刍议低压断路器选型及应用-电力论文发表

刍议低压断路器选型及应用
王建
摘要：本文笔者主要分析了几种低压断路器选型中的常见问题，并针对问题提出了相应的对策和建议，供参考。
关键字：断路器；问题；应用
低压断路器是低压配电系统中主要的保护电器之一,是保证配电网安全、可靠、经济运行和人身安全及人们生产和生活用电的关键设备。下面主要从漏电断路器的选择及在工程中的应用方面进行了分析。
1、漏电断路器的选择
配电系统设计的主要任务是使所设计的供电系统能经济可靠的运行，维持高度的供电连续性，出现故障时尽可能在最短时间内消除故障，并尽量控制断电范围。低压断路器的正确应用是保证上述要求的重要环节。漏电电流动作保护除可用于防范电气火灾外还可检控低压配电线路的接地故障。漏电电流保护电器的设置可依据下列原则：①连接移动电气设备的配电线路。②高温场所。③有水蒸汽的场所。④有强烈振动的场所。
根据电气设备所处的环境条件选择漏电电流保护电器时应符合下列要求：①漏电电流保护电器的防护等级与使用环境条件相适应。②对电源电压偏差较大的配电回路、电磁干扰强烈的地区、雷电活动频繁地区以及在高温或低温环境中的电气设备应优先选用电磁漏电电流保护电器。③进线处以及雷电活动频繁地区电气设备应选用耐冲击波型漏电电流保护电器。④恶劣环境中装设时应选用有特殊防护条件的漏电保护电器。⑤在有强烈振动场所宜选用电子型漏电电流保护器。
民用建筑中下列配电线路或设备终端线路应装设漏电电流保护器：①插座回路。②浴池照明、水中照明和广告牌照明等电气设施。③医疗用浴缸、电按摩理疗等康复设施。④电源进线处防电气火灾的漏电保护。
为了防止人身间接电击伤害而采用漏电保护电器时，T N系统宜装设在配电线路的末端；而TT系统可装设在低压电源进线处。选用电子型漏电保护器时，辅助电源由漏电保护电器所控制的电源供电，In＜30 mA的漏电保护电器，在电源电压降到50 V时，如出现危险情况应能自动脱扣。在0.85～1.1Un时，漏电保护电气应正常工作。为防止人身电击危险，在室内正常环境设置的漏电电流保护电器，其动作电流不大于30 mA，动作时间不应大于0.1 s。下列设施不应装设漏电电流保护电器，必要时可装设漏电报警信号：应急照明、警卫照明、值班照明、障碍标志灯、通信设备、安全防范设备、消防水泵、喷洒水泵、排烟风机、正压送风机、消防电梯、排水泵以及突然断电将危及公共安全或造成巨大经济损失、人身伤亡的设备。
2、工作环境对断路器使用中的影响
低压断路器690 V及400 V是低压配电系统中广泛使用的电器开关。随着电力电子技术的发展，低压断路器性能稳步提高，已实现智能化、模块化及小型化，提高了配电系统和用电设备运行的可靠性和安全性。但是，由于安装使用低压断路器的成套开关设备的结构不断改进和创新，致使设计、制造及使用人员选用与使用低压空气断路器时容易忽视一些问题，而这些问题可能会造成断路器安装使用不合理或错误，不仅不能发挥其强大的控制、测量与保护作用，反而存在着一定的安全隐患，既降低设备运行可靠性，又对运行使用人员人身安全构成威协，也会造成一定的的经济损失。
低压成套开关设备是一个相对封闭的环境，影响其持续运行电流的因素较多。其防护等级、空气断路器发热、空气断路器额定持续电流及外部环境温度四者之间的相互影响关系常常被忽视，未采取有效对策。首先，防护等级越高，柜体密封越严密，其内部产生的热量越不易散发。其次，柜外环境温度，柜内断路器安装数量、安装方式，断路器进出线端连接铜排的根数、规格和方式以及柜内分隔结构等都会影响柜内热量与温升值。因此，选用安装于成套开关设备内的空气断路器时，要必须注意柜内各种因素引起的发热对断路器额定电流的影响，即空气断路器安装在封闭成套开关设备内时要适当降容使用，同时，还要采取必要的通风措施。如果忽视这些因素，既不考虑降容，也不采取必要的通风散热措施，仍按额定值长期使用，将会导致断路器过热损坏引发严重故障，这样的事故、事例经常可以见到。
在设计选用时必须按照不同的环境条件等级选择能长期运行使用的持续电流值对应的额定电流值，并按环境温度加以修正。
3、微型断路器在雷电防护工程中的应用
避雷器断路器（小型断路器）在雷电防护工程中的作用是当电源避雷器失效时，一个能把电源避雷器同电路断开的装置，它能防止当电源避雷器失效时接地短路故障电流损坏设备。
串联在电源避雷器前端的小型断路器必须保证避雷器的短路承受能力。这种情况下，在过电流保护设备——小型断路器的响应时间内，所有雷电流必须通过避雷器泄入大地。但是在电流很大且持续时间过长时，超出断路器的短时耐受电流（I c w），断路器仍然会动作，使避雷器与被保护线路断开，因此，后续雷电流会沿线路继续传播，这就要求电源系统雷电防护时，应根据设备的重要性和所处的雷电环境采取多级雷电防护措施来避免设备遭受雷电损坏。并符合以下两个附加要求：
1)电源避雷器失效情况下的间接接触防护。
即小型断路器必须设计成能将失效避雷器在要求的时间内安全地从低压系统中切除。
2)切断过高的电源续流。这对于安装在L P Z0区与L P Z1区交界处的B级电源避雷器尤为重要。为了保证避雷器的高标称放电能力，考虑到泄放雷电流时的电气和机械强度，B级电源避雷器几乎都是火花间隙型。这样在雷电干扰过后，火花间隙型避雷器产生的50 H z的电源续流必须安全地熄灭。这种电源续流可以和雷电流避雷器（B级）安装处的预期短路电流一样大，如果预期短路电流超过了避雷器的工频续流熄灭能力，避雷器前端的小型断路器必须切断工频续流。所以安装在B级避雷器前端的小型断路器的短路电流应尽可能大。
断路器额定电流的选择：短时耐受电流（I c w）是衡量加装在电源避雷器前端断路器是否匹配的一个重要参数。它是指在一定的电压、短路电流和功率因数下，忍受0.05 s、0.1 s、0.25s、0.5 s或1 s而断路器不允许脱扣的能力断路器的分断能力。
按I E E E P C 63.41.2/D4规定10/350与8/20的换算比例1：10计算，第一级能承受的雷电流为25 k A（8/20波形），因此，为了保证雷电流泄放入地时断路器不动作，断路器的短时耐受电流（Icw）应大于25 kA，保证电源避雷器在纳秒级的时间内将90％雷电流全部泄放入地。
但是，对于各品牌小型断路器的短时耐受电流（Icw）值很多厂商没有给出，给雷电流防护工程中选择小型断路器的额定电流带来了不便。只能通过对不同品牌的小型断路器在雷击试验中获取一定的经验。
对于某几个品牌D型曲线额定电流为63 A、32 A和15 A的小型断路器，用8/20μs模拟雷击发生器，电流从小到大对其进行冲击，考核微型断路器耐冲击能力。结果表明，在冲击电流为40kA、20 kA和10 kA左右时，断路器动作。
因此，小型断路器的额定电流越大，能够通过的预期的雷电流越大，但是，随着断路器额定电流的增加，当雷电流通过是产生的残压也越大。