限流型断路器使用注意事项

限流型断路器使用注意事项大多数人以为故障发生时，分断能力低于故障点预期短路电流的下级断路器B不会分闸，而由分断能力高于预期短路电流的上级断路器A去分闸，或故障点发生的短路为阻抗性短路，短路电流有可能小于B的分断能力，此时由断路器B去分闸。而实际情况是：断路器A在整个短路过程中，不是真正意义上的“分闸”，只是主触头分开一定间隙，而正是由于这个间隙的电弧存在对短路电流有限制作用，从而降低整个回路的短路电流，有利于下级断路器B分断故障电流。这其中有几个关键问题第一：认为当发生过电流时，上级断路器并未真正打开，主触头中出现一定的间隙，并引燃了电弧；第二：触头中的电弧对电流产生了限流作用；第三：下级断路器利用这种作用执行分断操作，从而保护了下级断路器的主触头这里有几个重要问题需要我们来研究：第一个问题：这种能在发生过电流时出现似断非断状态的断路器真的存在吗？如果存在，这是什么断路器？第二个问题：电弧真的能限流吗？第三个问题：如果这种断路器存在，那么它与下级断路器之间应当有何种协调配合关系？第四个问题：这种配置关系的应用条件是什么？我们现在开始：===========================第一个问题：这种能在发生过电流时出现似断非断状态的断路器真的存在吗？如果存在，这是什么断路器？回答：这种断路器存在，就是限流型断路器我们知道，从限流特性来看，低压断路器分为普通断路器和具有限流特性的断路器两种。我们来看下图：我们发现，这种限流特性很接近于熔断器。我们来看熔断器的曲线：在这张图上，当预期冲击电流的有效值是20kA时，对于100A的熔断器来说，它的截断电流Ic是12kA。我们知道限流比Kc是截断电流与预期冲击电流峰值Ipk之比，而预期冲击电流峰值Ipk与预期冲击电流Ip之比是峰值系数n，于是有：Kc=Ic/Ipk=Ic/nIp查GB14048.1-2010《低压开关设备和控制设备第1部分：总则》的表16：对应于试验电流的功率因数、时间常数和电流峰值与有效值的比率n，得知20kA的试验电流其峰值系数n=2.0，于是有：Kc=12/(2.0x20)=50%也即若熔断器所在回路中出现20kA的冲击短路电流时，熔断器能确保当电流过零后升至12kA时把线路切断那么限流开关是如何实现这种功能的呢？这和限流断路器的结构密切相关普通的断路器当发生过电流时，开关内部的过电流检测部件被启动，它发出动作信息（可能是机械结构的动作信息也可能是电气动作信息）给脱扣器，脱扣器让断路器执行开断操作；对于限流型断路器，过电流首先让主触头发生振动，这种振动到达一定限值后，启动脱扣器让断路器执行开断操作。所以，限流型断路器在开断前会经历主触头振动期正是这种主触头振动期使得限流型断路器的动、静主触头之间出现电弧不过，可以想得到的是：这种电弧必定是不稳定的，它时断时续，并对触头产生一定的烧灼作用。第二个问题：电弧真的能限流吗？回答：我们假定开关的主触头在时刻零开始打开，于是弧隙中出现了电弧。电弧所在线路的等效图如下：图中，我们看到线路电阻R，以及线路电感L，还有线路的分布电容C。忽略分布电容C，我们可以得到如下表达式：这个表达式中，右侧有两项。第一项是理想弧隙中的电流，第二项是电感的反向电动势造成的电流。我们看到，正是由于电感的存在，使得实际弧隙中的电流被减小了现在我们来仔细看看电弧电流ih与电压uh的关系问题。为了方便起见，我直接扫描教科书中的图，而不再自己绘制了。如下：给出几个重要结论：第一：由于电弧电压的存在，使得实际弧隙中的电弧电流要比理想弧隙中的电弧电流提前过零第二：每次电流过零电弧熄灭后才重新开始燃烧，使得实际弧隙中的电弧电流的周期也相应变短在电弧电压不变的条件下，实际弧隙中的电弧电流的峰值要比理想弧隙下的电弧峰值低。