小型液压电磁式断路器的应用分析

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1、 1 小型液压电磁式断路器的应用分析 小型液压电磁式断路器是低压电路保护器件的一种类型 在结构上和工作原理不同于保 险丝和热磁式断路器它的基本功能同样是短路保护和过载保护但是液压电磁式断路器 实际上是一个电感器件 被保护电路或器件的电气特性与断路器的保护作用有直接关系。 因 此必须了解被保护电路或器件的电气特性才有可能正确选用断路器。 一短路与过载 1短路。负载出现短路故障时由于这时的电流短路电流很大可能导致绝缘损坏 短路时发生的电弧会烧毁设备危害人身安全严重时可能发生火灾。这时断路器应在最短 时间小于几毫秒或更断时间检测出短路故障立即脱扣切断电路把短路所造成的危害 减到最少。 应当注意短路电

2、流理论上应当是无限大但把被保护电路的全部电阻考虑在内实际 的短路故障电流可能远小于理论上的故障电流值 当电源到负载之间的连接线较长时 应当 注意这个问题必要时应进行测算。 2过载。当负载发生故障时负载电流超过规定的最大工作电流值表明电路已发生故 障断路器应脱扣切断电路。 但是发生过载现象的原因比较复杂有些过载是由于设备不良引起的必须要进行检 查在某些情况下发生的过载可能是瞬时的或时间很短就自动消失因此过载电流达到多 大时断路器应当脱扣 是一个很重要的问题。 确定过载脱扣点必须避免瞬时过载使断路器脱 扣的现象。 更为重要的是断路器的脱扣点只能由过载电流值的大小来决定 在正常情况下 电流通 过被保

3、护电路时所产生的热量较小 热量通过传导、 辐射与对流等途径散发到周围的空气中 如果过载电流增大 器件的温度升高到与环境温度相等而达到热平衡状态 则产生的热量不 能排除到空气中热聚积在器件上聚积到一定量值时就可能有引发火灾的危害这是过 载保护极为重要的原因。 传统习惯常将过载脱扣点定得高一些理由是可以减少故障次数这是极其危险的一 旦发生问题造成的损失远超过故障次数带来的危害性。 按现行国际惯例断路器的过载脱扣点为最大工作电流的 125%注一 超过此值时 断路器应为脱扣。 二断路器的性能应 符合保护对象的要求 现代断路器具有各种性能 在保证实现电流串联脱扣性能时 最重要的一种性能就是 脱 扣延迟时

4、间延迟时间 应配合被保护设备脱扣的延迟时间必须长到足以避免有害瞬变可 能引起的故障脱扣 而当危险存在时 断路器的正常脱扣仍然快到足以切断电路 保证安全、 新型延时模式的继续发展 准确配合断路器对特殊需要的运用特性 对于设备的安全运用是 至为重要的。 液压电磁式断路器之所以具有延时脱扣的运用特性 是由于它的工作原理与结构 一般 来说 液压电磁式断路器脱扣延时与动铁心进入延时管内所在位置的时间长短有关 脱扣延 时基本上可分为以下五个等级 1瞬时脱扣延时管内的铁心在电磁力的作用下的运动极快断路器也就极快地脱扣。 当过载电流为最大工作电流的 125%时脱扣延迟时间仅为 0.001 秒或更短。 2特短或

5、超短延时延时管内灌有粘度的液压油一般为精炼的硅油时铁心在 电磁力的作用下到达完全吸进的位置这就是有意的延时在过载电流为最大工作电流的 125%时断路器迅速脱扣脱扣延迟时间长到 0.1S。 注一 参阅铁运基信号19990号文件。 2 3短延时调整液压油的粘度可以使脱扣延迟时间达到 1 秒10 秒 4中延时脱扣时间在 10100 秒之间对于绝大部分变压器耦合负载是容许的因为在 此短暂的过载情况下不会引起故障。 5长延时脱扣时间超过 100 秒用以保护有限的过载不会损坏线路例如很多电动 机的启动涌流要持续几秒钟。而且是其正常运转电流定额的 600%或更大。长延时断路器就 是为这类应用设计的。 三保护

6、对象与断路器的瞬时脱扣 在低压配电系统中 被保护器件对断路器性能的要求不同 主要是对断路器的脱扣延迟 时间的要求不同必须配合被保护器件的特点否则由于电路内的瞬间涌流使断路器发生 意外的脱扣不能接通电路以下举例说明。 1钨丝灯泡即通常所说的白轵灯图 1 是钨丝灯泡冷却时电阻很小点燃很大。在 断路器接通的瞬间会出现一个持续时间大约每周 4 微秒的涌流如图 1-a所示。断路器 闭合的瞬间 涌流峰值与开关闭合的瞬间同时出现 而负载却是一个有低初始值的瞬时的瞬 时电阻如果涌流能量超过断路器脱扣所需的能量断路器就要发生意外的脱扣。钨灯丝的 涌流振幅值开始时可能是额定稳态电流的 15 倍以后各周要小得多。因

7、此只要断路器脱 扣有一定的延迟时间涌流就不会使断路器脱扣。图 1-b是测量钨丝灯泡的涌流电路。 示波器 断路器 2KW 钨丝灯 图 1 钨丝灯2KW负载 a b 2图a是其涌流曲线 b是电容滤波器的电路。 电容滤波器的充电类似于 RC 电路的充电曲线 在峰值电流时受到充电电路电阻及电源本身 的限制涌流持续的时间很短只要断路器的脱扣延迟时间配合得当涌流就不会影响断路 器接通。图 2a是典型的变交流为直流的电源结构装置整流器的电路。例如测出 的稳态交流电流为 0.265 安RMS 值 其峰值约为 0.375 安。在断路器闭合的瞬间滤波 电路中的电流值可能达到 13 安。如果使用标准断路器电流必须降

