低压断路器（精选10篇）
低压断路器 篇1
低压断路器按技术先进程度分为智能型和非智能型2种, 功能上各有特点。笔者现对这2种低压断路器的型式及选用提出浅见, 与同行共商。
1 智能型低压断路器
智能型低压断路器同时具备非智能型低压断路器的功能。适用于交流频率50 Hz, 额定电压380—1 140V, 额定电流400—6 300 A的配电网中, 用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。智能型低压断路器的主要优点是使用了高速可通信智能微控制器, 实现了断路器智能化保护等功能。该型断路器带有开放式通信接口, 可实现“四遥”, 满足集控中心自动化系统的要求。其主要技术性能如下。
(1) 智能型低压真空断路器采用新型智能微控制器, 具有多种保护功能, 可实现选择性保护, 动作准确, 还可以根据用户需要增加通信接口, 实现遥控、遥调、遥测、遥信等功能。与空气断路器相比, 该断路器使用寿命长、短路分断次数多、灭弧能力强、真正实现零飞弧。可用于目前空气断路器无法或不适宜使用的场所。
(2) 智能型低压真空断路器按极数分三极、四极, 按操作机构的控制方式分电动机储能操作、手动储能操作, 按安装方式分抽屉式、固定式, 按脱扣器种类分智能型控制器、欠电压瞬时 (或延时) 动作脱扣器、分励脱扣器等。该型断路器具有过载长延时反时限、短延时反时限、短延时定时限、瞬动功能, 可由用户自行设定, 组合实现所需的保护功能和单相接地保护功能等;具有显示功能, 可对正常运行电流、整定电流和动作显示;具有报警功能, 可对过载进行报警;具有自检功能, 可进行过载保护和微机自诊断。
2 非智能型低压断路器
非智能型低压断路器适用于交流频率50 Hz, 额定电压380—1 140 V, 额定电流400—6 300 A的配电网中, 用来分配电能及保护线路和电源设备的过载、欠电压和短路, 在正常条件下也可作为线路的不频繁转换之用。其类型按选择保护性能分为选择型和非选择型;按传动装置分为正面手柄直接传动、电动机传动;按脱扣器种类分为具有过流脱扣器和分励脱扣器、具有过流脱扣器、欠压瞬时 (或延时) 脱扣器;按过电流保护种类分为过载及短路均瞬时动作 (电磁式) , 过载长延时及短路瞬时动作 (热—电磁式或电子式) , 过载长延时、短路短延时及特大短路瞬时动作 (电子式) , 过载长延时及短路断延时动作 (电子式) ;按进出线方式分为板前进出线 (垂直进出线) 、板后进出线 (水平进出线) 、板前进线板后出线 (垂直进线、水平出线) 、板后进线板前出线 (水平进线、垂直出线) ;按是否有预贮能分为无预贮能 (贮能及闭合操作一次完成) 、有预储能 (储能及闭合操作二次完成) ;按欠压脱扣器分为欠电压瞬时脱扣器、欠电压延时脱扣器。
有预储能和无预储能的合闸特性分析。无预储能低压断路器, 当启动合闸按钮接通时, 设备从储能到断路器触点闭合需要一个机械储能过程。这种断路器的工作特点是有一定的机械合闸时间。有预储能低压断路器, 合闸前先预储能, 按下储能按钮, 机械储能过程完成, 按下合闸按钮, 合闸线圈得电吸合, 断路器瞬间合闸。该型断路器把机械储能过程在合闸前预完成, 减少了合闸指令发出后的机械储能时间。这种断路器的工作特点是无合闸机械延时, 把机械储能与合闸分为两步执行, 这在有特殊要求和自动化控制电路中具有优势。
3 低压断路器的选型技术原则
低压断路器的一般选型原则是:①断路器额定电流≥负载工作电流;②断路器额定电压≥电源和负载的额定电压;③断路器脱扣器额定电流≥负载工作电流;④断路器极限通断能力≥电路最大短路电流;⑤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;⑥断路器欠电压脱扣器额定电压为线路额定电压;⑦断路器瞬动电流及电动机启动电流为2.0—2.5倍电动机工作电流。
4 低压断路器选型注意事项
低压断路器选型前, 要首先了解断路器的工作原理和被保护设备的保护要求, 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。当低压断路器在电气线路或水电站中用作准同期合闸设备时, 使用非智能型有预储能和无预储能断路器是有差别的。根据有预储能和无预储能断路器工作原理分析, 有预储能断路器作为准同期合闸设备时, 人工预先使断路器预储能, 当准同期合闸信号发出到主触头闭合, 对于无预储能断路器只有一个合闸过程, 机械预储能已提前完成。而无预储能断路器从同期合闸信号发出到主触头闭合要执行多出一段机械预储能时间。如此一来, 在作为电气线路或水电站准同期并网设备时, 往往在断路器主触头闭合时可能已经越过最优同期点, 失去最理想的同期合闸时间。使用有预储能万能式低压断路器作为同期点并网合闸设备, 可消除断路器在同期合闸信号发出后出现的上述现象。
低压断路器 篇2
一、配电用低压断路器的选择
配电用低压断路器，主要指低压网络中专门用来分配电能的电器，包括电源开关和负荷支路开关。选用这类断路器应注意以下几点:(1)断路器的额定工作电压不小于线路额定电压，电流不小于线路计算负荷电流。(2)断路器的额定短路通断电流不小于线路中可能出现的最大短路电流。如果所选断路器的额定电流与线路计算负荷电流相符，但额定短路通断电流小于线路的最大短路电流，则必须提高选用断路器的额定电流，即按线路的计算负荷电流选择过电流脱扣器的额定电流。(3)线路末端单相对地短路电流不小于1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣器，整定电流。(4)断路器欠压电流脱扣器的额定电压等于线路额定电压; 具有短延时的短路器，若带欠压脱扣器，则脱扣器必须是延时的，其延时时间不小于短路延时时间;断路器的分励脱扣器的额定电压等于控制电源电压;电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。
二、电动机保护用低压断路器安装问题
电动机保护用低压断路器:一类是断路器只起保护作用而不担负正常操作;另一类是断路器担负保护和不频繁操作这两项任务。选择后一种断路器时应考虑操作条件和电寿命。选择电动机保护用断路器的一般原则是:长延时电流整定值等于电动机额定电流和瞬时整定电流:保护笼型电动机时，瞬时整定电流为8倍~15倍的电动机额定电流，具体数值随电动机的型号、容量和起动条件而定。
低压断路器的安装应满足以下要求:
(1)安装前应检查断路器的规格是否符合使用要求，应将断路器操作数次，检查机构动作是否灵活和分、合是否可靠。应使用500伏兆欧表测量断路器的绝缘电阻，以在周围空气温度为20℃±5℃和相对湿度为50%~70%测得的电阻不小于10MΩ为合格。否则，断路器应作干燥处理。
(2)应严格根据产品说明书规定的位置(如垂直)安装，否则将影响脱扣器动作的准确性和通断能力。
(3)断路器的安装应平稳，不得有附加机械应力。否则，对于塑壳式断路器，其绝缘基座可能因受拉力而损坏，脱扣器的牵引杆(脱扣轴)因基座变形而卡住，影响脱扣动作;对于抽屉式断路器，可能影响其二次回路连接的可行性。
(4)为防止发生飞弧，安装时应按产品说明书的规定在灭弧罩上部留有一定的飞弧空间。对于塑壳式断路器，进线端的裸母线应包上200mm长的绝缘物，有时还需要在进线端的各相间加装隔弧板(将其插入绝缘外壳上的燕尾横槽中)。
(5)电源进线应接在灭弧室一侧的接线端上(上母线上)，接至负载的出线应接在脱扣器一侧的接线端上(下母线上);出线端的连接线截面应严格按规定选取，否则，将影响过电流脱扣器的保护特性。
(6)某些塑壳式断路器(如DZ10系列)，只有取下盖子才能安装，但其操作机构在出厂时就调试好，所以卸装盖子时操作机构不得串联，
如果是带插入式端子的断路器(如DZ12-60型)，安装时应将插刀推到底，并把下方的安装压板旋紧，以免碰撞而脱落。
(7)带插入式端子的塑壳式断路器，应装在金属箱内(只有操作手柄外露)，以防止操作人员触及接线端而发生事故。凡是设有接地螺栓的断路器，都应可靠接地。
(8)对于带电动机操作机构的塑壳式断路器，应装上显示断路器工作状态的指示灯。因为这种断路器装好后，无法通过操作手柄的位置来判断断路器是处于合闸还是分闸状态。
三、低压短路器的使用与维护
断路器是一种比较复杂的保护电器，要善于使用和维护，才能使它完成预定的任务。在使用和维护过程中一般应注意以下几点:
1.投入使用前，应扫除断路器上的尘土，擦去各电铁工作面(如失压脱扣器磁系统的吸合面)的防锈油脂，并检查各紧固螺栓是否拧紧。
2.断路器内各脱扣器的整定电流、铁芯气隙、活动部件间的距离和调整螺栓等，通常在出厂前就已调整好，使用时不得随意变动，以免因脱扣器的动作特性变化而发生误动作或造成事故。
3.如果断路器有双金属片脱扣器，而工作场所的湿度又高于其整定值，则应降容使用;如果脱扣器的工作电流与整定电流不符，则应在专门的校验设备上将其调整后才可使用。
4.有双金属片脱扣器因过载而分断后，不得立即“再扣”，一般需冷却1min~3min，在双金属片复位后，才可“再扣”。
5.操作机构每使用一定时间(1年~2年)，应在其传动机构部分添加润滑油(小容量塑壳式断路器除外)。每隔一段时间(6个月至1年，或在定期检修时)应清除断路器上的粉尘和异物。
6.定期检修时，应在不带电的情况下合、分闸数次，以检验断路器动作的可靠性。如果发现传动机构有卡塞现象，可添加适量润滑油，并在加油后立即操作数次，以使润滑油渗入各转动轴销。定期检查触头接触面的状况，发现有污垢和烟灰时，应使用丙酮或其他溶剂将其擦去;发现有毛刺时，应使用细锉清整;发现更换的弧触头磨损到只有原厚度1/3时，应予以更换。
7.对分断过短路电流或长期运行的灭弧室，要清除其内壁和栅片上的黑烟灰和金属颗粒。如果是陶土灭弧室，投入使用前应将其烘干，以使它具有良好的绝缘性能。
8.应定期检查各脱扣器的电流整定值和延时;对半导体脱扣器，则应定期用试验按钮检查其动作情况。
参考文献:
[1]电气设备及自动化控制 [M] . 北京:煤炭工业出版社，.
