斷路器(英文名稱:circuit-breaker,circuitbreaker)是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?;芈窏l件下的電流并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開斷異?;芈窏l件下的電流的開關(guān)裝置。斷路器可用來分配電能,不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù),當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路,其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?。目前,已獲得了廣泛的應(yīng)用。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器,和低壓斷路器,高低壓界線劃分比較模糊,一般將3kV以上的稱為高壓電器。
發(fā)展?fàn)顩r:
世界上最早的斷路器產(chǎn)生于1885年,它是一種刀開頭和過電流脫扣器的組合。1905年,具有自由脫扣裝置的空氣斷路器誕生。1930年以來,隨著科技的進(jìn)步,電弧原理的發(fā)現(xiàn)和各種滅弧裝置的發(fā)明,逐漸形成了機(jī)構(gòu)。50年代末,由于電子元件的興起,又產(chǎn)生了電子脫扣器,到了今天,由于單片機(jī)的普及又有了智能型斷路器的問世。
常見的有低壓斷路器和真空斷路器:
低壓斷路器是用于交流電壓1200V,直流電壓1500V的電路中起通斷、控制或保護(hù)等作用的電器。低壓斷路器是電器工業(yè)的重要組成部分,在機(jī)械行業(yè)中是基礎(chǔ)配套件,在配電系統(tǒng)中低壓成套開關(guān)設(shè)備主要由各種低壓斷路器元件構(gòu)成,低壓斷路器的功能及性能對(duì)低壓成套開關(guān)設(shè)備起著至關(guān)重要的作用。發(fā)電設(shè)備所發(fā)出電能的80%以上是通過低壓斷路器分配使用的。每增加1萬kW發(fā)電設(shè)備,約需2萬件左右的各類低壓斷路器與之配套。在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,也需要由低壓斷路器構(gòu)成的各種控制屏、控制臺(tái)、控制器等產(chǎn)品。中國低壓斷路器行業(yè)自1949午后,是在一些修理、裝配簡(jiǎn)單電器工廠的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成能獨(dú)立設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的行業(yè),到1979共有生產(chǎn)企業(yè)600多家,經(jīng)過1985~1986年、1990~1991年兩個(gè)發(fā)展高峰,1995年低壓斷路器行業(yè)已有生產(chǎn)企業(yè)約1500家。
真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步,真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步表現(xiàn)在大容量化、低過電壓化、智能化和小型化。而這一進(jìn)步又是由于真空技術(shù)、滅弧室技術(shù)的發(fā)展及采用新工藝、新材料及新操動(dòng)技術(shù)的結(jié)果。據(jù)發(fā)明者介紹,這種技術(shù)除了可以作為傳統(tǒng)電機(jī)技術(shù)的替代技術(shù)以外,還將為直流電機(jī)拓展更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。如開發(fā)大容量直流電機(jī)代替高壓直流輸電網(wǎng)供電的交流同步發(fā)電機(jī)和換流站設(shè)備,不僅可以節(jié)省大量換流站的建設(shè)費(fèi)用,還可大幅度降低變電損耗。
工作原理:
斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。
當(dāng)短路時(shí),大電流(一般10至12倍)產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧,脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作,開關(guān)瞬時(shí)跳閘。當(dāng)過載時(shí),電流變大,發(fā)熱量加劇,雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作(電流越大,動(dòng)作時(shí)間越短)。
有電子型的,使用互感器采集各相電流大小,與設(shè)定值比較,當(dāng)電流異常時(shí)微處理器發(fā)出信號(hào),使電子脫扣器帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路,以及切斷故障電路,防止事故擴(kuò)大,保證安全運(yùn)行。而高壓斷路器要開斷1500V,電流為1500-2000A的電弧,這些電弧可拉長(zhǎng)至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。
吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離,另一方面通過吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散,同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散,迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。
低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開關(guān),可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路,也可用來控制不頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和,是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。
低壓斷路器具有多種保護(hù)功能(過載、短路、欠電壓保護(hù)等)、動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點(diǎn),所以被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成。
