低压断路器的选择.docx
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低压断路器的选择
低压断路器的选择
如何正确选择低压断路器?
以下五大步骤必不可少:
(1)由线路的计算电流来决定断路器的额定电流;(大概有99%的设计者做到了这一条)。
(2)断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电流。
(大概有30%的设计者注意到了这一条)。
(3)按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力;(大概有10%的设计者注意到了这一条)。
(4)按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性,即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的倍;(大概有5%的设计者注意到了这一条)。
(5)按照线路上的短路冲击电流(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。
(大概有1%的设计者注意到了这一条)。
关于断路器选择的几个要点
1不同的负载应选用不同类型的断路器
最多见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用(照明、家用电器等)三大类。
以此相对应的便有配电爱惜型、电动机爱惜型和家用及类似家用爱惜型的断路器。
这三类断路器的爱惜性质和爱惜特性是不相同的。
对配电型断路器而言,它有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爱惜特性。
全能式(又称框架势)断路器中的DW15系列、DW17(ME)系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部份是B型,而DZ五、DZ1五、DZ20、TO、TG、CM一、TM30及HSM1等系列和全能式DW1五、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段爱惜,它们是属于非选择型的A类断路器。
选择性爱惜,如图1所示。
图1
当F点短路时,只有靠近F点的QF2断路器动作,而上方位的QF1断路器不动作,这确实是选择性爱惜(由于QF1不动作,就使未发生故障的QF3、QF4支路维持供电)。
若是QF2和QF1都是A类断路器,那么F点发生短路,短路电流值达必然值时,QF一、QF2同时动作,QF1断路器回路及其下的支路全数停电,就不是选择性爱惜了。
能够实现选择性爱惜的缘故是,QF1为B类断路器,它具有短路短延时性能,当F点短路时,短路电流流过QF2支路,也流过QF1回路,QF2的瞬时动作脱扣器动作(通常它的全分断时刻不大于,因QF1的短延时,QF1在内可不能动作(它的短延时≥或、、。
在QF2动作切断故障线路时,整个系统就恢复了正常。
可见,若是要达到选择性爱惜的要求,上一级的断路器应选用具有三段爱惜的B型断路器。
关于直接爱惜电动机的电动机爱惜型断路器,它只要有过载长延时和短路瞬时的二段爱惜性能就够了,也确实是说它可选择A类断路器(包括塑壳式和全能式),DZ五、DZ1五、TO、TG、GM1、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电爱惜的性能外,它们的630A及以下规格均有爱惜电动机的功能。
家用和类似场所的爱惜(过去又称它为导线爱惜或照明爱惜),也是一种小型的A类断路器,其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。
配电(线路)、电动机和家用等的过电流爱惜断路器,因爱惜对象(如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等)的经受过载电流的能力(包括电动机的起动电流和起动时刻等)有不同,因此,选用的断路器的爱惜特性也是不同的。
(1)表1为配电爱惜型断路器的反时限断开特性
表1
通过电流名称
整定电流倍数
约定时间/h
In≤63A
In>63A
约定不脱扣电流
≥1
≥2
约定脱扣电流
<1
<2
返回特性电流
可返回时间/s
5
8
12
注:
可返回特性:
考虑到配电线路内有电动机群,由于电动机仅是其负载的一部份,且一群电动机可不能同时起动,故确信为3In(In为断路器的额定电流,In≥IL,IL为线路额定电流),对断路器进行实验,当实验电流为3In时维持5s(In≤40A时),8s(40A<In<250A时),12s(In>250A时),然后将电流返回至In,断路器应不动作,这确实是返回特性。
