低压电器的应用

1、低压电器的应用摘 要随着我国工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融、商业、旅游服务等各行业的全面发展，对电能的需求越来越广泛， 据统计发电厂生产的电能约有80%以上是通过转换为低压来使用的。电能的大规模使用给低压电器的发展创造了广阔的空间，电网电机及其它用电设备的转换、控制、保护和调节都要依靠低压电器来完成，低压电器在一定条件下可对电路、电器进行多次保护却不用更换，是电路综合保护、控制的理想电器元件。另外低压电器选用的正确性，直接影响到电器、电缆等配套设备选择的合理性及用电的安全性。本文通过对低压断路器重要参数和指标的介绍来了解中国国家标准对低压断路器的要求；围绕低压断路器的配电型选用过程

2、来说明低压断路器的选用原则。关键词：低压断路器 额定电流 额定电压 额定短路分断能力Selection of low-voltage circuit breakerAbstractWith the all-round development of China's industry, agriculture, transportation, defense, education, health, finance, commerce, tourism and other service industries, the demand for electricity more widely.

3、according to statistics produced by the power plant, about 80% are by converting to a low voltage use. The massive use of energy to the development of low-voltage electrical appliances to create a vast space, power motors and other electrical equipment conversion, control, protection and regulation

4、must rely on low-voltage electrical appliances to complete. under certain conditions, low voltage electrical circuits protect electrical multiple without replaced. It is ideal electrical components for electrical control. Another selection of low-voltage electrical correctness, directly affect the e

5、lectrical cables and other equipment selection reasonableness and electrical safety.In this paper, low-voltage circuit breakers for the introduction of key parameters and indicators to understand the Chinese national standard low-voltage circuit breakers requirements; around the low-voltage circuit

6、breaker of the distribution-based selection process to demonstrate the principle of selection of low-voltage circuit breakers.Key words: low-voltage circuit breaker rated voltage Rated current Rated short-circuit breaking capacity目 录 绪论1第1章 低压断路器重要参数和指标31.1低压断路器的概念及通常分类31.2低压断路器的重要参数指标41.2.1额定电流 41.

7、2.2额定电压 41.2.3短路特性 51.2.4使用类别 6第2章 低压断路器工作原理72.1塑壳式断路器主要结构72.1.1触头系统72.1.2灭弧系统92.1.3过载脱扣器92.1.4短路脱扣器92.1.5传动机构 102.1.6转轴 102.1.7绝缘外壳 102.2塑壳式断路器工作原理 112.2.1脱扣器为热动电磁型的塑壳式断路器 112.2.2脱扣器为电子式型塑壳式断路器 132.2.3智能型可通信塑壳断路器 152.2.4带剩余电流保护塑壳断路器 17第3章 低压断路器的选用203.1低压电网产生故障的原因与分析 203.1.1低压配电网络短路电流估算 203.1.2有关相线接

8、地的短路电流 223.1.3中性线电流 233.2断路器的额定电流的选择253.2.1配电保护型断路器额定电流的选择 253.2.2电动机保护型额定电流的选择 25总结27参考文献28绪论低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备，低压电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。一、低压电器的发展概况二十世纪初，发明了三相交流输电线路，电力使用的范围不断扩大，电网的容量也日益增大，对供电电网运行与保护的要求越高，因此发展了低压断路器。随着多台电动机的运行，为了适应自动的远距离的和频繁的操作，发展了

9、接触器、起动器和各种继电器等控制电器。上世纪50年代以后，由于生产和科学的进步，电网容量日益扩大，对电源质量和可靠供电的要求又有了提高，同时亦对各种低压电器提出了新的要求。例如，对低压断路器要求不断提高额定短路分断能力，对于接触器，要求提高机械寿命及电气寿命等。此外，对于低压电器的性能要求也逐步提高。例如，对于低压断路器要求保护特性分散性小、稳定性好，保护特性间配合合理，工作可靠。70年代后，在小容量低压断路器基础上发展了带剩余电流保护功能的断路器，它可作为人身触电的直接或间接的保护以及防火的保护，大大提高了用电的安全性。近年来，由于计算机的发展，对各个技术领域带来了巨大的影响，低压电器也无例

10、外地应用CAD/CAM技术，使研究与设计进入了一个新阶段。无论在电器的电磁系统设计与计算、温升特性的计算、电路开断特性的计算、触头灭弧系统的计算以及特殊测试设备的研究等方面都已成为国内外电器研究的重要课题，很多方面都已取得了很大的进展。以国内低压电器中的低压断路器主流品种而言，其发展经历了从仿制到自行设计各阶段，尤其是国家实行了改革开放政策也加快了产品的发展更新。万能式断路器第一代产品为仿苏联的DW1、DW2与DW0系列；第二代产品是从上世纪1958年以后发展的自行设计的DW10系列；第三代产品是70年代末开发，80年代投放市场的DW15系列；第四代产品是90年代中期研制成功的DW45（相当于

