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。
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)。
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。
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。
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≤40 A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
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10
n(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
In,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
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。
假设某电源(SL7 10/0.4kV变压器)的容量为1600kVA,二次电流为2312A,其出线kA。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400 V、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。
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,I
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。
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I
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S断路器(I
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kA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I
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。
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。四、四极断路器的选用
1、断路器的N极不带过电流脱扣器,N极与其他三个相线、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、断路器N极带过电流脱扣器,N极与其他三个相线、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、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,不与其他三个相线型式适用于中性线%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。
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