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電氣控制-斷路器

發(fā)布時間:2019-07-09 08:51:02來源:

斷 路器(英文名稱:circuit-breaker,circuit breaker)是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?;芈窏l件下的電流,并能關(guān)合、在規(guī)定的 時間內(nèi)承載和開斷異?;芈窏l件(包括短路條件)下的電流的開關(guān)裝置。斷路器可用來分配電能,不頻繁地啟動異步電動機(jī),對電源線路及電動機(jī)等實行保護(hù),當(dāng)它 們發(fā)生嚴(yán)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(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?目前,已獲得了廣泛的應(yīng)用。

主要分類

按操作方式分:有電動操作、儲能操作和手動操作;
按結(jié)構(gòu)分:有萬能式和塑殼式;
按使用類別分:有選擇型和非選擇型;
按滅弧介質(zhì)分:有油浸式、六氟化硫、真空式和空氣式;
按動作速度分:有快速型和普通型;
按極數(shù)分:有單極、二極、三極和四極等;
按安裝方式分:有插入式、固定式和抽屜式等。

作原理

斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。
當(dāng)短路時,大電流(一般10至12倍)產(chǎn)生的磁場克服反力彈簧,脫扣器拉動操作機(jī)構(gòu)動作,開關(guān)瞬時跳閘。當(dāng)過載時,電流變大,發(fā)熱量加劇,雙金屬片變形到一定程度推動機(jī)構(gòu)動作(電流越大,動作時間越短)。
現(xiàn)在有電子型的,使用互感器采集各相電流大小,與設(shè)定值比較,當(dāng)電流異常時微處理器發(fā)出信號,使電子脫扣器帶動操作機(jī)構(gòu)動作。
斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路,以及切斷故障電路,防止事故擴(kuò)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(xù)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(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散,同時把弧隙中的帶電粒子吹散,迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。
低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān),可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路,也可用來控制不頻繁起動的電動機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和,是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。
低壓斷路器具有多種保護(hù)功能(過載、短路、欠電壓保護(hù)等)、動作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點,所以目前被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點、保護(hù)裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)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(jī)構(gòu)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(lián), 欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時,過電流脫扣器的銜鐵吸合,使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作,主觸點斷開主電路。當(dāng)電路過載時,熱脫扣器的 熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲,推動自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。當(dāng)電路欠電壓時,欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)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,銜鐵帶動自由脫扣機(jī)構(gòu)動作,使主觸點斷開。

