低压断路器的选择.docx
- 文档编号:10852996
- 上传时间:2023-05-28
- 格式:DOCX
- 页数:123
- 大小:1.61MB
低压断路器的选择.docx
《低压断路器的选择.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低压断路器的选择.docx(123页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
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1.3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
最常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保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。
这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。
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保护特性。
万能式(又称框架式)断路器中的DW15系列、DW17(ME)系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型,而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段保护,它们是属于非选择型的A类断路器。
选择性保护,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,这就是选择性保护(由于QF1不动作,就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电)。
如果QF2和QF1都是A类断路器,则F点发生短路,短路电流值达一定值时,QF1、QF2同时动作,QF1断路器回路及其下的支路全部停电,就不是选择性保护了。
能够实现选择性保护的原因是,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(通常它的全分断时间不大于0.02s),因QF1的短延时,QF1在0.02s内不会动作(它的短延时≥0.1s或0.2、0.3、0.4s)。
在QF2动作切断故障线路时,整个系统就恢复了正常。
可见,如果要达到选择性保护的要求,上一级的断路器应选用具有三段保护的B型断路器。
对于直接保护电动机的电动机保护型断路器,它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了,也就是说它可选择A类断路器(包括塑壳式和万能式),DZ5、DZ15、TO、TG、GM1、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外,它们的630A及以下规格均有保护电动机的功能。
家用和类似场所的保护(过去又称它为导线保护或照明保护),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保护断路器,因保护对象(如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等)的承受过载电流的能力(包括电动机的起动电流和起动时间等)有差异,因此,选用的断路器的保护特性也是不同的。
(1)表1为配电保护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
1.05In
≥1
≥2
约定脱扣电流
1.30In
<1
<2
返回特性电流
3.0In
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分,且一群电动机不会同时起动,故确定为3In(In为断路器的额定电流,In≥IL,IL为线路额定电流),对断路器进行试验,当试验电流为3In时保持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,这就是返回特性。
(2)表2为电动机保护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
1.0In
≥2h
约定脱扣电流
1.2In
<2h
1.5In
*
7.2In
**
注:
*按电动机负载性质可以选2、4、8、12min之内动作,一般的选2~4min。
**7.2In也是一种可返回特性,它必须躲过电动机的起动电流(5~7倍In),Tp为延时时间,按电动机的负载性质可选动作时间Tp为2s<Tp≤10s、4s<Tp≤10s、6s<Tp≤20s和9s<Tp≤30s,一般选用2s<Tp≤10s或4s<Tp≤10s。
(3)配电保护型的瞬动整定电流为10In(误差为±20%),In为400A及以上规格,可以在5In和10In中任选一种(由用户提出,制造厂整定);电动机保护型的瞬动整定电流为12In,一般设计时In可以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
1.13In
≥1h
不脱扣
>63
≥2h
B、C、D
≤63
1.45In
<1h
脱扣
>63
<2h
B、C、D
≤32
2.55In
1s~60s
脱扣
>32
1s~120s
B
所有值
3In
≥0.1s
不脱扣
C
5In
D
10In
B
所有值
5In
<0.1s
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。
用户可根据保护对象的需要,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为壳架等级电流),3~6In(Inm为2500A、4000A时),短延时时间为0.2或0.5s。
ME型断路器:
3~12In,短延时时间0~0.3s可调。
DW45型断路器:
0.4~15In,短延时时间0.1、0.2、0.3和0.4s可调。
在进行工程设计时,应根据不同的负载对象来选择不同保护特性(如上所述)的断路器,以免因选用不当造成严重后果。
在实践中最容易混淆的是电动机负载保护误选为配电保护型或家用保护型。
小型断路器(MCB)也有电动机保护型,如天津梅兰日兰的C45AD等,它们的保护特性应符合表2。
2、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在相同的情况时)的需要
断路器的选用原则是:
断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。
假设某电源(SL710/0.4kV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42.96kA。
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,则此支路的断路器需要考虑采用HSM1_125H型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400V、50kA)。
但是离变压器50m处,由于汇流排等的电阻和电抗值影响,50m处的短路电流已经降到34.5kA,而100m处,降为28.8kA。
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)。
现在国内许多断路器生产厂家,对同一壳架等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)等级别。
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。
它们的价格也相差很大,如以E型为1,则S型为1.2,M型为1.4,H型为2,即购买一台H型的断路器的钱,可以购买二台E型。
用户在设计选用时,不必人为地加上所谓保险系数,以免造成浪费。
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),是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因数)条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,不再继续承载其额定电流的分断能力。
它的试验程序为0—t(线上)C0(“0”为分断,t为间歇时间,一般为3min,“C0”表示接通后立即分断)。
试检后要验证脱扣特性和工频耐压。
运行短路分断能力(Ics),是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数)条件下,经一定的试验程序,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,它的试验程序为0—t(线上)C0—t(线上)C0。
短时耐受电流(Icw),是指在一定的电压、短路电流、功率因数下,忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力,Icw是在短延时脱扣时,对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标,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试验条件极为苛刻(一次分断、二次通断),由于试后它还要继续承载额定电流(其次数为寿命数的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(以及1997新版IEC60947_2)和我国国家标准GB140482规定,Ics可以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主干线保护之故)。
上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流,这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。
无论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=62.5%~80%Icu。
不管是A类或B类断路器,只要它的Ics符合IEC947_2(或GB14048.2)标准规定的Icu百分比值都是合格产品。
用户在设计选用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满足要求了,对线路本身来说,例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路,可能出现的短路电流约为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况偏大)。
