1、维修电工技师论文论文题目：浅谈断路器的设计与选择 姓 名:_身份证号:_所在省市:_山东省滕州市_所在单位:新能凤凰( 滕州 )能源有限公司浅谈断路器的设计与选择姓 名： _身份证号：_所在单位：新能凤凰（滕州）能源有限公司_浅谈断路器的的设计与选择断路器是工厂安全生产的重要的供电装置，人民生命财产的重要保障，它的可靠与否直接关系到供电的安全、生产的稳定。因而为选择合适的断路器，应先计算电气设备在各种故障和不正常状态下的参数，通过参数去选择合适的断路器。本文具体从以下几方面论述：1.不同的 负载应选用不同类型的断路器2.选择 不同类 型短路分断能力的断路器来适应不同的 线路预期短路电流(当I在
2、相同的情况时) 的需要断路器的选用原则是：断路器的短路分断能力线路的预期短路电流。3.关于断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流4.四极断路器的选用中国电力研学网-社区论坛浅谈断路器的的设计与选择在工厂生产过程中，经常由于故障和不正常的工作状态迫使生产停止或损坏生产设备，给工厂造成重点损失。而好多故障都是由于断路器配置不当或动作数据计算不精确造成的，经过数年的维修实践，我在工作中总结出来，若想减少故障和不正常工作状态，必须精心计算、巧于选择合适的断路器，才能保证工厂的电气设备安全运行。1 不同的 负载应选用不同类型的断路器最常见的负载有配电线路、 电动机和家用与类似家用(照明
3、、家用电器等)三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类 断路器的保护性质 和保护特性是不相同的。对配电型断路器而言，它有 A类和B 类之分： A类为非选择 型， B类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬 时的三段保护特性。万能式(又称框架式)断路器中的DW15系列、DW17(ME) 系列、AH系列和DW40 、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15 、DW17的某些规格因 仅有过载长 延时、短路瞬 时的二段保 护，它 们是属于非选择型的A类断
4、路器。选择性保护,当某点短路时 ，只有靠近 该点的QF2断路器动作，而上方位的QF1断路器不动作，这就是选择性保 护(由于QF1不动作，就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电) 。 如果QF2和QF1都是A 类 断路器， 则某点发生短路，短路电流值达一定值时，QF1、QF2同 时动 作， QF1断路器回路及其下的支路全部停电，就不是选择性保护了。 能够实现选择性保护的原因是，QF1为B类断路器，它具有短路短延 时性能，当 F点短路时，短路电流流过QF2支路，也流过QF1回路，QF2的瞬时动作脱扣器动作(通常它的全分断时间不大于0.02s)，因QF1的短延时，QF1在0.02s内不会动作(它
5、的短延时0.1s或0.2、 0.3、0.4s)。在 QF2动作切断故障线路时，整个系统就恢复了正常。可见，如果要达到选择性保 护的要求，上一 级的断路器 应选用具有三段保护的B 型断路器。对于直接保护电动 机的电动机保护型断路器，它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选择A类断路器(包括塑壳式和万能式) ，DZ5、DZ15、TO、TG、GM1、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外，它们的630A 及以下 规格均有保护电动机的功能。 最专家用和类似场所的保护(过去又称它为导线保护或照明保护)，也是一种小型的A类断路器，其典型产品有C45N、PX200C
6、、HSM8等等。 配电(线 路) 、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象(如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等)的承受过载电流的能力(包括电动机的起动电流和起动时间等)有差异，因此， 选用的断路器的保护特性也是不同的。(1)配电保护型断路器的反 时限断开特性,可返回特性,考虑到配电线路内有电动机群，由于电动机仅是其负载的一部分，且一群 电动机不会同时起动，故确定 为3In(In为断路器的 额定电流，InIL， IL为线路额定电流)，对断路器进行试验，当 试验电流为3In 时 保持5s(In40A时)，8s(40AIn250A 时) ，12s(In250A 时)，然后将电流返回至In，
