低压电气元器件的研究

１ 总论 保护电器在低压配电系统中占有重要地位，在配电线路发生故障时切断故障电路的器件主要是低压熔断器和低压断路器。如果设计中整定不正确，将导致不能在要求的时间内切断故障电路，从而损坏电线、电缆，甚至扩大事故，或者导致非选择性动作，扩大停电范围。 为了正确选择和整定电器参数，首先要了解保护电器的主要性能，同时要熟知国家标准——《低压配电设计规范》（ＧＢ ５００５４－９５）的有关规定，从而进一步知道按照配电系统的状况和计算的故障电流值（短路电流和接地故障电流等），正确整定保护电器的参数，以保证满足上述规范的规定，即在规定的时间之内可靠切断故障（或发出报警），同时要求有选择地切断故障，即只切断发生故障的一段电路，而不切断上级配电线路。 ２ 保护电器的主要性能 ２．１ 低压熔断器 配电系统中使用的熔断器应符合国家标准——《低压熔断器第１部：基本要求》（ＧＢ １３５３９．１－２００２）（等同采用ＩＥＣ ６０２６９－１：１９９８）和《低压熔断器 第２部分：专职人员使用的熔断器的补充要求》（ＧＢ／Ｔ １３５３９．２－２００２）（等同采用ＩＥＣ６０２６９．２之１９９５年１号及２００１年２号修正件）、《低压熔断器 第２部分：专职人员使用的熔断器的补充要求 第１～５篇：标准化熔断器示例》（ＧＢ／Ｔ １３５３９．６－２００２）（等同采用ＩＥＣ ６０２６９－２－１：２０００）。 低压熔断器的主要性能如下。 2.1.1 分断范围和使用类别 第一个字母表示分断范围。“ｇ”为全范围分断能力熔断体；“ａ”为部分范围分断能力熔断体； 第二个字母表示使用类别。 两字母组合的熔断体类别举例： “ｇＧ”为一般用途全范围分断能力的熔断体； “ｇＭ”为保护电动机电路全范围分断能力的熔断体； “ａＭ”为保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体。 专职人员使用的熔断器，主要用于工业，有：刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器、圆筒形帽熔断器、偏置触刀熔断器等类型。 非熟练人员使用的熔断器，主要用于家用或类似用途。 2.1.2 时间—电流特性 对不同大小的故障电流决定熔断时间，是一种反时限特性曲线。制造厂应提供弧前和熔断时间——电流特性或时间—电流带。 2.1.3 约定时间和约定电流 反映熔断体过载的特性参数，其数值如表１所示。表１中的Ｉｎ小于１６Ａ的熔断，按ＧＢ／Ｔ １３５３９．６－２００２的约定电流值列于表２。 2.1.4 熔断体的分断能力 在规定的使用和性能条件下，熔断体在规定电压下能够分断的预期电流值，对交流熔断器，指交流分量有效值。 2.1.5 过电流选择性 两个或多个过电流保护电器之间的相关特性配合。当在给定范围内出现过电流时，指定的保护电器动作，而其他的不动作。标准规定，当弧前时间大于０．０１ｓ时额定电流之比为１．６∶１的两级熔断器之间的选择性可得到保证。 2.1.6 I2t（焦耳积分）特性 在规定的动作条件下作为预期电流函数的弧前或熔断Ｉ２ｔ曲线。制造厂应提供弧前时间小于０．１ｓ至相应于额定分断能力的弧前Ｉ２ｔ特性，以及以规定电压为参数的熔断Ｉ２ｔ特性，分别代表实际使用中可能遇到的作为预期电流函数的最小和最大值。 2.1.7 产品现状 自１９９２年发布ＧＢ １３５３９．１－９２标准以后，我国有一批熔断器按９２年标准生产，具有分断能力高、选择性好等特点。“ｇＧ”类型主要型号有ＲＴ１５、ＲＴ１６、ＲＴ１７、ＲＴ２０、ＲＴ３０以及ＲＬ６、ＲＬ７等，这些产品也符合２００２年熔断器新标准的要求。 但是，我国还没有符合标准的“ａＭ”类型产品。据了解，进入我国市场的奥地利埃姆•斯恩特公司和法国的溯高美公司都有这类产品。 ２．２ 低压断路器 采用断路器应符合国家标准《低压开关设备和控制设备．低压断路器》（ＧＢ １４０４８．２－２００１），等同于ＩＥＣ ６０９４７∶１９９５同名称标准。 低压断路器的分类和主要特性介绍如下。 2.2.1 分类 （１）按使用类别分类 ①Ａ类：在短路情况下，断路器无明确指出用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护； ②Ｂ类：在短路情况下，断路器明确串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，即在短路时，选择性保护有人为短延时（可调节）。 （２）按设计形式分，有万能式（开启式）、塑壳式； （３）按分断介质分，有空气分断、真空分断、气体分断； （４）按操作机构的控制方法分，有有关人力操作、无关人力操作、有关动力操作、无关动力操作、储能操作。