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。
经过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使命,必须更换新的断路器,而运行短路分断能力,例如为50%的Icu,也达到25kA,它既可以实现一次分断,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,任务是非常艰巨的。
有些使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,其实是一种误解,也是不必要的。
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,说明它有水份,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)保护(也称后备保护),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),则QF2选择的是HSM1_250S断路器(Icu为400V、35kA),当F处出现线路短路(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QF2一起分断,QF2仅承受一部分短路电流的分断,其余部分由QF1承担),而对QF2处线路绝大部分小于35kA的故障电流,就由QF2来承担。
这种级联保护也有一定的条件,譬如邻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的瞬定值也要协调等,这种级联保护主要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(无论是Icu还是Ics)都是周期分量有效值。
在短路试验中的“C0”的C(close接通)的电流是峰值电流Ich。
在试验站进行短路分断试验时,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定了。
接通电流试验(“C”试验),是以峰值电流来考核触头和其他导电体承受的电动斥力和热稳定性的能力,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,使用者毋须去考虑峰值电流这个参数。
为帮助使用者了解,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≤1.5
1.5<Ic≤3.0
3.0<Ic≤4.5
4.5<Ic≤6.0
6.0<Ic≤10
10<Ic≤20
20<Ic≤50
Ic>50
0.95
0.9
0.8
0.7
0.5
0.3
0.25
0.2
1.41
1.42
1.47
1.53
1.70
2.0
2.1
2.2
1.4Ic
1.42Ic
1.47Ic
1.53Ic
1.70Ic
2.0Ic
2.1Ic
2.2Ic
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
对于下列情况,有必要选用四极断路器:
1)有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器,以满足整个系统的维护、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)剩余电流动作保护器(漏电开关),必须保证所保护的回路中的一切带电导线断开,因此,对具有剩余电流动作保护要求的回路,均应选用带N极(如四极)的漏电断路器。
目前,国内市场供应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起合分电路;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起断开;3)断路器N极带过电流脱扣器,N极与其他三个相线极一起合分电路;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起断开;5)断路器的N极装设中性线断线保护器,N极与其他三个相线极一起合分电路;6)断路器的N极装设中性线断线保护器,N极始终接通,不与其他三个相线极一起断开。
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线不允许断开);3)和4)型式适用于三相负载不平衡,且负载中有大量电子设备(谐波成份很大),导致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况;4)型适合TN_C系统;5)和6)型式适合于在中性线断线时,切断三相及中线以保护单相设备避免损毁和间接触电事故的发生,6)型适合于TN_C系统。
使用断路器来保护电动机,必须注意电动机(主要是交流感应电动机)的两个特点:
其一是具有一定的过载能力;其二是起动电流通常是额定电流的几倍(可逆运行或反接制动时甚至可达十几倍)。
所以,为了保证电动机可靠地运行和顺利地起动,在选择断路器时应遵循以下原则:
(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。
当然,对于需要频繁起动的电动机,如果断相运行机率不高或者有断相保护装置,采用熔断器与磁力起动器结合的方式来控制和保护,也是比较合适的,因为这种保护方式便于远距离控制。
第一章万能式断路器
1.1用途
万能式断路器主要用于保护低压配电线路及电源设备,使之免受过电流,欠电压,短路等不正常情况下的危害,正常条件下也可作为线路的不频繁操作之用。
万能式断路器按使用类别,可分为非选择型与选择型两种,在GB14048·2《低压开关设备和控制设备低压断路器》中,称为A类和B类。
A类为非选择型,即在短路情况下,断路器不考虑在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护,立即分断,因而断路器本身无额定短时耐受电流的要求;B类为选择型,即在短路情况下,断路器要考虑在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护,即有人为设置的短延时(可调节),其延时时间最大可到0.4S,因而断路器本身有短时耐受电流的要求。
CFW15系列壳架等级额定电流为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,还可用来保护电动机的过载,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系列壳架等级额定电流为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均可,飞弧距离350mm,(壳架等级额定电流为4000A的飞弧距离400mm)。
CFW17系列用于交流380V至660V的配电和电机保护网络中及直流440V的电网中,上进线和下进线方式均可,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,短路保护外,还有单相接地故障保护,带有各种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。
1.2结构
万能式断路器一般由触头系统,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,智能型还有智能控制器等组成。
(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,作为主触头的重保护。
主触头常用银镍,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,常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得到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得到的闭合速度和力,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,当过电流达到一定数值时,脱扣器经一定时间后动作,使断路器断开,过电流越大,动作时间越短。
当电流大到一定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,或者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获得)。
瞬动过电流脱扣器都采用电磁脱扣器,新发展的半导体脱扣器可实现反时限和瞬动两种动作。
一般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,可得到短延时动作的过电流脱扣器,以实现选择性断开,短延时在0.1-1s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一定数值以下时,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)分励脱扣器由控制电源供电,它是一个电磁铁,可以按照操作人员的命令或继电保护信号使其线圈通电,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主要支承件。
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。
万能式断路器所有部件都装于框架内,导电部分需加绝缘。
部件大都是设计成可拆卸式的。
以便于安装和制造。
附图1.1为万能式断路器的一种结构图。
图中序7为热继电器,用于得到反时限保护特性,当它被半导体脱扣器取代时,可达到短延时。
由于万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1.1万能式断路器的结构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1.1万能式断路器的结构②
1.3主要技术参数
1.3.1CFW15系列万能式断路器。
1.3.1.1 CFW15系列万能式断路器的主要技术数据见表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
0.64—l
10
20/5
10/5
0.3
0.3
280
9000
电子型100、200
0.4—l
10—20
400
热磁型315、400
O.64~1
10
25/8
15/8
10
0.25
0.3
O.3
280④
9000
1000
电子型200、400
0.4~l
lO一20
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低压 断路器 选择