低压断路器选用

低压断路器选用（精选5篇）

低压断路器选用 第1篇

低压断路器是配电系统中主要的保护电器之一,也是功能最完善的保护电器,其主要作用是作为短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。根据不同需要,低压断路器可配备不同的继电器或脱扣器。脱扣器是低压断路器总体的一个组成部分,而继电器,则通过与低压断路器操作机构相连的欠电压脱扣器、分励脱器来控制低压断路器。低压断路器一般由脱扣器来完成其保护功能。

1根据低压断路器的额定电流≥负荷的计算电流选择低压断路器

1.1 负荷的计算电流(需要系数法)

1.1.1 设备组设备容量

采用需要系数法时,首先应将用电设备按类型分组,同一类型的用电设备归为一组,并算出该组用电设备的设备容量Pe。对于长期工作制的用电负荷(如空调机组等),其设备容量就是设备铭牌上所标注的额定功率。对于断续周期制的用电设备,其设备容量必须按规定的负荷持续率ε进行换算。如:电焊机组(换算为ε=100%)。

undefined

式中 PN设备组铭牌设备容量(kW);

Pe设备组设备容量(kW);

ε设备组的负荷持续率;

εN与设备组铭牌设备容量对应的负荷持续率。

1.1.2 用电设备组的计算负荷

根据用电设备组的设备容量Pe,可知设备的计算负荷:

有功计算负荷:Pc=KxPe (1)

无功计算负荷:Qc=Pctgϑ

视在计算负荷:undefined或undefined

计算电流:undefined

式中 Kx设备组的需要系数;

Pe设备组设备容量(kW);

ϑ用电设备功率因数角;

U线电压(V);

Ic计算电流(A)。

上述公式适用计算三相用电设备组的计算负荷,其中公式(2)计算电流的确定尤为重要,因为计算电流是选择低压断路器和导线截面积的重要依据。对于单相用电设备,可分为两种情况:

(1)相负荷。相负荷的额定工作电压为相电压,正常运行时,相负荷接在火线和中性线之间,民用建筑中的大多数单相用电设备和家用电器都属于相负荷。在供配电设计中,应将相负荷尽量均匀地分配到三相之中,按照最大的单相设备乘以3,求得等效的三相设备容量,然后按上述公式求得计算电流(线电流)。

Pe=3Pmφ

式中 Pmφ最大负荷相的单相设备容量。

(2)线间负荷。线间负荷是指额定工作电压为线电压的单相用电负荷,正常工作时,线间负荷换算为等效的相负荷,再按照相负荷求得计算电流。

undefined

式中 Pφ接于线电压的单相设备容量。

1.1.3 配电干线或变电所的计算负荷

用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低压母线上,考虑到各个用电设备组并不同时都以最大负荷运行,配电干线或变电所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷求和以后,再乘以一个同时系数,即配电干线或变电所低压母线上的计算负荷为:

有功计算负荷:P∑P=K∑P∑Pc

无功计算负荷:Q∑q=K∑q∑Qc (3)

视在计算负荷:undefined

计算电流:undefined

式中 K∑P,K∑q有功功率和无功功率的同时系数,一般取为0.8～0.9和0.93～0.97;

∑Pc各用电设备组有功计算负荷之和(kW);

∑QC各用电设备组无功计算负荷之和(kvar);

U用电设备额定线电压(V)。

应该注意,因为各用电设备组类型不同,其功率因数也不尽相同。所以,一般情况下,总的视在计算负荷不能按S∑C=P∑P/cosϑ来计算,总的视在计算负荷或计算电流也不能取为各组用电设备的现在计算负荷之和或计算电流之和。

1.1.4 需要系数的选取

需要系数是在一定的条件下,根据统计方法得出的,它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数,即需要系数,有时也称为需用系数。显然,对于不同的用电设备组,用电负荷的需要系数也不相同。一般而言,在实际工程中当用电设备组内的设备数量较多时,需要系数应取较小值;反之,则应取较大值。设备使用率较高时,需要系数应取较大值;反之,则应取较小值。

1.2 低压断路器的壳架等级额定电流和脱扣器额定电流定义

在国标《低压开关设备和控制设备 低压断路器》GB 14048.2-2008中对低压断路器的额定电流作出如下定义:低压断路器的额定电流1n:是指脱扣器能长期通过的电流,也就是脱扣器额定电流。对带可调式脱扣器的低压断路器则为脱扣器可长期通过的最大电流。低压断路器壳架等级额定电流lnm:用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。

工程设计中,电气设计人员选择低压断路器时,选择低压断路器的额定电流通常是指低压断路器壳架等级额定电流而不是脱扣器额定电流。例如当我们选择一只S2S-160/R80,3PF,2CO 型低压断路器时,通常我们简单地说其额定电流为160A,脱扣器的额定电流为80A。多数低压断路器供应商所提供的产品资料中,也一般不提“低压断路器壳架等级额定电流”这一复杂的说法,而只给出“低压断路器额定电流”这一参数,其实就是“低压断路器额定电流”作为“低压断路器壳架等级额定电流”的一种简称,似乎较为合适。也许标准中对额定电流的定义与平时使用的不一致是导致混乱的原因之一。

“低压断路器壳架等级额定电流”是标明低压断路器的框架通流能力的参数,主要由主触头的通流能力决定,它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。在选择低压断路器时,此参数是不可缺少的。

