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[行业技术文章]断路器选用原则分析
更新时间:2013-04-19 发布:www.1024sj.com

    比来几年,与很多断路器的使用者相互商量、探讨,并在专业刊物上阅读了一些断路器选用的文章,感到收益很年夜,但又觉得断路器的设计、制造者与它的用户之间由于沟通、交流和宣传不够,致使电器产物的用户在选择低压断路器上还存在一部门偏失。据此,笔者拟再次论述断路器的选择和运用,以期抛砖引玉、往伪存真。  

    1、按线路预期短路电流的计较来选择断路器的分断能力切确的线路预期短路电流的计较是一项极为繁琐的工作。是以便有一些误差不很年夜而工程上可以被接受的简捷计较方式:(1)对于10/0.4KV电压品级的变压器,可以斟酌高压侧的短路容量为无限年夜(10KV侧的短路容量通常是200~400MVA甚至更年夜,是以按无限年夜来斟酌,其误差不足10%)。(2)GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条划定:“当短路点四周所接电念头的额定电流之和跨越短路电流的1%时,应计进电念头反馈电流的影响”,若短路电流为30KA,取其1%,应是300A,电念头的总功率约在150KW,且是同时启动使用时此时计进的反馈电流应是6.5∑In。(3)变压器的阻抗电压UK暗示变压器副边短接(路),当副边到达其额定电流时,原边电压为其额定电压的百分值。是以当原边电压为额定电压时,副边电流就是它的预期短路电流。(4)变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器的容量(KVA),Ue为副边额定电压(空载电压),在10/0.4KV时Ue=0.4KV是以简单计较变压器的副边额定电流应是变压器容量x1.44~1.50。(5)按(3)对Uk的界说,副边的短路电流(三相短路)为I(3)对Uk的界说,副边的短路电流(三相短路)为I(3)=Ite/Uk,此值为交流有用值。(6)在不异的变压器容量下,若是两相之间短路,则I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上计较均是变压器出线端短路时的电流值,这是最严重的短路事故。若是短路点离变压器有一定的距离,则需斟酌线路阻抗,是以短路电流将减小。例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆),容量为200KVA,变压器出线端短路时,三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器的距离为100m时,短路电流I(3)降为4740A;当变压器容量为100KVA时其出线真个短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时,短路电流为2440A。远离100m时短路电流划分为0m的65.74%和67.47%。所以,用户在设计时,应计较安装处(线路)的额定电流和该处可能泛起的最年夜短路电流。并按以下原则选择断路器:断路器的额定电流In≥线路的额定电流IL断路器的额定短路分断能力≥线路的预期短路电流是以,在选择断路器上,没必要把余量放得过年夜,以免造成浪费。 

    2、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2《低压开关装备和控制装备低压断路器》尺度,对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了以下的界说:断路器的额定极限短路分断能力(Icu):按划定的实验法式所划定的条件,不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力;断路器的额定运行短路分断能力(Ics):按划定的实验法式所划定的条件,包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。极限短路分断能力Icu的实验法式为otco。其具体实验是:把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V,50KA),而实验按钮未合,被试断路器处于合闸位置,按下实验按钮,断路器经由过程50KA短路电流,断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧,断路器应无缺,且能再合闸。t为间歇时间(休息时间),通常是3min,此时线路处于热备状态,断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通实验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。此法式即为CO。断路器能完全分断,熄灭电弧,并没有超妯划定的损伤,就认定它的极限分断能力实验成功;断路器的运行短路分断能力(Icu)的实验法式为otcotco,它比Icu的实验法式多了一次co。经过实验,断路器能完全分断、熄灭电弧,并没有超越划定的损伤,就认定它的额定进行短路分断能力实验经由过程。Icu和Ics短路分断实验后,还要进行耐压、庇护特征复校等实验。由于运行短路分断后,还要承载额定电流,所以Ics短路实验后还需增加一项温升的复测实验。Icu和Ics短路或现实考核的条件分歧,后者比前者更严酷、更坚苦,是以IEC947-2和GB14048.2肯定Icu有四个或三个值,划分是25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器,即万能式或称框架势)。断路器的制造厂所肯定的Ics值,凡合适上述尺度划定的Icu百分值都是有用的、及格的产物。万能式(框架势)断路器,尽年夜部门(不是所有规格)都具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段庇护功能,能实现选择性庇护,是以年夜大都主干线(包括变压器的出线端)都采用它作主(庇护)开关,而塑壳式断路器一般不具有短路短延时功能(仅有过载长延时和短路瞬动二段庇护),不能作选择性庇护,它们只能使用于支路。由于使用(适用)的情况分歧,IEC92《船舶电气》建议:具有三段庇护的万能式断路器,偏重于它的运行短路分断能力值,而年夜量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够的极限短路能力值。我们对此的理解是:主干线切除故障电流后更换断路器要慎重,主干线停电要影响一年夜片用户,所以发生短路故障时要求两个CO,而且要求继续承载一段时间的额定电流,而在支路,经过极限短路电流的分断和再次的合、分后,已完成其使命,它不再承载额定电流,可以更换新的(停电的影响较小)。可是,不管是万能式或塑壳式断路器,都有必需具有Icu和Ics这两面三刀个重要的技术指标。只有Ics值在两类断路器上浮现略有分歧,塑壳式的最小允许Ics可所以25%Icu,万能式最小允许Ics是50%的Ics=Icu的断路器是很少的,即使万能式也少有Ics=100%[国外有一种采用旋转双分断(点)技术的塑壳式断路器,它的限流性能极好,分断能力的裕度很年夜,可做到Ics=Icu,但价格很高]。我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%~65%Icu,国际上,ABB公司的F系列,施耐德的M系列也不外是70%左右,而塑壳式断路器,国内各类新型号,Ics年夜抵在50%~75%Icu之间。有些断路器运用的设计人员,按其所计较的线路预期短路电流选择断路器时,以断路器的额定运行短路分断能力来衡量,由此判定某种断路器(此断路器的极限短路能力年夜于线路预期短路电流,而运行短路分断能力则低于计较电流)为不及格。这是一个误解。 