这就是电弧的限流作用，表现在电流峰值降低，以及电流周期缩短注意：电弧的这种限流特性仅仅适用于低压领域，对高压和中压电弧基本无效第三个问题：如果这种断路器存在，那么它与下级断路器之间应当有何种协调配合关系？回答：我们已经知道这种断路器就是限流开关。那么它与下级断路器在过电流发生时有何种配合关系呢？我们来看：设想线路中已经出现了过电流，上级的限流开关主触头出现了抖动现象，电弧被拉出。由于电弧的限流作用，使得线路中的电流被限制在一定的水平。同时下级断路器也开启了线路保护动作操作，过了一段延时，下级断路器的短路短延时执行分断操作，使得下级断路器开断这段描述看起来是合理的。不过，这段描述其实是在理想的条件下实现的。在实际线路中，这种理想状况出现的机会很少。那么实际线路中上下级断路器之间是如何执行过电流开断的？还有它们与电弧又有何种关系？A类断路器指的是不具有短路短延时保护的断路器，它既包括普通的两段（过载L和速断），也包括限流型断路器1）保护断路器，当然也包括限流断路器。但从脱扣机理来看，普通断路器与限流断路器它们的原理完全不同2）ABB的《配电设计手册》中也提倡上级馈电采用限流断路器，下级进线采用普通三段保护断路器或者两段保护断路器但是问题来了，从上面的讨论我们已经知道，这种保护方式是存在一定缺陷的我们就此引出问题四问题四：这种配置关系的问题是什么回答：首先给大家说一个工程实例在某地的大型平板玻璃工程中，ABB的工程师按ABB的设计规范，在二级配电系统的电动机馈电回路中配套了限流型断路器，下级就是电动机的控制箱了，其中配套了普通的断路器。系统投运后，售后服务反馈，限流型断路器大量烧毁。检查后发现，在电动机起动时限流型断路器的主触头会出现抖动拉弧现象，致使限流型断路器短期内主触头磨损烧毁。事后，把这一大批限流型断路器全部更换为普通断路器，才解决问题。这说明什么呢？首先，这种配置方案不能用于电动机回路当电动机起动时，在转子还未旋转时，这时电动机定子线圈中出现的电流被称为起动冲击电流，大约等于起动电流的2到4倍，相当于12到14倍电动机的额定运行电流当出现起动冲击电流时，如果电动机回路配备了限流型断路器，那么它的主触头必然会出现抖动现象，而且触头中会有拉弧。这将极大地降低断路器的电寿命其次，如果下级系统中有多路馈电回路，且其中有许多冲击性负载，那么它们产生的尖峰电流就有可能引起上级的馈电限流型断路器主触头发生抖动，同时也降低它的电寿命由于在实际使用中，上述这两种情况十分常见，因此对限流型断路器的应用产生了诸多限制我的问题是：限流型断路器到底应当应用在何种场合才最合适？施耐德的何巍伟老师在他的“低压保护断路器限流和级联技术及其应用”一文中提到故障电流发生时，限流断路器的触头动作的情况。整篇文章确实提到了配电电缆的保护，未对用于电动机等冲击性负载的保护做进一步论述，但是否像帕版所担心的那样，限流断路器存在一个动作的阀值，需要进一步探讨。如截图：在NSX应用指南一书中，根据书的目录，“级联”一级只安排在“配电保护的配合”一节，在“电动机回路的保护配合”只字未提“级联”，是否可以作此推断，“级联”技术只适应于配电保护，即对线缆的保护，不可应用在电动机保护回路中。看来首先要把级联搞清楚。我们来看下图：我们从图中看到了三级配电系统试问：图中被命名的断路器之间是何种级联关系？哪些断路器可以用限流开关？另外，如果QF5和QF6之间的电缆特别长，例如长达500米，试问QF5应当采用何种断路器？用限流开关行吗？如果同样的情形出现在照明回路，那么它的上级馈电开关QF8应当采用何种断路器？用限流开关行吗？=======================若电力变压器的容量是1250kVA，QF4所在位置的两台电动机均为30kW重载起动，QF5到QF6之间在空气中敷设的电缆长度为220米，QF3和QF4之间的电缆长度为100米，也是在空气中敷设的，试问我们该如何选择QF5和QF6这两个断路器？QF3和QF4呢？