1.3 过电流脱扣器的电流参数

低压断路器的脱扣器型式有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器等。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路(电磁)脱扣器,并有长延时、短延时、瞬时之分。过电流脱扣器最为常用。过电流脱扣器其动作电流整定值可以是固定的或是可调的,调节时通常利用旋钮或是调节杠杆。电磁式过流脱扣器既可以是固定的,也可以是可调的,而电子式过流脱扣器通常总是可调的。过电流脱扣器按安装方式又可分为固定安装式或模块化安装式。固定安装式脱扣器和低压断路器壳体加工为一体,一旦出厂,其脱扣器额定电流不可调节;而模块化安装式脱扣作为低压断路器的一个安装模块,可随时调换,灵活性很强。标明过电流脱扣器的电流有以下几个参数:

(1)脱扣器额定电流1n,指脱扣器能长期通过的最大电流。

(2)长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir,固定式脱扣器其1r=In,可调式脱扣器其Ir为脱扣器额定电流1n的倍数,如1r=0.4～11n。

(3)短延时电磁脱扣器动作电流整定值Im,为过载脱扣器动作电流整定值Ir的倍数,倍数固定或可调,如Im=2～10Ir。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。

(4)瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′,为脱扣器额定电流In的倍数,倍数固定或可调,如Im′=1.5～11In。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。

1.4 低压断路器的选用原则之一

低压断路器的额定电流≥负荷的计算电流。

2根据低压断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力选择低压断路器

2.1 低压断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力参数定义

低压断路器一般具有两个反映低压断路器短路分断能力的参数,即低压断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力。在GB 14048.2-2008中对低压断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下的定义:

(1)低压断路器的额定极限短路分断能力(Icu):按规定的试验程序所规定的条件,不包括低压断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。

(2)低压断路器的额定运行短路分断能力(Ics):按规定的试验程序所规定的条件,包括低压断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。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%),因此它不仅要验证脱扣特性、工频耐压,还要验证温升。国家标准GB 14048.2-2008中规定Ics可以是极限短路分断能力Icu数值的25%、50%、75%和100%(B类低压断路器为50%、75%和 100%,B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故)。

2.2 低压断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力试验程序

(1)极限短路分断能力Icu的试验程序为O-T-CO。其具体试验是:把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V,30kA),而试验按钮未合,被试低压断路器处于合闸位置,按下试验按钮,低压断路器通过30kA短路电流,低压断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧,低压断路器应完好,且能再合闸。T为间歇时间(休息时间),一般为 3 min,此时线路处于热备状态,低压断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核低压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),此程序即为CO。低压断路器能完全分断,熄灭电弧,并无超出规定的损伤,就认定它的极限分断能力试验成功。

(2)低压断路器的运行短路分断能力(Icu)的试验程序为O-T-CO-T-CO,它比Icu的试验程序多了一次CO。经过试验,低压断路器能完全分断、熄灭电弧,并无超出规定的损伤,就认定它的额定进行短路分断能力试验通过。 Icu和Ics短路分断试验后,还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断后,还要承载额定电流,所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。 Icu和Ics短路或实际考核的条件不同,后者比前者更严格、更困难,因此GB 14048.2-2008中确定Icu有四个或三个值,分别是25%、50%、75%和100%Icu(对A类低压断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类低压断路器,即万能式或框架式)。低压断路器的制造厂所确定的Ics值,凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。

应提到的是,所有低压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“CO”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(cosϑ)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1。

峰值电流(冲击电流)为:

undefined

式中 Ich峰值电流(冲击电流)(kA);

Ic周期分量有效值(kA);

Kch峰值系数。

2.3 低压断路器的选用原则之二

上文提到的选择低压断路器的一个重要原则是低压断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流,这个低压断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。

3结语

低压断路器是配电系统中主要的保护电器之一,在配电系统中的作用举足轻重,所以我们广大电气设计人员在选用低压断路器时一定要把握好两个原则:①低压断路器的额定电流≥负荷的计算电流;②低压断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。

参考文献

[1]工业与民用配电设计手册(第三版)[M].北京:中国电力出版社.

[2]GB50052-2009,供配电系统设计规范[S].

[3]工厂常用电气设备手册[M].北京:.中国电力出版社.

关于低压断路器的选型原则浅析 第2篇

1.低压断路器概述

低压断路器（曾称自动开关）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远方遥控操作。由于其操作简单，使用方便，在生活、工作中应用非常广泛。随着社会经济的不断发展，低压断路器的改进趋向于体积小、使用方便、操作简单等方向发展。

2.低压断路器的结构

低压断路器主要由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置等组成。

2.1 触头系统

触头（静触头和动触头）在断路器中用来实现电路接通或分断。常用断路器的触头型式有对接式触头、桥式触头和插入式触头。对接式和桥式触头多为面接触或线接触，在触头上都焊有银基合金镕块。大型断路器每相除主触头外，还有副触头和弧触头。

2.2 灭弧系统

灭弧系统用来熄灭触头间在断开电路时产生的电弧。灭弧系统包括两个部分：一为强力弹簧机构，使断路器触头快速分开；一为在触头上方设有灭弧室。

2.3 操动机构

断路器操动机构包括传动机构和脱扣机构两大部分。传动机构按断路器操作方式不同可分为：手动传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动；按闭合方式可分为：贮能闭合和非贮能闭合。自由脱扣机构的功能是实现传动机构和触头系统之间的联系。

2.4 保护装置

断路器的保护装置由各种脱扣器来实现。断路器的脱扣器型式有：欠压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器等。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路脱扣器。

