塑料外壳式断路器的选用及安装_连理枝

塑料外壳式断路器的选用及安装
Selection and Installation of Plastic Casing Type Circuit Breakers
连理枝
(杭州之江开关厂,浙江萧山市,311234)
[摘　要]　塑料外壳式断路器是一种低压保护电器,目前有用于低压线路过载、短路保护的配电型,电动机保护型和家用等3种类型。

选择断路器,其额定短路分断电流应略大于安装处预期最大短路电流,其额定电流按用于干线、分支回路和负荷种类的有关公式选择。

四极断路器只宜安装在电源进线和双电源倒换处,作为检修时电气隔离,其他地方不宜安装,以免发生N级断线严重后果。

国内外所有塑壳式断路器都以垂直安装作为基本型式,对于热动—电磁型断路器可以横装或水平安装;对于纯电磁式塑壳断路器应垂直安装,若一定要水平或横装,就应按制造厂提供的修正系数确定电流值。

断路器接线应上进线、下出线。

装在配电箱内时应乘以降容系数。

[关键词〕　塑壳断路器　额定短路分断电流　额定电流　选择　安装
塑料外壳式断路器是一种低压保护电器。

由于它的使用对象不一样(一般工厂、矿山、船舶、化工、铁道、建筑等),产业范围不同带来负载的性质的差异(负载中绝大部分是电动机,电热设备,照明及家用电器和工业用整流器,近年来为了省力和节能,交流电动机可变速装置,各种整流电源的应用已经越来越普遍,这些设备因产生高次谐波,会对线路及设备带来影响)。

因此,断路器的使用者就面临如何选择不同类型的断路器和如何选择同一类型断路器下的额定电流,额定短路分断能力等问题。

此外,正确的安装、接线,断路器安装于开关柜(箱)内的降容,特殊场合下对断路器的要求等也是用户关心和感兴趣的。

本文拟就以上问题作一次阐述,供使用者选择和使用时的参考。

1　不同类型塑壳断路器的适用范围
目前市场供应的塑壳式断路器有3种类型。

(1)配电型,它主要用于低压线路的过载、短路保护,典型产品有HSM1系列,TO、TG系列,C M1、TM30等系列,符合的标准是GB14048.2(或IEC947—2);
(2)电动机保护型,用于电动机过载、短路保护,有(1)型中的电动机保护型,小容量的电动机保护专用型DZ35系列等,符合的标准有GB14048.2和GB14048.4;(3)家用和类似场所用,有C45N、PX200C等,符合标准为GB10963(或IEC898)。

由于使用场所和所带负荷不一样,它们有各自的过载和短路的动作特性,不能混淆。

特别应注意的是,有一些用户常将配电型的用于保护电动机,这是不妥的。

2　断路器短路分断电流的选择
断路器额定短路分断能力的选择原则是I cn>线路的预期最大短路电流。

现在出现的较普遍的偏颇是宁取大不取等,认为取大保险。

但取得过大,会造成不必要的浪费[同类型断路器,其H型(高分断型)比S型(普通型)的价格要贵1.3～1.8倍]。

一个1000kVA的10/0.4kV变压器,它的副边出线端短路时,短路电流约为30kA,此时选择的断路器额定短路分断能力380V,35kA就足够了。

如果短路点不是变压器的出口端,而是离开变压器有一段距离,则短路电流值要小多了。

例如SL7系列30～6300/10变压器,容量是200kVA,短路点离电源距离0m,短路电流为7210A,若距离为50m,短路电流为5800A,距离为100m,短路电流仅是4740A,为0m距离的65.74%。