(2)表2为电动机爱惜型断路器的反时限断开特性
表2
通过电流名称
整定电流倍数
约定时间
约定不脱扣电流
≥2h
约定脱扣电流
<2h
*
**
注:
*按电动机负载性质能够选二、4、八、12min之内动作,一样的选2~4min。
**也是一种可返回特性,它必需躲过电动机的起动电流(5~7倍In),Tp为延不时刻,按电动机的负载性质可选动作时刻Tp为2s<Tp≤10s、4s<Tp≤10s、6s<Tp≤20s和9s<Tp≤30s,一样选用2s<Tp≤10s或4s<Tp≤10s。
(3)配电爱惜型的瞬动整定电流为10In(误差为±20%),In为400A及以上规格,能够在5In和10In中任选一种(由用户提出,制造厂整定);电动机爱惜型的瞬动整定电流为12In,一样设计时In能够等于电动机的额定电流。
(4)表3为家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性
表3
脱扣器型式
断路器的脱扣器额定电流
In
通过电流
规定时间
(脱扣或不脱扣极限时间)
预期结果
B、C、D
≤63
≥1h
不脱扣
>63
≥2h
B、C、D
≤63
<1h
脱扣
>63
<2h
B、C、D
≤32
1s~60s
脱扣
>32
1s~120s
B
所有值
3In
≥
不脱扣
C
5In
D
10In
B
所有值
5In
<
脱扣
C
10In
D
50In
注:
B、C、D型是瞬时脱扣器的型式:
B型脱扣电流>3~5In,C型脱扣电流>5~10In,D型脱扣电流>10~50In。
用户可依照爱惜对象的需要,任选它们中的一种。
(5)B类断路器的短路短延时特性
DW15型断路器:
3~10In(Inm为1600A时,Inm为壳架品级电流),3~6In(Inm为2500A、4000A时),短延不时刻为或。
ME型断路器:
3~12In,短延不时刻0~可调。
DW45型断路器:
~15In,短延不时刻、、和可调。
在进行工程设计时,应依照不同的负载对象来选择不同爱惜特性(如上所述)的断路器,以避免因选用不妥造成严峻后果。
在实践中最容易混淆的是电动机负载爱惜误选为配电爱惜型或家用爱惜型。
小型断路器(MCB)也有电动机爱惜型,如天津梅兰日兰的C45AD等,它们的爱惜特性应符合表2。
二、选择不同类型短路分断能力的断路器来适应不同的线路预期短路电流(当I在相同的情形时)的需要
断路器的选用原那么是:
断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。
假设某电源(SL710/变压器)的容量为1600kVA,二次电流为2312A,其出线端5m处的短路电流为。
某一支路的额定电流为125A,由于此支路离变压器很近,如在10m处,那么此支路的断路器需要考虑采纳HSM1_125H型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400V、50kA)。
可是离变压器50m处,由于汇流排等的电阻和电抗值阻碍,50m处的短路电流已经降到,而100m处,降为。
对此就可选择HSM1_125M型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400V、35kA)。
此刻国内许多断路器生产厂家,对同一壳架品级电流的短路分断能力分为E、S、M、H、L(杭州之江开关厂的HSM1系列)或C、L、M、H(常熟开关厂的CM1系列)或S、H、R、U(天津低压电器公司的TM30系列)品级别。
其中,E为经济型,S为标准型,M为中短路分断型,H为高分断型,L为限流型,C为经济型,L为低分断型;M为高分断型,H为超高分断型;S为标准型,H为高分断型,R为限流型,U为超高分断型。
以HSM1_125型塑壳断路器为例,E型的极限短路分断能力为400V、15kA,S型为400V、25kA,M型为400V、35kA,H型为400V、50kA。
它们的价钱也相差专门大,如以E型为1,那么S型为1.2,M型为,H型为2,即购买一台H型的断路器的钱,能够购买二台E型。
用户在设计选历时,没必要人为地加上所谓保险系数,以避免造成浪费。
3、关于断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流
极限短路分断能力(Icu),是指在必然的实验参数(电压、短路电流、功率因数)条件下,经必然的实验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,再也不继续承载其额定电流的分断能力。
它的实验程序为0—t(线上)C0(“0”为分断,t为间歇时刻,一样为3min,“C0”表示接通后当即分断)。
试检后要验证脱扣特性和工频耐压。
