低壓斷路器及其選擇與安裝

1、淺談低壓斷路器及其選擇與安裝中國(guó)五冶三公司新泰項(xiàng)目部吳鵬民低壓斷路器的主要任務(wù)是：在正常運(yùn)行時(shí)用它接通或切斷負(fù)荷電流；在發(fā)生短路故障或嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷時(shí)，借用繼電保護(hù)裝置用它自動(dòng)、迅速的切斷故障電流，以防止擴(kuò)大事故范圍。低壓短路器的種類(lèi)繁多，按滅弧介質(zhì)分有油浸式、真空式和空氣式，應(yīng)用最多的是空氣式斷路器，所以本篇文章將以自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)（低壓斷路器）為例進(jìn)行介紹。按動(dòng)作速度分普通型和快速型，如直流快速斷路器、交流限流斷路器等，其分?jǐn)鄷r(shí)間僅為0.010.02s。按操作方式分有電動(dòng)操作、儲(chǔ)能操作和手動(dòng)操作。按極數(shù)分有單極、二極、三極和四極等。按安裝方式分有固定式、插入式和抽屜式等。按使用類(lèi)別分有選擇型和非選

2、擇型。按結(jié)構(gòu)分有萬(wàn)能式斷路器和塑殼式斷路器。萬(wàn)能式斷路器即框架式斷路器，所有器件均裝在框架之內(nèi)，其部件大部分設(shè)計(jì)成可拆卸的，便與制造、安裝和檢修。另外，這種斷路器的容量較大，額定電流可達(dá)4000A,可裝設(shè)較多的具有不同保護(hù)功能的脫扣器。如可設(shè)計(jì)成配電保護(hù)用和電動(dòng)機(jī)保護(hù)用的，選擇型和非選擇型的，以及反時(shí)限動(dòng)作特性的等等。選擇型配電用斷路器多采用萬(wàn)能式。由于萬(wàn)能式斷路器的輔助觸頭數(shù)量多，便于操作或聯(lián)動(dòng)控制。另外，甚至觸頭系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成有足夠的短時(shí)耐受電流，加之再有滅弧能力較強(qiáng)的滅弧室配合，所以極限短路分?jǐn)嗄芰芨?，特別使用于低壓配電系統(tǒng)的主保護(hù)，如作為低壓進(jìn)線(xiàn)柜的主開(kāi)關(guān)。塑殼式斷路器的主要特點(diǎn)是有塑

3、料底座和塑料殼蓋構(gòu)成塑殼體，所有部件均組裝于塑殼與基座之中。這類(lèi)斷路器的容量較小，額定電流一般在600A以?xún)?nèi)，適用于交流50Hz，額定電壓380V,直流440V的電路中。斷路器分配電線(xiàn)路保護(hù)用和電動(dòng)機(jī)保護(hù)用兩類(lèi)，線(xiàn)路保護(hù)斷路器在正常情況下可對(duì)線(xiàn)路不頻繁轉(zhuǎn)換分配電能，還可對(duì)線(xiàn)路起過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)作用；電動(dòng)機(jī)保護(hù)斷路器也可在正常情況下對(duì)線(xiàn)路不頻繁轉(zhuǎn)換，并可對(duì)電動(dòng)機(jī)起過(guò)載保護(hù)、欠壓保護(hù)和短路保護(hù)。塑殼式斷路器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊和操作安全的特點(diǎn)。（一）低壓斷路器的主要部件1.滅弧室滅弧室常采用長(zhǎng)短不同的鋼片交叉組成滅弧柵，裝在由絕緣材料制成的滅弧室內(nèi)。在主觸頭分?jǐn)鄷r(shí)，被拉長(zhǎng)的電弧被滅弧柵分割成若干小

4、段電弧，滅弧柵對(duì)電弧的吸熱、散熱作用使電弧迅速冷卻，也使電弧的總壓降增加。這樣，由于電源電壓不足以繼續(xù)維持電弧燃燒而迅速熄弧。在滅弧室內(nèi)壁一般用鋼板紙制成，以產(chǎn)生幫助滅弧的氣體而增強(qiáng)滅弧效果。為了進(jìn)一步使游離氣體冷卻，在柵片上方還設(shè)由滅焰柵片，以降低滅弧的距離，以免造成相間滅弧短路。2.觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)主要由觸頭、載流母線(xiàn)、軟連接線(xiàn)及脫扣器環(huán)節(jié)等組成，它是斷路器的重要核心部件。對(duì)容量較大的低壓斷路器，其觸頭系統(tǒng)設(shè)有主觸頭、副觸頭和弧觸頭，且三者依次并聯(lián)。在主觸頭分?jǐn)嗨查g，電弧電流將由主觸頭經(jīng)副觸頭轉(zhuǎn)移到弧觸頭。在電弧轉(zhuǎn)移過(guò)程中，所放出的高熱易將主觸頭燒壞，放在主觸頭與弧觸頭之間設(shè)置副觸頭，為過(guò)