11、常熟开关制造有限公司公司的CW系列）系列。塑料外壳式断路器第一代产品为仿苏联的DZ1系列；第二代产品是上世纪60年代自行设计的DZ10系列；第三代产品是80年代初开发的DZ20系列；进入90年代，以常熟开关开关制造有限公司为首自行设计研制成功的CM系列塑壳式断路器代表了第四代产品的诞生，进而大大缩小了与国际先进水平的差距。二、低压电器研究意义随着科学技术的不断发展，社会生产、生活等各方面对能源的需求越来越多。而在各能源中有以电能的使用最为广泛，这是由于电能的使用极为方便。电能的使用适宜于大规模生产，集中管理和自动控制，而且电能传输损耗小，可以远距离输送，所以世界各国都以电能的拥有量来表征国民经

12、济的发达水平。电能的生产，尤其是输送为了减少线路上的电能的损耗均采用高压输电。而对于电能的使用，却大多数是低电压。这无论是在工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、商业以及人民的生活设施等用电部门都不例外。据统计发电厂生产的电能约有80%以上是通过转换为低电压而使用的。而对于电网，电机及其它用电设备进行转换、控制、保护和调节都要依靠各种高低压电器来完成。随着工业化水平的日益发展，不仅对低压电器产品的数量有日益增长的要求，而且对产品的性能、质量、可靠性、品种等要求也越来越高。第1章 低压断路器的重要参数指标1.1低压断路器的概念及通常分类低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进

13、行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它是用于额定电压交流1200V或直流1500V以下电路中起保护、控制、调节、转换和通断作用的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，一获得了广泛的应用。低压断路器，从它的结构、用途所具有的功能来分，就有万能式（又称框架式，国际上通称ACB）和塑料外壳式国际上通称MCCB，MCB（小型）两大类，它们相同的作用是：（1） 在正常情况下，作不频繁合、分电路或起动、停止电动机；（2

14、） 在线路或电动机发生过载、短路或欠电压（电压不足）等故障时，能自动切断电路，予以保护。根据保护对象的不同，断路器又分为四个类型：（1） 配电保护型保护电源和电气线路（电线、电缆）和设备；（2） 电动机保护型专作电动机的不频繁起动，运行中中断，以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护；（3） 家用和类似家用场所保护型对照明线路、家用电器等的保护；（4） 剩余电流（漏电）保护型用来保护人身免受电击危险及防止电气火灾的保护器。按操作方式分有：电动操作、储能操作和手动操作。按结构分有：万能式和塑壳式。按使用类别分有：选择型和非选择型。按灭弧介质分有：油浸式、真空式和空气式。 按动作速度分有：快速型

15、和普通型。按极数分有：单级、二级、三级和四级等。按安装方式分有：插入式、固定式和抽屉式等。1.2低压断路器的重要参数指标它的重要参数指标有：额定电流，额定电压，短路特性，使用类别 等等。1.2.1额定电流（1） 约定发热电流（）断路器的约定发热电流是制造厂规定的不封闭断路器在自由空气中做温升试验时的试验电流值，严格来说此值不是一个额定值，今后也不标志在断路器上。（2） 约定封闭发热电流（）断路器的约定封闭发热电流Ithe由制造厂规定，用以对安装在规定的外壳中的断路器进行温升试验。该约定发热电流可能是无通风的约定值，在这种情况下，外壳应采用规定的最小尺寸，反之，该约定发热电流可能是有通风的约定值

16、，但通风应按制造厂的规定。（3） 额定电流A、 断路器的额定电流（）对于断路器来说，额定电流就是额定持续电流（）也就是脱扣器能长期通过的电流，对带可调式脱扣器的断路器为可长期通过的最大电流。B、断路器壳架等级额定电流（）断路器壳架等级额定电流用基本几何尺寸相同和结构相同的框架或塑料外壳中能装的最大脱扣器额定电流表示。1.2.2额定电压（1） 额定工作电压（）断路器的额定工作电压是指与通断能力以及使用类别相关的电压值，对多相电路是指相间的电压。（2） 额定绝缘电压（）断路器的额定绝缘电压是设计断路器的电压值，电气间隙和爬电距离应参照此值而定，除非带型号产品技术文件另有规定，额定绝缘电压是断路器的