[2]雍静. 供配电系统 [M].北京:机械工业出版社，.
[3]安顺合 . 电气设备安全运行与维修手册[K].北京:机械工业出版社，.
[4]万承远.电气控制技术 [M] .北京:机械工业出版社，.
浅谈低压断路器的选择及应用 篇3
关键词：低压断路器；额定电流；脱口器额定电流；极限通断能力；过负荷保护；短路保护
低压断路器（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。在配电线路中起到通断电路，还具有过负荷保护、短路保护、欠电压保护和漏电保护等作用。
低压断路器操作简单、使用方便、体积小，广泛应用于低压配电系统各级馈电线路、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护，低压断路器是工程中应用最广泛的低压电器之一。
1、首先应根据应用环境及相应的电气要求，来确定低压断路器的类别，低压断路器有诸多分类方式：
1.1 按照使用类别划分：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）；
1.2 按结构型式划分：万能式（框架式）断路器和塑壳式断路器；
1.3 按灭弧介质划分：分为空气式和真空式；
1.4 按操作方式划分：分为手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作；
1.5 按操作方式划分：单极式、二极式、三极式和四极式；
1.6 按安装方式划分：可分为固定式、插入式、嵌入式和抽屉式等。
低压断路器的额定电流范围很大，（4A～～5000A）。
2、其次，应根据电气环境、所带负荷来确定低压断路器的主要电气参数。
2.1 低压断路器的额定电压、额定电流的确定。
2.1.1 由线路的计算电流来决定低压断路器的额定电流：
IrQ≥Irt IrQ—断路器壳架等级的额定电流，A；
Irt≥Ic Irt—反时限过电流脱扣器的额定电流，A；
Ic—线路的计算负荷电流，A。
2.1.2 反时限过电流脱扣器的整定值
Iset1≥Ic Iset1—反时限过电流脱扣器的额定电流，A；
Iset1≤IZ Iz—导体的允许持续载流量，A。
2.1.3定时限过电流脱扣器的整定值
Iset2≥Krel2[I Stm1+ Ic（n-1）]
Iset2—定时限过电流脱扣器的额定电流，应躲过短时间内出现的负荷尖峰电流 A；
Krel2—低压断路器定时限过电流脱扣器的可靠系数，Krel2=1.2；
I Stm1—线路中最大一台电动机的起动电流，A；
Ic（n-1）—除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算的负载电流，A。
2.1.4 瞬时过电流脱扣器整定值
瞬时过电流脱扣器额定电流Iset3，应躲过配电线路的尖峰电流，即：
Iset3≥Krel3[I'Stm1+ Ic（n-1）]
Krel3—低压断路器瞬时脱扣器的可靠系数，考虑电动机电流误差和断路器瞬动电流误差，Krel3=1.2；
I'Stm1—线路中最大一台电动机全起动电流 A，它包括非周期分量和周期分量，其值可取电动机起动电流IStm1的2倍；
Ic（n-1）—除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算的负载电流，A。
2.1.5 低压断路器的电压要求
2.1.5.1 断路器的额定电压应大于等于电源和负载的额定电压。
2.1.5.2 断路器的欠电压脱扣器额定电压等于配电线路的额定电压。
2.1.6 按照线路上的短路冲击电流（即短路全电流最大瞬时值）来校验断路器的额定短路的接通能力（最大电流预期峰值），即后者应大于前者。
2.1.7 按照线路计算的最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性，即线路最小短路电流不小于断路器短路整定电流的1.3倍；
2.1.8 按照线路计算的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力。
3、低压断路器的其他特性与技术参数：
3.1型式：低压断路器型式包括极数、相数、额定功率、灭弧介质、闭合方式和分断方式。
3.2 额定工作制：断路器的额定工作制可分为8小时工作制和长期工作制。
3.3 辅助电路参数：断路器辅助电路参数主要为辅助特点特性参数。万能式断路器一般具有常开接点、常闭接点各3对，供信号装置及控制回路用；塑壳断路器一般不具备辅助接点。
3.4 断路器特性参数还具备脱扣器型式及特性、使用类别等。
4、智能化低压断路器的选择与应用
4.1 智能化低压断路器通过中央控制系统，进入计算机网络系统。微处理的引入，大大增强了低压断路器的保护功能，其中的短延时可设置成I2t特性，主要为与后一级相匹配，并实现接地故障保护。
4.3带有微处理器的智能化脱扣器的保护特性方便调节，还可根据实际需求设置预警特性。
4.4 智能化低压断路器可反映负载电流的有效值，消除输入信号中的高次谐波，避免高次谐波引起的误动作。
4.5 微处理器还可以提高低压断路器的自身诊断功能和监视功能，可测量电流、电压、功率因数、频率等，并且利用视频显示装置显示其结果。
4.6 智能低压断路器报警功能
该类断路器内部温度升高超过允许值时，或者当触头磨损量。超过限定制时，断路器能动作，发出警报信号。
4.7 智能断路器对电动机的保护，动作准确、调节整定的范围宽，可以对电动机起到很好的过载保护、断相保护、三相不平衡保护和接地故障保护。
4.8 智能化低壓断路器与计算机控制系统组成网络，可自动记录低压断路器的运行状态，并应对其运行情况加以控制，如实施遥控测量、遥控控制以及信息遥控传递，而且智能化低压断路器是低压断路器的重要发展方向。
低压断路器是建筑电气中应用最为广泛的电器元件之一，广泛应用在动力、照明等配电线路中。
合理的选择低压断路器，可以更好的保护配电线路。对供电线路、电动机配电等起到过载保护、短路短延时保护、短路瞬时保护、接地故障保护等。创造良好的供电环境，使供电更加安全、可靠，更好地为人们的工作、生活服务。智能化低压断路器的使用，会使我们提高供电质量，利用电能更加科学化、智能化。‘
参考文献：
[1]《低压配电设计规范》北京，中国计划出版社，GB50054-2011.
[2]任元会等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力工业出版社，2005.