3.低压断路器的分类

低压断路器具有很多种分类方式，按使用类别划分有选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）；按灭弧介质划分有空气式和真空式（目前国产多为空气式）；按操作方式划分有手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作；按极数划分，可分为单极、二极、三极和四极式；按安装方式划分有固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等；按结构型式划分有万能式（又称框架式）、塑壳式断路器和小型模数式。本文主要介绍万能式断路器、塑壳式断路器和小型模数式。

3.1 万能式断路器（标准型式为）

万能式断路器容量较大，可装设多种脱扣器，辅助接点的数量也多，不同的脱扣器组合可形成不同的保护特性，故可作为选择性或非选择性或具有反时限动作特性的电动机保护。它通过辅助接点可实现远方遥控和智能化控制。其额定电流为。一般用于变压器侧出线总开关、母线联络开关或大容量馈线开关和大型电动机控制开关。

3.2 塑壳式断路器（标准型式为）

塑壳式断路器的特征是，所有部件都安装在一个塑料外壳中，没有裸露的带电部分，提高了使用的安全性。新型的塑壳断路器也可制成选择型。小容量的断路器（以下）采用非贮能式闭合，手动操作；大容量断路器的操作机构采用贮能式闭合，可以手动操作，亦可由电动机操作。电动机操作可实现远方遥控操作。额定电流一般为，有单极、二极、三极和四极。目前已有额定电流为的大型塑壳式断路器。塑壳断路器一般用于配电馈线控制和保护、小型配电变压器的低压侧出线总开关，动力配电终端控制和保护，及住宅配电终端控制和保护，也可用于各种生产机械的电源开关。

3.3 小型模数式断路器

小型模数式断路器是终端电器中的一大类，是组成终端组合电器的主要部件之一。该系列断路器可作为线路和交流电动机等的电源控制开关，也可起过载、短路等保护作用，广泛应用于工矿企业、建筑及家庭等场所。

4.低压断路器的选型原则

低压断路器选型前，要对断路器的工作原理和被保护设备的保护要求熟悉了解，对设备的工作环境、参数、短路电流等主要技术数据进行计算，要做到安全、经济、可靠、合理选择设备。

4.1 断路器参数的定义

断路器的额定电流使用有两个概念，断路器的额定电流和断路器壳架等级额定电流，并给出如下定义：断路器的额定电流，是指脱扣器能长期通过的电流，也就是脱扣器额定电流。对带可调式脱扣器的断路器则为脱扣器可长期通过的最大电流；断路器壳架等级额定电流，用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。断路器额定电流这一概念时，通常是指“断路器壳架等级额定电流”而不是“脱扣器额定电流”。例如当我们选择一只断路器时，通常我们简单地说其额定电流为，脱扣器的额定电流为。多数低压断路器供应商所提供的产品资料中，也一般不提“断路器壳架等级额定电流”这一复杂的说法，而只给出“断路器额定电流”这一参数，其实就是“断路器额定电流”作为“断路器壳架等级额定电流”的一种简称，似乎较为合适。也许标准中对额定电流的定义与平时使用的不一致是导致混乱的原因之一。

断路器的额定极限短路分断能力：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；也就是断路器规定的试验电压及其它规定条件下的极限短路分断电流值，不考虑断路器继续承载它的额定电流。极限短路分断能力的试验程序为。额定运行短路分断能力，是指断路器在规定的试验电压及其它规定条件下的一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值，在按规定的试验程序动作之后，断路器应有继续承载它的额定电流的能力。它比的试验程序多了一次。是的一个百分数。

4.2断路器脱扣器的参数定义与整定计算

脱扣器型式有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器等。其中过电流脱扣器最为常用，可分为过载脱扣器和短路（电磁）脱扣器，并有长延时、短延时、瞬时之分。低压断路器过流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即（为所保护配电线路的计算电流）。断路器的长延时动作电流（）主要是用来保护过负荷，一般情况，取线路计算电流的倍，即，其中为所保护的配电线路的计算电流。短延时过流脱扣器动作电流应躲过线路的尖峰电流，通常使用公式：，其中为保护线路中最大台电机的起动电流；为除起动电流最大的1台电机以外的线路计算电流。

断路器短延时动作的整定时间通常分：、、、。为保证保护装置动作的选择性，上下级断路器的级差通常取，动作时间还应满足被保护线路的热效应要求。

4.3低压断路器的种类选择

1）了解保护的要求确定断路器的类型和保护形式；

2）断路器的额定工作电压应大于或等于线路电压；

3）配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交；

4）断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流；

5）断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值；

6）断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流

5.结论

正确的使用低压断路器可以有效的提高低压配电系统的运行性能，在对低压断路器了解的基础上，按照选型的基本原则与定值的正确计算才是真正解决供电可靠性的前提条件。

参考文献

[1]中低压配电设备选型与使用200例[M].北京：水利水电出版社，2006

[2]刘介才.工厂供电.机械工业出版社，2006

[3]唐定曾，唐海，朱相尧.建筑电气技术.机械工业出版社，2006

[4]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].北京：中国电力出版社，2007

柱上真空断路器的选用 第3篇

近年来，12 kV户外柱上断路器作为分布式的保护设备，大量地应用在10 kV户外配电系统改造中。与国外不同，我国的户外柱上断路器以真空断路器为主，占领了绝大多数的柱上开关市场。用户对柱上真空断路器的功能要求也不仅仅局限在过流或短路保护方面，在计量、配网自动化等方面也提出了更多的要求。