5、渡性觸頭。其觸頭分?jǐn)嗟南群箜樞驗(yàn)椋褐饔|頭副觸頭弧觸頭。對(duì)容量較小的低壓短路器，由于分?jǐn)嚯娏鞑淮螅室话悴辉O(shè)副觸頭。3.脫扣器系統(tǒng)根據(jù)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及用電設(shè)備的不同要求，可選用具有不同脫扣系統(tǒng)的斷路器。脫扣器的種類(lèi)很多，主要有以下幾種：（1）欠壓脫扣器。欠壓脫扣器多為電磁式，由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵和整定彈簧等組成，如圖一中的18所示。當(dāng)電網(wǎng)電壓降低到額定電壓的35%時(shí)，銜鐵17被釋放，在彈簧16的作用下，銜鐵推動(dòng)杠桿5使搭鉤3與鎖鍵2脫扣，而實(shí)現(xiàn)斷路器的觸頭1打開(kāi)，即分閘。當(dāng)電壓大于額定電壓的75%時(shí)應(yīng)保證脫扣器不動(dòng)作。20987101214.、-13亡玄11亠1617巴巨1819圖一自動(dòng)空氣斷路器工

6、作原理圖1-觸頭；2-鎖鍵；3-搭鉤（表示自由脫扣器機(jī)構(gòu)）；4-鉸鏈；5-杠桿；6、8、11、16-彈簧；7-過(guò)流脫扣器；12-鐵芯線(xiàn)圈；13-加熱電阻絲；9、10、17-銜鐵；14-雙金屬片；15、19-按鈕；18-欠壓脫扣器；20-合閘電磁鐵對(duì)于帶延時(shí)的欠壓脫扣器,只需在脫扣器線(xiàn)圈回路中增加一組RC延時(shí)元件，如圖二所示。當(dāng)電源電壓為（75105）%VN時(shí)，二極管N半波整流電路為欠壓脫扣器線(xiàn)圈供電的同時(shí)，也為電容器C充電，保證脫扣器不動(dòng)作。當(dāng)電源電壓下降至35%Vn時(shí)，電容器C經(jīng)RyR2繼續(xù)對(duì)欠壓脫扣器線(xiàn)圈供電（放電），直到其放電電壓不足以繼續(xù)維持線(xiàn)圈吸合時(shí)，銜鐵17被釋放，從而使脫扣器在欠

7、壓時(shí)延時(shí)動(dòng)作。還可采用鐘表機(jī)構(gòu)延時(shí)。一般欠壓延時(shí)脫扣器的延時(shí)脫扣時(shí)間為1、2、3s三檔，如果電源電壓在預(yù)整定延時(shí)時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值時(shí)，欠壓脫扣器不動(dòng)作，從而可防止電網(wǎng)出現(xiàn)短時(shí)電壓降低（如設(shè)備用電源轉(zhuǎn)換、大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、雷擊等）時(shí)所引起的停電事故。（2）過(guò)流脫扣器。如圖一所示，在斷路器每極上均裝設(shè)過(guò)流脫扣器7，三極斷路器也可裝設(shè)兩個(gè)。在給定電流范圍內(nèi)，脫扣器的動(dòng)作電流可任意整定，其整定方式多用旋鈕或螺桿調(diào)節(jié)整定值。當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，即達(dá)到預(yù)整定電流值時(shí)，過(guò)流脫扣器7的鐵芯線(xiàn)圈產(chǎn)生的電磁吸力可吸動(dòng)銜鐵9，推動(dòng)杠桿5使搭鉤3和鎖鍵2脫扣而實(shí)現(xiàn)斷路器分?jǐn)?，可?jiàn)這種脫扣器為瞬動(dòng)過(guò)電流脫扣器。其安秒特性如

