对统一规格 (同一测试电流) 试品轮流进行测试。最大等效长期容量小于800 k VA。)
(2) 在测试平台上, 采用伺服驱动和气动机构相结合的方法。能够实现操作机构对样品的直线手柄及旋转手柄的操作, 实现动作的高精度控制与可靠性。
(3) 为增加系统的可靠性, 对控制系统采用双PLC冗余的方法, 对4个测试平台可进行独立或中央控制, 通过以太网实现通讯与远程控制。如图2所示, 所选PLC为施耐德高端的产品。
(4) 每个测试台采用人机界面 (HMI) 用于测试位置设定。使用伺服电机操作机械手进行合闸/分闸操作, 旋转手柄与线性手柄分开控制。
(5) 上位机采用Test Point软件, 实现测试台的选择、操作方式的选择、速度的选择、电流和电压的设定以及操作监控、故障记录等。如图3所示。
(6) 采用美国吉时利3000系列高速数据采样板, 采集电流、电压信号。与软件相结合, 实现预触发功能;能够实现进一步分析通断时间、功率因数的功能;能够在测试过程中把历史记录自动存储下来;能够以波形加以分析。如图4所示。
(7) 电路保护方面, 采用过压、过电流、超时保护, 以及累计故障次数保护等方式, 确保人身、测试平台、测试试品的安全。
(8) 软件及硬件上实现安全互锁功能。在硬件上, 比如采用安装电气门锁, 如果测试室的门没有关上, 实验则无法进行;在软件上, 设计PLC程序时采用互锁功能确保测试安全。如果测试样品在测试过程中发生的故障次数超过规定的次数, 此测试平台将自动停止实验, 但不影响其他测试台的运行。
(9) 针对测试线圈的多种测试电压, 设计4个AC/DC电源, 电源电压从10 V到690 V (交流、直流) , 功率为3 000 W。可以无极调压。系统依据测试台的数量或电压等级, 精度要求在3%以内。
(10) 测试试品在未进行测试时, 采用分闸后开关下端接地的方式, 确保安全。
(11) 针对不同的产品以及不同的操作方式, 设计不同的手柄操作机构及机械脱扣装置。对测试按钮的测试装置以及复位按钮采用气动的操作机构。如图5所示。
(12) 当MCB/MCCB测试平台只进行机械寿命测试时, 主回路电源开关不得合闸。同样, 当ACB只进行机械寿命实验时, 其主回路电源开关不得合闸。
(13) 根据测试的电压的不同, 系统采用PLC对电源进行控制的方法, 自动选择测试电源以及自动调节电压。
(14) 故障判断与实验暂停。由于测试是实行自动化无人值班测试, 需要监控测试中触头的状态, 一旦系统或测试样品在测试过程中出现异常情况, 系统需要及时终止实验并记录故障现象。但系统需要甄别何种故障需要立即停止实验。因此定义了一些故障现象, 如出现短路故障 (通过电流判断) , 系统需要立即终止测试;过载实验时, 如果出现触头无法分开或通电时间超过设定值, 系统将自动停止测试;当连续出现3次缺相故障或同一测试台间断出现5次缺相故障将自动终止测试等。需要人工复位后, 方可继续进行测试。
3 技术难点
在这个项目中, 主要有下面2个难点:
(1) 由于电寿命测试有可能同其他实验室的短路测试平台同时运行, 电网电压的瞬间波动通过理论计算将超过7%, 这将影响电网的安全运营。
针对措施:针对此项要求, 在测试运行过程中, 必须将短路测试和电寿命测试分开进行。
(2) 柜内由于4个AC/DC测试逆变电源的存在, 在电磁兼容方面会对系统产生影响, 导致控制系统有可能会产生误动作。有可能对控制系统的可靠性产生影响。
针对措施:增加EMC滤波器, 采用抽屉式装置, 将电源与电源、电源与控制系统用金属板分别隔开, 加以屏蔽;以及采用良好接地的措施;PLC及主机控制箱、控制板采用屏蔽的措施。
4 结语
