低压断路器及其选择与安装

浅谈低压断路器及其选择与安装

中国五冶三公司新泰项目部吴鹏民

低压断路器的主要任务是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重过负荷时，借用继电保护装置用它自动、迅速的切断故障电流，以防止扩大事故范围。低压短路器的种类繁多，按灭弧介质分有油浸式、真空式和空气式，应用最多的是空气式断路器，所以本篇文章将以自动空气开关（低压断路器）为例进行介绍。按动作速度分普通型和快速型，如直流快速断路器、交流限流断路器等，其分断时间仅为0.01~0.02s。按操作方式分有电动操作、储能操作和手动操作。按极数分有单极、二极、三极和四极等。按安装方式分有固定式、插入式和抽屉式等。按使用类别分有选择型和非选择型。按结构分有万能式断路器和塑壳式断路器。

万能式断路器即框架式断路器，所有器件均装在框架之内，其部件大部分设计成可拆卸的，便与制造、安装和检修。另外，这种断路器的容量较大，额定电流可达4000A，可装设较多的具有不同保护功能的脱扣器。如可设计成配电保护用和电动机保护用的，选择型和非选择型的，以及反时限动作特性的等等。选择型配电用断路器多采用万能式。由于万能式断路器的辅助触头数量多，便于操作或联动控制。另外，甚至触头系统可设计成有足够的短时耐受电流，加之再有灭弧能力较强的灭弧室配合，所以极限短路分断能力很高，特别使用于低压配电系统的主保护，如作为低压进线柜的主开关。

塑壳式断路器的主要特点是有塑料底座和塑料壳盖构成塑壳体，

所有部件均组装于塑壳与基座之中。这类断路器的容量较小，额定电流一般在600A以内，适用于交流50Hz,额定电压380V，直流440V 的电路中。断路器分配电线路保护用和电动机保护用两类，线路保护断路器在正常情况下可对线路不频繁转换分配电能，还可对线路起过载保护和短路保护作用；电动机保护断路器也可在正常情况下对线路不频繁转换，并可对电动机起过载保护、欠压保护和短路保护。塑壳式断路器具有结构简单、紧凑和操作安全的特点。

（一）低压断路器的主要部件

1.灭弧室

灭弧室常采用长短不同的钢片交叉组成灭弧栅，装在由绝缘材料制成的灭弧室内。在主触头分断时，被拉长的电弧被灭弧栅分割成若干小段电弧，灭弧栅对电弧的吸热、散热作用使电弧迅速冷却，也使电弧的总压降增加。这样，由于电源电压不足以继续维持电弧燃烧而迅速熄弧。在灭弧室内壁一般用钢板纸制成，以产生帮助灭弧的气体而增强灭弧效果。为了进一步使游离气体冷却，在栅片上方还设由灭焰栅片，以降低灭弧的距离，以免造成相间灭弧短路。

2.触头系统

触头系统主要由触头、载流母线、软连接线及脱扣器环节等组成，它是断路器的重要核心部件。对容量较大的低压断路器，其触头系统设有主触头、副触头和弧触头，且三者依次并联。在主触头分断瞬间，电弧电流将由主触头经副触头转移到弧触头。在电弧转移过程中，所放出的高热易将主触头烧坏，放在主触头与弧触头之间设置副触头，

为过渡性触头。其触头分断的先后顺序为：主触头副触头弧触头。对容量较小的低压短路器，由于分断电流不大，故一般不设副触头。

3.脱扣器系统

根据供电系统网络及用电设备的不同要求，可选用具有不同脱扣系统的断路器。脱扣器的种类很多，主要有以下几种：

（1）欠压脱扣器。欠压脱扣器多为电磁式，由铁芯、线圈、衔铁和整定弹簧等组成，如图一中的18所示。当电网电压降低到额定电压的35%时，衔铁17被释放，在弹簧16的作用下，衔铁推动杠杆5使搭钩3与锁键2脱扣，而实现断路器的触头1打开，即分闸。当电压大于额定电压的75%时应保证脱扣器不动作。

R2继续对欠压脱扣器线圈供电（放电），直到其放电电压不足以继续维持线圈吸合时，衔铁17被释放，从而使脱扣器在欠压时延时动作。还可采用钟表机构延时。

（2）过流脱扣器。如图一所示，在断路器每极上均装设过流脱扣器7，三极断路器也可装设两个。在给定电流范围内，脱扣器的动作电流可任意整定，其整定方式多用旋钮或螺杆调节整定值。当线路发生短路时，即达到预整定电流值时，过流脱扣器7的铁芯线圈产生的电磁吸力可吸动衔铁9，推动杠杆5使搭钩3和锁键2脱扣而实现断路器分断，可见这种脱扣器为瞬动过电流脱扣器。其安—秒特性如图三所示。如在瞬动电磁式过电流脱扣器装置中增设阻尼机构（如钟表机构），即可得到短延时（0.1~1s）动作的过流脱扣器，从而可实现断路器的选择性分断。还有电子式过电流脱扣器，可实现瞬动、短延时及长延时的过电流脱扣器保护功能，或称作三段保护特性过电流脱

扣器，其安—秒特性如图四。图中I0为瞬动脱扣器的动作电流整定值，其动作时间为0.02s，可用于短路保护；I1为短延时过电流脱扣器的动作电流整定值，其动作时间约为0.1~0.4s，可用于短路保护或过载