目前国内柱上真空断路器的制造企业较多，相关产品型号多达几十种，产品质量参差不齐。用户在选用柱上真空断路器时，除了要明确产品主要技术参数外，还应关注可能影响产品安全可靠运行的其它因素。为了使用户能更好地选用柱上真空断路器，现从产品的防涌流功能、外带单双侧隔离刀、电压互感器PT安装方式、避雷器安装及低温运行环境等方面作一浅析，探讨选用柱上真空断路器时应注意的几个问题。

1 防涌流功能的分析

防涌流控制器是柱上真空断路器的综合性电流保护装置，接于断路器的二次电流回路，与该断路器的过流脱扣器一起构成一个完整的涌流控制保护系统。控制器保护模式为：涌流延时+过流故障延时+短路故障定时限速断。控制器的功能特点：与控制器配合使用的高压断路器本体电流互感器的二次输出额定电流为5 A;过流保护定值一般为5 A，合闸涌流、过流故障延时时间40～800 ms分段可调，速断定值为(4～6)Ie，速断定时限10～400 ms分段可调。控制器与高压断路器的二次接线原理如图1所示。从柱上真空断路器的一次回路中通电流，经测试出现以下现象：在A、B、C三相短路、A、B或B、C二相短路模式下，断路器电流保护动作正常;而在A、C二相短路模式下，断路器不能跳闸。分析控制器内部电气原理后，发现原设计存在缺陷，防涌流控制器原内部接线示意图如图2所示。

分析图2可知：

(1)在A、B、C三相短路故障模式下，信号互感器B1和B2分别流过A、C相的二次电流，而电源互感器B3流过A、C相二次电流的合成电流(相当于B相的二次电流)。B1、B2为控制器提供分析、判断的电信号，B3为控制器提供内部工作电源，控制器正常工作，断路器能跳闸。

(2)在A、B或B、C二相短路模式下，信号互感器B1流过A相的二次电流，信号互感器B2流过C相的二次电流，而电源互感器B3流过A相或C相的二次电流;控制器正常工作，断路器能跳闸。

(3)在A、C二相短路模式下，信号互感器B1、B2流过大小相等、方向相反的电流;电源互感器B3流过A相、C相二次电流的合成电流为零;因此，B3不能为控制器提供内部工作电源，控制器不能正常工作，断路器不能跳闸。

针对这一现象，取消了图2中的电源互感器B3，改变信号互感器B1和B2的容量，使B1、B2既作为信号互感器，也作为电源互感器;改进了控制器内部电气原理的设计。改进后的防涌流控制器，经测试在任何类型的电流故障情况下，控制器既能获取判断、分析、比较的电流信号，也能取得正常工作所需要的电源，控制器正常工作;避免了目前市场上其它防涌流控制器的动作缺陷。

2 外带单、双侧隔离刀的功能

部分用户在选用柱上真空断路器时，要求外带单侧隔离刀。隔离刀串接在断路器的进线侧，与断路器本体组成一体;隔离刀与断路器间有可靠的防误机械联锁。柱上真空断路器外带隔离刀有两方面的作用：

(1)为断路器提供了可见断口。因为柱上真空断路器分闸后，看不到明显的断开点;断路器的分合闸状态指示，仅依靠操动机构上的分合位置指示器。长期以来，人们已习惯于从开关外部的明显分断点，来判定开关是否处在分闸状态，外带隔离刀可为断路器提供可见断口。

(2)提高产品的绝缘安全性。12 kV真空灭弧室触头开距大多在10 mm左右，这么小的触头开距，一旦灭弧室发生漏气，动静触头间将很难满足绝缘要求。外带隔离刀，提高了产品在分闸状态下的绝缘安全性，减少绝缘事故的发生。

较少用户要求柱上真空断路器双侧带隔离刀，此类要求的断路器一般用作配电线路的联络开关。由于外带隔离刀与断路器联体安装，即使双侧隔离刀均处于分闸状态，也不能满足对断路器进行维护的绝缘空间要求，因此双侧隔离刀的作用与单侧隔离刀相同，仅增加可见断口而已。但增加了一侧隔离刀，会使断路器的结构更加复杂，体积重量增大，制造成本增高。另外，断路器外带的隔离刀组件均暴露在大气中，运行环境恶劣，增加了产品运行的故障源。

按目前国内真空灭弧室的制造水平，一般情况下不需要外带隔离刀;在线路分支或联络处使用的柱上真空断路器，可外带单侧隔离刀，安装在断路器的进线侧，为断路器提供可见断口。外带双侧隔离刀从电气性能上分析是没有必要的，从产品的运行可靠性和制造成本分析是不利的。

3 高压PT内置、外置安装方式的选择

柱上真空断路器为了实现自动重合闸或配电自动化功能，需要配置提供操作电源、获取线路电压信号的电压互感器。通常10 k V电压互感器与柱上断路器一起安装，有外置和内置两种安装方式。对于ZW6、ZW8等三相共箱型产品，配套的10 k V PT可以采取内置或外置安装方式;而对于ZW32、ZW43等三相极柱型产品，高压PT只能采取外置安装方式。PT内置方式通过加高断路器箱体，把电压互感器放置在断路器的下方，一般选用JDZ-10等户内型电压互感器。PT外置方式通过安装支架，把电压互感器固定在断路器本体的侧面，一般选用BJDZ1-10W3等户外型电压互感器。