浅析低压断路器选型 篇4
低压断路器按用途可分为配电断路器、保护断路器、灭磁断路器和漏电断路器等, 目前, 生产厂家研制出具有高科技高性能的新型智能型和非智能型断路器产品, 现主要对智能型和非智能型低压断路器选型设计提出浅析认识, 供同行参考, 不恰之处请同行赐教。
1 智能型低压断路器
智能型万能式低压断路器是用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害, 自动化程度极高, 智能型万能式低压断路器的主要优点是在设计和使用了CAN总线高速可通信智能微控制器与上位机实现监控的断路器智能化保护等功能。该断路器选择性和保护精确, 同时带有开放式通讯接口, 可进行四遥, 正常运行电流显示, 过载报警, 过载保护, 微机自诊断, 可满足集控中心自动化系统的要求。
2 非智能型万能式低压断路器
(1) 断路器按选择保护性能分选择型和非选择型。按传动装置分正面手柄直接传动和电机传动。按脱扣器种类分过流脱扣器和分励脱扣器, 具有欠压瞬时 (或延时) 托扣器装置。电流保护分过载及短路均瞬时动作 (电磁式) 和过载长延时及短路瞬时动作 (热-电磁式或电子式) 。过载长延时、短路短延时及特大短路瞬时动作 (电子式) 。按进出线方式分板前进出线 (垂直进出线) 和板后进出线 (水平进出线) 。按是否由预贮能分无预贮能 (贮能及闭合操作一次完成) 和有预贮能 (贮能及闭合操作二次完成) 。按欠压脱扣器分欠电压瞬时脱扣器和欠电压延时脱扣器。
(2) 有预储能和无预储能的合闸特性分析。通过对2种典型的低压断路器无预储能和有预储能断路器自身二次回路工作原理分析可知, 无预储能低压断路器, 当启动合闸按钮接通时, 设备从储能到断路器接点闭合需要一个机械储能过程到合闸, 这种断路器自身的工作特点有一定的机械合闸时间;有预储能低压断路器, 合闸前先预储能, 按下储能按钮, 机械储能过程完成, 当按下合闸按钮, 合闸线圈得电吸合, 断路器借助储能弹簧的收缩力瞬间合闸, 断路器把机械储能过程在合闸前已预完成, 减少了合闸指令发出的机械储能时间, 这种断路器自身的工作特点是无合闸机械延时性, 把机械储能与合闸分为两步执行, 该特点在有特殊要求和自动化控制电路中尤为重要。
3 低压断路器选型注意事项
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。当低压断路器在电气线路或水电站中作准同期合闸设备时, 使用非智能有预储能和无预储能断路器是有差别的。根据有预储能和无预储能断路器工作原理分析, 有预储能断路器作为准同期合闸设备时, 人工预先使断路器预储能, 当准同期合闸信号发出到主触头闭合相对于无预储能断路器是一个合闸过程, 把机械预储能到合闸分两步执行, 而无预储能断路器把同期合闸信号发出到主触头闭合要执行2过程即机械预储能时间。该断路器作为电气线路或水电准同期并网设备时, 往往在断路器主触头闭合发电机很有可能已经越过最优同期点, 失去最理想的同期合闸时间 (自动准同期性能好的设备也调节发出合闸信号的导前时间) 。使用有预储能万能式低压断路器作为同期点并网合闸设备可取消断路器在同期合闸信号发出后出现的上述现象。
4 结语
随着用电设备性能的不断提高, 对供电系统提出了“无触点化、超导化、智能化、网络化”的电气新技术日新月异。安全、经济、可靠、合理选择设备显得尤为重要。以上浅析了低压断路器的选型设计, 旨在说明在电气设备选型时必须要充分了解电气设备的工作原理和主要技术参数等, 从而保证电气设备的选型设计质量。
摘要：现市场上低压断路器品种繁多, 从第一代的电磁式到第二代的电子式和发展到今天第三代的智能式, 按技术先进程度设计选用时通俗的分为智能型和非智能型两种, 但断路器的机械分合闸机构和主辅触头通断动作原理基本相同, 致使低压断路器使用场合不同时选用不当会影响使用寿命和使用要求, 现对低压断路器在电气设计时如何选型浅析如下, 供同行参考。
低压进线断路器设计的选型与应用 篇5
【关键字】低压总进线断路器额定极限短路分断能力额定运行短路分断能力框架断路器塑壳断路器
前 言
低压总进线断路器一般来讲用在变压器的低压侧，担负着对低压母线的保护作用，是相当重要的低压设备，如果低压总进线断路器选择不合理，那么就不能及时并且准确地切断线路从而控制故障，这样会造成大范围的停电而影响居民的生活以及相关生产和无可估量的经济损失。解决问题的关键是我们如何正确合理地选择低压总进线断路器。下面就结合多年来在实际应用中积累的经验，谈一谈自己在低压总进线断路器设计的选型与应用方面的观点。
1、断路器短路分断能力
断路器分断能力有两个参数来体现：一个参数是断路器的额定极限短路分断能力Icu，这个参数的试验操作顺序是0-t-co（0表示分断操作，t表示时间间隔，通常为3min，co表示接通操作后紧接着分断操作），按照规定的试验顺序运行以后，断路器不再需要再考虑继续承载它的额定电流的能力。另一个参数是断路器的额定运行短路分断能力Isc，这个参数的试验顺序是0-t-co-t-co，按照规定的试验顺序动作以后，断路器则需要考虑继续承载它的额定电流的能力。
要想更有效的满足电力系统的要求，在设计选型中要怎样正确、合理地选用断路器的这两个参数呢？这个问题，低压的一些相关资料中都没有明确的规定，但是大多数的有关低压手册中有这样的说明：对于断路器的额定短路通断能力应该等于或大于线路中有可能出现的最大短路电流，通常按有效值来计算，但是没有明确指出具体的是额定极限短路分断能力还是额定运行短路分断能力。但是如果从以下几个方面考虑的话，我认为对于低压总进线断路器我们应该采用断路器的额定运行短路分断能力来选择是比较合理的。
首先是可靠性方面。从可靠性方面考虑的话我们选择断路器的依据是额定运行短路分断能力，因为额定运行短路分断能力能够保证断路器在断开短路电流以后，依旧继续承载它的额定电流，这样可以减少断路器再次出现故障的可能性，从而保证断路器可靠地运行，尤其是近年来生产的智能型断路器，在设计中采用国际先进技术，不仅体积小、飞弧短、智能性强、外形美观，而且断路器的额定运行短路分断能力比较高，充分考虑到了电力系统运行当中有可能出现的各类问题，能够可靠地分断短路电流，从而使整个电力系统运行的可靠性得以提高。
其次是经济性方面。对于老型的断路器，如果依据运行分断能力选择的话，我们就需要提高断路器的壳架电流等级，才能满足分断能力的要求；新型断路器则不然，虽然新型断路器的运行短路分断能力比较高，我们一般不需要提高断路器壳架电流等级来满足分断能力的要求，但是新型断路器的价格比同电流等级的老式断路器价格要高。因此依据运行分断能力来选择断路器，这样会增加投资成本。
不过，由于需要低压总进线断路器的数量比较少，由它引起增加的投资，在整个投资中所占的比例非常小，并且低压总进线断路器的重要性又非常高，如选择不合理，断路器的故障或误动都将造成较大范围的停电和给电力用户造成直接的经济损失，从而影响到相关生产和人民群众的生活，所以，从经济性方面考虑，为了使低压总进线断路器的可靠運行，妨患于未然，从而保障电力系统安全运行增加一些投资成本，在安全上、经济上都是非常值得的。
随着科技的飞速发展和不断创新，老式的断路器目前已经被新型的智能型断路器所替代。随着电力系统可靠性、灵活性、智能性的进入，用电质量的提高，智能型断路器的投入，投资成本的增加已经不再是问题，而是一种必然的选择。
2、断路器结构型式
低压断路器按照结构型式可以分为两大类：塑壳断路器和框架断路器。没有特殊要求的情况下我们通常优先选用框架式断路器作为低压总进线断路器，这是毫无疑问的，因为框架断路器的过电流脱扣器是智能型的，即是可调的，具有选择性，而且在设计方面大胆创新，更方便调试和维修。另外框架断路器还具有结构采用模块化（附件可自由组合）、体积小、高短路分断能力、飞弧短、重量轻等优点，同时备有通讯接口，可实现“四遥”功能，以上的这些特点更加适应现在电网容量不断扩大、电力系统要求不断提高、低压配电和控制逐步智能化的趋势。所以，对于容量比较大、要求比较高的重要负荷选择框架式断路器是最合理的，不过作为低压总进线断路器选择框架式断路器并不是绝对的。随着科技的发展，在某些电力场合也是可以选择新型的智能型塑壳断路器作为低压总进线断路器的。
首先塑壳断路器短路分断能力近年来有了大幅度的提高，可以根据不同用户的不同要求，进行选择，如果用户有更高要求的话，可以选择进口产品，如ABB、施耐德、西门子等厂家的产品。
其次新型塑壳断路器的容量随着电力系统和电力用户要求的不断提高，科技的不断进步，也有了大幅度的增加，对于中小型变压器及中小型变配电所，是完全可以胜任的。
再次塑壳断路器的电流脱扣器分为普通型和智能型两种，智能型塑壳断路器，其过电流脱扣器的额定值是可调的，并且在分断能力、额定电流、额定电压、体积、安装、外观、接触防护、飞弧距离、使用范围等很多方面都有了大幅度的改善和提高，技术含量等同于国际先进水平，所以，在技术要求不是很高、容量比较小的变、配电所当中，智能型塑壳断路器完全可以替代框架断路器，应该是非常经济、合理的选择。