7、断路器 应不动作， 这就是返回性。 (2)电动机保护型断路器的反 时限断开特性注：按电动 机负载性质可以选2、4、8、12min之内动作，一般的选24min。7.2In也是一种可返回特性，它必 须躲过电动机的起动电流(57倍In)， Tp为延时时间，按电动机的负载性质可选动作时间Tp为2sTp10s、4sTp10s、 6sTp20s和9sTp30s ，一般 选用2s Tp10s或4s Tp10s。(3)配电保护型的瞬动整定 电流为10In(误差为20%),In为400A及以上规格，可以在5In 和 10In中任选一种( 由用户提出，制造厂整定)；电动机保护型的瞬动整定电流为12In, 一般设计
8、时In 可以等于电动机的额定电流。 中国电力研学网-社区论坛 电气工程专业技术交流、学 术讨论、资源共享网站，专注电力 (4)家用和类似场所用断路器的 过载脱扣特性,B、C、D型是瞬时脱扣器的型式：B型脱扣电流35In，C型脱扣电流510In，D型脱扣电流1050In。用户可根据保护对象的需要，任选它们中的一种。(5)B类 断路器的短路短延时特性DW15型断路器：3 10In(Inm为1600A时，Inm为壳架等级电流) ，36In(Inm为2500A 、4000A时)，短延时时间为0.2或0.5s。ME型断路器： 312In，短延时时间00.3s可调。DW45 型断路器：0.415In，短延
9、时时间 0.1、0.2、0.3和0.4s可调。在 进行工程设计时，应根据不同的负载对象来选择不同保护特性(如上所述) 的断路器，以免因选用不当造成严重后果。在实践中最容易混淆的是电动机负载保护误选为配电保护型或家用保护型。小型断路器(MCB) 也有电动机保护型，如天津梅兰日兰的C45AD等，它们的保护特性都应符合。国电力研学网-社区论坛 电气工程专2、选择不同类 型短路分断能力的断路器来适 应不同的线路预期短路电流(当I在相同的情况时)的需要断路器的选用原则是：断路器的短路分断能力线路的预期短路电流。假设某电源(SL710/0.4kV 变压器)的容量为1600kVA，二次电流为2312A ，其
10、出线端5m 处 的短路电流为42.96kA。某一支路的额定电流为125A，由于此支路离变压器很近，如在10m处，则此支路的断路器需要考 虑采用HSM1_125H型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400V、50kA)。但是离 变压器50m处，由于汇流排等的电阻和电抗值影响，50m 处的短路电流已经降到34.5kA，而100m 处，降为28.8kA。对此就可选择HSM1_125M型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400V、35kA)。现 在国内许多断路器生产厂家，对同一壳架等级电流的短路分断能力分为E、S、 M、H、L(杭州之江开关厂的HSM1系列) 或C、 L、M、H(常熟开关厂的CM1
11、系列)或S、H 、R、U(天津低压电器公司的TM30 系列)等级别。其中，E为经济型，S 为标准型，M为中短路分断型，H为高分断型，L为限流型，C 为经济型，L为 低分断型；M为高分断型，H 为超高分断型；S为标准型，H为高分断型，R 为限流型，U 为超高分断型。以 HSM1_125型塑壳断路器为例，E 型的极限短路分断能力为400V、15kA， S型为400V、 25kA，M型为400V、35kA，H型为400V、50kA。它 们的价格也相差很大，如以E型为1 ，则S型为 1.2，M型为1.4，H型为2，即购买一台H 型的断路器的钱，可以购买二台E型。用户在设计选用时，不必人为地加上所谓保险
12、系数，以免造成浪费。3、关于断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流极限短路分断能力(Icu)，是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因数)条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路 电 流，经此通断后，不再继续承载其额定电流的分断能力。它的试验程序为0 t(线 上)C0(“0” 为分断，t为间歇时间，一般为3min，“ C0”表示接通后立即分断)。试检后要验证脱扣特性和工频耐压。 ! 运行短路分断能力(Ics)，是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数)条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路 电 流，经此通断后，还要继续承载其额定电流的分断能力，它的试验