而储能操作又有：储能方式（弹簧、重力等）、能量的来源（人力、电力等）、释能方式（人力、电力等）； （５）按是否适合隔离分，有适合隔离、不适合隔离； （６）按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式； （７）按外壳防护等级ＧＢ ４２０８－１９９３的ＩＰ代码分。 2.2.2 短路特性 （１）额定短路接通能力（Ｉｃｍ）：用最大预期峰值电流表示； （２）额定短路分断能力，规定为： ①额定极限短路分断能力（Ｉｃｕ）用预期分断电流（ｋＡ）表示；交流用交流分量有效值表示； ②额定运行短路分断能力（Ｉｃｓ）用预期分断电流（ｋＡ）表示，相当于Ｉｃｕ的某一百分数，标准百分数规定为１００％Ｉｃｕ、７５％Ｉｃｕ、５０％Ｉｃｕ，对于Ａ类断路器，还可以为２５％Ｉｃｕ。 （３）交流断路器的短路接通和分断能力的关系：两者的比值应不小于１．５～２．２，按短路分断能力大小和不同功率因数决定； （４）额定短时耐受电流（Ｉｃｗ）：对于交流，Ｉｃｗ为有效值，Ｉｃｗ值应不小于断路器额定电流Ｉｎ的１２倍，且不得小于５ｋＡ，最大不超过３０ｋＡ。与Ｉｃｗ相应的短延时不应小于０．０５ｓ，可选取０．０５ｓ、０．１ｓ、０．２５ｓ、０．５ｓ和１．０ｓ几档。 2.2.3 脱扣器 （１）脱扣器的形式 ①分励脱扣器； ②过电流脱扣器； ③欠电压脱扣器； ④其他如使用很多接地故障保护的脱扣器。 （２）过电流脱扣器的种类 ①瞬时； ②定时限，也就是短延时过电流脱扣器； ③反时限，通常称为长延时过电流脱扣器。 （３）过电流脱扣器的电流整定值：用电流值的倍数或直接用安培数表示； （４）过电流脱扣器的脱扣时间整定值 ①定时限的延时时间整定值用秒（ｓ）表示； ②反时限的应给出时间—电流特性曲线。 （５）反时限过电流脱扣器的断开动作特性。在基准温度下，所有相极通电至１．０５Ｉｎ，即约定不脱扣电流时，在约定时间（对Ｉｎ＞６３Ａ为２ｈ，Ｉｎ≤６３Ａ为１ｈ）内不应脱扣，使电流上升到１．３Ｉｎ，即约定脱扣电流时，应在小于约定时间内脱扣。 2.2.4 产品现状 （１）万能式断路器：由上海电器科学研究所组织研究设计的主要产品有： ①ＤＷ４５型是２０世纪９０年代新的智能型断路器，框架电流２０００～６３００Ａ，Ｉｃｕ达８０～１２０ｋＡ（４００Ｖ时），具有长延时、短延时、瞬时和接地故障保护功能，其整定电流和动作时间可在较大范围内方便调节，其价格较高； ②ＤＷ５０型是２１世纪初研制的智能型断路器，框架电流１０００Ａ，性能与ＤＷ４５基本相同； ③ＤＷ１５ＨＨ型是２０世纪９０年代末对原ＤＷ１５型的再开发产品，具有和ＤＷ４５相同的保护功能，但尺寸较小，价格适中； ④ＤＷ１６型：框架电流６３０～４０００Ａ，４００Ｖ时Ｉｃｕ达到３０～８０ｋＡ，具有长延时、瞬时和接地故障保护功能，但调节范围较小，没有短延时脱扣器，其价格较低。 此外，还有ＡＢＢ公司的Ｆ系列，施耐德公司的ＭＴ系列，框架电流达６３００Ａ，具有四段全保护功能，但价格较高。 （２）塑壳式断路器 ①Ｓ系列（即ＤＺ４０型）：由上海电器科研所和全国十多个企业研制的新产品。壳架额定电流６３～８００Ａ，共６个等级；分断能力有４个等级，即Ｃ系列（普通型４００Ｖ时，Ｉｃｕ达１５～３５ｋＡ）、Ｙ系列（标准型，Ｉｃｕ达３０～５０ｋＡ）、Ｊ系列（较高型，Ｉｃｕ达５０～７０ｋＡ）、Ｇ系列（最高型，Ｉｃｕ达１００ｋＡ）；有配电保护用和电动机保护用（ＡＣ－３）两种；具有长延时和瞬时脱扣器。还有２个系列产品：一是Ｚ系列智能化断路器，具有短延时脱扣器，有多种调节功能，也可直接与计算机控制系统通讯；二是Ｌ系列剩余电流断路器，同时具有长延时、瞬时和剩余电流保护功能，壳架电流６３～２００Ａ，现又扩展到８００Ａ，这是一个功能多样，具有不同档次可供选用的好产品。 ②另外，如ＡＢＢ公司Ｓ型（达３２００Ａ）、Ｅ型（达６３００Ａ），施耐德公司的ＮＳ型（达１２５０Ａ）等，有长延时、瞬时脱扣器，也有增加带短延时、接地故障保护等脱扣器的智能型断路器。 ３ 规范关于配电线路保护的规定 现行《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４－９５）是１９９５年１２月发布、１９９６年６月实施的国家标准。其中低压配电线路的保护是最重要的内容之一，因为它涉及保障人身安全、用电可靠，防止电路故障造成重大损害，如，导致电气火灾所需要的防护措施等方面。 配电线路保护是要防止两方面的事故：一是防止因间接接触（区别于直接接触带电体）而导致电击；二是因电路故障导致过热造成损坏，甚至导致火灾。 配电线路应装设短路保护、过载保护和接地故障保护，并分别作了规定，分述如下。 ３．１ 短路保护 要求在短路电流对导体和连接件的热作用造成危害之前切断短路故障电路，当短路持续时间不大于５ｓ时，绝缘导体的热稳定应按下式校验： Ｓ≥（１） 式中：