8、圖三所示。如在瞬動(dòng)電磁式過(guò)電流脫扣器裝置中增設(shè)阻尼機(jī)構(gòu)（如鐘表機(jī)構(gòu)），即可得到短延時(shí)（0.11s）動(dòng)作的過(guò)流脫扣器，從而可實(shí)現(xiàn)斷路器的選擇性分?jǐn)唷＿€有電子式過(guò)電流脫扣器，可實(shí)現(xiàn)瞬動(dòng)、短延時(shí)及長(zhǎng)延時(shí)的過(guò)電流脫扣器保護(hù)功能，或稱(chēng)作三段保護(hù)特性過(guò)電流脫扣器,其安一秒特性如圖四。圖中1為瞬動(dòng)脫扣器的動(dòng)作電流整定值,其動(dòng)作時(shí)間為0.02s，可用于短路保護(hù)；I為短延時(shí)過(guò)電流脫扣器的動(dòng)作電流整定值，其動(dòng)作時(shí)間約為0.10.4s,可用于短路保護(hù)或過(guò)載保護(hù)；I2為長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器的動(dòng)作電流整定值,其動(dòng)作時(shí)間約成，一般與電流互感器配合制成，是一種反時(shí)限過(guò)流脫扣器。即線(xiàn)路電流越大，其動(dòng)作時(shí)間就越短。當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生過(guò)載

9、時(shí)，過(guò)載電流流過(guò)加熱電阻絲13而使雙金屬片14受熱彎曲，推動(dòng)杠桿5使搭鉤3與鎖鍵2脫扣，使觸頭分?jǐn)嗥疬^(guò)載保護(hù)作用。熱脫扣器具有長(zhǎng)延時(shí)特性，其延時(shí)時(shí)間可達(dá)220min。在DZ10型自動(dòng)空氣斷路器中的瞬動(dòng)電磁脫扣器上增加熱脫扣器而制成復(fù)式脫扣器，可同時(shí)起到“短路、過(guò)載”保護(hù)，即“二段保護(hù)式”特性。（4）分勵(lì)脫扣器。分勵(lì)脫扣器由鐵心線(xiàn)圈12和銜鐵10組成，如圖一所示。它由控制電源供電，經(jīng)操作人員操作控制控制按鈕19或繼電信號(hào)使其線(xiàn)圈通電吸合，推動(dòng)杠桿5使搭鉤3與鎖鍵2脫扣而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離分閘。分勵(lì)脫扣器的工作電壓按范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為70%110%VN。而用作電網(wǎng)保護(hù)的特殊分勵(lì)脫扣器的工作電壓范圍為N10%1

10、10%VN，由普通分勵(lì)脫扣器和RC延時(shí)單元組成。當(dāng)控制電源N發(fā)生故障時(shí)，由充足電的電容供電，可使分勵(lì)脫扣器再繼續(xù)工作45min，從而提高了分勵(lì)脫扣器動(dòng)作的可靠性。一、低壓斷路器的選擇。（一）一般選用。選擇斷路器注意斷路器的額定電壓和額定電流必須不小于線(xiàn)路的額定電壓和線(xiàn)路計(jì)算負(fù)載電流，脫扣器的額定電流不小于負(fù)載工作電流，極限通斷能力不小于線(xiàn)路最大短路電流。斷路器欠電壓脫扣器額定電壓等于線(xiàn)路額定電壓，分勵(lì)脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。具有短延時(shí)的斷路器，若帶欠電壓脫扣器，而欠電壓脫扣器必須是延時(shí)的，其延時(shí)時(shí)間不小于短路延時(shí)時(shí)間。（二）配電用斷路器的選用。斷路器的長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定值Itr可用下式

11、計(jì)算：op.TRI=K！*Iop.TRrelQ式中K1！可靠系數(shù)，取0.81.0；relI導(dǎo)線(xiàn)允許載流量（A）；Q斷路器瞬時(shí)（電磁）動(dòng)作電流整定值IER，可分下述兩種情況進(jìn)op.ER行計(jì)算：只有瞬時(shí)脫扣，而無(wú)短延時(shí)脫扣的情況：I$1.1（I+K!*I*1）op.ERcxrelstN.m式中I線(xiàn)路計(jì)算電流（A）；czK1!電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流沖擊系數(shù)；relI被控線(xiàn)路中，起動(dòng)電流最大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)；stIN被控線(xiàn)路中，起動(dòng)電流最大電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；N.m既有瞬時(shí)脫扣，又有短延時(shí)脫扣：瞬時(shí)脫扣電流整定值Iop.ER：op.ERIER$1.1倍下級(jí)開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)端的計(jì)算短路電流；op.ER短延時(shí)脫扣