第四从价格方面来讲，塑壳断路器和框架断路器有很大差距。在额定电流相同的情况下，上海人民的塑壳断路器RMM1-630H（65kA）/3340电动插入式板后接线的价格为3330元，而框架式断路器RMW1-2000/3 630A抽屉式水平接线、多功能智能型脱扣器（bse4）的价格为13700元。进口的断路器价格差距更大，ABB的塑壳式断路器T5S630 RP222DS/P-LSIG R630 PHR 3（50kA 四段保护，电动插入式板后接 ）的价格是16152元，而抽屉式框架式断路器E1N800 R630 PR121/P-LSIG 3P F HR（50kA 四段保护，抽屉式水平后接线，其余标准附件配置）的价格是41788元，因此在能满足要求的条件下，应该优先选择塑壳断路器。
从上面的论述，我们可以总结出，塑壳式断路器就短路分断能力而言，在某些电力场合可以用做低压总进线断路器的。
另外，对于不需要选择性保护的场合，塑壳式断路器就能够避开它的弱点，充分发挥它的优越性。
结束语
低压微型断路器的机构分析 篇6
1 低压微型断路器的机构
1.1 机构动作原理分析
微型断路器是近年来推出的大量用于家庭住宅的终端电器。微型断路器机构的分闸、合闸和脱扣的位置分别如图1中的 (a) 、 (b) 和 (c) 所示。分闸、合闸时, E点被锁扣机构锁住, 因此, 连杆BB’与连杆AB共同转动。此时, 形成了四连杆机构 (即AB、BC、O1C三杆与两轴心的连线O1O2) 。四连杆机构只有一个自由度, 只要其中一个连杆的位置确定后, 其他连杆位置也会相应确定。因此, 可实现手柄带动触头分合闸动作。
图1中的 (a) 是分闸位置, 合闸时手柄向左推动。手柄与连杆O1C是同一杆件, 手柄带动连杆O1C绕O1逆时针转动, 通过CB杆推动触头杠杆AB顺时针转动, 触头杠杆将触头推向合闸位置。当O1C转过死点 (O1C与CB同一直线时为死点) 时, 随着AB杆的转动, 主拉弹簧被拉伸。此时, 主弹簧对AB杆有逆时针方向的力矩, 通过BC杆传递, 对O1C也有一个逆时针方向的力矩。当手柄卡在外壳上时, 手柄停止转动, O1C也停止转动, 机构闭合完成。当机构合闸时, A点可视为固定点, 主拉弹簧的拉力对A点的扭矩与触头压力对A点的扭矩相等, 但方向相反, 机构处于稳定状态。触头杆上的孔是腰形的, 当触头磨损时, 主拉弹簧可拉动触头杆绕A点顺时针转动, 使触头可靠闭合, 即为触头提供必要的超程。
图1中的 (b) 是机构的合闸位置, 合闸时手柄向右推动, 手柄带动连杆O1C绕O1顺时针转动, 通过CB杆带动触头杠杆AB逆时针转动, 触头杠杆将触头推向分闸位置。脱扣是因异常电流而导致控制元件给连杆BB’一个力, 使BB’上的E点脱离EO2, 四连杆机构变成五连杆 (AB, BC, O1C, BB’四杆与两轴心的连线O1O2) , 触头在主拉弹簧的作用下迅速分断。
当异常电流通过时, 对于锁扣杆EF, F点受到逆时针方向的拉力, 导致EF绕O2逆时针转动, 跳扣杆脱离E点, 机构由四连杆变成五连杆, 断路器迅速脱扣分闸。
1.2 机构受力计算
机构受力计算的目的是确定并验证触头的压力、操作手柄的操作力, 并判断其是否满足设计要求。通过力学计算可确定各个连杆形成的角度, 进而确定各个连杆的长度和O1, O2的相对位置。
闭合位置如图2所示, 接触板关于A点的转矩平衡为:
对于接触板, 在水平方向的力值平衡为:
对于连杆AB, O2点转矩平衡为:
对于把手, O1点的转矩平衡为:
1.3 结论
通过以上对小型断路器的分析, 可以得出以下3点结论: (1) 触头压力与主拉簧的拉力成正比; (2) 触头的超额行程与触杆上的腰形、静触头的相对位置有关; (3) 主拉簧的拉力越大, 分合闸时的操作力就越大, 同时, 合闸时触头的压力越大, 分闸时的分断速度越快。
2 结束语
平面连杆连杆机构是断路器的典型操作机构, 分闸、合闸时会形成四连杆, 脱扣时由四连杆变成五连杆。通过对断路器连杆机构的分析可知各个杆在动作过程中的运动轨迹、不同状态所处的位置和受力情况, 进而可在原来的基础上推陈出新, 不断开发出更可靠、性能更强、结构更紧凑的操作机构和断路器。
Mechanism Analysis of Low Voltage Miniature Circuit Breaker
低压断路器智能测控系统设计 篇7
关键词：断路器,测控系统,MSP430单片机,复杂可编程逻辑器件
0 引言
低压断路器是电力系统中低压配电网中的主要低压电器之一,主要在不频繁操作的低压配电线路或开关柜中作为电源开关使用,实现对配电系统、输电系统和用电设备的过载、短路、接地故障以及欠压等的智能保护,确保供电系统的可靠性和安全性,应用十分广泛。随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展,断路器的保护装置己经由传统的电磁式过流脱扣器发展成采用集成电路的电子式脱扣器,直至目前出现了带高性能微处理器的智能控制器,提高了断路器的智能化程度,其保护功能也从原有的过电流保护扩展至过载、接地保护等功能;另外,还可以实时显示电网的有关参数,允许用户根据具体的情况来整定各种保护参数,具有自检测功能和预报警功能,同时提供网络通信接口,方便和计算机进行通信。本文以先进的MSP430单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心设计了一套用于智能化低压断路器的测控系统,该测控系统具有实时测量各项电网参数、过载报警与自动卸载、三段电流保护及欠压保护、通信组网、方便的保护参数整定和历史动作信息查询等功能。
1 智能测控系统总体设计
低压断路器工作在较为恶劣的电磁环境中,测控系统作为断路器内的核心控制装置,其可靠性和稳定性对保证断路器的正常工作起着至关重要的作用。由于断路器检测的交流电流的范围非常大(从几安培到几千安培不等),电流传感器出来的电压信号通常也比较高,而测控系统易受到此强电压的电磁干扰。因此,为了保证测控系统具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性,在硬件设计上,将测控系统的强电部分和弱电部分分开,即测控系统分为主机板(弱电板)和接口板(强电板),在接口板上完成信号的预处理,把强电压信号变为小电压信号,同时测控系统的驱动部分也放在接口板上,保证主机板上只有弱电信号。
2 智能测控系统硬件设计
测控系统硬件设计包括主机板设计和接口板设计。主机板需完成的功能主要有:线路电压、电流、频率等的检测与显示;根据检测结果和保护整定值进行智能判断,作出长延时、短延时、瞬时及欠电压的保护决策,并发出卸载和脱扣等控制信号;保护参数整定及历史动作信息查询;与上位监控计算机进行通信。接口板需完成的功能主要有:为接口板及主机板提供电源,信号的预处理,接收来自主机板的卸载、脱扣、合闸和分闸的控制信号,完成控制信号的驱动以便执行机构完成卸载、脱扣、合闸和分闸动作。
2.1 主机板设计
主机板硬件结构如图1所示。
本测控系统选用的微处理器是TI公司生产的具有超低功耗的MSP430系列单片机中的MSP430F149一款[1,2],该系列单片机在电力系统微机测量和保护方面得到了广泛应用,该芯片具有:2 KB RAM数据存储器,故易于实现高速存取;60 KB闪存Flash ROM程序存储器;Pl～P6共6个8位双向多功能口,引脚复用,其中,P1、P2的全部引脚具有外中断功能,可响应16个中断源;两个具有捕获功能的16位定时器Timer_A、Timer_B和一个看门狗定时器;一个具有8个外部通道的12位高性能模数转换器ADC12(ADC12的速度可高达200 k Hz),其精度、速度都已够用,不需外部扩展;两个USART接口,不需要扩展便可和上位监控计算机进行通信。
考虑到断路器在合闸、分闸时,会产生强的电磁效应,如果直接由单片机的I/O口去驱动,外部的电磁干扰可能会使单片机的程序跑飞或复位,严重影响执行效果,考虑到CPLD内部硬件结构的可靠性及快速反应性,由CPLD完成合闸、分闸和脱扣等执行信号的输出,不会存在单片机因外部干扰而使程序跑飞的问题,因此可以在很大程度上提高智能测控系统的抗干扰能力[3]。因此,测控系统中开关量的输入和输出都由CPLD完成[4]。本次设计CPLD选用的是Xilinx公司的XC9536XL,该芯片具体资料可参考其用户手册。
主机板电源电路主要将来自接口板的+5 V电源转换为主机板所需的多种电源。+3.3 V作为主机板的数字电源,为CPLD和单片机及外围电路供电,±12 V和+2.5 V作为主机板的模拟电源,其中±12 V用于为信号处理电路中运放供电,+2.5 V用于产生1.25 V基准电压。
信号处理电路包括信号调理电路和频率检测电路两部分,信号调理电路实际上是完成信号的变换。由于单片机MSP430F149片内模数转换器ADC12为单极性且参考电压为2.5 V,因此输入ADC12的信号电平应为0～2.5 V。本测控系统先采用精密的2.5 V并联稳压器LM236产生2.5 V电压,再取1.25 V作为基准,将交流信号的零点提高到基准电压,然后使用运放作电平变换,即可将信号电平变为0～2.5 V。
