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低压熔断器和断路器的比较及应用

  近十多年来,无论是工业建筑、民用建筑和户外装置的低压配电系统设计中,使用低压熔断器越来越少,而是千篇一律地使用低压断路器,与之相应的,低压配电箱中装设熔断器的也大大减少。

  关键字:熔断器 [18篇] 断路器 [214篇]

  1 问题的提出

  “都什么年代了,还使用熔断器!”“熔断器已过时了!”这看似很有道理却又产生颇多疑议的技术问题,摆在电气专业技术人员的面前。近十多年来,无论是工业建筑、民用建筑和户外装置的低压配电系统设计中,使用低压熔断器越来越少,而是千篇一律地使用低压断路器,与之相应的,低压配电箱中装设熔断器的也大大减少。在低压配电系统保护电器的应用中,笔者认为这是一个不正确的或不全面的认识和作法。因此,有必要对熔断器和断路器(以下均指低压配电线路)进行一些比较和分析,以便读者日后能更正确、合理地选用这两种保护电器。

  2 配电线路的保护和保护电器的发展

  2.1 配电线路保护要求

  为了在发生故障(如过载、短路和接地故障)时防护人身安全(间接接触导致的电击),或避免线路过热而导致损坏,甚至引起电气火灾,配电线路应有必要的防护措施,以保护线路安全和用电安全。由于低压配电线路遍布各种建筑内部和户外各处,发生故障的机率大,而且可能有大量非专业人员接触,更显得这种防护的重要性。

  最主要的是防护措施就是在各级配电线路装设保护电器,以保证在电路发生故障时,能有效地断开故障电路。这些保护应符合国家标准《低压配电设计规范》(GB50054-95)的有关规定。为此,各级线路不仅要设置保护电器,还必须正确整定其参数,以保证在规定时间内可靠地有选择地切断电路,即要求最靠近故障点的保护电器动作,而其上级的保护电器不动作,以使得被切断电路的范围最小。

  2.2 保护电器的类型和发展

  保护电器主要有两种:一是断路器,二是熔断器。断路器类型很多,从与本文相关的保护特性看,有非选择型和选择型断路器两大类;此外,还有带漏电防护的断路器。这些保护电器各有自身的特点,自然也有其不足之处,应根据配电系统各处的具体条件和要求选用,不能简单地用“先进”或“落后”给予评价。

 

  在当今世界上,特别是一些发达国家,断路器产品和技术发展十分迅速,不断研制出更新型、保护功能更完善的断路器。近几十年来,每十年左右产品便更新换代一次,一直到推出功能完善、具有通信模块的智能型断路器,为配电线路防护提供性能极佳的保护电器。

  近二十年来,我国电器工业的发展十分迅速,断路器产品生产企业紧跟国际先进技术潮流,研制了多种智能型断路器,为配电线路提供了更完善的保护功能。

  但是,在欧美一些发达国家,并没有因为断路器的快速发展而淘汰熔断器,也没有把熔断器视作“落后的”或“过时的”产品。在德、法等国家的知名企业(如西门子、溯高美等电器公司),不但仍在生产熔断器,而且还在继续研制新的产品,技术上也在不断前进。这些都说明断路器是先进的保护电器,决非“过时”或“落后”的产品。应该说,熔断器与断路器两者相辅相成,各有用途。

  3 熔断器和断路器的比较

  现就熔断器和断路器的保护性能等特点进行比较,其中断路器按非选择型和选择型两类分别叙述。

  3.1 熔断器

  3.1.1 熔断器的主要优点

  (1)可选择性好:上下级熔断器的熔断体额定电流,只要符合国标GB13539.1-92、GB13539.2-92和IEC标准规定的过电流选择比为1.6:1的要求,即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6倍,就视为上下级能有选择性切断故障电流;

  (2)限流特性好,分断能力高;

  (3)相对尺寸较小;

  (4)价格较便宜。

  3.1.2 熔断器的主要缺点

  (1)故障熔断后必须更换熔断体;

  (2)保护功能单一,只有一段过电流反时限特性,过载、短路和接地故障都用此防护;

  (3)发生一相熔断时,对三相电动机将导致两相运转的不良后果,当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补;

  (4)不能实现遥控,需要与电动刀开关、负荷开关组合才有可能。

 

  3.2 非选择型断路器

  3.2.1 主要优点

  (1)故障断开后,可以手操复位,不必更换器件,除非切断大短路电流后需要维修;

  (2)有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时过电流脱扣器两段保护功能,分别作过载和短路防护用,各司其职;

