西门子模块全国总代理-质量保证
高压断路器在开断短路电流时，触头间的电源电压恢复过程，往往由于振荡恢复电压的出现，不仅延长了开断电路的时间，甚至在特殊运行状态下，可能发生不能切断电弧或在系统中引起危险的过电压。这将威胁着设备的绝缘，并影响系统运行的稳定性，对此，必须予以重视，同时采取相应对策。 1、高压断路器切断小电感电流的工作状态 当高压断路器切断空载变压器、励磁电流、并联电抗器以及空载高压电动机等电路时，开断的都是几安到几十安的小电流，远比短路电流小。但是，由于断路性能不同，可能会引起高频振荡或危险的过电压。 油断路器借助电弧能量使灭弧介质(油)汽化，产生气压来进行灭弧，当开断小电感电流时，往往产生的气压不足以灭弧，出现电弧燃烧不稳定，从而产生高频振荡。高压空气断路器和六氟化硫断路器等，由于依靠外界能量灭弧，而且灭弧能力很强，当切断小电感电流时，往往在电弧电流到达零点前，就被强行开断，发生电流截断现象(简称截流)，以致引起过电压。 以断路器开断空载变压器为例，等值电路图见图1所示。 图1开断空载变压器等值电路 图中L为变压器励磁电抗，C为变压器对地电容。当断路器开断电路时，如果发生截流，截流后电弧熄灭，变压器侧在电感L和电容C之间将发生磁场能量转变为电场能量的过程，设截流电流为I0，电容上电压为Uc，则 1/2LI20=1/2CU2c 即电容上*大电压值为； 式中Z0--变压器波阻抗 可见，加在空载变压器上的电压(也就是Uc)与截断电流及变压器阻抗有关。一般变压器的L较大而C较小，波阻抗可达几万欧以上，如果截断电流发生在小电感电流的峰值时，在变压器上可能出现较高的过电压。在运行中曾发生过高达五倍额定电压的过电压，这将对设备绝缘造成威胁。 变压器上产生的过电压，同时也加在断路器的触头上，有可能会使弧隙击穿。 断路器开断空载变压器发生过电压的主要原因，是由于断路器对小电感电流的截流而引起，其严重程度随断路器型式与特性而异。油断路器一般不会发生截流，但往往因开断小电感电流时灭弧能力弱而导致熄弧困难。为此少油断路器中大多加装压油活塞装置，为断口刚分离时提供附加油流，使电弧尽快熄灭。而空气断路器由于灭弧能力强，截断电流可达几十安，产生危险的过电压，通常在断路器断口间并联一个非线性电阻或并联一个由电容和电阻串联的分支。至于六氟化硫断路器和真空断路器，则因使用的灭弧介质特性较好，截流只有几安，不会引起过电压。 2、高压断路器开断电容电流的工作状态 在电力系统中，断路器也应可靠地开断电容性电路，如开断空载远距离输电线路或开断电容器组等。其开断电流一般也不大，但与开断小电感电流不同。特别是开断110kV及以上的空载长线路，所产生的过电压直接威胁着电网的安全。 开断远距离输电线路等值电路图见图2。 图2开断远距离输电线路的等值电路 图中L、C分别为线路的等效电感和电容，由于空载运行，通常ωL<<1/ωC 在断路器开断电路时，电容电流超前电压90°，当电弧电流过零时电弧熄灭，电容两端电压为*大值，若电源电压为u＝Umcosωt，则ucm=Um。断路器断口间的恢复电压为： uht=Umcosωt-Um 显然，断路器若能顺利开断，恢复电压*大值只是2Um，若不能顺利开断，发生重燃，且弧隙击穿发生在电流过零后的0.01s，此时电源电压为Um，相当于电源电压为Um的直流电源经L后，突然加在已充有电压-Um的电容上，电路中将出现高频振荡，振幅为2Um。重燃后，经半个周期，振荡电压达到3Um，电容上将出现三倍过电压，若电弧在高频电流过零时熄灭，恢复电压*大值时击穿，则电容上将出现五倍过电压。依此类推，过电压在*不利条件下将按3、5、7、9倍增长，从而威胁着电网的安全。 运行实践表明：断路器开断电容电路时，过电压并非如此严重。因为弧隙击穿不一定都发生在电流过零后半个周期内，而是具有分散性，电弧也不是都发生在电流第一次过零时。所以实际产生的过电压数值要小得多。 为此，我国规定110～330kV线路*大允许过电压倍数和开断长线路允许电流的参考值，见表1。 表1允许电流参考值 额定电压(kV)110220330过电压倍数(相电压倍数)3.53.02.75开断空载长线路(A)31.5125315 为防止过电压，**选用高性能的高压空气断路器和真空断路器等。