对电网频率的检测由频率检测电路完成的,如图2所示,原理是把来自电压互感器的正弦波电压信号经滞回比较器整形为方波,间接计算方波的频率进而得到电网的频率。
键盘和液晶显示电路构成测控系统的人机接口,用于整定保护参数和查询历史动作信息等,键盘电路采用行列扫描式键盘,液晶显示电路选用一块128×64点阵型的液晶显示模块OCM12864;实时时钟电路用于为测控系统提供时间,以记录断路器动作发生的时刻;E2PROM存储电路用于存储断路器的历史动作信息。
测控系统的通信是用单片机MSP430F149内集成的通用串行同步或异步模块USART0完成的。通信接口电路主要用于将MSP430F149的TTL信号转换为RS485信号,以方便与上位监控计算机相连,RS485收发器设计采用的是具有瞬变高压抑制功能的SN65LBC184,通信接口电路如图3所示。
2.2 接口板设计
接口板属于智能测控系统的强电板,硬件电路框图如图4所示,主要由信号预处理电路、开关量输入输出电路、电源电路、输入输出接口等构成。下面对信号预处理电路、开关量输入输出电路和电源电路进行介绍。
信号预处理电路主要用于实现两大功能:一是进行低通滤波,由于电力系统中的模拟信号其主要成分是1、3、5次谐波,本次设计采用RC低通滤波电路对6次以上的谐波和高频干扰加以滤除,低通滤波器的R取1 kΩ,C取0.47μF,则截止频率约为339 Hz,可以保证滤除掉6次以上的谐波和高频干扰;二是把电流传感器输出的强电压信号变换为主机板处理的小电压信号。
开关量输入输出电路包括脱扣电路、合分闸电路和2路卸载电路。如图4所示,本文中开关量输入信号是指手动合闸信号、手动分闸信号和来自分闸继电器的反馈信号;开关量输出信号包括脱扣信号、合分闸信号和卸载信号,图5为脱扣电路原理图。
电源电路负责给接口板上所有电路供电,并给主机板提供+5 V电源。测控系统采用外接工作电源(主电源)和辅助直流电源供电,一般情况下以外接工作电源为主。外接电源为+24 V,由变压器副边电压经整流及滤波后产生,+5 V电源由+24 V经开关稳压器LM2576-5降压产生。考虑到主电源在被保护线路的上级断路器分闸后将消失,如果要求智能测控系统仍然能够完成通信、查询历史动作信息等功能时,则需外接一个直流+24 V电源。
3 智能测控系统软件设计
测控系统需要完成的任务较多,主要有:电流、电压的采样及有效值的计算;频率的检测和计算;各种保护的判断和处理;键盘的处理;液晶的显示;通信数据的接收、处理和发送等。软件设计工作的工作量比较大,所以测控系统的软件设计采用模块化的程序设计方法。主程序的流程图如图6所示。
在主程序中,主要完成初始化、通信数据帧处理、电流与电压有效值的计算、电网频率的计算、故障保护处理和LCD刷新显示,其中初始化包括系统时钟初始化、ADC12模块初始化、Timer_A和Timer_B初始化、单片机I/O口的初始化和液晶显示模块LCD的初始化等。中断程序包括:定时器中断、键盘中断。
3.1 数据采集子程序设计
数据采集子程序包含两个中断服务子程序,一个采用MSP430F149的定时器Timer_B实现电压、电流的定时采样,另一个采用MSP430F149的定时器Timer_A的捕获中断功能实现电网频率的测量,Timer_B的定时采样子程序流程图和Timer_A的频率检测子程序流程图如图7所示。
在定时采样数据处理子程序中,采用交流采样算法,以一个周期内有限个采样数字量来代替一个周期内的连续变化的电流或电压函数值,再进行均方根值的计算[5]。测控系统对电流信号的采集,理论上采样点数越多则越能恢复原始信号,但由于受CPU速度、A/D转换时间等因素的影响,采样频率不可能太高。
如本文2.2小节所述,电力系统中模拟信号的主要成分是1、3、5次谐波,对于6次以上谐波和其他高频干扰通过信号预处理电路的低通滤波器滤除,对于6次及以下各次谐波分量用数字滤波算法加以提取。假定电网频率为50 Hz,则由香农采样定理可知,采样频率应不小于600 Hz,即每个周期的采样点数应不小于12个[6]。本测控系统对每周波采样16点,即1.25 ms采一次,设计中选用Timer_B,时钟源为8 MHz的晶振,分频因子为8,所以定时周期为1.25 ms时,比较寄存器TBCCR0的值设为4E2 H。设定Timer_B为连续增计数模式,当计数器增计数到TBCCR0的值时,Timer_B就会发生中断,这时启动A/D转换,依次对各通道电流信号和电压信号进行采样。在Timer_B的定时中断中,通过查询ADC12IFG0寄存器的状态来判断A/D转换是否完成,如果已完成就将转换数据读出,放到片内2 KB的寻址RAM里,并将事先设置的采样次数变量COUNT增1,当采样次数超过16时,将周期采样标志flag置为1,表示每周波16点的采样已经完成,可以进行有效值的计算。
定时器Timer_A工作于捕获模式,脉冲触发沿选定为上升沿。在捕获中断中读取最近两次的捕获上升沿的计数值,两次计数值的差值即为方波信号的周期,此周期值与电网周期值相等,其倒数即为电网频率值。
3.2 键盘中断子程序设计
图8给出了键盘处理子程序的流程图。
当有按键按下时,将触发键盘电路中单片机P1口的中断,进入键盘处理子程序,通过操作键盘上的菜单、上、下、左、右、确认和返回7个按键,就可根据用户的要求灵活地进行保护参数的整定及查询、历史故障记录的查询和完成一些其他设置。
4 结语
低压断路器对低压配电系统供电的安全性和可靠性至关重要,本文重点研究了断路器核心控制装置——智能测控系统的设计,该测控系统以MSP430单片机和CPLD为核心,采用“主机板+接口板”结构,有效地提高了测控系统的抗电磁干扰能力,且保护功能完善、整定方便且可方便地通过RS485总线进行通信组网,具有低成本、低功耗、功能完善和抗干扰能力强等特点,对设计和开发新一代智能型低压断路器有一定参考价值。
参考文献
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低压断路器机械寿命试验探讨 篇8
2001年12月3日, 我国发布了强制性产品认证制度 (即3C认证) , 低压断路器被纳入强制认证产品范畴。低压断路器的机械寿命试验是产品型式试验的重要组成部分, 是厂家设计生产产品的重要指标, 是检测机构的主要试验项目。
1 低压电器机械寿命简介
断路器的机械寿命 (机械耐久性) , 是指断路器在需要维修或更换任何机械部件前所能完成的无载操作循环次数, 主要取决于断路器机械结构的牢固程度、零部件的机械强度和控制线路的操作耐久性, 常常要求达到成千上万次。一个操作循环包括从一个位置转换到另一个位置再返回到起始位置的连续操作[1]。机械寿命伴随产品的整个使用过程, 机械寿命不过关, 直接导致产品的功能失效, 严重的还会引起事故, 造成人员或财产损失, 因此必须认真对待。
符合标准GB14048.2的断路器, 机械寿命试验次数列入表1第3栏, 操作频率列入表1第2栏, 根据断路器的壳架电流等级选取, 样品应模拟实际使用情况牢固安装在支架上, 在正常温度和湿度环境条件下进行试验[2]。需要注意的是装有分励脱扣器和/或欠压脱扣器的断路器, 总操作次数的10%应为闭合/脱扣操作, 分励脱扣器在最高额定控制电源电压下进行, 欠电压脱扣器在最低额定控制电源电压下进行。上述两种情况, 规定操作次数的一半在试验开始时进行, 另一半在试验末尾时进行。
2 试验系统原理与LOGO!编程
低压断路器机械寿命试验经历了人工操作—继电器控制—PLC控制三个阶段, 每个阶段的效率、准确性、稳定性都有所提高。机械寿命试验原理见图1, 系统中用西门子LOGO!230RC为主要控制器, 通过继电器控制气压电磁阀操作机械手对断路器进行合分操作, LOGO!检测样品每个周期内的合分状态, 当样品出现故障, 一个操作周期内不能完成合分各一次或合分次数已经达到设定的次数, LOGO!就会终止试验, 并发出指令驱动声光报警器。LOGO!相对PLC便宜, 可以直接操作自身按键进行编程以及对定时器等参数进行设置, 也可以通过编程软件LO-GO!Soft Comfort, 在电脑里拖拽8种基本功能和26种特殊功能通用逻辑控制模块, 轻松生成并且测试控制程序。机械寿命试验LOGO!程序控制图见图2。
3 机械寿命试验失败的现象、原因与解决方法
机械寿命试验失败可以分为内部原因和外部原因, 电器的机械结构不合理、组装工艺落后、零部件的机械强度低是内因, 生产厂要尽量改善和提高。另一方面, 试验人员应该杜绝因试验方法不正确而引起的试验失败, 如机械手的行程过大、样品安装不正确、操作速度和频率太快等。表2以统计的方式列出经过多年试验得出的机械寿命失败现象、原因和解决方法。
4 结束语
应用LOGO!的机械寿命试验系统, 在满足同样功能需求的前提下, 无论从成本、结构、编程简易程度还是后期更改参数设置上, 提高了试验效率, 较PLC都有优势。鉴于个人的能力有限, 本文提出的试验经验难免有不完善的地方, 还请读者包涵指正。
参考文献
[1]陆俭国, 张乃宽, 李奎.低压电器的试验与检测[M].北京:中国电力出版社, 2007.