运行短路分断能力(Ics),是指在必然的实验参数(电压、短路电流和功率因数)条件下,经必然的实验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,还要继续承载其额定电流的分断能力,它的实验程序为0—t(线上)C0—t(线上)C0。
短时耐受电流(Icw),是指在必然的电压、短路电流、功率因数下,忍受、、、或1s而断路器不许诺脱扣的能力,Icw是在短延时脱扣时,对断路器的电动稳固性和热稳固性的考核指标,它是针对B类断路器的,通常Icw的最小值是:
当In≤2500A时,它为12In或5kA,而In>2500A时,它为30kA(DW45_2000的Icw为400V、50kA,DW45_3200的Icw为400V、65kA)。
运行短路分断能力的实验条件极为苛刻(一次分断、二次通断),由于试后它还要继续承载额定电流(第二数为寿命数的5%),因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压,还要验证温升。
IEC947_2(和1997新版IEC60947_2)和我国国家标准GB140482规定,Ics能够是极限短路分断能力Icu数值的25%、50%、75%和100%(B类断路器为50%、75%和100%,B类无25%是鉴于它多数是用于骨干线爱惜之故)。
上文提到的选择断路器的一个重要原那么是断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流,那个断路器的短路分断能力一般是指它的极限短路分断能力。
不管A类或B类断路器,它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。
A类:
DZ20系列Ics=50%~77%Icu,CM1系列Ics=58%~72%Icu,TM30系列Ics=50%~75%Icu,(个别产品Ics=Icu)。
B类:
DW15系列Ics=60%左右的Icu,(个别的如630AIcs=Icu,但短路分断能力仅400V时30kA),DW45系列Ics=%~80%Icu。
不管是A类或B类断路器,只要它的Ics符合IEC947_2(或标准规定的Icu百分比值都是合格产品。
用户在设计选历时只要符合断路器的极限短路分断能力≥线路预期短路电流就能够知足要求了,对线路本身来讲,例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路,可能显现的短路电流约为43kA,它是仅计算离变压器距离为5m,且把刀开关、互感器和断路器的内阻均看成零来计算的(短路电流因此比实际情形偏大)。
这种短路的机率极小。
在选用断路器时,只要它的极限短路分断能力>43kA,譬如50kA就足够了。
通过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使命,必需改换新的断路器,而运行短路分断能力,例如为50%的Icu,也达到25kA,它既能够实现一次分断,二次通断(在25kA短路电流时)故障电流然后还要承载其额定电流,任务是超级艰巨的。
有些利用者认定要按断路器的运行短路分断能力(Ics)≥线路预期短路电流来设计,实际上是一种误解,也是没必要要的。
有些制造厂的样本里宣传,它的产品Ics=Icu,如确实,说明它的Icu指标有裕度,如不确实,说明它有水分,不可全信,而且Ics=Icu的断路器,其售价要高很多,不合算。
国外几十年来盛行一种级联(cascade)爱惜(也称后备爱惜),如图2所选QF2断路器的极限短路分断能力小于其线路的预期短路分断能力(例如线路额定电流为250A,而预期短路电流为50kA),那么QF2选择的是HSM1_250S断路器(Icu为400V、35kA),当F处显现线路短路(短路电流达50kA)时,由QF1(设QF1处的额定电流为400A,QF1选HSM1_400H,其Icu为400V、65kA)和QF2一路分断,QF2仅经受一部份短路电流的分断,其余部份由QF1承担),而对QF2处线路绝大部份小于35kA的故障电流,就由QF2来承担。
这种级联爱惜也有必然的条件,譬如临近的支路不是重要负载(因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电),同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬定值也要和谐等,这种级联爱惜要紧目的也是为了节约投资。
应提到的是,所有断路器的短路分断能力(不管是Icu仍是Ics)都是周期分量有效值。
在短路实验中的“C0”的C(close接通)的电流是峰值电流Ich。
在实验站进行短路分断实验时,电压、短路电流(有效值)和功率因数(cos)已调整好,它的接通电流也就被确信了。