110kV及以上的高压断路器一般都在主断口的两端加设并联电阻和辅助断口。此外，电网中的避雷器和并联电抗器也有限制过电压的作用。 3、高压断路器切断近距离故障的工作状态 近距离故障是指在大容量系统中，距离断路器出线端数百米至数km的线路上发生短路故障，并称为近区故障。 高压断路器开断近距离故障等值电路图见图3。 图3 图中L1、C1为断路器电源侧电路的等值电感和对地电容，L2、C2为线路侧等值电感和对地电容。断开前瞬间，断口两端对地电压都是U0。断开后，断路器两侧为两个独立电路，将按各自规律变化，UA和UB不再相等，断口上的恢复电压为Uht=UAB=UA-UB左侧，电源对初始电压为U0的电容C1进行高频充放电，*后过渡到电源电压，其UA的变化为： UA=Um-(Um-U0)cosω1t 式中 右侧，开断前，C2已充有U0的电压，断开后，B点出现高频振荡电压，振荡角频率为： 由于距离不大，假定L2C2< 根据分析和试验，对空气断路器当短路点发生在距离0.8～8km，短路电流Id=(0.66～0.75)Iekd(额定开断电流)时，工作状态*为严重。对六氟化硫断路器，约在Id=(0.9～0.95)Iekd左右*为困难。 断路器开断近距离故障的工作状态，以35～110kV中等电压等级电力系统*为严重。因为在超高压系统中，短路电流小，波阻抗也小，且断路器每台的串联断口增多，因此，每个断口上恢复电压第一峰值和上升速度都不高。而35kV以下配电线路上多接有负荷，对振荡能起阻尼作用。所以在超高压系统和35kV以下系统中，断路器切断近距离故障相对容易些。 4、结束语 在电力系统中，高压断路器的选择必须进行综合分析，既要按照额定电流和额定开断电流选择，又必须根据电力系统可能出现的种种特殊运行状态进行合理分析，或选择更高性能的断路器，或采取积极措施，改善高压断路器的工作条件，以保证设备和系统运行的安全。 |
目前市面上所用的断路器主要有热断路器、磁断路器、复合断路器和通地漏泄断路器(通常称为漏电开关)等几种。在选择断路器时,不仅要考虑安装位置、外壳尺寸等方面的限制条件,更要考虑断路器的电路特性:①额定交流或直流电压;②单相、多相和极点数目; ③适用的国家电气标准和安全管理机构标准; ④短路分断能力。
尺寸图
所有尺寸单位均为 mm。关于安装开口，请见技术数据。
SIMATIC IPC477D 12" 触控型
SIMATIC IPC477D 15" 触控型
SIMATIC IPC477D 19" 触控型
SIMATIC IPC477D 22" 触控型
SIMATIC IPC477D 15" 触控型/按键型
1、断路器的分类
1.1 热断路器
热断路器采用一个与电路串联的双金属片,在过载期间电流产生的热量会使双金属片变形,从而使断路器跳闸。与熔断器相比,热断路器有在跳闸后能够重新复位的优点。同时,还可以用作被保护设备的电源接通和关断开关。
随着温度的升高,热断路器的跳闸速度加快,并常常会在较低的电流下发生跳闸。当断路器和系统暴露于同一热源时,保护电路能够跟踪设备在更高的温度下来增强配线保护的需求。如果一个热断路器安装在与被保护设备分离的环境下,则环境温度差可以由一个补偿型热双金属片进行校正。例如,位于飞机座舱外面的断路器是温度补偿型的,这样其跳闸特性不会随飞行中常见的温度波动而发生变化。需要进行热断路器保护的包括家用电器、交通、船舶、配电盘、医疗设备、视听设备、电源和运动器械等。
1.2 磁断路器
磁断路器为大多数设计者提供了高精度和高可靠性的成本效益型解决方案。磁断路器的过流检测机理只对被保护电路里的电流变化做出响应,而对环境温度变化的影响不大,因此具有温度稳定性。
磁断路器没有预热阶段,因此不会减缓断路器对过载的响应速度,从过载结束到复位之前没有冷却期。可以从断路器所需的电流、跳闸点(以安培计)、延迟时间(以秒计)和浪涌处理能力4个独立的方面,对磁断路器的特性进行有针对性地调整。
一般而言,目前有慢速、中速和快速3种跳闸时间延迟曲线不相同的磁断路器可供选择。当对级联电路和判别电路中的断路器进行匹配时,这些可供选择的曲线可提供很高的设计灵活性。