扣器上增加热脱扣器而制成复式脱扣器，可同时起到“短路、过载”保护，即“二段保护式”特性。

（4）分励脱扣器。分励脱扣器由铁心线圈12和衔铁10组成，如图一所示。它由控制电源供电，经操作人员操作控制控制按钮19或继电信号使其线圈通电吸合，推动杠杆5使搭钩3与锁键2脱扣而

实现远距离分闸。分励脱扣器的工作电压按范围标准规定为70%~110%V N。而用作电网保护的特殊分励脱扣器的工作电压范围为10%~110%V N，由普通分励脱扣器和RC延时单元组成。当控制电源发生故障时，由充足电的电容供电，可使分励脱扣器再继续工作4~5min，从而提高了分励脱扣器动作的可靠性。

一、低压断路器的选择。

（一）一般选用。

选择断路器注意断路器的额定电压和额定电流必须不小于线路的额定电压和线路计算负载电流，脱扣器的额定电流不小于负载工作电流，极限通断能力不小于线路最大短路电流。断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压，分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，而欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间不小于短路延时时间。

（二）配电用断路器的选用。

断路器的长延时动作电流整定值I op.TR可用下式计算：

I op.TR=K rel！*I Q

式中K rel！——可靠系数，取0.8~1.0；

I Q——导线允许载流量（A）；

断路器瞬时（电磁）动作电流整定值I op.ER，可分下述两种情况进行计算：

1.只有瞬时脱扣，而无短延时脱扣的情况：

I op.ER≥1.1（I c

Σ+ K rel !!* I

st

*I N.m）

式中I c

Σ——线路计算电流（A）；

K rel!!——电动机起动电流冲击系数；

I st——被控线路中，起动电流最大电动机的起动电流倍数；

I N.m——被控线路中，起动电流最大电动机的额定电流（A）；

2.既有瞬时脱扣，又有短延时脱扣：

瞬时脱扣电流整定值I op.ER：

I op.ER≥1.1倍下级开关进线端的计算短路电流；

短延时脱扣电流整定值I/op.ER：

I/op.ER≥1.1（I cΣ+1.35 K st*I N.m）

3.照明断路器的选用：

I op.TR≥I c

Σ

I op.ER≥6 I c

Σ

（三）电动机用断路器选用。

长延时脱扣器一般作过负荷保护用，其电流整定值I op.TR应不小于电动机正常工作电流，也不应大于1.1I NM，即

1.1I NM≥I op.TR≥I M

式中I NM——电动机额定电流（A）；

I M——电动机正常工作电流（A）。

瞬时（电磁）过电流脱扣器用作短路保护，正常工作或电动机启动时不应动作，其电流整定值I op.ER为：

鼠笼型电动机：I op.ER=（8~15）*I N

绕线型电动机：I op.ER=（3~6）* I N

式中I N为脱扣器额定电流。

二低压断路器的安装。

（一）塑料外壳式断路器的安装。

安装前检查铭牌所示的技术数据是否与设计和实际需要相符。断路器应垂直安装，其倾斜度不大于50，当断路器安装在金属骨架上时，若需要板后接线，必须安装在绝缘地板上。安装断路器的底板必须平整，以免在旋紧安装螺钉时，胶木底板会受到弯曲应力而损坏。为了防止飞弧应将断路器进出导线裸露部分用绝缘物包扎。当低压断路器与熔断器配合使用时，熔断器应安装在电源侧。断路器接线时，必须将来自电源端的导线接在断路器灭弧室一侧的接线端上，负载导线应接在断路器脱扣器一侧的接线端上，连接导线的截面积必须与脱扣器限定电流相符，以免由于过热而影响脱扣器的性能。

（二）框架式断路器的安装。

安装前检查断路器规格是否符合设计和实际需要，并用兆欧表测量断路器的绝缘电阻，一般不小于10MΩ，断路器底板应安装在垂直位置，倾斜度不超过50，并应可靠接地。安装断路器的底板必须平整，以免旋紧螺钉时可能会损坏断路器的地板，灭弧室至相邻的导电部分和接地部分的距离不应小于200~250mm。安装后检查失压、分励及过电流脱扣器是否在规定的动作范围之内使断路器断开，检查电磁铁操作的断路器是否在规定动作范围内使断路器可靠闭合。当断路器与熔断器配合使用时，熔断器应安装在电源侧。接线时，电源引进导线或母线连接于静触点（上进线端），而接至用户的导线和母线应连接

在下进线端。在进行任何电气连接之前，必须确认电路中没有电压。安装母线或电缆的截面积，应使接近断路器的一部分母线或电缆不致过热而使断路器母线升温，同时被连接母线或电缆应将其在接近断路器处加以紧固，以免各种机械和电动负荷的应力传送到断路器上。

在安装有半导体脱扣装置的低压断路器时，其接线必须符合相序要求，脱扣装置的动作应可靠。

（三）操作机构安装。

操作手柄或传动杠杆的开、合位置应正确，操作力不应大于产品的规定值，电动操作机构接线应正确，在合闸过程中，开关不应跳跃，开关合闸后，限制电动机或电磁铁通电时间的联锁装置应及时动作，电动机或电磁铁通电时间不应超过产品的规定值。检查开关辅助触点动作是否正确可靠，接触是否良好。抽屉式断路器的工作、实验、隔离三个位置的定位应明显，且符合产品技术文件规定，当抽屉式断路器空载时，进行抽、拉数次应无卡阻，机械联锁应可靠。