內(nèi)部附件

輔助觸頭:與斷路器主電路分、合機(jī)構(gòu)機(jī)械上連動的觸頭,主要用于斷路器分、合 狀態(tài)的顯示,接在斷路器的控制電路中通過斷路器的分合,對其相關(guān)電器實施控制或聯(lián)鎖。例如向信號燈、繼電器等輸出信號。塑殼斷路器殼架等級額定電流 100A為單斷點轉(zhuǎn)換觸頭,225A及以上為橋式觸頭結(jié)構(gòu),約定發(fā)熱電流為3A;殼架等級額定電流400A及以上可裝兩常開、兩常閉,約定發(fā)熱電流為 6A。操作性能次數(shù)與斷路器的操作性能總次數(shù)相同。
報警觸頭:用于斷路器事故的報警觸頭,且此觸頭只有當(dāng)斷路器脫扣分?jǐn)嗪蟛艅幼?,主要用于斷路器的?fù)載出現(xiàn)過載短路或 欠電壓等故障時而自由脫扣,報警觸頭從原來的常開位置轉(zhuǎn)換成閉合位置,接通輔助線路中的指示燈或電鈴、蜂鳴器等,顯示或提醒斷路器的故障脫扣狀態(tài)。由于斷 路器發(fā)生因負(fù)載故障而自由脫扣的機(jī)率不太多,因而報警觸頭的壽命是斷路器壽命的1/10。報警觸頭的工作電流一般不會超過1A。
分勵脫扣器:分勵脫扣器是一種用電壓源激勵的脫扣器,它 的電壓與主電路電壓無關(guān)。分勵脫扣器是一種遠(yuǎn)距離操縱分閘的附件。當(dāng)電源電壓等于額定控制電源電壓的70%-110%之間的任一電壓時,就能可靠性的分?jǐn)?斷路器。分勵脫扣器是短時工作制,線圈通電時間一般不能超過1S,否則線就會被燒毀。塑殼斷路器為防止線圈燒毀,在分勵脫扣線圈串聯(lián)一個微動開關(guān),當(dāng)分勵 脫扣器通過銜鐵吸合,微動開關(guān)從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換成常開,由于分勵脫扣器電源的控制線路被切斷,即使人為的按住按鈕,分勵線圈始終不會再通電這就避免了線圈燒 損情況的產(chǎn)生。當(dāng)斷路器再扣合閘后,微動開關(guān)重新處于常閉位置。
欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器是在它的端電壓降至某一規(guī)定范圍時,使斷路器有延時或無延時斷開的一種脫扣器,當(dāng)電源電 壓下降(甚至緩慢下降)到額定工作電壓的70%至35%范圍內(nèi),欠電壓脫扣器應(yīng)運作,欠電壓脫扣器在電源電壓等于脫扣器額定工作電壓的35%時,欠電壓脫 扣器應(yīng)能防止斷路器閉合;電源電壓等于或大于85%欠電壓脫扣器的額定工作電壓時,在熱態(tài)條件下,應(yīng)能保證斷路器可靠閉合。因此,當(dāng)受保護(hù)電路中電源電壓 發(fā)生一定的電壓降時,能自動斷開斷路器切斷電源,使該斷路器以下的負(fù)載電器或電氣設(shè)備免受欠電壓的損壞。使用時,欠電壓脫扣器線圈接在斷路器電源側(cè),欠電 壓脫扣器通電后,斷路器才能合閘,否則斷路器合不上閘。

外部附件

電動操作機(jī)構(gòu):這是一種是用于遠(yuǎn) 距 離自動分閘和合閘斷路器的一種附件,電動操作機(jī)構(gòu)有電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)和電磁鐵操作機(jī)構(gòu)兩種,電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)為塑殼式斷路器殼架等級額定電流400A及以上斷 路器,電磁鐵操作機(jī)構(gòu)適用于塑殼斷路器殼架等級額定電流225A及以下斷路器,無論是電磁鐵或電動機(jī),它們的吸合和轉(zhuǎn)動方向都是相同,僅由電動操作機(jī)構(gòu)內(nèi) 部的凸輪的位置來達(dá)到合、分,斷路器在用電動機(jī)構(gòu)操作時,在額定控制電壓的85%-110%之間的任一電壓下,應(yīng)能保證斷路器可靠閉合。 轉(zhuǎn)動操作手柄:適用于塑殼斷路器,在斷路器的蓋上裝轉(zhuǎn)動操作手柄的機(jī)構(gòu),手柄的轉(zhuǎn)軸裝在它的機(jī)構(gòu)配合孔內(nèi),轉(zhuǎn)軸的另 一頭穿過抽屜柜的門孔,旋轉(zhuǎn)手柄的把手裝在成套裝置的門上面所露出的轉(zhuǎn)軸頭,把手的圓形或方形座用螺釘固定的門上,這樣的安裝能使操作者在門外通過手柄的 把手順時針或逆時針轉(zhuǎn)動,來確保斷路器的合閘或分閘。同時轉(zhuǎn)動手柄能保證斷路器處于合閘時,柜門不能開啟;只有轉(zhuǎn)動手柄處于分閘或再扣,開關(guān)板的門才能打 開。在緊急情況下,斷路器處于"合閘"而需要打開門板時,可按動轉(zhuǎn)動手柄座邊上的紅色釋放按鈕。
加長手柄:是一種外部加長手柄,直接裝于斷路器的手柄上,一般用于600A及以上的大容量斷路器上,進(jìn)行手動分合閘操作。
手柄閉鎖裝置:是在手柄框上裝設(shè)卡件,手柄上打孔然后用掛鎖鎖起來。主要用于斷路器處于合閘。
工作狀態(tài)時,不容許其他人分閘而引起停電事故,或斷路器負(fù)載側(cè)電路需要維修或不允許通電時,以防被人誤將斷路器合閘,從而保護(hù)維修人員的安全或用電設(shè)備的可靠使用。

