世界上最早的断路器出现于1885年, 它是一种刀开关和过电流脱扣器的组合。就世界范围而言、1905年、具有自由脱扣装置的空气断路器诞生了;1930年以来, 随着科学、技术的进步, 电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明, 逐渐形成了目前的机构;50年代末, 电子元件的兴起, 就产生了电子脱扣器;20世纪末, 由于小型化电脑的发展和普及, 又有智能型断路器的问世。
就我国而言第一代是20世纪50年代的仿苏联A15, A2050的DWl、DW2和改进后的DW0型 (额定电压AC380V、额定电流200~1500A) ;第二代是1958年自行设计的在DWO基础上更新的DWIO系列 (同时代的还有DW5系列) , 其额定电压为AC380V, DC440V, 额定电流200~4000A;第三代是年代末开发.80年代投放市场的DWl5和DWXl5 (限流型) , 其额定电压有AC380V, 660V、1140V, 额定电流200~4000A;80年代初、中期, 我国相继从日本和德国引进AH和ME型的万能式断路器;第四代是90年代中研制成功并投产的DW45型智能型万能式断路器。
断路器都是由本体和附件组成。本体是不带任何附件, 但能确保顺利合、分电路, 并且有在电路或设备发生过载、短路等事故时, 自动切断故障的功能, 而附件作为断路器功能的派生补充, 为断路器增加了控制手段和扩大保护功能, 使断路器的使用范围更广、保护功能更齐全、操作和安装方式更多。目前断路器附件已成为断路器不可分割的一个重要部分。但附件并不是越齐全越好, 这就要根据具体的控制线路和保护线路来合理地应用附件, 避免造成不必要的浪费, 同时要分清电压等级, 交流或直流, 辅助触头的对数等, 如应用不当, 不但不起保护作用, 而且还会造成很大的经济损失。下面对断路器的附件功能和应用进行分析, 使用户在应用断路器附件时有所帮助。
(1) 辅助触头;与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头, 主要用于断路器分、合状态的显示, 接在断路器的控制电路中通过断路器的分合, 对其相关电器实施控制或联锁, 例如向信号灯、继电器等输出信号。万能式断路器有六对触头 (三常开、三常闭) , DW45有八对触头 (四常开、四常闭) 。塑壳断路器壳架等级额定电流IOOA为单断点转换触头, 225A及以上为桥式触头结构, 约定发热电流为3A;壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭, 约定发热电流为6A。操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。
(2) 报警触头:用于断路器事故的报警触头, 且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作, 主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣, 报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置, 接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等, 显示或提醒断路器的故障脱扣状态。由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多, 因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。报警触头的工作电流一般不会超过l A。
(3) 分励脱扣器:是一种用电压源激励的脱扣器, 它的电压可与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70~110%之间的任一电压时, 就能可靠分断断路器。分励脱扣器是短时工作制, 线圈通电时间一般不能超过1S, 否则线会被烧毁。塑壳断路器为防止线圈烧毁, 在分励脱扣线圈串联一个微动开关, 当分励脱扣器通过衔铁吸合, 微动开关从常闭状态转换成常开, 由于分励脱扣器电源的控制线路被切断, 即使人为地按住按钮, 分励线圈始终不再通电就避免了线圈烧损情况的产生。当断路器再扣合闸后, 微动开关重新处于常闭位置。但万能式DW45产品在出厂时要由用户在使用时在分励脱扣器线圈之前串联一组常开触头。
(4) 欠电压脱扣器:欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时, 使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器, 当电源电压下降甚至缓慢下陶到额定工作电压的70%至35%范围内, 欠电压脱扣器应运作, 欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35%时, 欠电压脱扣器应能防止断路器闭全;电源电压等于或大于85%。欠电压脱扣器的额定工作电压时, 在热态条件下, 应能保证断路器可靠闭合。因此, 当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时, 能自动断开断路器切断电源, 使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时, 欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧, 欠电压脱扣器通电后, 断路器才能合闸, 否则断路器合不上闸。
(1) 电动操作机构, 是用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件, 电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种, 电动机操作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器和万能式断路器, 电磁铁操作机构适用于塑壳断呼器壳架等级额定电流225A及以下断路器, 无论是电磁铁或电动机, 它们的吸合和转动方向都是相同, 仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分, 断路器在用电动机构操作时, 在额定控制电压的85~110%之间的任一电压下, 应能保证断路器可靠闭合。
