(1)框架式断路器(ACB)

框架断路器也称为万能式断路器,其所有零件都装在一个绝缘的金属框架内,常为开启式,可装设多种附件,更换触头和部件较为方便,多用在电源端总开关。过电流脱扣器有电磁式,电子式和智能式脱扣器等几种。断路器具有长延时、短延时、瞬时及接地故障四段保护,每种保护整定值均根据其壳架等级在一定范围内调整。

框架断路器适用交流50Hz,额定电压380V、660V,额定电流为200A-6300A的配电网络中,主要用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路,单相接地等故障的危害,该断路器具有多种智能保护功能,可做到选择性保护。在正常的条件下,可作为线路的不频繁转换之用。1250A以下的断路器在交流50Hz电压380V 的网络中可用作保护电动机的过载和短路。

框架式断路器还经常应用于变压器400V侧出线总开关、母线联络开关、大容量馈线开关和大型电动机控制开关。

(2)塑壳式断路器(MCCB)

塑壳式断路器也被称为装置式断路器,其接地线端子外触头、灭弧室、脱扣器和操作机构等都装在一个塑料外壳内。辅助触点,欠电压脱扣器以及分励脱扣器等多采用模块化,结构非常紧凑,一般不考虑维修,适用于作支路的保护开关。塑壳断路器通常含有热磁跳脱单元,而大型号的塑壳断路器会配备固态跳脱传感器。

塑壳式断路器过电流脱扣器有电磁式和电子式两种,一般电磁式塑壳断路器为非选择性断路器,有长延时及瞬时两种保护方式;电子式塑壳断路器有长延时、短延时、瞬时和接地故障四种保护功能。部分电子式塑壳断路器新推出的产品还带有区域选择性连锁功能。 

塑壳式断路器一般用于配电馈线控制和保护,小型配电变压器的低压侧出线总开关,动力配电终端控制,也可用于各种生产机械的电源开关。

(3)微型断路器(MCB)

微型断路器是建筑电气终端配电装置引中使用较很广的一种终端保护电器。用于125A以下的单相、三相的短路、过载、过压等保护,包括单极1P,二极2P、三极3P、四极4P四种。

微型断路器由操作机构、触点、保护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成。其主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后,自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联,欠电压脱扣器的线圈和电源并联。

在民用建筑电气设计中,微型断路器主要用于线路的过载、短路、过电流、失压、欠压、接地、漏电、双电源自动切换及电动机的不频繁起动时的保护、操作等用途。

断路器的基本特性参数

      (1)额定工作电压Ue

额定工作电压是指断路器的标称电压,在规定的正常使用和性能条件下,能够连续运行的电压。

我国规定在220kV及以下电压等级,系统额定电压的1.15倍即为较高工作电压;330kV及以上电压等级是以额定电压的1.1倍作为较高工作电压。断路器能在系统较高工作电压下保持绝缘,并能按规定的条件进行关合与开断。

(2)额定电流In

   额定电流是指在环境温度为40℃以下,脱扣器能长期通过的电流。对带可调式脱扣器的断路器来说,则为脱扣器可长期通过的较大电流。

当使用在环境温度超过40℃,但不高于60℃时,允许降低负荷长期工作。

(3)过载脱扣器电流整定值Ir

电流超过脱扣器电流整定值Ir,断路器延时跳闸。它还表示着断路器不跳闸时所能承受的较大电流。该值必须大于较大负载电流Ib,但是小于线路所允许的较大电流Iz。

热脱口继电器Ir通常可在0.7～1.0In范围内调整,但是如果使用电子设备,其调整范围会更大,通常为0.4～1.0In。对于配有不可调过电流脱口继电器的断路器,Ir=In。

(4)短路脱扣器电流整定值Im

短路脱扣继电器(瞬时或短延时)用于高故障电流值出现时,使断路器快速跳闸,其跳闸阈值为Im。

(5)额定短时间耐受电流Icw

指在约定的时间内允许通过的电流值。该电流值在约定的时间内通过导体,不会因过热而引起导体的损坏。

(6)分断能力

断路器的分断能力是指该断路器安全切断故障电流的能力,与其额定电流无必然联系目,前有36KA、50KA等规格。一般分为极限短路分断能力Icu和运行短路分断能力Ics。

断路器选用的一般原则

首先根据用途选择断路器的型式及极数;  根据较大工作电流选择断路器的额定电流;根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。具体要求如下。