17、最大额定工作电压。在任何情况下，最大额定工作电压不超过额定绝缘电压。（3） 额定冲击耐受电压（）断路器的额定冲击耐受电压是在规定的试验条件下，不造成击穿的工频正弦电压的有效值。1.2.3短路特性（1） 额定短路接通能力断路器的额定短路接通能力是有具体产品标准或制造厂规定的在规定的电压；额定频率以及一定的功率因数（后时间常数）下断路器能够接通的电流值，用最大预期电流峰值表示。额定短路接通能力就是断路器在相应于电源电压为额定工作电压的105%时能够接通的电流。（2） 额定短路分断能力（）额定短路分断能力要求断路器在工频恢复电压等于额定工作电压的105%时能够分断额定短路分断能力及以下的任何电流（包

18、括临界负载电流一般临界负载电流在断路器四倍额定电流以下）。工频恢复电压三相平均值超过额定工作电压的110%时，额定短路分断能力可不作保证。（3） 额定极限短路分断能力（）额定极限短路分断能力（），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0t（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。额定极限短路分断能力可以用预期短路电流来表示（交流情况下是周期分量有效值

19、）（4） 额定运行短路分断能力（） 额定运行短路分断能力（），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，它的试验程序为0t（线上）C0t （线上）C0。额定 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），由于试验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GB14048.2规定，Ics可 以

20、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）。（5） 额定短时耐受电流（）额定短时耐受电流（）,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，（）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。在此时间内，断路器不应动作，以考核断路器不会在相间产生的电动力作用下而遭机械损伤，也不会发生很高的温升而破坏零部件的绝缘性能。对于交流，此电流值是预期短路电流的周期分量有效值，其最

21、小值应符合规定，见下表1-1表1-1壳架等级最大额定电流 A额定短时耐受电流的最小值250012或5KA取较大值>250030KA1.2.4使用类别断路器的使用类别是按断路器在短路情况下是否特别指明对负载侧串联的另一短路保护电器实现选择性保护而规定。（1） 使用类别：A类在短路情况下，断路器不明确用作串联在其负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，既无人为短延时，因而无额定短时耐受电流要求。（2） 使用类别：B类 在短路情况下，断路器明确用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，既有人为的短延时，（可调节）其延时时间不小于0.05S因而有可能制定短时耐受电流的要求。第2章 低压断路器

22、工作原理低压断路器用于低压配电电路、电动机或其他用电设备电路中，能接通，承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路）下接通，承载一定时间（如短路短延时）和分断电流的开关电器。无论是万能式断路器（国际上简称ACB），塑壳式断路器（国际上简称MCCB），小型断路器（国际上简称MCB）概不例外。2.1塑壳式断路器主要结构塑壳式断路器的结构，主要由七个部分组成：2.1.1触头系统触头系统是断路器最重要的部件之一，它用来分合电路，遇线路或用电设备发生过载或短路时，触头应能在断路器机构脱扣后可靠开断，不能发生熔焊现象，动静触头间产生的电弧被拉长，然后进入灭弧室，使电弧熄灭。因此

23、触头系统的触点材料要求具有良好的导电性（保证触头温升）、耐电弧性、耐熔焊和耐电磨损（保证电气寿命）性能良好的银合金材料制成。随着工业配电网络不断发展，低阻抗大容量变压器在低压配电线路中得到广泛使用，使得电路中发生故障时的短路电流越来越大，有的可高达AC400V、100kA以上。这就要求在电网中起故障电流分断的断路器，不但要具有足够大的分断能力，而且还应具备显著的限流效应以降低电网中其它电器所受的电动力和发热量，确保用电设备安全，近年来，触头系统的限流技术在低压电器中得到广泛应用。限流式低压断路器实质上就是利用短路故障电流自身的作用，使接通的触头快速分开，触头间形成迅速增长的电弧电压，从而来限制

24、短路电流。使触头快速分开的机构有两种：一种是利用短路电流在触头回路中产生的电动斥力（条件是上下触头间通过的电流方向相反）；另一种是使故障电流通过一个螺管线圈，螺管电磁铁的铁心在电磁力作用下动作，快速推开动触头。由于后者结构较复杂，所以第一种限流型触头结构在目前国际上得到广泛应用。就触头结构而言，主要有以下几种（见图一） A B C D E 图2-1A传统方案，无限流作用B单向电动斥力触头（上触头可绕轴转动）C双向电动斥力触头（上下触头可分别绕轴向相反方向转动）D用U型电磁铁加强触头区域自励磁场（磁吹弧）E桥式双断点电动斥力触头限流断路器均利用触头（含触头臂）之间产生的电动斥力来达到限流目的。当

25、处于接通状态的上下触头通过方向相反的故障电流时，（如图二），触头臂之间产生的电动斥力可用下式表达ipLipd电动斥力 F = K I（L/d） 2-1图2-2式中：K：比例常数 Ip：故障电流峰值 L：触头臂长度（上下触头公共部分） D：触头接通时上下触头臂之间的距离塑料外壳式断路器的触头结构大部份采用图一中方案B结构，这种结构工艺较简单，成本较低，工作可靠性好，经试验对比，方案B的实际分断的短路电流仅为理论短路电流的 。如预期短路电流为AC 400V，50kA，由于采用方案B的电动斥力触头结构，在电动斥力作用下，短路电流达到约17kA左右触头已斥开，可获得较为理想的限流效果。方案C为双向电动