通过对相关标准的研究以及对施耐德的低压断路器产品的具体性能及测试要求的研究, 在法国施耐德CERA部门与中国施耐德同事的共同努力下, 用了2个月的时间提出了该项目的实施方案, 经过近6个月的工作, 将主控柜及1台测试平台在法国制作调试完成。经过检测验收, 符合设计要求。同时其他3台测试台在天津完成制造后经施耐德研发中心整合调试, 整个系统运行正常, 完全符合当初的设计要求。目前该设备运行近5年, 测试运行性能良好。
摘要：介绍了有关低压断路器的机械/电气寿命自动测试平台, 依据安全可靠、提高测试效率及实时监控的基本要求, 设计了一套自动化控制性能高的测试系统, 实现中央控制与分台控制相结合、多台测试台同时控制、实时监控、全自动故障检测等功能, 提高了测试效率以及设备的使用率。
关键词：低压断路器,PLC,自动化
参考文献
[1]GB14048.4—2003低压开关设备和控制设备
[2]GB16916-2003家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作保护器 (RCCB)
[3]GB16917-2003家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作保护器 (RCBO)
[4]施耐德内部刊物.施耐德低压断路器电器操作指南
关于低压断路器选择性的讨论 篇9
1 低压断路器的类型
低压断路器有热磁脱扣器与电子脱扣器两种。
1) 除部分厂家的热磁脱扣断路器具有机械式的不太精准的延时设定外, 一般的热磁脱扣断路器无法人工设定延时, 其动作曲线如图1所示。
若要上、下级断路器间取得良好的选型性, 必须使发生在下级配电线路上的故障由下级断路器动作切断该故障线路, 而上级断路器保持不动作。这就需要上级断路器的动作曲线高于下级的动作曲线, 并且满足:
a.下级断路器的极限分断能力Icu大于故障点的最大短路电流———通常为三相短路电流I″;b.上级断路器的长延时整定电流Ir≥1.2倍的下级断路器的长延时整定电流;c.上级断路器的瞬时整定电流Iinst≥1.1倍的下级断路器的最大短路电流———通常为三相短路电流I″, 其中1.1倍为可靠系数, 为使当下级配电线路发生短路故障时, 不引起上级断路器误动作, 如图2所示。
这是上下级断路器均为一般的热磁脱扣断路器时能够具有良好选型性的状态。但若要上下级断路器均为一般热磁脱扣断路器的配电线路满足如图2所示动作曲线的要求, 在实际工程中是很难实现的, 通常是上级断路器的瞬时整定电流值小于下级断路器的最大短路电流值, 如图3所示。
当下级配电线路上发生短路电流超过上级断路器的瞬时整定电流的情况时, 上下级断路器均有可能动作, 使上下级断路器间失去选择性。也就是说:当下级配电线路处的故障电流大于下级断路器的动作电流且小于上级断路器的瞬时整定电流时, 下级断路器动作;当下级配电线路处的故障电流大于上级断路器的瞬时整定电流时, 上、下级断路器都可能动作。
2) 电子脱扣断路器可人为设置延时, 其动作曲线示意图如图4所示。
带人为延时功能的电子脱扣断路器增加了短延时整定电流Im, 同时该断路器的瞬时整定电流Iinst变大。一般的电子脱扣断路器的长延时整定电流、短延时整定电流、瞬时整定电流以及延时时间在规定范围内都是可调的。可通过将上级断路器设置为带人为延时功能的电子脱扣断路器来解决一般热磁脱扣断路器上下级间无法获得良好的选择性的问题。当电流在Im~Iinst区间时, 短路器可以延时动作, 以躲过下级配电线路故障而引起的上级短路器的瞬动。满足上级断路器的瞬时整定电流不小于1.1倍的下级断路器的最大短路电流的要求, 如图5所示。
2 下级低压断路器间选择性校验