接通电流实验(“C”实验),是以峰值电流来考核触头和其他导电体经受的电动斥力和热稳固性的能力,有什么样的有效值电流(分断电流),在其相应的功率因数下,便有什么样的峰值电流,利用者毋须去考虑峰值电流那个参数。
为帮忙利用者了解,现将峰值电流与周期分量有效值电流列于表4。
短路分断电流Ic
(周期分量有效值)/kA
功率因数cos
峰值系数
接通电流
(峰值电流)
Ic≤
<Ic≤
<Ic≤
<Ic≤
<Ic≤10
10<Ic≤20
20<Ic≤50
Ic>50
峰值电流(冲击电流)ich=kch(根号)2Ic,
Ic为周期分量有效值,kch为冲击系数1<kch<2,
kch×2为峰值系数。
4四极断路器的选用
关于以下情形,有必要选用四极断路器:
1)有双电源切换要求的系统必需选用四极断路器,以知足整个系统的保护、测试和检修时的隔离需要;2)住宅每户单相总开关应选用带N极的二极开关(可用四极断路器);3)剩余电流动作爱惜器(漏电开关),必需保证所爱惜的回路中的一切带电导线断开,因此,对具有剩余电流动作爱惜要求的回路,均应选用带N极(如四极)的漏电断路器。
目前,国内市场供给的四极塑料外壳式断路器有六种型式:
1)断路器的N极不带过电流脱扣器,N极与其他三个相线极一路合分电路;2)断路器的N极不带过电流脱扣器,N极始终接通,不与其他三个相线极一路断开;3)断路器N极带过电流脱扣器,N极与其他三个相线极一路合分电路;4)断路器的N极带过电流脱扣器,N极始终接通,不与其他三个相线极一路断开;5)断路器的N极装设中性线断线爱惜器,N极与其他三个相线极一路合分电路;6)断路器的N极装设中性线断线爱惜器,N极始终接通,不与其他三个相线极一路断开。
1)和2)型式适用于中性线电流不超过相线电流的25%的正常状态(变压器联结组标号为Yyno),其中2)型适用于TN_C系统(PEN线不许诺断开);3)和4)型式适用于三相负载不平稳,且负载中有大量电子设备(谐波成份专门大),致使N线的电流等于或大于相线电流,N线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障的情形;4)型适合TN_C系统;5)和6)型式适合于在中性线断线时,切断三相及中线以爱惜单相设备幸免损毁和间接触电事故的发生,6)型适合于TN_C系统。
利用断路器来爱惜电动机,必需注意电动机(主若是交流感应电动机)的两个特点:
其一是具有必然的过载能力;其二是起动电流一般是额定电流的几倍(可逆运行或反接制动时乃至可达十几倍)。
因此,为了保证电动机靠得住地运行和顺利地起动,在选择断路器时应遵循以下原那么:
(1)按电动机的额定电流来确定断路器的长延时动作电流整定值。
(2)断路器的6倍长延时动作电流整定值的可返回时间要长于电动机的实际起动时间。
(3)断路器的瞬时动作电流整定值:
笼型电动机应为8~15倍脱扣器额定电流;绕线型电动机应为3~6倍脱扣器额定电流。
固然,关于需要频繁起动的电动机,若是断相运行机率不高或有断相爱惜装置,采纳熔断器与磁力起动器结合的方式来操纵和爱惜,也是比较适合的,因为这种爱惜方式便于远距离操纵。
第一章全能式断路器
1.1用途
全能式断路器要紧用于爱惜低压配电线路及电源设备,使之免受过电流,欠电压,短路等不正常情形下的危害,正常条件下也可作为线路的不频繁操作之用。
全能式断路器按利用类别,可分为非选择型与选择型两种,在GB14048·2《低压开关设备和操纵设备低压断路器》中,称为A类和B类。
A类为非选择型,即在短路情形下,断路器不考虑在负载侧的另一短路爱惜电器的选择性爱惜,当即分断,因此断路器本身无额定短时耐受电流的要求;B类为选择型,即在短路情形下,断路器要考虑在负载侧的另一短路爱惜电器的选择性爱惜,即有人为设置的短延时(可调剂),其延不时刻最大可到,因此断路器本身有短时耐受电流的要求。
CFW15系列壳架品级额定电流为630A的断路器用于交流380V至1140V的配电网络中。
在交流380V的电网中,还可用来爱惜电动机的过载,欠电压和短路,正常条件下可作为线路的不频繁转换和电动机不频繁启动之用。
该规格为上进线接线方式,飞弧距离280mm。
CFW15系列壳架品级额定电流为1600-4000A的断路器用于交流380V的配电网络中。
在交流380V的电网中,上进线和下进线方式都可,飞弧距离350mm,(壳架品级额定电流为4000A的飞弧距离400mm)。
CFW17系列用于交流380V至660V的配电和电机爱惜网络中及直流440V的电网中,上进线和下进线方式都可,飞弧距离:
固定水平联接及抽屉式630-1605为250mm;2000-3205为350mm。
固定垂直连接630-1600为250mm;2000-3200为500mm。
CFW1(CFW45)系列除过电流,欠电压,短路爱惜外,还有单相接地故障爱惜,带有各类显示功能及智能型脱扣器功能等,适用于交流380V,690V配电网络中,为上、下进线接线方式,飞弧距离限制在断路器的外形尺寸内,实现零飞弧距离。