虽然PT内置和外置安装方式，均能满足柱上真空断路器的使用要求，但在产品的运行可靠性和经济性等方面存在差异。

3.1 产品的运行可靠性

PT内置安装方式，由于PT在真空断路器箱体内部，当高压PT发生烧毁事故时，往往引发真空断路器内部电弧故障，导致整个断路器毁坏，扩大事故范围。另外，三相共箱型柱上真空断路器内置1只JDZ-10电压互感器时，互感器高压侧可以安装PT保护用熔断器;而内置2只JDZ-10电压互感器时，由于受箱体内部空间的限制，互感器高压侧不能安装PT保护用熔断器，因此，产品运行存在较大事故隐患。PT外置安装方式，由于PT在真空断路器箱体外部，即使高压PT发生烧毁事故，对真空断路器也不会造成影响。另外，不论外置1只或2只BJDZ1-10W3电压互感器，互感器高压侧均有PT保护用熔断器，提高产品运行安全性。

从提高产品的运行可靠性方面考虑，与柱上真空断路配套的10 kV电压互感器，建议用户尽可能的选用外置安装方式。

3.2 产品的经济性

为了满足户外恶劣的运行环境的要求，户外高压电压互感器必须采用浇注式全封闭的结构，并且选用耐电弧、耐紫外线、耐老化、寿命长的绝缘材料，因而价格较高。一般而言，BJDZ1-10W3电压互感器的单价比JDZ-10电压互感器高出近3倍。

4 避雷器的安装

近年来，雷击引起柱上真空断路器烧毁的事故时有发生，并呈上升趋势;特别是城乡电网改造后，电网的质量有了大幅度的提高，雷击引起线路短路或单相接地的事故呈明显下降，而柱上真空断路器由于遭雷击而损坏的事故却有增无减。

造成柱上真空断路器频遭雷击的主要原因是断路器没有安装避雷器。随着城乡架空线路的改造，主干线上绝缘子全换为棒式绝缘子，线路的耐压水平大大提高。而对于三相共箱型柱上真空断路器来说，真空灭弧室放在一个金属箱体内，外部为空气复合绝缘。虽然其耐压水平达到了标准规定的要求，但与棒式绝缘子的耐压水平相比较却相差甚远。况且，大部分断路器均安装在主干线上，而主干线一般在主马路边或空旷的田野上，且电杆比分支线高，因而主干线比分支线更易遭雷击，从而使柱上断路器受损。

对于多雷电地区及远离变电站的架空线路，为避免柱上真空断路器遭受雷击受损的最直接的方法就是安装避雷器，避雷器安装在断路器直接与线路相连的一侧。这种安装方式的好处是，当断路器分闸时，断路器与线路连接的一侧，仍处于避雷器保护范围内。

5 低温运行环境对产品性能的影响

柱上真空断路器装于户外架空线路上，运行环境恶劣。我国地域辽阔，南北气候温差较大。在北方地区的冬天，室外气温经常低于-10℃，甚至达到-40℃。虽然真空断路器不会出现六氟化硫断路器在低温状态下气体液化的现象，但过低的环境温度将对真空断路器的机械特性产生影响。按GB 1984高压交流断路器标准的规定，对用在-10℃以下环境条件的户外断路器应进行低温试验，检测低温环境对断路器机械性能的影响。

多次低温试验发现，在-25℃条件下，经低温试验后，真空断路器常用的深沟球轴承由转动灵活变为转动困难;油缓冲器因变压器油凝结，而丧失缓冲作用。在-40℃条件下，经低温试验后，断路器所用的低温2号润滑脂、工业黄油及凡士林产生固化现象，严重影响断路器的机械特性;断路器密封件、缓冲件等橡胶零件，变硬丧失弹性。低温试验表明，在低温环境下没有经过特殊处理的柱上真空断路器，不能保证产品的机械特性。

因此，低温地区使用的柱上真空断路器有别于常规的要求，其操动机构及其它所有活动部位的润滑脂必须采用经低温试验能满足产品机械特性要求的特殊润滑脂，禁止使用低温2号、工业黄油及凡士林，断路器的密封件、缓冲橡皮垫等应采用三元乙丙橡胶等耐低温的材料。另外，深沟球轴承及油缓冲器等器件也需经特殊处理。

6 结语

目前柱上真空断路器市场需求旺盛，但市场准入门槛低，生产厂家较多。为了确保电网的运行安全，提高电网的可靠性，建议用户在选用柱上真空断路器时，应从产品的性能及价格两方面加以考虑，不要单纯以价格作为取向标准。

低压断路器应用研究 第4篇

低压断路器是接通和切断正常负荷、过负荷、短路负荷电流的开关电器。它在电路中起控制保护作用。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级枢纽控制端, 承担设备的电源控制和用电终端管理任务。低压断路器限流范围4~5 000 A。其分类方式有: (1) 按使用类别:选择型和非选择型; (2) 按结构型式:框架式和塑壳式; (3) 按灭弧介质:空气式和真空式; (4) 按操作方式:手动、电动和弹簧机械操作; (5) 按极数:单极、二极、三极和四极式; (6) 按安装方式:固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。

2 低压断路器结构

低压断路器结构主要由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置与其他附属装置构成。

2.1 触头系统

触头分为静触头和动触头, 用来接通或分断电路。触头的基本要求为: (1) 在正常与故障状态下电流都能安全可靠的接通和分断; (2) 在正常工作电流长期工作; (3) 正常通断不产生严重磨损。