  1)断路器的额定工作电压≥线路额定电压。

  2)断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流。

  3)断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的较大短路电流(一般按有效值计算)。 

  4)线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣整定电流 。

  5)断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

  6)断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。

  7)电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。 

  8)断路器用于照明电路时,电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。  

 9)采取断路器作为单台电动机的短路保护时,瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍(DW系列断路器)或1.7倍(DZ系列断路器)。 

10)采用断路器作为多台电动机的短路保护时,瞬时脱扣器的整定电流为1.3倍较大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。

 11)采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时,其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值,脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流,短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍;过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。

 12)初步选定断路器的类型和等级后,还要与上、下级开关的保护特性进行配合,以免越级跳闸,扩大事故范围。

断路器的选择性

在配电系统中用的断路器按其保护性能可分为,选择性和非选择性两类。选择性低压断路器,有两段保护和三段保护两种。其中瞬时特性和短延时特性适用于短路动作,而长延时特性适用于过载保护。非选择性断路器,一般为瞬时动作,只做短路保护用。也有的为长延时动作,只做过负荷保护用。在配电系统中,如果上一级断路器采用选择性断路器,下一级断路器采用非选择性断路器或选择性断路器,主要是利用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,请注意以下几点问题。

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较大三相短路电流的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0.1s。一般来说,要保证上下两级低压断路器之间选择性动作,上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器,而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上,至少上一级的动作电流Iop.1不小于下一级动作电流Iop.2的1.2倍,即Iop1≥1.2Iop.2。

断路器的级联保护性

在配电系统的设计中,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。

上级的限流型断路器QF1能分断其安装处的较大预期短路电流,由于配电系统中上下级的断路器为串联安装,当下级,断路器QF2出口处发生短路时,该短路电流由于上级断路器QF1的限流作用而使其实际值远小于该处的预期短路电流,也就是说,下级断路器QF2的分断能力在上级断路器QF1帮助下很大增强,超过了其额定分断能力。这种级联保护也是有一定的条件,譬如邻近的回路不能有重要负载(因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电),同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬动整定值也要匹配得当等。级联数据只能由实验测定,上下级断路器的配合选择也只能由断路器制造商提供确定。

断路器的灵敏度

为了保证断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统较小运行方式下,在其保护范围内发生较轻微的短路故障时能可靠动作。断路器保护的灵敏度必须满足《低压配电设计规范》 (CB50054-95)规定其灵敏度应不小于1.3,即Sp=lk.min/Iop≥1.3。式中,lop为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流,Ik.Min为断路器保护的线路末端在系统较小运行方式下的单相短路电流或两相短路电流,Sp为断路器的灵敏度。

 在选用断路器时,还应注意对其灵敏度的校验,对于同时具有短延时和瞬时过电流脱扣器的选择性断路器,只需要校验短延时过电流脱扣器的动作灵敏度,不需要校验瞬时过电流脱扣器动作的灵敏度。

断路器脱扣器的选择和整定

(1)瞬时过电流脱扣器动作电流的整定

断路器所保护的对象中,有某些电器设备,这些电器设备在启动过程中,会在短时间内产生数倍于其额定电流的高峰值电流,从而使断路器在短时间内承受较大的尖峰电流。瞬时过电流脱扣器的动作电流lop(o)必须躲过线路的尖峰电流Ipk,即Iop(o)≥Krel·Ipk。式中,Krel为可靠系数。在选用断路器时,应注意使断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流躲过尖峰电流,以免引起断路器的误动作。

(2)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定

短延时过流脱扣器的动作电流lop(s),也应躲过线路的尖峰电流Ipk,即Iop(s)≥Krel·Ipk。式中,Krel为可靠系数。短延时过流脱扣器的动作时间一般分0.2s、0.4s和0.6s三种,按前后保护装置的保护选择性来确定,应使前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差。

(3)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定

长延时过流脱扣器主要是用来保护过负荷,因此其动作电流Iop(l)只需要躲过线路的较大负荷电流即计算电流I30,即Iop(l)≥Krel·I30。式中,Krel为可靠系数。长延时过流脱扣器的动作时间应躲过允许短时过负荷的持续时间,以免引起低压断路器的误动

(4)过流脱扣器的动作电流与被保护线路的配合要求

为了不致线路因出现过负荷或短路引起绝缘线缆过热受损甚至失火,而其断路器不跳闸事故的发生,断路器过流脱扣器的动作电流lop应符合公式的要求,lop≤Kol·Ial。式中,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。如果不满足以上配合要求,则应改选脱扣器动作电流,或适当加粗导线或电缆线的截面积。

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