下面以某工程实例来进一步说明如何校验下级低压断路器间的选择性。
1) 选取某写字楼工程的断路器动作选择性校验中的一部分进行举例说明, 如图6所示, 该工程变电所设在地下1层, 其中一台变压器T型号S9, 容量630 k VA, 电压10 k V/0.4 k V, D, yn11连接, 阻抗电压4.5%, 负载损耗6.20 k W;变压器低压出口断路器Q1的长延时整定电流Ir1=1 000 A;低压母线m采用铜母线, 规格为3× (80×8) +1× (63×6.3) , 长度为5 m;变电所低压出线断路器Q2的长延时整定电流Ir2=200 A, 为2层配电箱供电;其供电线路L2为WDZ-YJV-4×120+1×70电缆, 长度为50 m;变电所低压出线断路器Q3的长延时整定电流Ir3=250 A, 为地下室配电箱供电;其供电线路L3为WDZ-YJV-4×150+1×70电缆, 长度为30 m;2层配电箱低压出线断路器Q4的长延时整定电流Ir4=100 A, 为该层最大出租户供电;其供电线路L4为WDZ-YJV-4×35+1×16电缆, 长度为20 m。
2) 首先查询及计算各元器件参与计算三相短路电流的电阻与电抗。相关数据可从手册或设备厂家资料中查询, 如《工业与民用配电设计手册》等;变压器高压侧系统短路容量可从供电局获得。本工程变压器高压侧系统短路容量S″s=200 MVA, 查表可得Rs=0.08 mΩ, Xs=0.8 mΩ;根据变压器参数, 查表得RT=2.5 mΩ, XT=11.15 mΩ;根据低压母线参数, 查表得单位长度阻抗值为0.031与0.195, 乘以母线长度后得Rm=0.031×5=0.155 mΩ, Xm=0.195×5=0.975 mΩ;根据电缆参数, 查表得线路L2, L3, L4的单位长度阻抗值分别是L2=0.146与0.076, L3=0.117与0.077, L4=0.501与0.080, 乘以线路长度后得RL2=0.146×50=7.3 mΩ, XL2=0.076×50=3.8 mΩ;RL3=0.117×30=3.51 mΩ, XL3=0.077×30=2.31 mΩ;RL4=0.501×20=10.02 mΩ, XL4=0.080×20=1.6 mΩ。整理以上数据有:
4) 接下来进行上下级断路器动作选择性校验。首先是Q2与Q4的选择性, 已知Q2的长延时整定电流Ir2=200 A, Q4的长延时整定电流Ir4=100 A, 可知Ir2>1.2×Ir4, 按某断路器厂家资料热磁脱扣断路器的瞬时整定电流Iinst=10Ir±20%, 则Q2的瞬时整定电流的最大值Iinst2=2.4 k A, Q4的瞬时整定电流的最大值Iinst4=1.2 k A, 之前已计算得到Q4所保护的低压配电线路L4的短路点k4处的三相短路电流值Ik4″=8.47 k A, 该值大于热磁脱扣断路器Q2的瞬时整定电流值Iinst2=2.4 k A, 也就是说当k4点发生三相短路时, 若下级的断路器Q4与上级的断路器Q2均为热磁脱扣断路器, 则上下级断路器Q2与Q4均可能动作, 使配电线路保护无选择性, 同图3的情况一样。将上级断路器Q2改为具有调节功能电子脱扣断路器, 将其瞬时整定电流Iinst2调整为1.1倍的下级配电线路的最大短路电流———三相短路电流, 则需Iinst2≥1.1×Ik4″=1.1×8.47=9.31 k A取10 k A, 则Iinst2>10 k A, 与图5的情况一样。
