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斷路器原理及特征

發布時間:2020-09-10 02:13:28        

導讀:斷路器是指能夠關合、承載和開斷正?;芈窏l件下的電流并能在規定的時間內關合、承載和開斷異?;芈窏l件下的電流的開關裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器,高低壓界線劃分比較模糊,一般將3kV以上的稱為高壓電器。...

  •                             斷路器

     

    斷路器是指能夠關合、承載和開斷正?;芈窏l件下的電流并能在規定的時間內關合、承載和開斷異?;芈窏l件下的電流的開關裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器,高低壓界線劃分比較模糊,一般將3kV以上的稱為高壓電器。

    斷路器可用來分配電能,不頻繁地啟動異步電動機,對電源線路及電動機等實行保護,當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路,其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前,已獲得了廣泛的應用。電的產生、輸送、使用中,配電是一個極其重要的環節。配電系統包括變壓器和各種高低壓電器設備,低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

  1.  

 

工作原理

 

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    斷路器一般由觸頭系統、滅弧系統、操作機構、脫扣器、外殼等構成。當短路時,大電流(一般10至12倍)產生的磁場克服反力彈簧,脫扣器拉動操作機構動作,開關瞬時跳閘。當過載時,電流變大,發熱量加劇,雙金屬片變形到一定程度推動機構動作(電流越大,動作時間越短)。

    有電子型的,使用互感器采集各相電流大小,與設定值比較,當電流異常時微處理器發出信號,使電子脫扣器帶動操作機構動作。

    斷路器的作用是切斷和接通負荷電路,以及切斷故障電路,防止事故擴大,保證安全運行。而高壓斷路器要開斷1500V,電流為1500-2000A的電弧,這些電弧可拉長至2m仍然繼續燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。

   吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離,另一方面通過吹弧拉長電弧加強帶電粒子的復合和擴散,同時把弧隙中的帶電粒子吹散,迅速***介質的絕緣強度。

低壓斷路器也稱為自動空氣開關,可用來接通和分斷負載電路,也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和,是低壓配電網中一種重要的保護電器。

    低壓斷路器具有多種保護功能(過載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調、分斷能力高、操作方便、安全等優點,所以被廣泛應用。結構和工作原理低壓斷路器由操作機構、觸點、保護裝置(各種脫扣器)、滅弧系統等組成。

    低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后,自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯,欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電路發生短路或嚴重過載時,過電流脫扣器的銜鐵吸合,使自由脫扣機構動作,主觸點斷開主電路。當電路過載時,熱脫扣器的熱元件發熱使雙金屬片上彎曲,推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時,欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用,在正常工作時,其線圈是斷電的,在需要距離控制時,按下起動按鈕,使線圈通電。

 

主要特性

 

 

    斷路器的特性主要有:額定電壓Ue;額定電流In;過載保護(Ir或Irth)和短路保護(Im)的脫扣電流整定范圍;額定短路分斷電流(工業用斷路器Icu;家用斷路器Icn)等。

    額定工作電壓(Ue):這是斷路器在正常(不間斷的)的情況下工作的電壓。

    額定電流(In):這是配有專門的過電流脫扣繼電器的斷路器在制造廠家規定的環境溫度下所能無限承受的***大電流值,不會超過電流承受部件規定的溫度限值。

短路繼電器脫扣電流整定值(Im):短路脫扣繼電器(瞬時或短***)用于高故障電流值出現時,使斷路器快速跳閘,其跳閘極限Im。

    額定短路分斷能力(Icu或Icn):斷路器的額定短路分斷電流是斷路器能夠分斷而不被損害的***高(預期的)電流值。標準中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值,計算標準值時直流暫態分量(總在***壞的情況短路下出現)假定為零。工業用斷路器額定值(Icu)和家用斷路器額定值(Icn)通常以kA均方根值的形式給出。

    短路分斷能力(Ics):斷路器的額定分斷能力分為額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力兩種。國標《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》(GB14048.2—94)對斷路器額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力作了如下的解釋:

1、斷路器的額定極限短路分斷能力:按規定的實驗程序所規定的條件,不包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力;

2、斷路器的額定運行短路分斷能力:按規定的實驗程序所規定的條件,包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力;

3、額定極限短路分斷能力的試驗程序為O—t—CO。

其具體試驗是:把線路的電流調整到預期的短路電流值(例如380V ,50kA),而試驗按鈕未合,被試斷路器處于合閘位置,按下試驗按鈕,斷路器通過50kA短路電流,斷路器立即開斷(open簡稱O),斷路器應完好,且能再合閘。t為間歇時間,一般為3min,此時線路仍處于熱備狀態,斷路器再進行一次接通(close簡稱C)和緊接著的開斷(O),(接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩定性)。此程序即為CO。斷路器能完全分斷,則其極限短路分斷能力合格。

4、斷路器的額定運行短路分斷能力(Icn)的試驗程序為O—t—CO—t—CO。它比Icn的試驗程序多了一次CO,經過試驗,斷路器能完全分斷、熄滅電弧,就認定它的額定運行短路分斷能力合格。

    因此,可以看出,額定極限短路分斷能力Icn指的是低壓斷路器在分斷了斷路器出線端***大三相短路電流后還可再正常運行并再分斷這一短路電流一次,至于以后是否能正常接通及分斷,斷路器不予以保證;而額定運行短路分斷能力Ics指的是斷路器在其出線端***大三相短路電流發生時可多次正常分斷。

    IEC947—2《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》標準規定:A類斷路器(指僅有過載長***、短路瞬動的斷路器)的Ics可以是25%、50%、75%和100%。B類斷路器(有過載長***、短路短***、短路瞬動的三段保護的斷路器)的Ics可以是Ics的50%、75%和100%。因此可以看出,額定運行短路分斷能力是一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值。

    一般來說,具有過載長***、短路短***和短路瞬動三段保護功能的斷路器,能實現選擇性保護,大多數主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主保護開關。不具備短路短***功能的斷路器(僅有過載長***和短路瞬動二段保護),不能作選擇性保護,它們只能使用于支路。IEC92《船舶電氣》指出:具有三段保護的斷路器,偏重于它的運行短路分斷能力值,而使用于分支線路的斷路器,應確保它有足夠的極限短路分斷能力值。

    無論是哪種斷路器,雖然都具備Icu和Ics這兩個重要的技術指標。但是,作為支線上使用的斷路器,可以僅滿足額定極限短路分斷能力即可。較普遍的偏頗是寧取大,不取正合適,認為取大保險。但取得過大,會造成不必要的浪費(同類型斷路器,其H型—高分斷型,比S型—普通型的價格要貴1.3倍~1.8倍)。因此支線上的斷路器沒有必要一味追求它的運行短路分斷能力指標。而對于干線上使用的斷路器,不僅要滿足額定極限短路分斷能力的要求,同時也應該滿足額定運行短路分斷能力的要求,如果僅以額定極限短路分斷能力Icu來衡量其分斷能力合格與否,將會給用戶帶來不安全的隱患。

    斷路器是一種基本的低壓電器,斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能,有保護線路和電源的能力。

    主要技術指標是額定電壓、額定電流。斷路器根據不同的應用具有不同的功能,品種、規格很多,具體的技術指標也很多。

斷路器自由脫扣:斷路器在合閘過程中的任何時刻,若是保護動作接通跳閘回路,斷路器完全能可靠地斷開,這就叫自由脫扣。帶有自由脫扣的斷路器,可以保證斷路器合閘短路故障時,能迅速斷開,可以避免擴大事故的范圍。 

 

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