应用于配电系统的各种断路器,大家可能有听说过。但是他们有什么特性和区别,相信专业电工都不一定说得清楚。今天我们就来汇总学习一下!
:能够接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在所规定的的非正常电路(如短路)下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关[GB14048.2]
从断路器的定义上来说,在所规定的非正常电路时断路器应该可以进行保护作用。对于断路器的保护功能主要涉及以下几个功能模块:
(1) 热动式:由发热元件与双金属片组成(旁热式)或热双金属片作为导体通电发热(直热式),当有一定的过载电流流过发热元件或者双金属片时,前者将热量传导给双金属片,后者自身发热。双金属片在受热后会膨胀弯曲、从而推动锁扣解锁,使得操作机构跳闸,完成产品的分闸操作。
(2)电磁式(液压式,俗称油杯式):由铁心、线圈、磁轭、衔铁等组成。铁心置于灌注硅油的油管内,其上面的复位弹簧。油管外缠绕线圈,衔铁上安装反力弹簧。当发生过载时,铁心线圈产生的电磁螺管力的作用,缓慢上升,当衔铁上升至一定位置后,衔铁的磁路发生转变,衔铁会克服弹簧的反力被吸合,从而推动断路器的牵引杆,使断路器跳闸。复位弹簧与硅油其阻尼作用,具有延时动作的效果。
短路脱扣器是一种电磁铁机构。断路器的导电回路直接通过电磁铁的铁心,有些结构在铁心中仅有一匝(一般的塑料外壳式断路器)或几匝几十匝(小型断路器为多匝线圈)。当短路电流通过导体在铁心的磁系统中形成强大的电磁场时,衔铁就会被吸合使断路器脱扣。当短路电流达到一定值后,衔铁就会动作,整个过程无延时,动作迅速。
电子脱扣器实际上与短路脱扣器的原理一样,但一般采用的匝数非常多的线圈,使得控制更加可靠,吸合或释放力值与电压或电流更加匹配。电子脱扣器为脱扣执行单元,需要与控制器或驱动电源配合使用。具有的优点也是非常多的,可以使控制更加精准,对线路进行选择性保护,提高供电的可靠性。
不同的应用环境下对产品的过电流保护要求也是不一样的,在标准(GB 10963 5.3.5)要求产品的瞬时脱扣范围各有不同,同时也会有其他的脱扣曲线形式,下面来一起看一下。
1、B型脱扣曲线],在UL标准中对这个值要求更高3.2~4.8倍In [UL489.UL1077]。用于保护和控制电流,以防过载和短路;适用于TN和IT系统中对人身安全和大长度电缆的保护。
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D型脱扣曲线]。适用于保护和控制电路,如电机、变压器以及附属电路,以防过载和短路。对于一些负载在设计之初就考虑了电动机短时过载的情况,需要用到其他原器件监测、保护过载情况,所以该情况下,断路器仅具有短路保护,也就是我们常说的单磁式电动机保护用断路器。像消防水泵、消防风机等对断电要求非常高的应用经常会用到这种断路器。
塑料外壳式断路器的标准[GB14048.2]要求,对于短路电流的脱扣器所有电流整定值,短路脱扣器应使断路器脱扣,且具有电流整定值的脱扣电流20%的准确度。下图是CDM3-100产品的脱扣曲线,其中黑线为配电线路保护,红色为电动机线路保护。
从CDM3-100产品脱扣曲线图中可以看到,不管是配电保护还是电机线路保护,其保护曲线差异并不是特别大,在标准中也并未作出明确的区分要求。配电用低压断路器主要用于配电系统,对配电线路中的导线、电缆以及变压器等起到保护和通断的作用。电动机保护用低压断路器用于电动机线路的保护,在电动机启动的瞬间,启动电流较大,可能会达到7~8倍的额定电流大小,若带有一定的负载启动,其启动电流会进一步加大。对于直接启动的电动机负载,需要采用电动机保护型断路器,放置因电动机正常启动而引发断路器短路保护误动作。如果负荷较大,也可以采用星-三角的启动方式,降低启动瞬间的电流。所以电动机保护型断路器并非是用于电动机频繁启动的开关,仅是对电动机启动电流较大的一种应对,防止断路器误动作。
上面已经说明了电动机线路保护用断路器的与配电保护用断路器的差别。用作线路保护用低压断路器的规格较多,额定电流较大,短路分断能力较强,保护特性较迟钝。这种低压断路器分为选择型和非选择型两类,选择型的既能按时间原则整定,也能按电流原则整定,可使上下级有选择性地分闸,以切断故障电流。这种低压断路器若用来作为主开关,除了有过载保护特性外,还具有短路延时动作特性。因此可实现选择性保护。其过电流脱扣器也有返回特性,在规定时间内(几秒),如果在预定延时动作前过电流已回降,便自动返回而不脱扣。在标准[GB 14048.2]中对其带载操作次数要求也不过几千次,虽然实际已经可以做到上万次,但从标准要求上来看,用作线路保护的断路器并不作为频繁接通分断电路使用。
电动机保护用低压断路器用于频繁启动的电动机,有一定的短路分断能力(视具体情况而定),短路保护要求较灵敏,不需要短路延时分断,但要避开电动机启动电流,即对 时的动作时间有所要求(如可返回时间超过5s),对机械寿命和电寿命要求较高。像德力西的CDV2s电动机断路器电气寿命可以做到十万多次,但这种类型的断路器的额定电流普遍不高,一般只有几十安培,这与电动机的特性也是息息相关的,一般功率较大的电动机是不允许直接启动的,而该断路器也比较难实现星-三角启动,不如接触器控制来的容易。所以两种断路器的应用场景有较大差异,选择时需要根据实际需求进行判定。
万能式低压断路器容量较大,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。目前市场上应用的多以智能型为主,传统的万能式断路器原理与热磁式塑料外壳式断路器相差不大,但智能型则采用了电流互感器、智能控制器、电子脱扣器等功能模块实现更为强大的功能,故可作为选择性、非选择性和具有反时限动作特性的电动机保护,通过辅助接点或通信功能可实现远方遥控和智能化控制。一般用于变压器400V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。
塑壳式低压断路器的主要特征是,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。新型的塑壳低压断路器也可制成选择型。通过电动机操作可实现远方遥控操作。有单极、二极、三极和四极。塑壳低压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。
智能型低压断路器是把微处理机技术、网络技术和信息通信技术与现代机电化集成在一起的高新技术产品,其主要特征是内置智能控制器。通过电流互感器实时监测通过断路器各相的电流,将初级大电流变换成很低的输出电压供给智能控制器,并做出相应的保护动作。智能型控制器由电源电路(自生电源、辅助电源)、电流检测及可编程放大器、CPU、显示电路、键盘、编码器、脱扣驱动机构、速饱和互感器等部分组成。在智能控制器的基础之上可开发出非常多的功能以供用户选择、使用。德力西在2017年推出了全新的CDM6Ei电子式塑料外壳式断路器,产品拥有更多的应用功能。
过载长延时保护,指正常主回路电流超过了预设保护电流的运行状况,以避免造成现场的损坏或破坏,断路器在一定的延时后发生跳闸动作。 反时限保护,简单的说就是过载电流越大,分断延时时间越短。
CDM6Ei具有反时限热记忆,主要针对主回路阶段性出现的过流现象。CDM6Ei产品模拟15分钟内,使能量耗尽。