26、斥力触头结构，在短路电流发生时，由于上下触头向相反方向斥开，所以在单位时间内，触头间离开距离的增长量比方案B大，限流效果更好，其实际分断的短路电流仅为理论短路电流的 。另外为了获得足够大的电动斥力，均尽可能加大了触头臂长度L和缩小了触头接通时上下触头之间的距离d，以获得理想的限流效果（限流系数均在0.30以下）。2.1.2灭弧系统（1） 灭弧室：加大了灭弧室容积，尽可能增加了灭弧栅片数量，设置了引弧片和电弧能量吸收板，以利电弧迅速引向灭弧室，并被灭弧栅片切割成串联的短弧，通过灭弧栅片的冷却，使弧柱降温，去游离效果增大，电弧电压上升，最终使电弧熄灭。（2） 在进线端子的隔弧板处覆盖阻燃绝缘纸板，

27、使产品达到了飞弧短的目的。另外地可增加装零飞弧罩，满足了零飞弧要求。2.1.3过载脱扣器（1） 热动式：由发热元件与双金属元件组成。它分为直热式和旁热式两种，直热式只有双金属元件无发热元件一般用于小电流规格，绝大部分产品用旁热式结构。当有一定的过载电流流过发热元件时，热量传递给双金属片，使之受热而弯曲，推开牵引杆，使跳扣锁扣脱扣，四连杆传动机构带动转轴与触头使断路器跳闸。（2） 液压式（又称油杯式）：由铁心、衔铁、油管、线圈、磁轭等组成，铁心置于注入硅油的油管内，铁心上装有复位弹簧，当有过载电流流过电磁线圈时，铁心受电磁力作用缓慢上升，经一定延时后，铁心上升到一定位置，在克服了的衔铁的弹簧反力

28、后，衔铁吸下，推动牵引杆使断路器跳闸。这种结构由于较复杂，且对硅油的粘度要求较高，受环境温度影响较大，目前已被基本淘汰。2.1.4短路脱扣器（又称瞬时脱扣器） 短路脱扣器是一个电磁铁机构，主要分为拍合式（使用场合较多）与螺管式两种。（1） 拍合式：由衔铁、磁轭、线圈、反力弹簧等组成。线圈绕在磁轭上，当短路电流发生并通过线圈时产生磁场，短路电流与线圈匝数的乘积IW称为磁动势，当磁动势足够大时，电磁力克服挂于衔铁上的弹簧反力，衔铁被磁轭吸合，推动牵引杆，使断路器脱扣跳闸而起到短路保护作用。（2） 螺管式：由铁心、磁极、磁轭、线圈、反力弹簧与绝缘管等组成。磁极、铁心与反力弹簧安装于绝缘管内。当短路电

29、流发生并通过线圈时产生磁场，铁心被磁极吸合，拉动牵引杆，使断路器脱扣跳闸。螺管式结构的优点是灵敏度高，固有动作时间短，而且其反力弹簧得到绝缘管的保护，不会受电弧影响而退火，所以短路保护特性在整个产品寿命期内将十分稳定，工作十分可靠。缺点是结构较复杂，动作特性调整较困难。2.1.5传动机构 传动机构主要由支架、跳扣、锁扣、连杆、弹簧和牵引杆等组成，它的作用是用手动或用手动操作机构，电动操作机构来操作触头的合、分。在断路器合闸时，主弹簧被拉伸、传动机构贮能。在出现过载或短路时可自由脱扣。2.1.6转轴 采用机械强度、耐热性、绝缘性能均良好的DMC不饱和聚酯模塑料制成的整体绝缘转轴取代传统结构的绝缘

30、方轴，三相触头各自安装在绝缘转轴上，摒弃了传统设计中将三相触头与绝缘方轴铆装的结构。它的优点在于：（1） 传统的铆装结构，在产品使用时，通断电路自然产生产品的发热和冷却，由于触头及方轴材质不同，其受热膨胀和冷却收缩程度也不同，容易导致铆装处松动，从而使产品触头压力与超行程变小，触头温升上升，严重时产品会发生故障而烧毁，而整体转轴用弹簧安装触头无松动的后患。（2） 可容易的通过调整弹簧参数获得理想的触头压力，同时由于弹簧被绝缘转轴所保护，不易受电弧影响，在产品整个寿命期触头压力比较稳定。（3） 由于传统结构的绝缘方轴表面是一个平面，触头通断时的金属飞溅物（俗称积炭）覆盖在方轴表面，易引起相间绝缘