断路器触头的动作顺序是弧触头先闭合副触头闭合主触头闭合;断开时顺序相反。触头作用分工不同, 其中主触头承载正常工作负荷电流, 副触头保护主触头, 弧触头承担切断时的电流产生的电弧烧灼, 从而保证了主触头不被电弧烧蚀而寿命较长。

2.2 灭弧系统

灭弧系统熄灭在断开电路时触头间产生的电弧, 包括2个部分:快速分开触头的强力弹簧机构与灭弧室。

2.3 操动机构

操动机构有传动机构与脱扣机构。

(1) 传动机构:按断路器操作方式有手动、杠杆、电磁铁、电动机的传动方式;按闭合方式可分为有储能和非储能闭合方式。

(2) 自由脱扣机构:实现传动机构和触头系统之间的联系。

2.4 保护系统

保护装置功能实现由脱扣器来完成。断路器的脱扣器种类主要有:欠压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器。过电流分为过载和短路2种状态;远距离遥控或热继电器动作分断由分励脱扣器实现;防止负载侧短路和过载的是过电流脱扣器;当电网电压降低至额定电压0.7~0.35倍或电网故障状态条件下, 欠压脱扣器立即分断断路器, 并保证在低于35%额定电压供电时防止断路器闭合。

2.5 附属装置

断路器具有常开和常闭2种辅助触点, 框架 (万能式断路器) 和塑料底座与外壳 (塑壳式断路器) 等附属装置结构。

3 工作原理

3.1 漏电保护器原理

(1) 正常状态通/断电路:由操作机构手动、电动 (分励脱扣器) 合/分闸。

(2) 保护功能:

1) 短路 (过流) 保护过电流脱扣器短路电流过流脱扣器线圈过流脱扣器的衔铁吸合自由脱扣机构上移触点动作;

2) 失压 (欠压) 保护失压脱扣器失压失压脱扣器的衔铁释放自由脱扣机构上移触点动作。

脱扣器:分励脱扣器、失压脱扣器、过流脱扣器、过载脱扣器。每种类型的断路器不一定包含4种脱扣器, 根据断路器使用场合而定。

尽管断路器的种类很多, 但其结构与保护原理基本相同。图1是低压断路器的工作原理示意图。从图中可以看出, 低压断路器主要由触头及灭弧装置、操动机构、保护系统3部分组成。主触头串联在被保护的三相电路中, 由它来接通和分断回路。正常运行时, 由搭钩实现自保持, 电磁脱扣器线圈所产生的吸力不能将它的衔铁吸合。如果线路发生短路或产生很大的过电流时, 电磁脱扣器的吸力增强, 将衔铁吸合, 并顶击杠杆, 把搭钩顶上去, 断开主触头, 从而将主电路分断。欠电压脱扣器的线圈并联在电路上, 当电路电压正常时, 欠电脱扣器产生的电磁吸力能够克服弹簧的拉力而将衔铁吸合。如果线路电压下降, 欠电压脱扣器的吸力减小, 衔铁被弹簧拉开, 顶击杠杆, 把搭钩顶开, 断开主触头。当电路过载时, 过载电流通过热脱扣器的发热元件而使双金属片受热弯曲, 于是顶击杠杆顶开搭钩, 使主触头断开主电路, 从而启动过载保护作用。

3.2 断路器在漏电保护上的应用分析

漏电保护断路器, 通常简称漏电保护开关。这种开关能在线路或设备出现对地漏电或人体触电时迅速断开电路, 能有效地保证人身和线路的安全。

电磁式漏电保护开关主要由零序电流互感器、漏电脱扣器、主触点及试验按钮等几个部分组成。其工件原理示意图如图1所示。在被保护电路工作正常, 没有发生漏电或触电的情况下, 由克希荷夫定律可知, 通过零序电流互感器的电流相量和等于零, 这样在零序电流互感器的线圈中不产生感应电动势, 漏电保护器不动作使系统保持正常供电。当被保护电路发生漏电或有人触电时, 由于漏电电流的存在, 通过零序电流互感器电流的相量和不再等于零, 铁心中出现了交变磁通。在交变磁通作用下, 零序电流互感器上线圈就有感应电动势产生, 此漏电信号经中间环节进行处理和比较, 当达到预定值时, 使脱扣器动作切断故障电路, 从而实现保护。

4 断路器的选用与正常工作条件分析

4.1 断路器的选用

通常, 塑壳断路器工作于短路电流不大时, 额定电流低于600A;额定电流、短路电流大于600 A的工作条件, 选用万能式断路器。

断路器通常选用原则: (1) 额定电流、额定电压稍大于负载正常工作时工作电流与电路电源的额定电压; (2) 脱扣器额定电流稍大于负载工作电流; (3) 电路短路电流不大于断路器极限通断电流; (4) 线路末端单相对地短路电流/断路器瞬时 (或短路时) 脱扣器整定电流≥1.25 A; (5) 欠压脱扣器额定电压等于电路正常工作额定电压。

4.2 断路器正常工作条件

保证断路器的动作性能满足设计要求与正常工作, 并且各组成结构不受外界因素的影响, 必须满足以下工作条件:

(1) 场所的海拔高度:低于2 000 m, 电气设备的绝缘耐压水平是随海拔高度升高而降低的。工作于海拔高度超过2 000 m条件下的电器, 应选用符合要求的种类。

(2) 周围空气温度:周围空气温度主要研究工作所处环境的最高和最低温度。外界最高温度必须满足电器内部元件的温度不能超过其允许温度。低压断路器使用环境空气温度为-5~+40℃, 日平均值不超过+35℃。要注意, 运输和储存温度条件可适当放宽, 大致范围:-25~55℃。

