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论低压断路器的选择和应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/18 1:43:38   

 关键词:  断路器 低压断路器

低压断路器用途广泛,它不仅用于主干线、支路、电路末端等作线路(电缆、电线)及电气设备的不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障的保护,还应用于各种负载,如照明回路、电热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等的单独使用和保护。负载的性质不同,选用断路器的额定电流和保护特性也有差异。

 1电灯(白炽灯)、电热器回路
  这些回路基本上是电阻负载,选用的是小型断路器(MCB)。断路器的额定电流理论上是In≥IL(In为断路器额定电流,IL为线路或电气设备的额定电流)。若In取≤IL,MCB可能发生误动作,所以国际上很多国家将用于白炽灯、电热回路的断路器In选为( 1.1~1.15)IL。
  白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流(由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程),最大闪流可达10IL,故在选用小型断路器时应选用C型(瞬动电流整定值5~10倍In)。

 2高压汞灯、钠灯、金属卤化灯等的回路
  
  小型断路器的In≥(1.2~1.4)IL
水银灯等的特点是电流的畸变率(系数)达15%,起动时,因镇流器电感因素,将产生冲击电流,但起动的时间也较长。为此,水银灯等的保护用断路器,其瞬动电流应选用C型。
  3 电动机回路
  作为电动机回路直接保护的断路器可采用电动机保护型断路器,它的过载保护有1.2In、1.5In、7.2In(可返回特性),短路瞬动为12In。这种断路器的额定电流In=IM(IM为电动机的额定电流)。假如无法找到电动机保护型断路器,也可使用一般配电保护型断路器,但这种配电型断路器仅能作电动机的短路保护(线路的过载保护采用热继电器)。
  由于这种配电型断路器无躲过电动机起动电流的可返回特性,为了避免电动机起动时断路器动作(包括电动机采用Y-Δ起动器等,在起动、运转瞬间的过渡性冲击电流),所以它的额定电流取得较高。日本有关标准(包括一些公司的产品样本介绍)规定:当电动机额定电流IM≤50A时,断路器的额定电流In≤3IM,当IM>50A时,In≤2.5IM,而瞬动电流仍取10In(倘额定电流不放大,则瞬动电流必须大于14IM),断路器的额定短路分断能力≥电动机的短路电流。
 4 电容器回路
  国际电工委员会IEC和德国DIN标准都规定,电容器单元必须长期在这样的电流下工作,即:它的有效值不会超过在正弦电压和额定频率时流过电流的1.3倍,对于大多数使用场合中的电容器单元可不采用过载保护,它可使上一级电网通过滤波回路进一步消除谐波。
  对于短路保护,最普遍的是采用熔断器(此时熔断器的额定电流应是电容器额定电流的1.6~1.7倍),也有很多使用电容器的地方,它的短路保护选择塑料外壳式断路器(MCCB)。
电容器的保护开关(熔断器、断路器)必须符合以下三条要求。
(1)应能承受电容器产生的涌流;
(2)保护开关、电器应有不重燃性;
(3)熔断器或断路器的短路分断能力应大于电容器的短路故障电流。
  电容器合闸投入运行时,由于端电压不能发生突变(由零变到额定电压),其情况有如短路,因此有较高的频率和较大幅值的浪涌电流(涌流)。
  单个电容器的涌流峰值按公式(1)计算
Im=IC(1)
式中:
Im--涌流峰值A;
S--电容器安装处的短路容量,kVA;
Q--电容器的无功功率,kVAR;
Ic--电容器电流,A。
  为了抑制电容器开断时的过电压和合闸涌流,集中补偿的电容器一般是装切合电阻的。要求加装切合电阻后,将Im降下来。加装切合电阻后,涌流(峰值)可降到16Ic,有效值为11.3Ic,因选用的断路器额定电流In=(1.3~2.0)Ic,对断路器来说 假如它的瞬动电流整定值为10In则完全可以躲过电容器的峰值电流Im。
  当Im、Q和IC可知时,可以求出S值,由S值可以算出电容器的短路电流。
  用塑料外壳式断路器作电容器回路保护时,断路器的额定电流较常见的是In=1.5Ic;断路器的额定工作电压应≥电容器的工作电压。
  表1为推荐的电容器保护用塑料外壳式断路器规格和二者的主要参数。