13、程序为0 t（线上）C0 t(线上)C0。短时耐受电流(Icw),是指在一定的电压、短路 电流、功率因数下，忍受0.05 、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力，Icw 是在短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标，它是针对B 类断路器的，通常Icw的最小值是：当In2500A时，它为12In 或5kA，而In2500A时，它为30kA(DW45_2000的Icw 为400V、50kA，DW45_3200 的Icw为400V、65kA)。运行短路分断能力的试验条件极为苛刻(一次分断、二次通断)，由于试后它还要继续承载额定电流(其次数为寿命数的5%) ，因此它不单
14、要验证脱扣特性、工频耐压，还要验证温升。IEC947_2( 以及1997新版IEC60947_2) 和我国国家标准GB140482规定，Ics可以是极限短路分断能力Icu数值的25%、50%、75% 和100%(B类 断路器 为 50%、75%和100%， B类无25% 是 鉴于它多数是用于主干线保护之故)。上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力线路的预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。无论A类或B类断路器，它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。A类：DZ20系列Ics 50%77%Icu，CM1系列Ics58%72
15、%Icu，TM30系列Ics50%75%Icu，(个别产品IcsIcu)。 B类 ：DW15系列Ics60%左右的Icu， (个别的如630AIcs Icu，但短路分断能力仅400V时30kA)，DW45系列Ics62.5%80%Icu.不管是A类或B类断路器，只要它的Ics 符合IEC947_2(或GB14048.2) 标准规定的Icu 百分比 值都是合格 产品。 中国电力研学网-社区论坛 电气工程专业技术交流、学术讨论、 资源共享网站，专注电力技术，涵盖电力论坛、电力博 用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力线路预期短路电流就能满足要求了，对线路本身来说，例如上面 举例的变压器容
16、量为1600kVA的线路，可能出现的短路电流约为43kA, 它是仅计算离变压 器距离为5m，且它的短路电流因此比实际情况偏大。这种短路的机率极小。在选用断路器时，只要它的极限短路分断能力43kA，譬如50kA就足够了。经过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使命，必须更换新的断路器，而运行短路分断能力，例如为50%的Icu ，也达到 25kA，它既可以 实现一次分断，二次通断 (在25kA短路 电流时)故障电流然后还要承载其额定电流，任务是非常艰巨的。有些使用者 认定要按断路器的运行短路分断能力(Ics) 线路预期短路电流来设计，其实是一种误解，也是不必要的。有些制造厂的样本里宣传，它的产品I
17、cs=Icu ，如确实，说明它的Icu指标有裕度，如不确实，说明它有水份，不可全信，而且 Ics=Icu的断路器，其售价要高很多，不合算。 中国电力研学网-社区论坛 电气工程专业技术交流、学术讨国外几十年来盛行一种级联(cascade)保护(也称后备保护)，QF2断路器的极限短路分断能力小于其线路的预期短路分断能力(例如线路额定电流为250A，而 预期短路电流为50kA)，则QF2 选择的是HSM1_250S断路器(Icu为400V 、35kA)，当 F处出现线路短路( 短路电流达50kA) 时，由QF1(设QF1处的额定电流为400A， QF1选HSM1_400H，其 Icu 为400V、
18、65kA)和QF2一起分断，QF2仅承受一部分短路电流的分断，其余部分由QF1 承担)，而对QF2处线路绝大部分小于 35kA的故障电流，就由QF2 来承担。这种级联保护也有一定的条件，譬如邻近的支路不是重要负载(因为一旦QF1跳闸QF3 回路也停电)，同时QF1的瞬动整定值与QF2 的瞬定值也要协调等， 这种级联保护主要目的也是为了节约投资。 中国应提到的是，所有断路器的短路分断能力(无论是Icu还是Ics)都是周期分量有效值。在短路试验中的“C0”的C(close接通) 的电流是峰值电流Ich。在试验站进行短路分断试验时，电压、短路电流( 有效值)和功率因数(cos)已调整好，它的接通电流