结构
全能式断路器一样由触头系统,灭弧室,自由脱扣机构,操作机构,过电流脱扣器,欠电压(失压)脱扣器,分励脱扣器,辅助触头,外壳或框架,智能型还有智能操纵器等组成。
(1)触头系统泛指触头,载流母线和软联接等部件。
触头的形式有对接式、桥式和插入式三种。
触头有单档、双档之分。
单档触头就只有主触头,它兼作弧触头。
双档触头具有主触头和弧触头。
有的断路器还有副触头,作为主触头的重爱惜。
主触头经常使用银镍,银氧化锌,银碳化钨材料。
弧触头常以银钨石墨,铜钨合金制造,也有黄铜,紫铜的弧触头。
(2)灭弧室的结构形式较多,经常使用的有狭逢式和去离子栅灭弧室。
(3)自由脱扣机构是用来联系操作机构与触头系统的机构,能使触头在合闸位置可与操作机构无关,即手柄(或电动闭合机构)在闭合位置,也可脱扣,触头断开。
(4)操作机构是实现断路器闭合,断开的机构。
有手柄操作机构(手动),电磁铁操作机构,电动机操作机构。
操作机构按闭合方式可分为储能闭合和非储能闭合两种。
储能闭合操作机构所取得的闭合速度和能力与操作者所施加力的大小和速度无关,能保证恒定的闭合力和闭合速度。
非储能闭合操作机构所取得的闭合速度和力,决定于操作者所施加的力的大小和速度。
(5)过电流脱扣器是断路器的感受元件,当过电流达到必然数值时,脱扣器经一按时刻后动作,使断路器断开,过电流越大,动作时刻越短。
当电流大到必然程度时可发生瞬时断开。
前者称为反时限过电流脱扣器,后者称为瞬动过电流脱扣器。
反时限过电流脱扣器用双金属片制成,或用热继电器与互感受器配合达到(用浮动芯式液压脱扣器也可取得)。
瞬动过电流脱扣器都采纳电磁脱扣器,新进展的半导体脱扣器可实现反时限和瞬动两种动作。
一样断路器的每一极与一个电流脱扣器串联。
三极断路器有三个脱扣器,但也可装设两个脱扣器。
在瞬动电磁式过电流脱扣器中设置阻尼(例如钟表机构)装置,可取得短延时动作的过电流脱扣器,以实现选择性断开,短延时在之间。
(6)欠电压(失压)脱扣器也多为电磁式。
当主电路电压消失或降至必然数值以下时,其电磁吸力不足以继续吸持衔铁,在弹簧力的作用下,衔铁的顶板推动脱扣器而使断路器断开。
(7)分励脱扣器由操纵电源供电,它是一个电磁铁,能够依照操作人员的命令或继电爱惜信号使其线圈通电,其衔铁(或铁心)动作,从而使断路器断开电路。
(8)辅助触头有常开和常闭触头,用于接通信号电路或联锁之用。
(9)外壳或框架是断路器的要紧支承件。
外壳多由塑料压制而成。
框架由钢板冲压,焊接而成。
断路器的所有部件都装于外壳内或框架中。
全能式断路器所有部件都装于框架内,导电部份需加绝缘。
部件多数是设计成可拆卸式的。
以便于安装和制造。
附图1.1为全能式断路器的一种结构图。
图中序7为热继电器,用于取得反时限爱惜特性,当它被半导体脱扣器取代时,可达到短延时。
由于全能式断路器的触头系统可设计成有足够有短时耐受电流,并和熄弧能力较强的灭弧室配合,因此极限短路分断能力较高,适宜作主开关用。
图全能式断路器的结构①
1—操作机构 2—动弧触头 3—灭弧室 4—静弧触头 5—电磁脱扣器 6—互感器 7—热继电器或半导体脱扣器 8—欠电压脱扣器 9—分励脱扣器 lO—“断”按钮 11—分合指示窗 12—失压延时装置
图1.1全能式断路器的结构②
1.3要紧技术参数
1.3.1CFW15系列全能式断路器。
1.3.1.1 CFW15系列全能式断路器的要紧技术数据见表1.1-表1.4。
壳架等级额定电流
(A)
过电流脱扣器额定电流(A)
整定值调节范围
(I整/Ie)
额定极限短路分断能力/额定运行短路分断能力(kA)
飞弧距离380V
660V(mm)
机械
寿命
(次)
电寿命
(次)
额定电压(V)
COSΦ
长延时
短延时
瞬时
380
660
1140
380
660
1140
200
热磁型100、160、200
—l
10
20/5
10/5
280
9000
电子型100、200
—l
10—20
400
热磁型315、400
O.64~1
10
25/8
15/8
10
O.3
280④
9000
1000
电子型200、400
~l
lO一20
630
热磁型315、400、630
一l
3~10
10
30/
20/10
12
电子型315、400、630
—1
10~20
1000
630、800、1000
—l
l~3①
3—6②
10—20③
40/30
350
9500
500
1600
1600
2500
1600、2000、500
1-3①
3—6②
7-14③
60/40
/025
4000
2500、3000、4000
80/60
400
3500
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