8、低到 2A 才能避免偷扣。 因此需要使用脱扣延迟时间避开这个瞬间大电流就可以使断路器不发生脱扣现象。 3 断路器 .470A 120V 50HZ .265A 22V 30 示波器 1uF 图 2a电容滤波器电路 图 2b电容滤波器的涌流 3变压器的涌流图 3 是变压器启动涌流波形波形类似于灯负载涌流最大的峰值发 生在电源电压的最大值时 为了防止发生意外的脱扣 在选择断路器脱扣延迟时间时 必须知道准确的浪涌电流值 测量使用示波器应当注意当测量的电流值超过额定值的 1214 倍时示波器测量将达到 饱合状态电流波形改变显示出的电流值比实际电流值小得多。 为了避免上述的瞬间脱扣最重要的一点是选择断路器

9、脱扣的延迟时间从而提高了 瞬间脱扣特性。 根据上面的讨论只要精确测出涌流值及所需的延迟时间就可以提高断路器不间断 在线运用的可能性注二 。 4 图 3 变压器启动涌流 4交流电动机的启动叫流电动机启动能量需要几秒钟或更长的时间不是几微秒能够 达到的 而且随负载的类型和惯性的变化而改变 不过启动电流的峰值一般在合理的范围内。 一般来说单相感应电动机的性能最差启动电流可以达到最佳运行条件下电流的 78 倍 涌流持续时间可达 750 微秒。 四选择性保护和非选择性保护 小型低压断路器由于有各种不同的脱扣延迟时间 使其保护作用分为选择性保护和非选 择性保护。 非选择保护比较简单 一般用为配电支路的负载

10、开关及电动机的保护开关 以及各种家 用电器所使用的断路器 都是非选择性的 也就是说只需考虑的断路器的各项技术指标是额 定电压最大工作电流延迟时间、短路分断能力及绝缘等仅要求满足被保护设备本身的 条件而不需要考虑被保护器件彼此之间的关系。 选择性保护是两个或两个以上的断路器之间的电流时间特性的配合 如果在某一特 定的时间突然发生故障 则在此范围外的断路器保持不动 从而将受故障影响的负载减到最 少。 这类断路器的特点是具有高分断能力 大的短时耐受电流能力 以及短路延迟保护特性。 在实用中选择性保护也称分级保护如图 4 所示的是最常用的三级保护电路。对各级 保护电路的要求是 1 在数值保护各级断路器

11、的过载脱扣电流应符合各级最大工作电流的 125%的要求。 2 在脱扣延迟时间上第三延时最短第一级延时最长第二级的延时在两者之间从 而达到缩小故障范围的时间保护。 注二参阅铁运基信号1999号文件 5 第一级 第二级 组合 第三级组合架 断路器 断路器 负载 1 1 负载 2 信号 表示灯 负载 3 电源 2 4 输出 5 6 3 4 图 4 分级保护 五结论 小型液压电磁式路器的选用 根据以上的分析 必须满足良好的效果 又符合经济效益。 选用时应当特别注意的是功能、 安装及通用性都应满足要求。 用户决不能按照厂家所介绍的 “这是家用的” “这是工业用的” 等等而是应当根据用途选用最适合的器件。

12、举例来说 CBI 的说明书介绍SA 型是家用的SF 是工业用的信号只能使用 SF 型断路器是这样 么使用者不应听从厂家的介绍而应按照自己的要求比较两者之间的功能和特性SA 型是快速脱扣的不能用以启动电动机 两者其他方面的比较 除了额定工作电流相差一倍及 分断能力也相差一倍其他没有什么不同但在信号方面最大工作电流很少超过 50 安 而 SA 型断路器的分断能力3000A比 SF6000A虽也相差一倍不过对于信号电源来 说分析能力 3000A 已可以满足要求。但 SA 断路器的额定电流只有 50 安而且又是快速 脱扣的不能用来启动电感性或电容性负载所以原来规定只有在上述情况下才可以使用 SF 型一

13、般都应使用 SA 型断路器这样使用不仅能满足设备的需要而且又可以降低成 本以大站电源屏来说断路器的费用大约可减少 2530%。 但是很令人不解的是在铁基信号19990号文件中规定了信号表示灯电源可以使用 SA 型断路器。恰恰相反由于信号表示灯电源的输入变压器是不能使用 SA 型断路器的。 在该文件中也明确规定了过载电流脱扣点是最大工作电流的 200150%这是非常危险 的原因见一中的讨论。 最后还要说明的是 SA 型断路器是快速脱扣只能用于非选择性保护因而不能用于组 合而且它的组合报警器只能说是一种商业性的抄作而已同样不适用于选择性保护。 作者附言有些同志问我 “CBI 断路器是你引进推广的为什么你又要推广艾派克断路器 呢”这个问题问得好我可以在此说明当时的情况。 保险丝断丝故障较多特别是保险丝老化问题无法检查当时为了避免这种现象 在维修中决定每年全部更换一次。为了解决这个问题出现了一种叫做“双保险”的器件 这种器件只能在保险丝老化断线时自动跳到备用保险丝并发出告警信号没有其他用途 但价格很高。1993 年南非 CBI 公司在上海开产品展示会邀请我参加当时我对他们的产 品一无所知。会后他们提供了一些样品利用在学校中的有利条件测试研究之后认为6 完全可以代替保险丝并由锦州铁路电务器材厂鼎力相助装配一台中站电源屏并由本文 所述的选用方法采用断路器代替保险丝。