低壓斷路器的主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后,自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián),欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí),過電流脫扣器的銜鐵吸合,使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作,主觸點(diǎn)斷開主電路。當(dāng)電路過載時(shí),熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲,推動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)電路欠電壓時(shí),欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。分勵(lì)脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制用,在正常工作時(shí),其線圈是斷電的,在需要距離控制時(shí),按下起動(dòng)按鈕,使線圈通電。
基本特性:
斷路器的特性主要有:額定電壓Ue;額定電流In;過載保護(hù)(Ir或Irth)和短路保護(hù)(Im)的脫扣電流整定范圍;額定短路分?jǐn)嚯娏鳎üI(yè)用斷路器Icu;家用斷路器Icn)等。
額定工作電壓(Ue):這是斷路器在正常(不間斷的)的情況下工作的電壓。
額定電流(In):這是配有專門的過電流脫扣繼電器的斷路器在制造廠家規(guī)定的環(huán)境溫度下所能無限承受的最大電流值,不會(huì)超過電流承受部件規(guī)定的溫度限值。
短路繼電器脫扣電流整定值(Im):短路脫扣繼電器(瞬時(shí)或短延時(shí))用于高故障電流值出現(xiàn)時(shí),使斷路器快速跳閘,其跳閘極限Im。
額定短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu或Icn):斷路器的額定短路分?jǐn)嚯娏魇菙嗦菲髂軌蚍謹(jǐn)喽槐粨p害的最高(預(yù)期的)電流值。標(biāo)準(zhǔn)中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)直流暫態(tài)分量(總在最壞的情況短路下出現(xiàn))假定為零。工業(yè)用斷路器額定值(Icu)和家用斷路器額定值(Icn)通常以kA均方根值的形式給出。
短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cs):斷路器的額定分?jǐn)嗄芰Ψ譃轭~定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰煞N。國標(biāo)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》(GB14048.2—94)對(duì)斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌慕忉專?/p>
1、斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ喊匆?guī)定的實(shí)驗(yàn)程序所規(guī)定的條件,不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?/p>
2、斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γ喊匆?guī)定的實(shí)驗(yàn)程序所規(guī)定的條件,包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?/p>
3、額定極限短路分?jǐn)嗄芰Φ脑囼?yàn)程序?yàn)镺—t—CO。
4、斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn)的試驗(yàn)程序?yàn)镺—t—CO—t—CO。它比Icn的試驗(yàn)程序多了一次CO,經(jīng)過試驗(yàn),斷路器能完全分?jǐn)唷⑾珉娀?,就認(rèn)定它的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/p>
工作條件:
周圍空氣溫度:周圍空氣溫度上限+40℃;○周圍空氣溫度下限-5℃;周圍空氣溫度24h的平均值不超過+35℃。
海拔:安裝地點(diǎn)的海拔不超過2000m。
大氣條件:大氣相對(duì)濕度在周圍空氣溫度為+40℃時(shí)不超過50%;在較底溫度下可以有較高的相對(duì)濕度;最濕月的月平均最大相對(duì)濕度為90%,同時(shí)該月的月平均最低溫度+25℃,并考慮到因溫度變化發(fā)生在產(chǎn)品表面上的凝露。
污染等級(jí):污染等級(jí)為3級(jí)。
控制回路:
1、應(yīng)能監(jiān)視控制回路保護(hù)裝置及其跳、合閘回路的完好性,以保證斷路器的正常工作;
2、應(yīng)能指示斷路器正常合閘和分閘的位置狀態(tài),并在自動(dòng)合閘和自動(dòng)跳閘時(shí)有明顯的指示信號(hào);
3、合閘和跳閘完成后,應(yīng)能使命令脈沖解除,即能切斷合閘或跳閘的電源;
4、在無機(jī)械防跳裝置時(shí),應(yīng)加裝電氣防跳裝置;
5、斷路器的事故跳閘信號(hào)回路,應(yīng)按“不對(duì)應(yīng)原理”接線;
6、對(duì)有可能出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或故障的設(shè)備,應(yīng)裝設(shè)預(yù)告信號(hào);
7、彈簧操作機(jī)構(gòu)、手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的電源可為直流或交流,電磁操作機(jī)構(gòu)的電源要求用直流。
發(fā)展趨勢(shì):
在現(xiàn)代社會(huì),無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防、文教衛(wèi)生、金融、商業(yè)、旅游服務(wù)和人民生活等領(lǐng)域都離不開電。電的產(chǎn)生、輸送、使用中,配電是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設(shè)備,低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。
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