  (3)带电操机构时可实现遥控。

  3.2.2 主要缺点

  (1)上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断,故障电流较大时,很容易导致上下级断路器均瞬时断开;

  (2)相对价格略高;

  (3)部分断路器分断能力较小,如,额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时,将出现分断能力不够现象。现在有高分断能力的产品可以满足要求,但价格较高。

  3.3 选择型断路器

  3.3.1 主要优点

  (1)具有上述非选择型断路器的各项优点;

  (2)具有多种保护功能,有长延时、瞬时、短延时和接地故障(包括零序电流和剩余电流保护)防护,分别实现过载、短路延时、大短路电流瞬时动作及接地故障防护,保护灵敏度极高,调节各种参数方便,容易满足配电线路各种防护要求。另外,还可有级联保护功能,具有更良好的选择性动作性能;

  (3)目前,选择型断路器产品多具有智能特点,除保护功能外,还有电量测量、故障记录,以及通信接口,实现配电装置及系统集中监控管理。

  3.3.2 主要问题

  (1)价格很高,因此只宜在配电线路首端和特别重要场所的分干线上使用;

  (2)尺寸较大。

  4 配电线路特点和保护电器选型

  4.1 配电线路特点和对保护电器的要求

  (1)配电系统通常有树干式和放射式两类,还有两者的混合系统。一般说,树干式系统的干线较长,对保护电器要求较高,往往需要高档保护电器,所以一般选用选择型断路器;

 

  (2)配电线路可分为主干线、分干线和末端线路三种。主干线是从变电所低压配电屏引出的馈电线,当为树干式线路,此干线容量很大时,通常使用母干线;

  (3)末端线路是直接连接用电设备的线路,短路或接地故障时,要尽快或瞬时切断电路,没有选择性要求。

  4.2 配电线路故障特点

  (1)短路和接地故障发生在末端回路的较多,大约要占所有故障的90%以上,特别是插座回路更是如此,原因是插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出故障;

  (2)就故障类型说,接地故障多前者约占80%~90%,相间短路故障较少;

  (3)电动机等设备的末端回路,通常是过载多,短路故障较少,电动机的过载约占总故障数的80%以上,而过载是用热继电器保护,不会使熔断器、断路器动作。

  4.3 保护电器选型方案

  根据前面叙述的电路故障特点和几种保护电器性能的比较,提出保护电器选型方案的建议。本文只论述熔断器和断路器的选型方案,而不涉及保护电器参数的整定。

  4.3.1 以下位置应选用选择型断路器

  (1)变压器低压出线的总开关;

  (2)变电所低压配电屏引出的母干线,或引出的电流容量较大(如500A以上)的树干式线路的保护;

  (3)重要场所的低压配电屏引出的电流容量较大(如300A以上)的放射式线路的保护。

  4.3.2 以下位置可选用非选择型断路器

  (1)末端回路的保护;

  (2)靠近末端回路的上一级分干线的保护,用于供给用电设备不多,且偶然停电影响不太大时。

  4.3.3 以下位置宜选用熔断器

  (1)配电线路中间各级分干线的保护;

  (2)变电所低压配电屏引出的电流容量较小(如300A以下)的主干线的保护;

  (3)有条件时也可用作电动机末端回路的保护,但此处不宜选用gG型熔断器(即全范围分断、一般用途的熔断器),而应选用aM型熔断器(即部分范围分断、电动机保护用熔断器)。因aM型熔断器选用的熔断体额定电流比gG型小得多,有利于提高保护灵敏性,也避免了使上级保护电器选得过大。

 

  4.3.4 保护电器选型综合方案

  各级线路保护电器选型列于见下表。

  5 关于合理应用熔断器的建议

  (1)正确认识熔断器在配电线路保护的作用和地位,熔断器和断路器各有其特点,在不同条件下发挥作用;

  (2)修订熔断器产品标准。现行熔断器国家标准—GB13539.1—92和GB13539.2—92是1992年颁布实施的,等效采用IEC269标准,IEC已于1998和1999年修订了该标准,建议及时修订该国标,使熔断器标准跟上国际先进水平;

  (3)努力提高熔断器产品的技术水平。由于对熔断器应用的一些不正确理解和其他原因,近年来该产品市场不景气,一些企业技术进步较少。希望能按新的IEC标准和新修订国标,必要时引进国外先进技术,生产更高水平、更多品种的产品,如aM系列熔断器等产品;

  (4)低压配电成套装置和配电箱,应有一定数量的熔断器的方案,以供配电设计人员和用户选用。

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