[2]GB14048.2-2008.低压开关设备和控制设备:第2部分:断路器[S].
低压柜断路器的选型 篇9
1.1 低压断路器的分类
低压断路器是低压配电系统中的重要元件, 主要作用是同段控制与保护, 一方面, 低压断路器能够接通、承载、分担一般电路中的电流, 另一方面, 低压断路器还能在故障电路中短时间内起到接通、承载、分断电流的作用。根据配电系统的不同, 低压断路器的结构、使用类别、隔离情况都有所差异。若根据低压断路器的结构可分为塑壳断路器、空气断路器和小型断路器;根据低压断路器的动作速度可分为一般型断路器、快速型断路器;根据低压断路器的用途又可以分为电动机保护断路器、配电断路器、灭磁断路器以及漏电断路器。
1.2 低压断路器选型的基本要求
低压断路器应根据配电系统的容量以及控制要求进行选型, 一般情况, 低压断路器的选型应满足以下基本要求: (1) 低压断路器的选择必须满足系统线路的负载要求, 需要根据配电系统对运行控制的具体要求来选择具备不同性能的断路器。 (2) 低压断路器的选型必须综合考虑交流、频率、直流、电压等因素, 并以回路额定电压和电流作为断路器选型的主要依据。 (3) 低压断路器的整定电流应根据负载电流值来确定。 (4) 低压断路器的选型必须考虑系统的工作环境, 温度、适度、海拔、空气状况都是断路器选型的重要依据, 另外, 还必须环境污染、冲击振动等外界影响因素。 (5) 低压断路器的通断能力及热稳定能力应根据回路短路的准确参数值来确定。 (6) 低压断路器的上下两级匹配必须考虑配电系统的选择性保护要求。
1.3 低压系统各级断路器的选型原则
低压断路器的选型是一项关系到配电系统稳定性与安全性的重要工作, 各级断路器的选型必须遵循以下原则。一是低压断路器的选型必须满足线路负载性能与故障出发类别的基本要求;二是低压断路器的额定电压与频率应与线路的标称电压与频率保持一致, 且断路器额定电流必须大于各回路负载电流值;三是低压断路器的选型必须考虑周边的环境因素;四是低压断路器在短路情况下必须满足和动稳定和热稳定要求。低压断路器的选型应满足自身上下两级间的选择性动作, 在具体的应用过程中, 上级断路器多位选择性断路器, 而下级断路器则多为非选择性断路器, 必须保证上下级断路器的正常配合, 从而有效提高电影配电系统的安全性与稳定性。
2 低压开关柜断路器的选型
2.1 受电回路和母联回路
受电回路与母联回路是低压配电系统的基础回路, 在断路器的选型中可以考虑带有通信功能的框架式断路器, 从而实现回路的遥测、遥感、遥控与遥信控制, 但是对于某些容量较小的配电系统则可以选择塑壳断路器。当前的框架式断路器的智能化趋势愈加明显, 通过引入内置智能控制器, 来实现运行管理、运行保护、回路测量、运行维护以及故障报警等功能的统一。除了能够实现短路保护功能外, 智能型框架式断路器还能参与配电管理的相关控制中, 电流卸载、ZSI区域选择性联锁、自动电源转换系统等都可以借助框架式断路器来完成。在具体的断路器选型过程中, 可以为受电回路与母联回路配置短消息通知模块, 从而使断路器在电力参数异常时发出报警信号。
2.2 馈电回路
低压柜馈电回路中断路器的选型应根据具体的控制与检测要求来配置元件。当配电系统的容量较大时, 馈电回路的断路器选型与受电回路相似, 主要以实现“四遥”为目标, 配备智能化框架式断路器, 并引入智能控制器来实现配电控制功能, 特殊情况下可以考虑配置电流互感器及智能电力仪表。而当馈电回路的容量较小时, 可以选择智能化塑壳断路器、普通塑壳断路器, 然后根据实际情况来配置其他元件。如在测量精度为0.5级及以上的配电系统中, 需要配置电流互感器以及智能电力仪表, 采取电动操作架构;而在最简单的配电系统中, 则只需实现遥信功能, 可以配置手动操作的塑壳断路器以及网络I/O模块。
2.3 电动机回路
低压柜电动机回路断路器应根据电动机的启动方式来确定, 直接启动、可逆启动、星三角启动等控制方式的断路器选型存在差异。需要注意的是, 电动机保护控制器必须选择功能强大的CD4等型号, 从而保证电动机控制遥测、遥感、遥控与遥信的实现;另外, 电动机保护期还必须具备参数检测、多路开关输入、电量检测等功能。而对于仅限于启停控制的简单控制系统而言, 则只需要配置I/O模块来实现遥控、遥信两种控制功能即可。近年来, 伴随着电气自动化技术的快速发展, 出现了具备断路器、接触器、热继电器、隔离器等多种功能的电动机控制与保护开关电器, 既能实现基本的控制功能, 还具备可靠的保护功能。
2.4 无功补偿方案
低压柜断路器无功补偿方案的选择主要分为以下两种:一是智能无功补偿控制器, 能够实现遥测、遥感、遥控与遥信功能;功率因数自动补偿控制采用循环投切、过零投切与共补分补相结合的方式;测量参数则主要包括三相电压与电流、功率、功率因数、频率以及谐波等;控制器本地显示投切参数及电量参数。二是无功功率自动补偿控制器、DI模块、可通信三相电流表相结合的无功补偿方案, 该无功补偿方案仅能实现遥测、遥信功能;其中, 可通信三向电流表负责三向电流的检测, DI模块负责总开关与接触器的状态采集, 副屏与主屏实现联动控制。
2.5 控制电源
低压柜的控制电压应与主电源隔离, 并需要满足以下几点要求:一是各类控制功能的顺利实现;二是通信系统的稳定运行;三是对于现场工控机供电应选择专用回路;四是必须满足配电系统容量以及供电时间的要求;五是系统故障时提供应急照明电源。在具体的电源选择中, 操作电源应选择AC220V电源, 通信电源则采用DC24V电源, 以方便二次元件的选择, 当有两台变电压器提供电源的情况下, 可以配置自动切换装置。若10k V系统与0.4V系统处于配以变配电所时, 应选择直流屏加滞留变换器的形式, 从而有效降低系统运行成本, CW、CM、CD、CR2等系列元器件均能达到以上控制要求。
3 结语
低压断路器是低压电力系统的主要元件之一, 对于保证控制系统的安全性与稳定性都有着重要意义。在低压断路器的选型过程中, 必须考虑线路负载性能、电压与电流参数、环境因素、短路参数、选择性保护要求等因素, 确定低压断路器的配置要求。低压柜断路器的选型分受电回路和母联回路、馈电回路、电动机回路、无功补偿方案、控制电源分别考虑, 根据配电回路对遥测、遥感、遥控、遥信等功能需求情况的不同, 选择合理的断路器配置元件, 对于检测精度要求较高的配电系统则可以选择配置电流互感器与智能电力仪表。
参考文献
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我国低压断路器现状与发展动向 篇10
低压断路器是低压电器中结构最复杂, 技术含量与经济价值最高, 在低压配电系统中地位最重要的产品。品种主要有万能式断路器、塑壳式断路器 (配电保护、电动机保护) 、漏电断路器、小断路器、真空断路器、直流快速断路器。一个制造厂ACB、MCCB产品技术水平、产量、质量在行业中排名一定程度上代表了企业在低压电器行业中地位, 低压断路器产值占低压电器总产值50%以上。我国漏电电器和小型断路器从20世纪70年代开始发展, 小型断路器在我国大量推广还是在20世纪90年代以后。
万能式断路器、塑壳断路器从20世纪60年代初开始先后开发了三代产品。低压真空断路器从20世纪90年代末开始研制, 完成了DK5-630~2500A系列真空断路器, 已开始推广。但产品结构及工艺性尚需进一步完善, 产品性能有望进一步提高。直流快速断路器自20世纪80年代末完成更新换代以后, 由于使用场合不多至今没有进行新一代产品开发。本文重点分析万能式断路器、塑壳断路器与小型断路器现状与发展动向。
2 回顾与现状
2.1 万能式断路器 (见表1)
20世纪80年代引进德国AEG ME系列、日本时崎公司AH系列 (船用) 、西门子公司3WE系列, 从20世纪90年代开始, 国外各大公司ACB产品相继进入中国市场。
按行业发展史正规划分ACB开发了三代产品, 第一代产品DW10, 第二代产品DW15 (自主开发) , 引进ME、AH、3WE、AES。第三代产品DW45 (自行开发) , 是我国低压电器发展历史上推广最成功, 可靠性与经济效益最好的产品。同期引进M、F、3WN6、AE-SS、MAGNUM、M-pact等系列产品。DW16系列为第一代二次开发产品、DW15HH为第二代二次开发产品, DW450为第二代二次开发产品。