再校验变压器低压出口断路器Q1与下级断路器的选择性。经过之前的计算可知断路器Q1的下级配电线路L2与L3的短路点k2点与k3点的三相短路电流不同, 其中Ik2″=11.79 k A, Ik3″=13.97 k A, Ik3″>Ik2″, 做选择性校验时, 取其中三相短路电流最大的k3点进行校验。已知Q1的长延时整定电流Ir1=1 000 A, Q3的长延时整定电流Ir3=250 A, Ir1>1.2×Ir3, 经之前计算已得到k3点的三相短路电流Ik3″=13.97 k A, 则其上级的断路器Q1的瞬时整定电流Iinst1应不小于1.1倍的下级配电线路的最大短路电流———k3点的三相短路电流, 则需Iinst1≥1.1×Ik3″=1.1×13.97=15.37 k A取16 k A, Iinst1>16 k A。
由极限分段能力Icu大于故障点的最大短路电流———三相短路电流I″, 可知断路器Q1的极限分断能力Icu1大于故障点k1的三相短路电流Ik1″=17.41 k A, 取Icu1≥18 k A;断路器Q2的极限分断能力Icu2大于故障点k2的三相短路电流Ik2″=11.79 k A, 取Icu1≥12 k A;断路器Q3的极限分断能力Icu3大于故障点k3的三相短路电流Ik3″=13.97 k A, 取Icu1≥14 k A;断路器Q4的极限分断能力Icu4大于故障点k4的三相短路电流Ik4″=8.47 k A, 取Icu1≥9 k A。
5) 按以上条件查阅相关断路器厂家资料, 选择各断路器的脱扣器形式及参数, 则各断路器间可获得较为良好的选择性。
3 结语
低压断路器的选择性除电流间的配合因素, 还有延时配合、连锁配合等因素, 要视具体情况按相关规范及低压断路器自身特性与参数等条件进行综合考虑才能最终获得最佳的选择性。
摘要：分析了低压断路器的动作曲线, 论述了上下级低压断路器间的配合设置方法, 并结合工程实例, 提出了校验方法, 使低压断路器具备了良好的选择性, 解决了配电线路保护电器协调配合的部分问题。
关键词：低压断路器,动作曲线,选择性,电流
参考文献
低压断路器 篇10
由于城市道路的改造扩宽, 在广西某城市一路段上的架空线路全部要拆除, 改为电缆线路。其中有10kV架空线路、380V和220V低压线路。公用变压器、客户变压器及市政变压器等电器设备全部按照市政规划, 搬迁到新建道路旁边的规划区域内。
在这些电气设备的迁移改造工作中, 公用变压器的迁移, 按照城市建设要求, 供电单位统一将杆上油浸式变压器更换为美式箱式变压器, 其相应的高低压线路也都必须同步进行迁移改造。
变压器的改造按照相应的容量进行迁改, 即把原来的油浸式S11-500kVA变压器, 更换为美式S11-500kVA箱式变压器, 把原来架空的高压线路JKLYJ-95更换为YJV22-95电缆线路。低压线路中, 原杆变低压出线由2～3路架空线路构成, 改造后改为相应条数的电缆线路, 在跨过新建道路后, 与原架空低压线路相接。
该路段的线路改造工作在2010年12月上旬相继完成施工, 并交付使用。
2 事故经过
在停电施工完毕, 现场经验收合格后, 有8台同类型的美式箱式变压器逐步投入运行, 恢复对低压用户的正常供电。
在该时间段内, 由于气温一直保持在5～10oC之间, 线路的用电负荷较大。晚上19:00左右, 常有居民用户电话告知抢修值班人员, 反映家里无电。使用美式箱式变压器供电的其它客户, 也发生类似的情况。
抢修人员接到故障通知后, 立即赶到客户反映无电的区域, 对客户反映的现象进行检查。通过对线路的跟踪检查, 线路无故障。最终发现, 导致客户无电由箱式变压器的低压断路器跳闸引起。
该现象经抢修人员检查, 确认无故障点后, 均按操作流程, 操作断路器, 恢复低压客户的正常供电。但在一段时间内, 该类现象重复发生有25次之多, 给居民用电带来许多的不便。