31、性能恶化，严重时可能发生相间短路。而绝缘转轴形状复杂，爬电距离大，相间绝缘性能良好，不会发生由于积炭而引起的相间短路。2.1.7绝缘外壳外壳的绝缘材料应具备机械强度高，耐高温，耐电弧喷射，绝缘性能良好且较易成型的各项条件。本厂产品的外壳（含基座和盖）主要采用DMC不饱和聚脂模塑料和聚酰胺玻璃丝增强压塑料等压塑或注塑制成，用来装容其他零部件（含导电件、保护元件、传动机构、触头系统、灭弧系统等），它应保证断路器在正常条件下操作或非正常条件（如短路）下保护时，不会发生绝缘性能失效，开裂等任何危险。22塑壳式断路器工作原理塑壳式断路器品种较多，其主要区别在于脱扣器的型式不同分成各种不同的系列。如脱扣器

32、为热动电磁型、脱扣器为电子式型；在电子式型的基础上加上通信接口、通信模块、通信控制器等发展成智能型可通信塑壳断路器；在热动电磁型脱扣器（保留了过载及短路保护功能）外再加上带剩余电流保护的脱扣器发展成带剩余电流保护塑壳断路器，下面根据不同功能分类研究原理。2.2.1脱扣器为热动电磁型的塑壳式断路器采用双锁扣，一跳扣的四连杆传动机构结构，只有当跳扣与锁扣搭扣后产品才能正常接通，此时机构的主弹簧被拉伸而贮能。当断路器用作正常合、分电路时，依靠人手板动其手柄（或用手动操作机构），或采用电动操作机构使动、静触头闭合或断开来完成。在正常条件下，触头能接通和分断额定电流。当电路发生过载时，双金属片受热弯曲，

33、最后依靠安装于双金属片顶部的整定螺钉推开牵引杆，使跳扣、锁扣脱扣，断路器跳闸分断（主弹簧释能）。当电路发生短路故障时，如短路电流高于断路器的整定值，则电磁（瞬时）脱扣器的铁心（或衔铁）被吸合，带动牵引杆使断路器跳闸分断。当断路器内部安装欠电压脱扣器，在线路发生欠电压时，欠电压脱扣器在电压低于70%Ue（额定电压）或断电（零电压）时，均能使铁心释放，打动牵引杆使断路器跳闸分断。由于工作需要，要远距离控制断路器跳闸分断，可加装分励脱扣器，当分励脱扣器通电时，铁心被吸合，打动牵引杆使断路器跳闸分断。以上各种情况（过载、短路、欠电压、分励）均使断路器跳闸，即跳扣与锁扣脱扣，都称为自由脱扣。如要断路器再

34、接通，则必须先使跳扣与锁扣再扣后才能完成。电路中如发生过载或短路故障，尤其是短路故障，因为短路电流高达千安级，故在动、静触头分断时会产生强烈的电弧，在分断过程中电弧被拉长并被引向灭弧室，灭弧栅片将电弧切割成串联的短弧，利用栅片对电弧的冷却和提高电弧的电压，达到消游离目的而使电弧熄灭。典型的电弧熄灭过程一般分四个阶段：（1）从短路电流发生瞬间t0 = 0 秒到触头始动时刻t1秒，这段时间为限流触头机构的动作时间，它决定于限流触头机构的动作速度（灵敏度），这时触头尚未分开因而触头两端电压Uarc=0t1t2it3t4tt0tsUarcpipiIpILPUUarc图中ip为预期分断电流波形i为实际分

35、断电流波形U为电源电压波形Uarc为电弧电压波形图2-3 限流分断时电流、电压波形（2）触头在t1时刻开始打开，触头间出现电弧，由于电弧开始的停滞现象，直至t2电弧在触头上不运动，这段时间称为电弧停滞时间ts = t2t1(秒)这一阶段中电弧电压上升不大。（3）到t2瞬间开始，电弧拉长到一定长度，这时电弧在自励磁场产生的电动力作用下通过灭弧系统弧角吸引进入灭弧室，这时电弧被很快拉长，电弧电压Uarc很快增长，其增长角决定于电弧运动速度和进入灭弧室的时间。（4）当电弧进入灭弧室后，电弧电压达到最大峰值Uarcp （t3秒），此时电弧电压已大于电源电压U的瞬时值，电流被强制缩小，到t4秒时瞬时电流