距离越长,线路的阻抗越大,电流就变小了。

以此推论,不管变压器的容量多大,短路点离电源的距离长后,短路电流就一定减小。

因此选用单位的设计者应精确对使用点短路电流进行计算,合理地选用断路器。

还有一个问题需商榷,一般的塑壳式断路器,由于仅有过载长延时和短路瞬动2种特性,无短路短延时的性能,因此它无法实现选择性保护,只能用于支路。

IE C标准(例如IEC92)认为,对于塑壳式断路
收稿日期:1999-12-25
器偏重的是它的极限短路分断能力I c u[断路器短路分断能力试验程序是:O t CO,即分断(open),经t时间后接通(close),紧接着分断],而主干线作主开关用的万能式(框架式)断路器,除了I cu外,也很重视它的运行短路分断能力I cs(I cs的试验程序为: O t CO t C O,即分断1次,合分2次)。

塑壳式断路器普遍用在支路,一旦顺利地分断额定短路电流后,并在t后再合分1次,而基本无大的损坏,它就应从线路上拆下更换新的,而作主干线(例如变压器副边的出口端)的万能式断路器,因停电更换涉及面很大,一般不轻易检修,所以它应承受第2次的CO, IE C947—2《低压开关设备和控制设备低压断路器》标准,提出I cs可以是I cu的25%,50%,75%和100%。

基此,用户对塑壳式断路器不必一味追求它的运行短路分断能力指标。

3　断路器额定电流的选择
塑料外壳式断路器应能保证线路中包括电动机起动电流在内的负荷电流通过而不脱扣,并切实保护接在它后面的电线、电缆等被保护对象。

断路器额定电流I n的选择,分别按其使用在干线、分支回路和负荷种类来选择。

3.1　干线和分支线中断路器额定电流的选择
3.1.1　低压干线
(1)一般设备(不含电动机)
断路器的I n≤I p　I p≥∑I L
式中　I p———电线的容许电流;
　I L———一般设备的额定电流;
∑I L———各设备额定电流之和。

(2)包括电动机在内的低压干线
当∑I L>∑I M时,I p≥∑I L+∑I M
当∑I L<∑I M,∑I M≤50A时,
　I p≥∑I L+1.25∑I M
当∑I L<∑I M,∑I M>50A时,
　I p≥∑I L+1.1∑I M
式中　I M———电动机的额定电流;
∑I M———各个电动机额定电流之和。

断路器的I n≤3.5∑I M+∑I L,或I n≤2.5I p
3.1.2　分支回路
(1)一般设备(不含电动机),当I L≤50A时
电线线径≥ 1.6m m时I n≤20A
电线线径≥ 2.6m m时I n≤30A
电线的截面积≥10mm2时,I n≤50A
当I L>50A时,I p≥I L,I n≤I p
(2)仅有电动机负载的线路
当I M≤50A时,I p≥1.25∑I M
当I M>50A时,I p>1.1∑I M
I n≤2.5I p
3.2　根据负荷的种类选择断路器的额定电流I n 3.2.1　电灯及电热器回路
一般情况I n≥I L。

由于白炽灯有闪流效应,可能因瞬间的冲击电流而使断路器跳闸,因此I n可取(1.1～1.15)I L。

3.2.2　水银灯回路
水银灯(包括有电子镇流器的荧光灯),因高次谐波造成的畸变率达15%,有冲击电流,但冲击电流的衰减率很大,故取I n≥(1.2～1.4)I L。

3.2.3　单独保护电动机回路
(1)采用电动机保护型塑壳式断路器时,I n=
I M。

(2)采用配电型塑壳式断路器时,为了躲过电动机的起动电流,故:
I n≤3I M　(I M≤50A时)
I n≤2.5I M　(I M>50A时)
(3)采用不带过电流脱扣器,仅有瞬动脱扣器的配电型塑壳式断路器时,断路器瞬动整定电流I si =(7～13)I M,一般取I si=12I M。

电动机的过载保护由热继电器承担,电路的合、分由接触器承担,断路器仅用于短路保护。

3.2.4　电容器回路(冷凝器、聚光器)
I n≥(1.5～2.0)I C
式中　I C———电容器回路的额定电流。

3.2.5　焊接机(点焊机、电弧焊机)
I n≥(1.15～1.2)a I L
式中　I L———焊接机的额定电流;
a———使用率,a=通电时间
通电时间+休息时间
,一
般点焊机的a为50%。