目前三代产品并存, 第一代DW10淘汰由DW16替代。2008年ACB总量已超过60万台。其中第三代产品比例按台数占45%, 按产值占80%。国内主要生产企业:上海人民、常熟开关、浙江之江、天津百利、长征九厂、上海精益、江苏凯帆、凯隆、浙江开关厂、正泰、德力西、天正等, 生产企业超过100家。ACB产品技术分析:目前国内高端产品 (第三代及改进型) 从技术水平看与国外产品差距不大。从质量水平看:少数优秀企业产品质量与国外先进水平接近, 大部分企业产品质量尚有差距。从工艺水平看:少数优秀企业已接近国外一般先进水平, 大部分企业仍有较大差距。ACB产品市场状况分析:国内产品高、中、低各个档次规格、品种产品齐全, 能满足国内各档次特别是中、低档市场需求。由于ACB产品在配电系统中的重要性, 外资企业利用其品牌、质量、性能及产品个性化、外观与可靠性等因素, 几乎霸占了我国重点工程主开关市场。
2.2 塑壳式断路器
在配电系统中作为支路保护开关, MCCB可靠工作, 既保证分支路用电可靠, 又保证整个配电系统运行安全。产品量大而广, 据统计MCCB与ACB产品台数比例约为40:1, 其产值与ACB基本相当。产品结构较复杂, 制造工艺相对要求较高。MCCB大批量生产稳定性与可靠性也能较好反映企业低压电器制造水平。产品发展回顾见表2。
常熟开关厂20世纪90年代中期完成CM1系列, 使我国标准型MCCB分断能力提高到50k A。是我国低压电器行业首次由一个企业独立完成重大系列产品开发并成功获得大批量推广, 它极大鼓舞了低压电器行业自主开发新产品积极性。CM1和随后仿制的其他产品连同S、SA系列形成我国第三代MCCB。
目前产品三代同堂, DZ10系列虽已明令淘汰, 但许多温州企业仍在变相生产, 耗费大量材料资源。2008年MCCB生产总量约为2400万台。其中第三代产品比例按台数计为30%, 按产值计为70%。生产企业超过500家, 比较混乱。主要生产企业:常熟开关、正泰、德力西、浙江开关、杭州之江、上海人民、长征电器、天津百利、TCL、江苏凯隆、北京明日、苏州法泰、天正、环宇、华通、人民、长城等。
我国第三代MCCB以CM1、S系列为代表, 相当于国外20世纪80年代中期到90年代初水平, 其二次开发产品和SA系列相当于国外20世纪90年代中、后期水平。少数优秀企业产品制造水平除自动装配线外, 其他工艺装备与制造能力接近世界先进水平, 大部分企业与国外相比仍有较大差距。
2.3 小断路器
产品量大面广, 年产量超过五亿极, 其中70%左右用于国内市场, 大部分用于终端配电与民用建筑, 其产品质量涉及千家万户用电安全与人民生命财产安全。
20世纪80年代初上海华通开关厂试制生产DZ12系列, 年产量约为200万台。天津低压电器厂试制生产DZ13系列, 产量不足百万台。由上海电科所负责设计试制的DZX19系列产品分断能力达10k A, 由于工艺不稳定未批量生产。1988年天津市引进法国梅兰日兰C45小断路器并获得极大成功, 从20世纪90年代开始以温州柳市企业为主, 大量仿制C45, 开始批量生产DZ47产品。从20世纪90年代中后期开始国外著名MCB制造商大批进入中国市场。
目前国内企业生产的MCB绝大部分为DZ47, 其水平相当于国外20世纪80年代初水平。国内由上科所自主开发DZX19、DZ30等产品由于各种原因没有投产, 企业自主开发, 投入批量生产的MCB产品几乎没有。国内生产MCB企业达数百家, 大部分生产能力与工艺水平较低, 全部采用手工装配、产品稳定性、一致性较差。部分优秀企业已采用自动检测线 (含自动包装) , 但尚未采用自动装配线。国内主要生产企业以正泰、德力西为代表的温州企业占总量近80%。其他主要企业有上海良信、TCL、苏州法泰等。国外主要制造商施耐德、ABB、西门子、海格、罗格朗等均有国内生产企业。
3 低压断路器发展涉及的关键技术
3.1 大电流电弧分断技术
随着电网容量不断增加, 对低压断路器分断能力要求不断提高, 对低压断路器分断性能提出了更高的要求。
为了提高系统运行可靠性, 新一代万能式断路器一般均达到Icu=Ics=Icw, 在提高Icu、Ics同时, 重点提高Icw。新一代塑壳断路器要求Icu=Ics, 重点提高Ics。为了提高分断性能, 主要采取以下措施。
(1) 采用双断点触头灭弧系统
双断点触头灭弧系统过去在控制电器中应用较为普遍, 其主要目的是缩小产品体积。低压断路器分断能力高, 触头灭弧系统较为复杂。如采用双断点系统, 产品结构更为复杂, 有一系列关键技术需要解决。其中最主要的两个技术难点是设计可靠的卡住机构, 又不侵犯专利, 以及两个触头闭合与断开时同步性问题, 且制造工艺要求高。为此对双断点触头灭弧系统是不是低压断路器发展方向存在明显分歧意见。随着现代设计技术不断发展与应用, 上述技术难点已经得到有效解决。作者认为作为高性能MCCB产品双断点触头系统肯定是发展方向, 是单独点结构无法比拟的。它使塑壳断路器具有更好的限流性能, 更高的分断能力, 较好实现了Icu=Ics。并为实现限流选择性保护, 以及产品小型化、高寿命、高可靠、环保等创造了更好条件。但是, 作为经济型MCCB产品, 考虑制造成本不宜采用双断点系统。因此, 对新一代高性能MCCB如何合理构成系列产品是值得探讨的问题。传统的系列型式高分断型、较高分断型、标准型、经济型结构型式基本相同, 在新一代MCCB中可能是不适宜的。
作为高性能ACB产品, 双断点触头灭弧系统也是发展方向之一。它为ACB分断性能进一步提高, 提供了更大的空间。为在极短时间内实现全电流选择性保护创造了更好条件。但是, 作为普通型 (标准型) ACB产品也不宜采用双断点系统。
(2) 运用低压电器现代设计与测试技术对触头灭弧系统进行优化设计, 并采用气吹等辅助手段使电弧快速、可靠进入灭弧室。同时, 有效控制游离气体扩散途径, 避免相间、相对地飞弧, 使飞弧距离控制在最小范围。
3.2 过电流保护新技术
低压断路器主要承担低压配电系统过电流保护以及其他各类故障保护, 目前性能基本满足了系统故障保护要求。但是, 就配电系统过电流保护看, 目前保护方式是不完善的。主要存在以下问题:
(1) 目前选择性保护一般局限于低压断路器短延时电流以下范围。当故障电流达到上级瞬动电流时, 容易造成上、下级断路器同时跳闸, 甚至越级跳闸。
(2) 由于终端过电流保护用小断路器目前均为限流瞬动型, 所以终端配电系统基本没有选择性保护。
(3) 目前系统短路时选择性保护通过短延时实现, 短延时时间一般为0.2~0.4s。对三级供电系统, 主开关短延时时间可达0.6~1s, 秒甚至更大。所以, 目前低压配电系统实现选择性保护时间较长, 对低压电器、成套装置及系统动、热稳定要求高。
(4) 配电系统运行可靠性难以保证
新一代低压断路器采用过电流保护新技术达到的目标要求主要包括两方面内容:
(1) 实现低压配电系统全范围、全电流选择性保护。
(2) 在极短时间内实现选择性保护, 整个选择性保护时间从原来1~1.2s缩短至0.2~0.5s。
为实现上述目标, 新一代低压断路器应达到以下要求:
(1) 实现全电流范围选择性保护。
(2) 新一代MCCB应具有限流选择性保护功能。
(3) 开发具有短延时保护功能MCB。
(4) 新一代ACB、MCCB均应采用区域选择性保护技术。
过电流保护新技术采用后达到的主要效果如下:
(1) 从根本上避免低压配电系统越级跳闸和故障级断路器正常分断后, 上级断路器同时分闸。使配电系统短路故障限制在最小范围, 大大提高配电系统供电可靠性。
(2) 大大缩短实现选择性保护时间, 降低电器设备动、热稳定要求, 有利于节材、节能和产品小型化。
本项技术研究与推广是低压电力系统保护与可靠运行的一次重大飞跃, 具有很好经济效益和社会效益, 值得引起电器行业和电力行业关注。
3.3 可通信与综合智能化技术
为了提高低压配电与控制系统运行可靠性以及自动化程度, 实现系统网络化是发展的必然方向。一旦系统实现网络化, 低压电器必须具有双向通信功能, 经通信适配器能与各种现场总线系统连接。工业以太网技术发展与应用, 使配电系统通信网络变得更简洁、更高效。
配电系统实现网络化, 低压断路器实现可通信后, 将使断路器智能化功能得以充分发挥, 并促进智能化功能进一步完善与扩大。从国内外新一代智能化断路器发展情况看, 将保护、测量、故障预警、自诊断、监控、能量管理等功能集中于一体。
3.4 低压断路器小型化与模块化技术