    3、断路器的电气间隙与爬电距离肯定电器产物的电气间隙,必需依据低压系统的尽缘配合,而尽缘配合则是建立在瞬时过电压被限制在划定的冲击耐受电压,而系统中的电器或装备发生的瞬时过电压也必需低于电源系统划定的冲击电压。是以:(1)电器的额定尽缘电压应≥电源系统的额定电压(2)电器的额定冲击耐受电压应≥电源系统的额定冲击耐受电压(3)电器发生的瞬态过电压应≤电源系统的额定冲击耐受电压。基于以上三原则,电器的额定冲击耐受电压(优先值)Uimp就与电源系统的额定电压所肯定的相对地电压的最年夜值和电器的安装种别(过电压种别)等有很年夜的关系:相对地电压值越年夜,安装种别越高[分为I(旌旗灯号水平级)、Ⅱ(负载水平级)、Ⅲ(配电水平级)、Ⅳ(电源水平级)],额定冲击电压就越年夜。例如相对地电压为220V,安装种别为Ⅲ时,Uimp为4.0KV,要是安装种别为Ⅳ,Uimp为6.0KV。电器产物(例如断路器)的Uimp为6.0KV污染品级3级或4级,其最小的电气间隙是5.5mm。DZ20、CM1和我厂的HSM1系列塑壳断路器的电气间隙均为5.5mm(安装种别Ⅲ),只是用于电源级安装,如DZ20系列的800以上规格,Uimp为8.0KV,电气间隙才提高到≥8mm。而产物的现实的电气间隙,如HSM1系列,Inm(壳架品级电流)=125A时,电气间隙为11mm,160A为16mm,250A为15mm,400A为18.75mm,630和800A均为300mm,都年夜于5.5mm。关于爬电距离,GB/T14048.1《低压开关装备与控制装备总则》划定:电器(产物)的最小爬电距离与额定尽缘电压(或现实工作电压)、电器产物使用处所的污染品级和产物自己使用的尽缘材料的性质(尽缘组别)有关。例如:额定尽缘电压为660(690)V,污染品级为3,产物使用的尽缘材料组别为Ⅲa(175≤cti〈400,CTI为尽缘材料的漏电起痕指数),最小爬电距离为10mm。上面所提到塑壳式断路器的爬电距离都年夜年夜跨越划定的数值。综上所述,若是电器产物的电气间隙和漏电距离,到达尽缘配合要求,就不会由于外来过电压或线路装备自己的操作过电压造成装备的介质电击穿。GB7251.1-1997《低压成套开关装备和控制装备第一部门:型式实验和部门型式实验成套装备》(等郊于IEC439-1:1992),对尽缘配合的要求与GB/T14048.1是完全一样的。有一些成套电器制造厂提出断路器接线用铜排,其相与相之间的(空气)距离应年夜于12mm,有的甚至提出断路器的电气间隙应年夜于20mm。这类要求是不合理的,它已超越了尽缘配合的要求。对于年夜电流规格,为了不在泛起短路电流时发生电动斥力,或是年夜电流时导体发烧,为了增加散热空间,因而适当加宽相间的空间距离也是可以的。此时不管是到达12mm或20mm,都可由成套电器制造厂自行解决,或请电器元件厂提供有弯头的接线端子或联络板(片)来实现。一般断路器出厂时,都提供电源端相间的隔弧板,以避免电弧喷出时造成相间短路。零飞弧的断路器为防开断短路电流时有电离份子逸出,也安装这类隔弧板。若是没有隔弧板,则对裸铜排可包扎尽缘带,其距离应不小于100mm。 

    4、四极断路器的运用关于四极断路器的运用,今朝国内还没能对国家尺度或规程之类作硬性的使用要求的划定,虽然地域性四极电器(断路器)的设计规范已出台,但安装与不安装四极电器的争辩还在进行中,某些地域的使用近年来泛起一窝蜂的趋向,各断路器制造厂也纷纷设计,制造各类型号的四极断路器投放市场。笔者赞成一种定见,就是用或不用应所以否能确保供电的靠得住性、平安性为准,是以年夜体上是:(1)TN-C系统。TN-C系统中,N线与庇护线PE合二为一(PEN线),斟酌平安,任什么时候候不允许断开PEN线,是以尽对禁用四极断路器;(2)TT系统、TN-C-S系统和TN-S系统可以使用四极断路器,以便在维修时保障检修者的平安,可是TN-C-S和TN-S系统,断路器的N极只能接N线,而不能接PEN或PE线;(3)装设双电源切换的场所,由于系统中所有的中性线(N线)是通联的,为了确保被切换的电源开关(断路器)的检修平安,必需采用四极断路器;(4)进进室第的单相总开关,宜选用带N极的二极断路器(检修时作隔离器之用)(5)用于380/220V系统的残剩电流庇护器(漏电断路器),中性线必需穿越庇护器的零序电流互感器(铁心),避免无中性线的穿过,使220V的负载有泄漏电流而误动作,此时应选用四极或带中性线的二极残剩电流庇护器。

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