(2) 释能电磁铁:这种释能电磁铁适用于万能式断路器有电动机预储能机构 (由电动储能机构使它的操作弹簧机构储能) 。当用户按下按钮, 电磁铁线圈激励后, 电磁铁闭合使储能弹簧释放, 断路器合闸。
(3) 转动操作手柄, 适用于塑壳断路器, 在断路器的盖上装转动操作手柄的机构, 手柄的转轴装在它的机构配合孔内, 转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔, 旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头, 把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上, 这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动, 来确保断路器的合闸或分闸。同时转动手柄能保证断路器处于合闸时, 柜门不能开启;只有转动手柄处于分闸或再扣, 开关板的门才能打开。在紧急情况下, 断路器处于“合闸”而需要打开门板时, 可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。
(4) 长手柄:是一种外部加长手柄, 直接装于断路器的手柄上, 一般用于600A及以上的大容量断路器上, 进行手动分合闸操作。
(5) 手柄闭锁装置:是在手柄框上装设卡件, 手柄上打孔然后用挂锁锁起来。主要用于断路器处于合闸工作状态时, 不容许其他人分闸而引起停电事故, 或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时, 以防被人误将断路器合闸, 从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。
(6) 接线方式:断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式, 用户如无特殊要求, 均按板前供货, 板前接线是常见的接线方式。
(1) 板后接线方式:板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器, 不必重新接线, 只须将前级电源断开。由于该结构特殊, 产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉, 需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用, 因此安装时必须引起重视, 严格按制造厂要求进安装。
(2) 插入式接线:在成套装置的安装板上, 先安装一个断路器的安装座, 安装座上6个插头, 断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓, 安装座预先接上电源线和负载线。使用时, 将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了, 只要拔出坏的, 换上一只好的即可。它的更换时间比板前, 板后接线要短, 且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此目前我国的插入式产品, 其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧, 并应将断路器安全紧固, 以减少接触电阻, 提高可靠性。
(7) 抽屉式接线:断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的, 在主回路和二次回路中均采用了插入式结构, 省略了固定式所必须的隔离器, 做到一机二用, 提高了使用的经济性, 同时给操作与维护带来了很大的方便, 增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座, 可与NT型熔断路器触刀座通用, 这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。
(1) 由线路的计算电流来决定断路器的额定电流;
(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;
(3) 按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力;
(4) 按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵铡生, 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;
(5) 按照线路上的短路;中击电流 (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。
除考虑上述一般选用原则外, 还需特别考虑把系统的故障限制在最小范围, 防止故障时扩大停电区域, 为此, 需增加下列选用原则:
(1) 断路器的长延时动作电流整定值≤导线容许载流量。对于采用电线电缆的情况, 可取电线电缆容许载流量的80%。
(2) 3倍长延时动作电流整定值的可返回时间≥线路中最大起动电流的电动机的起动时间。
(3) 短延时动作电流整定值1.1 (Ijx+1.35k Ied) 式中:Iix———线路计算负载电流;
k———电动机的起动电流倍数;Ied———电动机额定电流。
(4) 瞬时电流整定值1.1 (Ijx+klk Iedm)
式中kl———电动机起动电流的;中击系数, 一般取k1=1.7~2
1edm———最大的一台电动机的额定电流。
(5) 短延时的时间阶段, 按配电系统的分段而定。一般时间阶梯为2~3级。每级之间的短延时时差为0.1~0.2s, 视断路短延时机构的动作精度而定, 其可返回时应保证各级的选择性动作。选定短延时阶梯后, 最好按被保护对象的热稳定性肋口以校核。
在实际的设计选型中设计者要做到对开关设备熟悉且在遵循上述原则的前提下结合当地供电习惯及个人的工作经验合理的选择低压配电断路才能确保供电的安全性、可靠性及动作的;准确性。从而确保用电质量。
摘要：断路器广泛应用于低压配电系统中, 是一种保护电器元件。在设计低压配电系统时, 应注意断路器的选择性, 对断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定, 确保充分发挥过电流脱扣器的作用;当环境温度大于或小于校准温度值时, 应根据制造商提供的温度与载流能力修正系数来调整低压断路器的额定电流值。
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