36、降低到零，电弧熄灭。从图三可看出，实际分断电流的峰值（最大值）ILP较预期分断电流峰值IP小得多。定义为限流系数。决定电弧电压的因素主要有三点：（1）限流触头机构的动作时间t1，要求t1尽量短，即斥力触头机构动作灵敏度要高。（2）电弧停滞时间tS，要求tS尽量短，如触头周围加产气材料或引入磁吹弧装置可获得较好效果。（3）电弧电压增长角要大及电弧电压峰值Uarcp要大，利于强制电流，使电弧较快熄灭。2.2.2脱扣器为电子式型塑壳式断路器由于脱扣器为热动电磁型塑壳式断路器，只具备过载与短路“两段”保护，而且断路器的额定电流与保护特性经整定后用户不能调整，故只具备非选择性保护功能（A类）。从工业配电

37、网络中各断路器之间合理配置考虑，低压部分一般从变压器负载侧出来先接至主开关（万能式断路器），中间接塑壳断路器（大电流规格），然后接至分支塑壳断路器（小电流规格），最后接至负载，采用配电网络各分支层层保护的形式。而发生故障的电路大部分在配电网络末端，从保证配电网络正常运转考虑，希望只对发生故障的局部电路提供保护，尽量避免停电范围不必要的扩大。因而上下级之间的电流保护的整定和动作时间的整定应匹配合理，应该由下一级断路器起保护作用，就不应该由上一级断路器越级跳闸保护。脱扣器为热动电磁型塑壳式断路器保护特性的整定值仅仅是一个范围，而不是一个定值。根据国际电工委员会IEC609472与国标GB14048

38、.2低压断路器以及其它相关标准的规定：以配电型为例，对过载长延时保护，仅规定在1.05In（In为断路器额定电流）冷态条件下，应2小时内不动作，电流上升至1.30In（热态）条件下，应在2小时内动作；对短路瞬时保护，仅规定在10In±20%范围内动作（即动作范围为8In至12In）。以电动机保护型为例，对过载长延时保护，仅规定在1.0In冷态条件下，应2小时内不动作，电流上升至1.20In（热态）条件下，应在2小时内动作，除此之外，还规定了1.50In（热态）条件下的动作时间要求及7.20In（冷态）条件下动作时间要求等附加规定；对短路瞬时保护，仅规定在12In±20%范围

39、内动作（即动作范围为9.6In至14.4In）。只要整定在上述规定的范围内，均应视为保护特性整定合格。但是，由于结构（零件尺寸）及材料等均存在差异，各台产品之间，甚至于同台产品各相之间均存在离散性。而对于大于1.30In至小于8In电流范围内对配电型断路器没有提出电流整定值及动作时间的要求，因而只具备非选择性“两段”保护特性，而且上下级断路器之间也不存在预先设定的电流和动作时间的匹配，这就是脱扣器为热动电磁型塑壳式断路器的不足之处。研制开发电子式型可调式断路器，除了保持了原有热动电磁型塑壳式断路器“分断高、体积小、飞弧短”的优点外，又具备了过载长延时、短路短延时、短路瞬时 “三段”保护，还具有

40、短时耐受电流的要求，而且电流与动作时间均可调，能保证上下级断路器保护特性的合理匹配。电子式型断路器用电子式脱扣器（由于采用了CPU等核心部件）来替代双金属热元件，能有效降低断路器的发热量。电子脱扣器由装在断路器内部的电流互感器来提供能量和信号，即断路器必须在有负载并且达到一定电流时脱扣器才能正常工作。断路器面盖上设置发光二极管来指示工作状态，黄灯表示预报警，红灯表示过载。由CPU分析计算所测量的信号，并与设定参数比对后进行有关处理，如点亮相关的指示灯，满足动作条件时发出脱扣指令使磁通变换器动作，从而分断断路器。电子式型断路器控制器主要组成框图如图四所示，可分为整流及取样电路、恒压电路、电源电路

41、、放大电路、控制电路、参数设定电路、指示电路和脱扣电路。图2-4 电子脱扣器工作原理框图（1）整流及取样电路主要作用是通过桥式整流将互感器输出的交流电流信号整流，一方面获得脉动直流，同时采集取样信号。（2）恒压电路主要作用是在互感器输出电流增大到一定值时，提供一个旁路，使在后级负载基本稳定的情况下，整流滤波后的电压保持稳定，减小对测量的影响。（3）电源电路主要对整流后的电压进行滤波，形成前级的工作电压，5V电源及基准电压。（4）放大电路主要作用是对取样信号用反相比例电路进行反相放大，以获得合适的信号电压送到A/D输入端进行转换。（5）控制电路、指示电路、设定电路控制电路主要由CPU（微控制器M

42、30201）及其外围电路组成，是电子脱扣器的核心，通过A/D转换将电流信号由模拟信号转换成数字信号，读取编码开关所设定的值并进行转换，根据相关的设定值和所采集到的电流进行有关的运算和处理，执行有关的操作程序，如点亮指示灯发出脱扣命令等。指示电路由发光二极管构成，设定电路由编码开关构成。（6）脱扣电路在收到CPU发出的脱扣指令后，光耦导通，进而触发可控硅导通，使磁通变换器的线圈中有电流流过而动作，从而推动牵引杆使断路器分断。在断路器分断后，电子脱扣器亦断电，累积能量清零，电子脱扣器数据亦清零，直到断路器通电后再开始另一次工作。电子式型断路器盖子的面板上设置了过载指示灯（红灯）与预报警指示灯（黄灯