3 事故分析及处理方法
该类箱变低压断路器频繁跳闸的现象, 都是发生在杆上变压器改箱式变压器的改造工程上, 改造前很少发生类似跳闸现象。
改造前, 该变压器型号为S11-500kVA, 变压器低压侧额定电流为760A, 属杆上安装式, 变压器的低压出线侧安装了一组低压负荷刀闸, 额定电流为1000A。因低压负荷刀闸不具备过流跳闸功能, 只有在过流时低压负荷刀闸上的保险熔片熔断, 从而对变压器起到保护作用。
改造后的美式箱式变压器为落地式安装, 其低压部分从变压器低压侧通过母排连接到低压总开关上 (多功能智能断路器, 额定电流1000A) , 从总开关分四路到分支空开 (施耐德低压断路器, 额定电流250A) , 所有的低压负荷均从这四个低压断路器接出 (设计上应将低压线路负荷平均分配到这四个低压断路器上) 。
下面以广西某城市某路段上1号变压器为具体案例进行分析。该变压器为美式S11-500kVA变压器, 低压出线结构为一只总空开, 下接4只施耐德250A断路器, 其低压出线第一条改为VV22-4×300出线, 并连接在120米远处的一低压分电箱中;第二条作为备用线路;第三条改为VV22-4×95电缆, 与原低压架空线路相接;第四条改为VV22-4×240电缆, 与原低压架空线路相接。发生跳闸的低压断路器, 为低压分支断路器中的其中一只断路器跳闸, 该断路器所接的线路为VV22-4×300, 属负荷很重的一条支线。在2010年12月至2011年1月期间, 共发生有4次跳闸故障。
从跳闸的时间看, 基本上都是在傍晚, 居民做晚饭的时间在18-20时左右, 又时值寒冬, 居民比较喜欢用电磁炉打火锅, 这个时段是每天的用电高峰时段;从跳闸后对线路及设备检查结果看, 线路及其它设备均无故障点, 在断开后段负荷后, 从箱变低压断路器侧, 可逐步向用户端恢复送电。
在恢复送电时, 测量了每一支线的电流值, 发现接于VV22-4×300电缆线路的负荷最重, 电流值达185A左右。从电缆截面分析, 电缆可以满足安全电流要求, 但此电流已差不多达到低压断路器的额定开断电流值了。
从理论上分析, 按《低压配电设计规范》 (GB50054-95) 第4.3.4条的规定, 过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件[7]:
式中I b——线路计算负载电流 (A) ;In——熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流 (A) ;Iz——导体允许持续载流量 (A) ;I2——保证保护电器可靠动作的电流 (A) 。当保护电器为低压断路器时, I2为约定时间内的约定动作电流;当为熔断器时, I2为约定时间内的约定熔断电流.。
由于1.45Iz=1.45×185=268.25A, 而I2的约定动作电流为250A, 所以断路器动作。
在经历了几次处理后, 断路器跳闸原因分析如下:
(1) 主要是由于低压断路器的额定电流太小, 不能满足负荷集中的需求;
(2) 在低压线路改造前, 没有设计好低压负荷在箱变低压侧的均匀分配, 导致负荷集中;
(3) 由于气候因素的影响, 天气持续寒冷时间长, 居民用电量激增, 导致负荷增加。
处理方法:对于第一点, 可以更换大容量的断路器。但由于箱式变压器低压室的空间有限, 不同容量断路器的体积各不相同, 要安装大容量的断路器, 需要改变内部安装结构, 设备成本有较大增加, 实施有一定难度。对于第二点, 可以重新分配低压负荷, 但需要增加低压电缆, 同时牵涉到新建道路上电缆沟的开挖, 难度相当大, 不宜实施。对于第三点, 属于气候因素问题, 这是谁也控制不了的, 无法实施。