此外,对于常常需要承受巨大涌入电流的设备,还可选择具备特殊涌入结构的磁断路器。磁断路器的应用领域涵盖了如电信、船舶、电器、工业自动化和控制,以及医疗设备等很多市场。
1.3 复合型断路器
此类断路器同时具有热断路器和磁断路器2种结构和功能,能对断路器由于过热、过载或短路引起的故障进行有效地保护,其适应的负载范围更广,是ups电源、EPS电源的电气线路保护器件的**。
1.4 通地漏泄断路器
通地漏泄断路器的工作方式与磁断路器相同(通常称为漏电开关),能够提供用户定制的过载和短路保护级。如果经过通地漏泄断路器后,电源流出和返回的电流值相差超过了漏泄灵敏度的设定值,则断路器将跳闸,且LED指示灯点亮,发出提示,从而具备了智能化的特点。这种断路器的保护功能有助于避免严重的设备损坏和火灾,其应用包括电阻和阻抗加热系统、电信、剧场照明、船舶控制台、办公设备、医疗设备、工业自动化和控制以及UPS系统等。
在轨道交通信号系统断路器的选型中,建议采用复合型断路器,其具有热断路器和磁断路器2种结构功能的特点,符合信号系统对信号设备负载供电的可靠性及稳定性要求。
2、断路器的选用
1.热保护器的选择。一般热保护元件在额定输出电流的1.75倍时开始发热,在额定输出电流的1.75～6倍时,产生保护动作。其产生保护动作的时间是由输出电流的倍数决定,且不同品牌的断路器动作时间是不同的,选用时应给予充分的考虑。
2.磁保护器的选择。一般磁保护元件在额定输出电流的3～10倍时开始动作,其产生保护动作的时间也是由输出电流的倍数决定。在实际运行中,有的负荷是属于电感性或电容性负载,其启动及关断的瞬间,浪涌电流或电压都很大,有的甚至达到额定输出电流的10～15倍,因此在选择磁保护器时就应该选用具有更高倍数的专用断路器,以避免出现频繁跳闸现象。
3. 额定工作电流在2A≤I≤63A范围时(有的产品其额定电流可以到125A),断路器首先是用作电缆、电线的短路和过载保护,它应承担防止电器设备发热温度过高的保护任务,并应切实防止因绝缘故障引起过高的接触电压而导致出现危险。
4.小型断路器拥有过电流延时脱扣器和短路瞬时脱扣器。其中热双金属脱扣器,用于小信号过电流范围,电磁式瞬时脱扣器用于高倍过电流和短路电流范围,其脱扣保护构件示意图如图1所示。
3、选用时需注意的因素
在信号系统选择断路器时,不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标,还应重视一些次要功能,这些容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花,而且还能帮助设计出精密的保护电路。下面列出的是一些断路器常见功能。
1. 辅助接点(辅助开关) 。它们是与主接点电隔离的接点,适用于报警和程序开关。除可用于告警外,还可在重要应用中接通备用电源。
2.传动器。具有开关速度是通/断开关2倍的传动摇杆开关断路器,能够节约成本和电路板空间;推挽式传动器在遇到突发事件时表现*为稳定。
3.分流端子。与传统断路器接点、电流感应元件和负载都是串联的不同,分流端子从主电路分出支路,可将次级负载接入。如果初级负载发生了短路或过载,断路器将跳闸并切断2个负载的电源。与辅助接点不同,分流端子是接到位于开关接点和电流感应元件之间的断路器,这意味着第2个负载将不受过载或短路保护,需采用一个独立的断路器来保护次级电路,否则该电路只可用于具有内置保护电路的设备。
4.复式控制(遥控跳闸或继电器跳闸)。复式控制断路器将2个彼此电隔离的感应元件组合起来,以实现多项功能。例如,可利用遥控传动器或感应器,来进行传统的过流保护以及电路断接。
5.低压跳闸。这是断路器中一个独立的电压敏感元件。如果电压降到预定值以下,它将使主接点开路。具有低电压跳闸的开关断路器被广泛用于有线连接电器的通/断控制。
6. 自动跳闸。在一个完全自动跳闸的设计中,当传动器被保持在“接通”位置时,断路器将周期性地接通和断开。
7. 自动复位。对于狭窄空间适合采用冷却期后自动复位的断路器。
总之,信号系统的电气设备断路器的选用须针对具体情况作具体分析,使之能真正发挥作用。