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1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：电气火灾自动保护型断路器的设计 学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心 年级专业： 0409级电气工程及自动化 学生姓名： 杜 金 峰 学 号： 指导教师： 韩 亚 军 职 称： 讲 师 导师单位： 重庆信息工程专修学院 中国石油大学（华东）远程与继续学院论文完成时间： 2008 年 4 月 20 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 杜 金 峰1设计(论文)题目： 电气火灾自动保护型断路器的设计 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文)课题要求：论文要内容鲜明，文字流畅，阐述清
2、楚，严格围绕题目述写，逻辑性思维强，内容理论联系实际，涉及他人观点，对本设计有全面的论证。设计原理、计算、电路、格式严格按照学校规定排序。如有不熟悉的知识点，向指导老师请教。并参考大量的书籍，努力做好本设计。 4实验（上机、调研）部分要求内容：在学校规定的时间内，利用所学的电路设计软件(PROTEL、EDA、PSPICE等)，画好所需的电路图。用Microsoft word 2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表。 5文献查阅要求：1周政新，何学仪电子设计自动化实践与训练M北京：中国民航出版社，1998 2李震梅，等模拟电子技术课程设计的CAD实现J电气电子教学学报，1999 3吴道悌
3、,王建华.电动学实验M.北京:高等教育出版社.1995 4汤蕴谬.电机学.北京:机械工业出版社.2001 6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日 指导教师签名： 学生 签 名： 摘 要 电气火灾事故是人类面对的严重的灾害事故。其发生不可预测，可以说是对人类造成损失最大的灾害之一。 对于众多的普通民用建筑，如工厂、学校、医院、商场和各种大众娱乐场所，通过采取有效的措施，尽可能防止火灾的发生。即使万一发生火灾，也能尽量减少火灾造成的损失。同时，在发生火灾的现场最常用的手段，应能立即切断电源，以防对灭火人员发生电击后二次伤害事故。这是人们一直在努力寻找的途径。如能采用既经济、实
4、用，又便于普及推广的简便方法，对火灾灾害进行预防、监测和进行自动保护，它将能对防火工作提供有力的帮助。 与之相应的国标在消防和住宅建筑方面也有新的防火标准，业已修订完成，近期也将相继颁布。这对火灾防范工作从设计、安装到运行管理都制订了全面的系统规范。电气火灾自动保护型断路器和电气火灾监控系统将为我国电气火灾预防、减少电气火灾的频发程度、为安全用电以及保护国家和人民生命财产发挥更积极的作用。 关键词：电气火灾 自动保护型断路器目 录摘 要I目 录II第1章 工作原理及其应用11.1 断路器的作用11.2工作原理及其应用11.3电气火灾的特点2第2章 主要功能42.1 普通开关功能42.2 火灾自
5、动保护功能42.3 过载保护功能42.4 短路保护功能42.5 剩余电流保护功能4第3章 适用场所83.1 按使用类别分83.2 按使用方式分83.3 按极数分83.4 按瞬时脱扣电流分9第4章 正确应用防电气火灾的断路器10第5章 设计选型中应考虑的主要问题115.1 额定电流配置115.2 短路电流选择115.3 允许最大剩余电流（额定剩余动作电流）的确定1154断路器设计中必须考虑的问题12第6章 不宜用A型断路器的场合14第7章 断路器的选择15第8章 结论16致 谢17参考文献18第1章 工作原理及其应用1.1 断路器的作用断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故
6、扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成.当短路时，大电流（一般10至12倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）.现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，
7、与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。1.2工作原理及其应用电气火灾自动保护功能型断路器是在现行普通剩余电流断路器的基础上，配置一个具有与外界温度呈同步单调变化的感温元件-热敏电阻。断路器内部有相应的电子电路相配合，当外界环境温度异常升高，超过了一定正常温度值后（这个温度值范围定义为额定动作温度），电子线路自动驱动电气火灾自动保护型断路器的主触头脱扣器，将断路器负载侧线路分断，防止负载侧的线路和设备因电气火灾使绝缘损坏，造成进一步的短路事故发生。电气火灾自动保护功能型断路器在规定温度范围的下限以下，不论时间多长，都不会导致电气火灾自动保护功能型断路器动作，即