以上三点处理方案, 难度都较大。但相对而言, 第一点还是比较容易实施的, 但需要采购材料以及改变内部安装结构, 花费的时间会比较长, 而居民用电是不能等的。所以, 现场临时的处理方法是, 将四个断路器中的一个空断路器 (QF2) , 用短接线并接到VV22-4×300电缆线路上 (如图1所示) , 以达到增大断路器的额定电流的目的, 这样VV22-4×300电缆线路的断路器的额定电流达到了500A, 基本解决了该支线负荷集中的问题。但这种处理方法终究不是长久之计, 操作起来也不符合安全规范, 因而最终的解决办法, 还是需要更换大容量的断路器。
4 暴露出的问题
这次断路器频繁跳闸故障暴露出的主要问题是, 在线路迁改工作的前期, 规划工作没有做好。主要体现为, 在线路改造实施过程中, 施工方没有设计方案, 因而无法对变压器的低压负荷进行大致的平均分配, 造成低压负荷集中到一条线路并加载到一个断路器上, 导致所配备的250A断路器超负荷而频繁跳闸。
其次的问题是, 在设备的订货工作中, 没有结合实际情况, 在技术规范书上, 要求厂家配置合适容量的低压断路器 (如, 配置400A或630A的低压断路器) , 导致所使用的断路器不能满足实际需求。低压断路器是供配电系统中的重要电器元件之一[8], 要特别重视其选配工作。
5 防范措施
要防范类似的问题出现, 应该在源头上做好工作。一是要做好规划工作。设计环节要做细, 把低压负荷大体均衡地分配到箱式变压器的四个断路器上。二是要做好设备选配工作。在设备订货的技术规范书上, 要适当调整计算低压出线电流的系数, 要考虑负荷集中导致的三相不平衡所造成的四个断路器上的负荷不均衡现象。在低压断路器的设置上, 可考虑安装一个630A、一个400A和两个250A的断路器。这样, 在低压负荷不平衡时, 可以把不同的负荷接到不同断流容量的断路器上 (如把重负荷的线路接到630A的断路器上) , 从而在达到与上一级总断路器有效配合的基础上, 确保低压线路在保护范围之内。
在以上几个因素完全没有处理好的情况下, 须做好出现故障的抢修服务工作, 要积极采取措施尽快恢复居民用户的用电, 不要让用户因为这一系列先天不足的原因, 导致经常不能正常用电。
6 结束语
在实际的供电工作中, 时常会出现因低压断路器断流容量不足、线路负荷集中而导致箱式变压器低压断路器频繁跳闸的现象。只要我们能够在出现故障的时候, 及时采取相应的技术措施, 消除跳闸因素, 就能满足客户日常用电需求。同时, 我们还要总结教训, 找出根本原因, 积极采取防范措施, 从源头做好工作, 多考虑特殊因素带来的不利影响, 使设备的技术参数能够与实际相匹配, 达到设备安全、高效运行, 这样才能保证客户平平安安地用电。
摘要：为了防止类似事故的发生, 详细分析了一例在城市供电线路改造过程中出现的箱式变压器低压断路器频繁跳闸故障的产生原因, 提出了近期、远期解决方法及相应的防范措施。
关键词：箱式变压器,低压断路器,跳闸故障,防范措施
参考文献
[1]杨济川.城市电网发展改造解决方案的探讨[J].供用电, 2010, 27 (2) :6-8.
[2]秦江平.提高桂林电网供电可靠性的措施[J].广西电力, 2009, 32 (1) :32-34.
[3]黄风华.基于MapX的城市电网故障监控系统研究与实现[J].重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2009, 11 (6) :177-180.
[4]王林川, 李庆鑫, 刘新全, 等.基于改进蚁群算法的配电网故障定位[J].电力系统保护与控制, 2008, 36 (22) :29-33.