产品小型化既是低压电器技术水平的体现, 也是成套设备及系统小型化的需要。对推进电器产品节材、节能具有重要意义。低压断路器小型化主要借助于新技术、新工艺应用以及产品结构上创新, 新一代产品与第三代产品相比, 体积平均缩小20%~50%。
低压断路器模块化水平也是低压电器设计与制造能力体现, 是实现低压电器多功能、提高产品使用与维护性能的需要。低压断路器零部件、附件模块化水平一定程度上反映了一个国家低压电器研究与制造水平。断路器模块化水平包括:功能附件模块种类、标准化程度、制造工艺性、维护方便性以及模块小型化等。
3.5 低压断路器可靠性与环保技术
提高断路器可靠性以及环保技术的应用是新一代低压断路器研发工作的主要任务之一。低压断路器可靠性是低压配电系统运行可靠性的必要条件。主要包括以下内容:
(1) 动作可靠性:包括低压断路器操作可靠性和系统发生故障时保护可靠性。通过操作机构运动与受力仿真分析研究、优化零部件设计, 能有效提高低压断路器机械寿命与操作可靠性。
通过智能控制器可靠性分析研究, 以确保断路器接受故障信号后动作可靠性以及动作特性一致性等。
(2) 分断可靠性:运用现代测试技术分析断路器分断过程电弧运动与熄灭过程, 通过优化设计使断路器熄弧性能与可靠性达到最佳状态。
(3) 承受环境变化可靠性:包括气候环境变化如高、低温下动作可靠性, 电磁环境变化即EMC性能应全面符合标准要求。
(4) 内外部附件工作可靠性是目前低压断路器运行可靠性存在的主要问题, 也是新一代产品和其他新产品研发时急需解决的问题。
附件可靠性, 包括附件自身工作可靠性与整机配合可靠性以及附件之间的协调性等。
低压断路器环保技术, 包括产品制造过程, 投入系统后运行过程不污染环境, 产品寿命终了时便于回取等。
4 低压ACB、MCCB的发展趋向
(1) 国外各大公司从2000年前后陆续推出了新型ACB和MCCB, 通过最近几年的不断完善与系统扩展, 已形成了较为完善的新一代低压断路器。
万能式断路器, 见表3。
(2) 从2006年开始, 我国正式研发我国第四代万能式断路器 (VW60系列) 和第四代塑壳断路器 (VM60系列) 。预计2009年底至2010年上半年完成系列产品开发, 从2010年开始将逐步推向市场。
第四代低压断路器无论在主要技术性能、产品结构、新技术应用等方面都有重大突破与创新, 具有完全的自主知识产权。
(3) 为适应紧凑型低压配电柜需要, 许多大公司开发小型化ACB产品, 如ABB公司Emax XIN-1600为同类产品中最小, 施耐德NT-1600A、中国DW450-1600等。
上述产品通过适当降低分断指标, 明显缩小了体积。其功能与新一代ACB产品基本一致, 具有较高性价比。特别适合于箱式变电站、风电场等紧凑型配电装置。
(4) 通过优化设计、增容使原有壳架电流等级提高、扩大产品使用范围, 增强市场竞争力。同时, 实现小型化、节材、节能。
如:Emax E1从1250A提高到1600A, E3从3200A提高到4000A, 国内外许多ACB制造商将3200A增容至4000A, 体积不变。
我国新一代ACB:VW60-2500A框架体积不大于第三代2000A框架;VW60-4000A框架体积不大于第三代3200A框架
我国新一代MCCB:VM60-320体积不大于第三代200A壳架;VM60-630体积不大于第三代400A壳架。
(5) 新一代低压断路器一般均采用区域联锁、区域选择性联锁。
该技术及相应模块采用后使新一代断路器产品功能与可靠性进一步提高: (1) 提高选择性保护可靠性; (2) 为实现全电流范围选择性保护创造条件; (3) 缩短选择性保护时间; (4) 从根本上消除低压断路器越级跳闸, 使低压配电系统过电流故障限制在最小范围。
(6) 新一代塑壳断路器应逐步实现限流选择性保护。
断路器分断时限流性能与选择性保护是相互矛盾的。如何使塑壳断路器既有良好的限流性能, 又能实现选择性保护是该项技术关键。
ABB公司T系列是最早宣布实现限流选择性保护, 并宣称T7是世界上第一个真正实现1250A及以下选择性保护MCCB。还宣称采用PR223EF控制器将使断路器选择性与限流完美结合在一起。
PR223EF控制器特点: (1) 具有区域选择性保护功能; (2) 确保故障快速分断, 断开速度可以与限流电器相比; (3) 该控制器可以在300ms内检测短路电流, 采用早期故障检测和阻断 (EFDP) 运算法则实现快速区域联锁。
施耐德NS系列MCCB也宣称能实现选择性保护。关于限流选择性保护有几个问题需要探讨: (1) 限流选择性保护基本概念; (2) 限流选择性保护具体含义; (3) 实现限流选择性保护可以有多个途径; (4) 各类产品实现限流选择性保护水平是不一致的; (5) 我国新一代MCCB将逐步实现限流选择性保护。
(7) 低压断路器智能化与可通信将进一步发展与应用。
1) 新一代低压断路器将进一步完善与扩展智能化功能。
2) 在多总线并存情况下, 采用通信适配器是一种既经济又灵活的方式。
3) 国外通信适配器与低压断路器之间的通信规约一般由制造商内部制订。我国总多低压断路器制造商自己没有能力开发通信适配器, 必须采用统一的低压断路器通信规约。
4) 工业以太网具有传送数据大、诊断功能强等诸多优点, 其应用将由系统管理层直接延伸至每一个电器设备。最近, 国外各大公司纷纷推出带有内置式工业以太网通信接口的低压断路器是发展方向之一。
5) 智能控制器额定电流通过交换插头实现, 使用十分方便。图像显示器能显示所有信息, 记录故障发生前所有事件和数据, 供故障后分析十分方便。
(8) 国外新一代断路器各类附件发展很快, 进一步扩大了断路器功能。
西门子公司3VL系列MCCB产品带有大量内部和外部附件, 且附件设计标准化。整个系列仅有二种规格附件, 以400A壳架分界。外部附件除电动操作机构、插入式安装基座, 各种操作手柄外, 最新开发了柔性安装的联锁机构, 安装灵活, 尤其适合双电源系统。ABB公司Tmax安装与母线系统联结的灵活性、快捷性 (不用电器栓) , 以及使用的兼容性、操作安全性等方面在MCCB产品中形成了全新的、革命性的理念。
(9) B型剩余电流断路器技术取得了较大的发展。
最近几年ABB公司的Tmax系列、默勒公司NZM系列MCCB均派生了B型剩余电流断路器, 一般采用拼装式模块结构。其特点是: (1) 对交流、脉动、直流剩余电流故障均能可靠动作; (2) 对各种不同频率交流故障电流可设定灵敏度; (3) 可以精确设置自诊断功能进行检验。
(10) 发展新一代经济型塑壳断路器是低压断
路器发展方向之一。如施耐德公司EZD系列、默勒公司NZM-C系带选择性保护小型断路器专题列。力勒朗在意大利的公司也发展了新一代经济型MCCB, 厚度为65mm。特别适合靠墙安装的“超薄型”配电柜使用, 国内常熟开关厂制造有限公司也研发成功新一代经济型MCCB, 其厚度也为65mm。
(11) 发展适应特定环境、新能源配电系统用低压断路器。
随着新能源发展, 要求低压断路器能适合特殊使用环境, 如耐低温、高温、耐振动、体积紧凑、特定保护特性、690V系统等。风力发电设备用断路器动作电流要求2~8倍, 使系统短路时, 将风力涡轮发电机安全地从干线线路脱开。
(12) 发展超大容量ACB, 壳架等级为7000~8000A。
(13) 母线与产品安装一体化技术将成为MCCB主流连接方式。目前主要有两种方式: (1) 专门设计母线适配器 (或称为母线连接器) , 作为MCCB产品附件一起提供给用户; (2) 由专业化生产厂进行标准化设计和专业化生产。包括:标准化母线、母线固定件、母线绝缘罩壳、母线连接器等。额定电流从几百安培到几千安培, 全部制成标准化配件供用户选用。
5 国外小型断路器 (MCB) 发展趋向
(1) 发展高分断能力MCB, 措施主要是提高限流性能。
(2) 发展带短延时分断功能的SMCB。
(3) MCB可选择的脱扣特性增多。如ABB公司S800系列脱扣特性包括:B、C、D、K、KM、VCB、VCR等, 以满足不同使用场合要求。
(4) DPN结构的MCB向大容量和高分断能力发展。
(5) 产品性能同时符合IEC、EN、UL等标准, 以适应全球化贸易需要。
(6) 配套附件进一步齐全, 具有欠压、分励、报警、辅助触头、电操机构等。附件安装位置灵活多样。如辅助触头可拼装在MCB下方, 以减小安装面积。
(7) 产品进一步小型化, 部分公司发展了12mm/1P产品。