19、也就被确定了。接通电流试验(“C”试验) ，是以峰值电流来考核触头和其他导电体承受的电动斥力和热稳定性的能力，有什么样的有效值电流(分断电流)，在其相应的功率因数下，便有什么样的峰值电流，使用者毋须去考虑峰值电流这个参数。力研学网- 社区论坛 电气工程专业技术交流、学术讨论、峰 值电流( 冲击电流) ichkch(根号)2Ic，Ic为周期分量有效值，kch为冲击系数1kch2，kch2为峰值系数。4、四极断路器的选用中国电力研学网-社区论坛 电气工程专业技术交流、学术讨论、 资源共享网站，对于下列情况，有必要选用四极断路器：1)有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足整个系统的维护、测
20、试和检修时的隔离需要；2)住宅每户单相总开关应选用带N极的二极开关(可用四极断路器)；3)剩余 电流动作保护器(漏电开关) ，必 须保证所保护的回路中的一切带电导线断开，因此，对具有剩余电流动作保护要求的回路，均 应选用带N极(如四极 )的漏 电断路器。目前，国内市场供应的四极塑料外壳式断路器有六种型式：1)断路器的N极不带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路； 2)断路器的N 极不带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相 线极一起断开； 3)断路器N极带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路；4)断路器的N 极带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开；5
21、)断路器的N极装设中性线断线保护器，N极与其他三个相线极一起合分 电路；6) 断路器的N 极装设中性线断线保护器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开。2 3 我在 实际选择断路器过程中发现， 1)和2)型式适用于中性线电流不超过相线电流的25% 的正常状态( 变压器联结组标号为Yyno)，其中2)型适用于TN_C系统(PEN线不允许断开)；3) 和4)型式适用于三相负载 不平衡，且负载中有大量电子设备( 谐 波成份很大 )，导致 N线的电流等于或大于相线电流，N 线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障的情况；4)型适合TN_C系统；5)和6) 型式适合于在中性线断线时
22、，切断三相及中线以保护单相设备避免损毁和间接触电事故的发生，6) 型适合于TN_C系统。4 低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路 发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电 路。当 电路过载时，热脱扣器的 热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当 电路欠电压时，欠 电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构 动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时 ，其 线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮
23、，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构 动作，使主触点断开。5 空开 烧毁的原因：（一）触头系统1.触头压 力不足。因长期使用，触 头弹簧变形、氧化，张力消失或减退，因触头过热，使触头弹簧退火，都是触头压 力不足的原因， 对此要检查 触头初压力和终压力是否符保要求。其方法可在动触头和支持板之间放入一张纸条，纸条在触头弹簧压力下被压紧，在动触头上装一弹簧秤，右手拉弹簧秤，左手轻轻拉纸条，当 纸条刚可以抽出时，弹簧称上读数即为初压力。将开关合上，使触头闭 合， 纸条夹在动静触头之 间，按 测初压力的方法；当纸条刚可抽出时，弹 簧称上读数就是终压 力。 触 头压力也可以用下式估算：初 压力=0.5*触头