基本特性

斷路器的特性主要有:額定電壓Ue;額定電流In;過載保護(hù) (Ir或Irth)和短路保護(hù)(Im)的脫扣電流整定范圍;額定短路分?jǐn)嚯娏鳎üI(yè)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(guī)定的環(huán)境溫度下所能無限承受的比較大電流值,不會超過電流承受部件規(guī)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(瞬時或短延時)用于高故障電流值出現(xiàn)時,使斷路器快速跳閘,其跳閘極限Im。
額定短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu或Icn):斷路器的額定短路分?jǐn)嚯娏魇菙嗦菲髂軌蚍謹(jǐn)喽槐粨p害的比較高(預(yù)期的)電流 值。標(biāo)準(zhǔn)中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值,計算標(biāo)準(zhǔn)值時直流暫態(tài)分量(總在比較壞的情況短路下出現(xiàn))假定為零。工業(yè)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?jǐn)嗄芰Γ↖cs):斷路器的額定分?jǐn)嗄芰Ψ譃轭~定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運行短路分?jǐn)嗄芰煞N。 國標(biāo)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》(GB14048.2—94)對斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌慕忉專?div style="font-family:arial, 宋體, sans-serif;font-size:14px;background-color:#FFFFFF;" class="para">1、斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn):按規(guī)定的實驗程序所規(guī)定的條件,不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?/div>
2、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn):按規(guī)定的實驗程序所規(guī)定的條件,包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?/div>
3、額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn)的試驗程序為O—t—CO。
其具體試驗是:把線路的電流調(diào)整到預(yù)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(yīng)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(tài),斷路器再進(jìn)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(wěn)定性)。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)啵瑒t其極 限短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/div>
4、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn)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(jīng)過試驗,斷路器能完全分?jǐn)?、熄滅電弧,就認(rèn)定它的額定運行短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/div>
因此,可以看出,額定極限短路分?jǐn)嗄芰cn指的是低壓斷路器在分?jǐn)嗔藬嗦菲鞒鼍€端比較大三相短路電流后還可再正常運行并再分?jǐn)噙@一短路電流一次,至于以后 是否能正常接通及分?jǐn)啵瑪嗦菲鞑挥枰员WC;而額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs指的是斷路器在其出線端比較大三相短路電流發(fā)生時可多次正常分?jǐn)唷?/div>IEC947—2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:A類斷路器(指僅有過載長延時、短 路瞬動的斷路器)的Ics可以是Ics的25%、50%、75%和100%。B類斷路器(有過載長延時、短路短延時、短路瞬動的三段保護(hù)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?jǐn)嗄芰κ且环N比額定極限短路分?jǐn)嚯娏餍〉姆謹(jǐn)嚯娏髦担琁cs是Icu的一個 百分?jǐn)?shù)。
一般來說,具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動三段保護(hù)功能的斷路器,能實現(xiàn)選擇性保護(hù),大多數(shù)主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主保護(hù)開關(guān)。不 具備短路短延時功能的斷路器(僅有過載長延時和短路瞬動二段保護(hù)),不能作選擇性保護(hù),它們只能使用于支路。IEC92《船舶電氣》指出:具有三段保護(hù)的 斷路器,偏重于它的運行短路分?jǐn)嗄芰χ?,而使用于分支線路的斷路器,應(yīng)確保它有足夠的極限短路分?jǐn)嗄芰χ怠?/div>無論是哪種斷路器,雖然都具備Icu和Ics這兩個重要的技術(shù)指標(biāo)。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?jǐn)嗄芰纯伞,F(xiàn)在出現(xiàn)的較普遍的偏頗是寧取大,不取正合適,認(rèn)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?jǐn)嘈停萐型—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?jǐn)嗄芰χ?標(biāo)。而對于干線上使用的斷路器,不僅要滿足額定極限短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?,同時也應(yīng)該滿足額定運行短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?,如果僅以額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu 來衡量其分?jǐn)嗄芰细衽c否,將會給用戶帶來不安全的隱患。
 
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