43、）并有六个旋钮组成的编码开关，从左至右分别提供过载长延时电流（Ir1）整定、过载长延时动作时间（t1）整定、短路短延时电流（Ir2）整定、短路短延时动作时间（t2）整定、短路瞬时电流（Ir3）整定与过载预报警电流（Ir0）整定，可通过旋转旋钮很方便的调整所需要的各种电流和时间参数的设定。另外还可通过TEST插口来连接专用测试器对断路器上各电流的整定与动作时间整定进行确认。2.2.3智能型可通信塑壳断路器随着电力电子技术、计算机网络技术、信息通讯技术不断发展和应用，低压断路器的智能化和信息化有了长足进步。在电子式断路器的基础上，增加了通信系统，从而发展成智能型可通信塑壳断路器。智能型可通信塑壳断

44、路器由瑞萨高性能微处理器（CPU），隔离型RS485通信电路等组成。其工作原理为通信模块可连接上位机或断路器控制器进行通信。其中断路器控制器可安装在柜门上，可在远程对断路器进行各种操作，如合、分断路器、调整各保护参数、查看实时电流，查看故障信息等。其工作原理框图见图五：DC-DC隔离电源电源输出+24V inModbus通讯规约通信电路CPU通信电路至上位机驱动及显示电路键盘电路断路器控制器工作框图RS-485通讯接口电路电操分合电源/通讯灯远程/本地选择振荡电路EEPROMA/D基准电路复位电路通信模块A B CCPU小量程放大大量程放大分合闸信号整定拨码盘运行状态灯脱扣控制电路电流采样及自

45、供电能量输出电压转换电路电源输出 图2-5 智能型断路器电子控制工作框图其中DCDC隔离电源由外部DC24V输入为电子部件及通信模块提供外部电源；另一路电源来自电流采样部分，属于断路器自供电，保证在无外部电源时，电子部件也能工作进行“三段”保护。三相电流利用三个电流互感器通过采样电路，放大电路分大量程与小量程两部分送入CPU内部A/D部分进行转换。经CPU处理，若出现电路故障（如过载、短路），则通过脱扣控制电路使断路器跳闸。正常运行状态则在控制器面板运行状态灯上反映。断路器的分、合状态通过分合闸信号电路进入CPU，“三段”保护参数设定则由整定拨码盘输入CPU。振荡电路、复位电路、A/D基准电路

46、是CPU的外围电路，保证CPU及A/D转换的正常工作。EEPROM存放断路器的保护参数、故障参数等信息。通信模块主要由隔离型RS485通信接口电路、电操合分控制电路、电源/通信指示灯及远程/本地选择电路组成。断路器控制器以CPU为核心，下通信与断路器进行数据交换，上通信与上位机进行数据交换，键盘及显示电路组成人机界面，接受操作命令及显示各种参数。智能型可通信塑壳断路器最大的特点是可通信功能。采用Modbus协议，断路器与断路器控制器或经由网络和其它设备之间可以通信。如经由协议转换器接入Devicenet、Profibus等协议总线中，组网更灵活多样。如应用通信转换器可以将多台智能型可通信塑壳断

47、路器与上位机联网，可通过上位机对网络上每一台断路器进行实时的监视和遥控，并将数据进行分析处理，实现自动化监控功能，亦可以通过上位机更改断路器的“三段”保护参数整定值，控制断路器的分闸和合闸。所以智能型可通信塑壳断路器，是能实现遥控、遥信、遥调、遥测“四遥”功能的理想产品。2.2.4带剩余电流保护塑壳断路器电被广泛应用于工农业、交通运输、国防以及家庭生活等领域。一方面它为人类的生产发展和生活提供了能源；另一方面，电又有危险性，如可能造成电气火灾和使人体遭受电击（触电），对生产设备，人民生命财产带来严重损害，甚至夺去人的生命。不论是电气引起的火灾或因电击对人体的伤害，都和流过导体（或人体）的故障电

48、流（漏电电流）的大小和持续时间有关。尤其是建筑工地上，大量使用移动用电设备：如搅拌机、水泵、电动锤、传送带、砂轮机、电焊机等；又如农业生产场合的脱粒机、潜水泵等；公共场所的游泳池、浴室等；工厂中的电热箱、注塑机、点焊机，移动式电站、电焊机、移动风扇等；家庭中使用的电淋浴器、洗衣机等都容易发生漏电故障，危及人身安全；对化工、棉纺及危险品仓库等易燃、易爆场所容易发生火灾。鉴于此，应该采取防范措施，限制漏电电流和持续时间，在触电或漏电发生时，用安装保护装置在极短时间内，将故障电路切断。因此，剩余电流动作保护器（简称RCD），包括剩余电流保护断路器，漏电保护插座与漏电保护插头等均应运而生。（1）电流流