(3) 空气相对湿度:温度变化在开关电器表面产生的凝露会大大减少低压断路器的使用寿命, 严重时产生误动作。要求+40℃时空气的相对湿度不超过0.5, 低温下允许较高的相对湿度。

(4) 冲击、振动与污染的恶劣环境:尽量安装于无冲击振动的场所, 如必须使用在震动冲击场合, 应定期检修, 防止断路器执行部件松动脱落。断路器尽量工作于在无爆炸危险的介质中, 且周围环境中不存在腐蚀金属和破坏绝缘的气体与导电尘埃。特别是在恶劣环境下, 要根据产品的使用环境选用相应IP等级的产品。耐腐蚀性能符合GB/T 2423.17中性盐雾试验72H (5级) ;部分产品头部防护等级高于IP65。污染等级工业用断路器一般选取用于污染等级为3级的环境, 即能在有导电性污染, 或由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性污染的湿热环境下正常工作。

5 结语

断路器跳 (合) 闸线圈的出口触点控制回路, 必须设有串联自保持继电器回路, 并保证跳 (合) 闸出口继电器的触点不断弧;断路器可靠跳、合闸。

自保持电流不应大于额定跳 (合) 闸电流的50%左右, 线圈压降小于额定值的5%。断路器输出端继电器的电压起动线圈与电流自保持线圈的相互极性关系正确。电流与电压线圈间的耐压水平不低于交流1 000 V、1 min的试验标准 (出厂试验应为交流2 000 V、1 min) 。

电流自保持线圈接在出口触点与断路器控制回路之间。有多个出口继电器可能同时跳闸时, 宜由防止跳跃继电器实现上述任务, 防跳继电器应为快速动作的继电器, 其动作电流小于跳闸电流的50%, 线圈压降小于额定值的10%。

摘要：低压断路器电压线路应用非常广泛用, 常用于设备的电源与终端的控制和保护。分析了低压断路器内部结构、工作原理, 研究了其在漏电保护实验中的应用原理与方法, 探讨了其在工程实践中的工作条件, 对低压断路器限流保护的实践有一定的参考价值。

关键词：低压断路器,限流过压保护,漏电实验

参考文献

[1]李践飞, 周智勇.低压断路器特性试验台设计[J].船电技术, 2009 (2)

[2]李奎, 张冠生, 张培铭.低压电器新技术综述[J].电气开关, 1995 (2)

[3]钱杞, 张培铭.低压直流断路器的限流技术[J].电气开关, 2000 (1)

[4]顾东亮, 郑建勇, 梅军, 等.一种新型混合式断路器装置[J].电力系统及其自动化学报, 2006 (1)

低压断路器选用 第5篇

关键词：低压断路器,电力载波,智能控制器,通信系统

1 引言

对于低压断路器而言, 其作用主要是通过对电力系统进行一系列的连通与分断操作, 由此来实现对于相关故障的保护控制。目前状况下, 低压断路器主要应用于电网的供配电系统之中。虽然近几年来低压断路器不断发展, 但随着人们对工业自动化水平有了更好的要求, 原先的低压断路器已经难以适应时代的发展。正因为如此, 人们对低压断路器的研究也日益深入, 惊蛰科学技术水平的不断提高, 现代电子技术、通信技术、微机控制技术以及现代传感器技术等不断融入到低压断路器的设计之中, 并取得了不错的效果, 可以说各种新技术的融合为低压断路器的发展提供了广阔的发展空间。对于智能低压断路器而言, 其功能主要表现在两个方面:一方面, 智能低压断路器能够对各种功能进行有效的实现;另一方面, 新型的智能低压断路器能够与中央控制计算机进行有效的结合, 并在此基础之上有效的实现了双向通信, 这样一来, 两者就能够形成一个系统化、智能化的监控保护信息网络, 是低压断路器具有更强大的作用。在本文中, 主要提出了一种电力载波通信思路下的低压断路器智能控制器设计。

2 智能控制器硬件电路设计

对于智能控制器而言, 其组成结构相对复杂, 是由多个部件共同组成的, 主要有高性能单片机电路、电流和电压信号一体化处理电路、显示电路、按键电路、电源电路、脱扣器驱动电路、巨大电流直接脱扣电路、合闸驱动电路、电力载波通信接口电路、内部状态检测电路等。其电路见图主要见图1所示:

3 主控单片机与人机界面电路分析

智能控制器当中的主控单片机电路主要是由5个部分组成的, 首先在这一电路中配备了AVR ATmega128单片机, 这是最为主要的部分, 其次还存在有编程接口电路、外部存储器、晶振电路、复位电路等其他一系列的部件。上文中所提到的单片机是这一电路的主要控制核心, 这一单片机能够对数量相对较多的智能控制器外设的需要进行有效的满足, 而这主要是依赖于这一单片机中的多个可编程I/O接口。除此之外, 在这一电路当中, 将单周期精简指令系统和Harvard结构进行有效的结合, 这样一来, 所发指令完成所需要的时间相对较短, 大大提高了数据的处理速度。除此之外, 在这一主控单片机电路当中, 配置了相关的I2C总线接口, 通过这一总线接口, 能够对I2C的外部元件进行方便快捷而又有效的连接, 这在很大程度上对单片机接口实现了节约。在核心单片机中, 还带有SPI串行通信接口, 通过这一接口, 能够对主从模式的串行通信进行有效的实现。