8、为额定不动作温度。额定不动作温度保证了电气火灾自动保护型断路器不致因正常环境温度升高或意外热源的偶然影响而产生误动作，确保其工作的可靠性。 由此可知，电气火灾自动保护型断路器要达到对火灾作出正确的反应，最主要的是在安装时，要保证电气火灾自动保护型断路器上的热敏元件，即火灾感测探头，能直接感测到需要进行监测空间的温度变化。探头正前方不得有影响温度直接对其进行辐射传递的物体。如果电气火灾自动保护型断路器安装在照明箱内，而被监测区域的温度变化，不能被断路器上的火灾感温探头直接监测到，则达不到实现火灾自动保护的作用。1.3电气火灾的特点过去普遍认为，电气间短路引起的火灾大多由带电导体间的短路所造成，由
9、于短路电流大，可用带短路保护的断路器和熔断器来防止。实际情况并非如此，因大多数的短路火灾是由接地短路故障产生的电弧或电火花所引起。前者短路电流以千安计，金属线芯产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，火灾危险甚大，但金属性短路产生的大短路电流，能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免。后者因短路电流受阻抗影响，电弧长时间延续，而电弧引起的局部温度可高达30004000 ，很容易烤燃附近可燃物质引起火灾，又由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使一般断路器动作跳闸切断电源，所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。在接地故障回路全为金属导体的TN-C-S系统，其导电性能不良失去接地保护并不
10、影响电气设备的使用，故工作中不易发现。但一旦发生接地故障，由于短路电流小，不能使断路器动作，而导致上述电弧性短路的发生。至于TT系统，其接地故障回路内串有电源的接地保护和设备外壳的接地保护，两个接地电阻造成回路本身的阻抗就很大，更易发生电弧性短路。由上可知，接地故障的回路阻抗大，使它易以电弧短路的形式出现，这也是单相接地短路故障容易导致火灾的一个重要原因。电力线路受机械损伤而发生短路，如当导线与金属管道构件接触而无套管保护时，长期磨擦使绝缘损坏，这种短路多为单相接地故障造成，易发生电弧性短路。通常电气设备绝缘损坏产生电弧性接地故障的情况还有：导线和电气设备绝缘老化；电器或电动机的接线端子周围绝
11、缘因长期发热而炭化；电动机过载而发生匝间短路；电气设备受潮或严重凝露；在电气设备中有导电尘埃沉积等。这类故障会引起接地电弧性短路，并酿成火灾。当线路因过负荷使绝缘温度超过最高允许工作温度，绝缘老化加速 使绝缘水平降至规定值以下，如果没有外因触发，短路一般还不会发生。如果有外因触发，如雷电引起的瞬态过电压、邻近大功率设备的操作过电压以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等，则在此大幅值过电压冲击下，老化的绝缘将被击穿而弧光短路。过电压转眼消失，工频短路电弧却能长时间延续，这是因为电弧的高阻抗限制了短路电流，使断路器不可能动作。这类过电压多出现在带电导体与地之间，所以这种短路也多为单相接地短路
12、。电气短路以单相接地故障居多，电气火灾的危险则以电弧性接地为最严重。第2章 主要功能2.1 普通开关功能 正常用电时，对受控线路进行人工闭合和分断操作。 2.2 火灾自动保护功能 当断路器所在位置（分体型为被探头监测位置）一旦发生火灾，环境温度异常升高，该断路器的感温探头在感测到所处环境温度达到或超过整定温度后，自动将受控线路电源切断，防止扩大火灾范围，并为灭火行动提供电气方面的安全保障，防止灭火人员发生电击后的二次伤害事故。 2.3 过载保护功能 当电气火灾自动保护型断路器所控制的线路负荷超过额定值，发生超载时，断路器将适时自动分断，切断受控线路的电流。防止因其发热而引起线路火灾。 2.4
13、短路保护功能 当电气火灾自动保护断路器所控制的线路发生意外短路事故，该断路器将在0.2 s时间内分断，切断受控线路的电源，防止短路事故引发火灾事故。 2.5 剩余电流保护功能 一般的低压断路器主要针对电力线路和设备的过载和短路保护，因此其额定动作电流较大，而接地故障引起的接地短路电流较小，一般不足以使断路器动作跳闸，因此低压断路器不能防止因接地故障引起的电气火灾，而只有带剩余电流保护功能的断路器，在过电流断路器不动作的情况下，能有效地切断故障电路，防止电气火灾。应用剩余电流断路器来防止电气火灾，必须正确选择额定剩余动作电流。在有火灾危险的场所，要防止故障电流引起火灾，必须在线路中装设额定剩余动
14、作电流不超过500 mA的剩余电流断路器，或装设绝缘监察装置，在绝缘故障时发出警报。采用额定动作电流不超过500 mA的剩余电流断路器，可以在出现引燃火灾所需的能量前，就发出警报或断开电路排除故障。为防止电弧性接地故障引起的电气火灾，在线路上装用带剩余电流保护功能的断路器是一项重要的防火灾措施。其剩余电流保护功能对建筑物的电弧性接地故障引起的电气火灾进行防范。为切断建筑物内的电弧性大多接地故障，在电源进线端也应装用剩余电流断路器。GB50096住宅设计规范，规定了每幢住宅楼的总电源进线断路器，应带有剩余电流保护功能的明确规定。因多数用户不懂得用电安全知识，又无专业电工进行维护管理，住宅电气火灾发生较多。据近年统计，我国住宅电气火灾占电气火灾总数的一半以上，所以这一规定是十分必要的。在进线处安装带过载保护、短路保护、剩余电流保护于一体的多功能低压断路器，不仅可以保护线路、保护设备，而且还可防止因接地