24、终压 力，（公斤）终压 力=2.25* 触头额 定电流（安）/100（公斤）根据触头初、终压力的数 值，可以重新配制 弹簧，也可以自行绕制。自行绕制时，选择合适的琴钢丝，按同样的直径和匝数进行绕制，但往往由于绕制工艺问题，所得的 弹簧力大小的差别，需要将弹簧的直径和匝数进行调节。 调节的 办法是：钢丝越粗， 弹力越大；弹簧外径越大，弹力越小；匝数越多，弹力越小。 绕制时用一根 圆铁棒在老虎钳上，再在圆铁棒上齐密缠绕，所用铁棒直径要比 弹簧内径小一些，因 绕 好后弹簧直径会增大， 绕好后的弹簧应热处理，否 则无弹性。绕 制弹簧: 在台钳上用两 块硬木板将钢丝夹紧，圆铁棒变成一个摇手柄，在一端开一
25、个槽，将钢丝头钳入槽内，摇手柄将钢丝卷在铁棒上，匝与匝之间的节距，用厚度与节距相等的铁皮钳入匝与匝之间，用来控制节距。 铁棒直径选 用经验：直径0.9 毫米以下钢丝应比弹簧直径小2 毫米，0.91.63毫米的钢丝比弹簧直径小3毫米，1.632.6毫米的钢丝，圆铁棒直径应比弹簧直径小4毫米。2.触头表面氧化。金属的氧化层是一种不良导 体。触头温度越高，氧化越严重，接触电阻越大，发热就更厉害，造成触头损坏。所以一般将触头设计成在闭合时有一滚动和滑动过程，便能自动消除氧化膜。对氧化严重的触头，最好将触头拆下放入硫酸中用刷子将氧化层刷去，然后放入碱水里中和，再用自来水冲干净。在 应急的情况下，可用砂纸
26、将氧化膜砂掉。触头上的油垢用四氯化或汽油清洗。3.触头容量不 够大。电流超过了额定值，引起触头发热。触头磨损过多，压力减小，也引起触头过热。必须引起触头过热。必 须更换触头。4.触头烧 坏。一种是因开关分断时，电弧在触头 之间燃烧，使触头熔化。另一种是开关闭合时烧毛，因在闭合时动触头具有一定动能，当它与静触头相碰时，要 发生跳动，而这时正是电动机起动之际，通过触头的电流很大，使触 头在跳动的过程中形成电弧，将触 头烧毛。跳动的原因是初压力太小，或断开很大的故障 电流，这都是烧毛的原因。顺便指出，触头轻微的烧毛是一种正常现象。烧毛的触头表面会出现凸出的小点，造成触头接触不良，应细心把触头表面锉平
27、，并要保持触头表面的形状和原来一样，切勿锉的太多，否则就不能使用。5.触头熔 焊。严重的电弧会使触头熔化，熔化的金属在触头闭合后，使动静触头焊在一起，分断电路时，触头无法分开， 这是严重的故障。其原因一方面是触 头弹簧损坏，初压力太小；另方面可能是开关太小。当电动机在频繁起动时也可能造成熔焊的现象，在这种情况下，应选用性能更好的开关。6.触头磨 损。主要由于电弧的高温使金属气化蒸 发，触头厚度变得越来越薄，这种磨损是正常现象，所以触头使用日久应当更换。但不正常的磨损则是一种故障，必 须排除。故障性磨损的原因，一方面是触头弹簧的损坏，初压力不足；另方面是电源电压太低，电磁吸力不足，触头闭合后发生
28、跳动；另一方面是电源电压高于吸引线圈的额定电压，开关闭合时触头动能加剧。磨损也增加。磨损的触头，如果“超程”减少了一半，就需要更换新的。触头是易磨损零件，应有备品，无备件亦可制作，用紫铜（但不能退火），应按同样材料和形状去仿制，不能随意改 动，如果新制触头重量与原来的重量增加许多，会加剧闭合时的触头跳动。7.触头状 态的调整。修复后的触头一般应进行 调整，调整的原则：预接触头应在主触头前接通；灭弧触头应在主触头后断开；动静触头应当对齐；非正常情况的接触，即宽度在5毫米之内的小面积接触，应调整成面接触，即不小于全部接触面积的2/3，且 宽度应大于5毫米。检查触头接触情况的方法：在触头接接触面上垫
29、一层复写纸和一张白纸，由于接触压力使复写纸在白纸上印有痕迹，以此判断接触情况。8.消除触 头的跳动。触头跳动是开关最常见的毛病，也是最难排除的故障。经过长期的实践，得出下面的经验：将经常跳动的开关触头拆下，按原样用弹性弱的材料（如紫铜等），比原触头重量增加1015%（最好在试验中得出合适值），重新制作。但触 桥应平直，不准有拱形。(二） 弧系 统；开关分断，触头间产生电弧，在正常情况下，电弧很快进入灭弧装置中，迅速熄灭，从电弧开始燃烧到熄灭，只有0.010.02秒，如果灭弧系统发生故障，灭弧时间就延长了，甚至不熄灭。用下述现象判断灭弧时间。正常情况 电弧喷出灭弧罩的范围很小，常听到一声清脆有力的声音；如果电弧喷射范围很大，听到一种软弱无力的卟卟声，并且伴随触目惊心头严重烧毛，灭弧罩烧焦，这是灭弧时间延长了，其后果会把开关烧坏，甚至引起爆炸事故。其原因的如下几个方面：1.灭弧罩受潮。如果灭弧罩是用石棉水泥制成，它会在空气中吸潮，另方面在使用 时被雨水淋潮，故它的绝缘性能就降低；还会因潮气在电弧的高温作用下，弧罩内水分气化，罩内上部压力增加，电弧不能进入灭弧罩，所以 电弧不能熄灭。 对此应当立即烘干排除之。2.磁吹线 圈匝间短路。在磁吹灭弧装置中，静触头附近都装有磁吹线圈，这种线圈是靠空气绝缘，在使用中如不小心，受到冲击或碰撞造成匝间短路，有效匝数减小，磁 场减弱，