相比于主控单片机电路, 人机界面电路构成稍显复杂, 主要是由液晶12864电路、信号灯电路、参数与功能设定输入电路、断路器状态控制输入电路、脱扣器试验操作输入电路等共同构成。在人机界面电路中的参数显示主要采用的是具有串行SPI接口和汉字库的液晶12864模块, 它能够表现出较大的优越性, 不仅具有较为简单的接口, 同时操作起来简单快捷且具有较为强大且丰富的功能。在人机界面电路中, 信号灯的主要作用便是对断路器的合闸、正常分闸、故障分闸、内部故障、远程/近程操作等状态进行一定程度上的指示, 而信号灯的指示操作主要是通过对不同颜色的发光二级管进行利用并对相应的状态进行有效实现的。

4 电源电路分析

在本文所阐述的智能控制器设计当中, 其电源电路的构成主要是由三路电源以或的方式构成的。在这三路电源当中, 任何一路的电源都具备单独供电的能力, 即及时其他两路电源不能供电, 剩下的一路电源也能够对智能控制器进行可靠而又持续的供电。这三路电源之间彼此存在着一定程度上的差异, 第一路电源wie交流控制电源。第二路电源为直流控制电源, 而第三路电源则是电流源, 它是取自于三相电流互感器二次侧。这三路电源的电路见图见图2所示。

一般情况下, 用户可以结合自身的情况来对电源进行一定程度上的选择, 最好是交流控制电源与直流控制电源两者之间选一, 这主要是因为相比于电源流, 控制电源能够表现出更大的可靠性, 受到配电系统运行情况的影响相对较小。

5 电流、电压信号一体化处理电路分析

对于智能控制器而言, 所处理的数据一般容量较大、处理参数相对较多, 在这种情况之下, 单片机就会承担更大的负担, 需要采取有效措施来为单片机减压。基于此, 在本文对于智能控制器的设计过程当中, 采用了电流、电压一体化处理电路, 通过对这一电路进行一定程度上的利用, 能够实现对三相电网的电流信号以及电压信号的有效采集, 然后在此基础之上将这些采集到的电流、电压信号进行一定程度的分析计算, 最终能够有效获得三相电网的相电流和相电压有效值、三相电流矢量和有效值、三相电压矢量和有效值以及功率、电能、功率因数、相角、频率等具体的参数值。电流、电压信号一体化处理电路简图见图3所示。

图3中, 我们不难发现电流电压信号一体化处理电路的构成相对复杂, 主要是由高精度电能计量芯片ATT7028A、电流互感器、电压互感器、晶振和复位电路等共同构成的。在这一电路之中, 所采用的电能计量芯片具有高精度的特征, 其内部存在有6个通道, 着6个通道又可以进行同步采样, 并在此基础之上对双端差分信号输入方式进行了有效的使用。

6 内部状态检测电路分析

在这一智能控制器当中, 低压断路器的内部状态检测电路如下几个部分共同组成的, 分别是合闸和跳闸线圈电流检测电路、绝缘检测电路、内部温度检测电路、烟雾检测电路、合闸状态检测电路等。这一电路的主要作用是对断路器的内部状态进行一定程度上的检测, 而对于其检测信号而言, 主要是对接口电路进行一定程度上的利用, 并由此将检测的信号送入到主控单片机之中, 这样一来, 就能够对低压断路器的状态进行有效的监控, 且这种监控具有系统性与实时性。通过这一内部状态检测电路, 便能够对故障进行预测与评估, 并按预定规则进行实时处理, 防止故障发生连锁反应, 危及到其他方面, 可以说内部状态检测电路对智能低压断路器可靠性与有效性的提高做出了十分重要的贡献。

7 电力载波通信电路分析

相对于其他几个模块的电路, 电力载波通信电路的结构构成相对简单, 主要是由三个部分组成的, 分别为电力载波模块BWP10A、电源、电力线路, 其电路的简图主要如图4所示。

电力载波通信模块BWP10A通过TTL电平串口与主控单片机通信, 模块提供了透明的数据传输通道, 数据传输与用户协议无关, 电力线路接口电路可与电力线路直接相连, 接口驱动功率大, 传送距离达500 m以上, 模块采用直序扩频编码方式, 抗干扰能力强, 数据传输可靠。同一电力线路可以连接多个载波模块, 通过用户的设定的地址进行区分, 模块分别单独工作, 不会相互影响。

这一电路的工作机理主要如下所示:首先智能低压断路器的主控单片对状态信息进行发送, 并由串行口传送到电力载波模块之上, 然后这一状态进行经过一定程度上的调试再通过电力线路向远端监控中心进行相应的传送。在远端监控中心接受到这一信息之后, 继续根据情况对其进行一番调试, 最后由电力线路传到现场载波模块当中。在信息经过一定程度上的解调之后由主控单片机进行有效的处理。

8 结束语

本文主要针对当前进行低压电力载波通信思路下的低压断路器智能控制器设计思路进行研究与分析, 分别从智能控制器硬件电路设计、主控单片机与人机界面电路、电源电路、电流电压信号一体化处理电路、内部状态检测电路以及电力载波通信电路等方面进行了阐述与分析。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。

参考文献

[1]谭国俊, 张建良, 韩耀飞.基于SVPWM的并联型三电平有源电力滤波器的研究[J].工矿自动化, 2009 (5) :26-30.

[2]张建良, 谭国俊, 韩耀飞.三电平有源电力滤波器实验研究[J].电力电子, 2009, 43 (5) :7-9.