 5焊接机(点焊机、电弧焊机)回路
  交流电弧焊机、钢板点焊机、储能点焊机等焊接机的工作电流是间断的、脉冲的,因此选用断路器时,必须进行计算才能确定。
设点焊机(电弧焊机)的最大工作电流为Ia,由于是间断工作,某一时刻Ia=0,热等效等值电流Ie为:
I2at1+O2t2=I2e(t1+t2)(2)
式中:
t1--焊接时间,t2--休息时间(间歇时间)
∴Ie===Ia=Ia
T=t1+t2=点焊周期,α=称为使用率。
(例:设Ia=100A,t1=0.3sT=3sα==0.1,则Ie=
Ia=100=32A)
  工作电流Ia所引起的发热是按一齿形波规律的。实践告诉我们,使用率a越小,热平均温度Te与最高温度TM的差就越大。但是在大部分时间内热等效连续电流超过热平均温度的电流,为了防止断路器的过载长延时脱扣器误动作,一般选择断路器的额定电流In时,In=(1.2~1.3)Ie。
由上例可得In=321.2~1.3=38.4~41.6A
断路器的额定电流可取In=40A。
  对于大多数而言规律性间断工作的焊接机的使用率α取0.5。
  同类型的多台焊接机,它们各自的最大工作电流为Ia,α大致相同,设共有N台,则:
Ie=Ia=NIa
  平衡接于三相时,总干线的断路器额定电流
In=NIa
  表2为不同参数的焊接机选用的断路器规格。
  焊接机非凡是电弧焊机,起动瞬间电弧被短路而尚未引弧,因此电阻很小,电流很大,电焊变压器一次侧(原边)可能有8~14倍的额定电流。随着电弧的引燃和稳定,电阻及电流也逐渐稳定,这种现象称为过渡性闪流。
  由于使用焊接机时要频频发生过渡性闪流,当采用瞬动整定电流为(5~10)In的小型断路器(MCB)或瞬动整定值为10In的塑壳式断路器作保护时,常会在此过渡性闪流下产生误动作。
对于断路器的瞬动电流整定值,国外推荐按公式(3)计算而求得。
Is=×B  (3)
式中:
P--焊接机容量,kVA;
E--线电压,V;
B--过渡性闪流与额定电流之比(B的范围为8~14);
Is--断路器瞬时脱扣电流,A。
式(3)可作用户选择时的参考。
  多台焊接机同时产生过渡性闪流的情况很少,但二台焊接机有可能相隔很短的时间起动,因此按式(3)计算的Is再乘一个安全系数1.2。
  应该说明,断路器是安装在电焊变压器的一次侧(原边)的。

  6可控硅整流回路
  可控硅整流回路的交流侧安装断路器。断路器的额定电流≥1.4IL(IL为整流设备的额定电流),三相全波整流,变压器一次侧的畸变率为30%,因此不宜选用全电磁型(油杯式)断路器,只能选择开断速度快,全分断时间短的热动--电磁型塑壳式断路器。
 
  7 变流器回路
  电压源逆变器和电流源逆变器,用于按正弦交流电压设计的恒速电动机,根据负载的要求,调节电动机的转速实现节能。对变流器回路,断路器的额定电流In为≥(1.4~2)IL。变流器回路的输入电流的畸变率达90%,高次谐波占有率很大,应采用热动--电磁型塑料外壳式断路器。

  8变压器一次回路
  这里说的是低压变压器,即高压(原边即一次侧)电压不高于400V。断路器的额定电流In≥(1.2~3)Ir(Ir为变压器一次侧额定电流)。此种回路的特点是变压器励磁冲击电流为额定电流的10~20倍。所选的是专门针对变压器保护要求的非凡塑壳式断路器。

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