49、过人体的效应要了解电对人体的危害程度，首先应了解电流通过人体产生的效应。交流电和直流电触及人体的后果是不一样的，交流电比直流电危害要大，交流电的工频频率（50Hz或60Hz）也比高频率（几千赫兹）和低频率（几个赫兹）危害要大（但高压高频率对人体的危害也是极大的）。除了通过人体的电流值和电流的持续时间长短外，影响电击危害的还有下面几个因素：A、人体的重量。B、电流通过人体的途径。C、人体的电阻。D、引起电击死亡的心室纤维颤动的临界值。医学上认为，人的触电死亡由心脏的心室纤维颤动现象引起。如果接触到的是交流50Hz的漏电电流。则要考虑降低心室纤维颤动的临界值，国际上规定安全的临界值为30mA.S（

50、即30mA漏电，其持续时间不能超过1秒）。E、心脏窒息或心脏停跳是可逆或不可逆状态。F、电流小而时间长，引起人体严重烧灼而死亡。G、引起电气火灾的漏电电流在500mA及以上。（2）防止电击保护A、防止直接接触的保护人直接触及电气设备的带电部位，称为直接接触。必须采取措施，防止人体直接接触带电体。具体措施有以下几种：a、对带电体（火线）用绝缘材料覆盖。绝缘应符合产品标准对绝缘的要求，它应能在正常使用寿命期间耐受所在场所的机械、化学、电和热的影响。b、遮拦和外壳保护。带电体应安放在外壳内或遮拦后面，应能防止直径大于12.5mm的固体物或人的手指进入。c、用障碍物提供保护。如用栏杆、网屏、栅栏等防止

51、人体无意识地接触带电体。d、用剩余电流动作保护器（简称RCD）作附加保护，或称为后备保护。使用剩余电流（漏电电流）动作值In为30mA，动作时间小于或等于0.2S的RCD来防止人体触电的危险。RCD所以作为后备保护，因为它不能替代前述三种措施。这是因为发生直接接触时，如人体同时接触同一回路两个不同电位时，例如触及同一回路内的相线和中性线，人体遭受电击而RCD是无法动作保护的。B、防止间接接触的保护当电气装置因绝缘破损而发生接地故障，使原先不带电压的外露导电部分因此带对地故障电压时，人体接触此故障电压而引起的电击，称作间接接触电击。接地故障即带电导体与地间的短路，所谓“地”是指电气装置内与地连接

52、的外露导电部分，装置外导电部分和大地。接地故障引起的间接接触电击事故是最常见多发的电击事故，接地故障引起的电弧、电火花也是最常见多发的电气火灾的火源。就电气灾害而言，接地故障远较一般短路具有更大的危险性，而对接地故障引起的间接接触电击的防护则远比直接接触电击复杂。为便于区别和说明，IEC标准不称它为“接地短路”而称为“接地故障”。IEC产品标准将电气设备的产品按防止间接接触电击的不同要求分为、四类。a、类设备：这类设备我国过去曾大量应用，现在已逐步淘汰。它具有机械强度高的金属外壳，但它只靠一层基本绝缘来防电击，且不具备经PE线（地线）接地的手段。如过去家庭中常使用两脚插头的台灯，电风扇等。b、

53、类设备：这类设备目前应用最广泛，它也具有金属外壳，但它除靠一层基本绝缘来防电击外还另有补充措施，即它具有经PE线接地的手段。这样当基本绝缘损坏而使带电导体碰设备金属外壳时，外壳电位因接地而大大降低，同时经PE线构成的接地通路也可使产生的接地故障电流返回电源，这时回路上的防护电器（RCD）即可检测出故障电流而及时切断电源。c、类设备，这一类设备有二层绝缘形成双重绝缘保护。例如目前使用的带塑料外壳的家用电器均属类设备。但类设备的绝缘外壳的机械强度和耐热水平均不高，使用中应注意。d、类设备：这类设备的防间接接触电击原理是降低设备的工作电压，即根据不同环境条件采用适当的特低电压供电，使发生接地故障时或人体直接接触带电导体时，接触电压都小于接触电压限值，因此这种设备被称作间接与直接接触电击兼防的电气设备。一般规定特低电压为不大于AC50V。（应注意的是AC50V为安全电压仅适用于环境干燥的场合，在潮湿环境条件下，电压达AC25V就应切断电源）。第3章 低压断路器的选用3.1低压电网产生故障的原因与