12、電流整定值I/op.ER：op.ERI/$1.1（I+1.35K*I）op.ERczstN.m照明斷路器的選用：TOC o 1-5 h zI$Iop.TRczI$6Iop.ERcz（三）電動(dòng)機(jī)用斷路器選用。長(zhǎng)延時(shí)脫扣器一般作過(guò)負(fù)荷保護(hù)用，其電流整定值Iop.TR應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)正常工作電流，也不應(yīng)大于i.iinm，即1.1I$I$INMop.TRM式中INM電動(dòng)機(jī)額定電流（A）;IM電動(dòng)機(jī)正常工作電流（A）o瞬時(shí)（電磁）過(guò)電流脫扣器用作短路保護(hù)，正常工作或電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不應(yīng)動(dòng)作，其電流整定值Iop.ER為：op.ER鼠籠型電動(dòng)機(jī)：IER=（815）*INop.ERN繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī)：Iop.ER=（3

13、6）*INop.ERN式中IN為脫扣器額定電流。二低壓斷路器的安裝。（一）塑料外殼式斷路器的安裝。安裝前檢查銘牌所示的技術(shù)數(shù)據(jù)是否與設(shè)計(jì)和實(shí)際需要相符。斷路器應(yīng)垂直安裝，其傾斜度不大于50，當(dāng)斷路器安裝在金屬骨架上時(shí)，若需要板后接線(xiàn)，必須安裝在絕緣地板上。安裝斷路器的底板必須平整，以免在旋緊安裝螺釘時(shí)，膠木底板會(huì)受到彎曲應(yīng)力而損壞。為了防止飛弧應(yīng)將斷路器進(jìn)出導(dǎo)線(xiàn)裸露部分用絕緣物包扎。當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲髋c熔斷器配合使用時(shí)，熔斷器應(yīng)安裝在電源側(cè)。斷路器接線(xiàn)時(shí)，必須將來(lái)自電源端的導(dǎo)線(xiàn)接在斷路器滅弧室一側(cè)的接線(xiàn)端上，負(fù)載導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)接在斷路器脫扣器一側(cè)的接線(xiàn)端上，連接導(dǎo)線(xiàn)的截面積必須與脫扣器限定電流相符，以免由于

14、過(guò)熱而影響脫扣器的性能。（二）框架式斷路器的安裝。安裝前檢查斷路器規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)和實(shí)際需要，并用兆歐表測(cè)量斷路器的絕緣電阻，一般不小于10MQ,斷路器底板應(yīng)安裝在垂直位置，傾斜度不超過(guò)50，并應(yīng)可靠接地。安裝斷路器的底板必須平整，以免旋緊螺釘時(shí)可能會(huì)損壞斷路器的地板，滅弧室至相鄰的導(dǎo)電部分和接地部分的距離不應(yīng)小于200250mm。安裝后檢查失壓、分勵(lì)及過(guò)電流脫扣器是否在規(guī)定的動(dòng)作范圍之內(nèi)使斷路器斷開(kāi)，檢查電磁鐵操作的斷路器是否在規(guī)定動(dòng)作范圍內(nèi)使斷路器可靠閉合。當(dāng)斷路器與熔斷器配合使用時(shí)，熔斷器應(yīng)安裝在電源側(cè)。接線(xiàn)時(shí)，電源引進(jìn)導(dǎo)線(xiàn)或母線(xiàn)連接于靜觸點(diǎn)（上進(jìn)線(xiàn)端），而接至用戶(hù)的導(dǎo)線(xiàn)和母線(xiàn)應(yīng)連接在下進(jìn)線(xiàn)端。在進(jìn)行任何電氣連接之前，必須確認(rèn)電路中沒(méi)有電壓。安裝母線(xiàn)或電纜的截面積，應(yīng)使接近斷路器的一部分母線(xiàn)或電纜不致過(guò)熱而使斷路器母線(xiàn)升溫，同時(shí)被連接母線(xiàn)或電纜應(yīng)將其在接近斷路器處加以緊固，以免各種機(jī)械和電動(dòng)負(fù)荷的應(yīng)力傳送到斷路器上。在安裝有半導(dǎo)體脫扣裝置的低壓斷路器時(shí)，其接線(xiàn)必須符合相序