3.2.6　可控硅整流回路
I n≥1.4I L
三相全波整流一次侧的电流畸变率为30%。

3.2.7　变流器(直流变交流的逆变器)
I n≥(1.4～2.0)I L
输入电流的畸变率高达90%。

注:可控硅整流回路,逆变器回路,由于一次侧(输入端)电流的畸变率高,高次谐波电流比例大,纯电磁式(液压式或称为油杯式)塑壳断路器的脱扣器油管是采用黄铜材料的,电流频率增大,油管内产生
的涡流也增加,线圈产生的磁通无法完全通过油管内的铁心,故其动作值有很大的变化,即在正常情况下,它将不会动作,因此以上2种回路的塑壳式断路器只能选用热动—电磁型。

4　四极断路器的选用
四极塑壳式断路器有2个主要用途:一是作照明、家用或类似场所用的单相(220V)电源的保护;二是用作电气隔离的措施。

对于后者,有2个地方必须装设四级断路器:电源的进线处和双电源倒换(切换)处,这是电气检修安全所必须的电气隔离。

其他地方不宜也不必将可装三级处全改为四级(中性极是带动、静触头的,如果制造厂忽视中性极接触情况,或因中性极在绝大多数情况下电流较小,断开时产生的电弧较小,通过电弧来清洁触头表面的作用也小,接触电阻增大,易发热,甚至造成N极断线的严重后果,因此不要滥用四级断路器)。

现在市场上供应的四极断路器有4种型式:N 极不带过电流脱扣器,N极与其他3个相线极一起合分或N极先合后分;N极不带过电流脱扣器,N极始终接通不断开;N极带过电流脱扣器,N极与其他3个相线极一起合分或N极先合后分;N极带过电流脱扣器,N极始终接通不断开。

N级装设过电流脱扣器,通常使用于负载中有较多可控硅设备或有大量带电子镇流器荧光灯,这些电子设备要产生高次谐波,其零序电流要流入中性线,加上其他负载与电源连接的相序不妥,中性线的电流严重时要大于相线电流,即中性线上此时处于过载,而相线不过载,中性线无法借助相线的过电流脱扣器使之切断电源,时间略长,就可能烧断中性线,形成“断零”的后果。

为此,N极才装设过电流脱扣器。

中性线始终接通不断开,是用在N线与保护线(PE线)合二而一的TN-C接地系统(IEC规定严禁PE N线断开,以防止单相负荷伤损及造成人体间接触及带电外壳的危险)。

5　断路器的安装
国内外所有的塑壳式断路器的样本或使用说明书,都将垂直安装作为它的基本安装方式。

可否横装或水平安装?试验结果表明:对热动—电磁型塑壳式断路器横装或水平安装时对过载保护几乎没有什么影响,对瞬动脱扣器电磁铁的反力弹簧(与重力有关系),试验数值仅有5%～10%的误差,结论是:可以横装或水平安装。

对于纯电磁式即液压式(油杯式)塑壳断路器来说,它的过载和短路保护用同一脱扣器,它的过电流延时或瞬动与油管内的铁心重心和起阻尼(延时)作用的硅油液面状况有很大的关系,而这些又与安装角度有关。

试验表明:2I n的动作值(电流值),在水平安装时要提高20%,逆水平安装要减少20%,前倾45°要减少12%。

因此纯电磁式断路器应垂直安装,倘若一定要水平或横装,就应根据制造厂的样本或资料提供的修正系数来确定电流值。

6　断路器的接线位置
目前国内市场供应的国产和绝大部分进口的塑壳式断路器,对其接线位置规定为:电源线接在ON 的上面(或有1、3、5标记的上端),负载接在OFF的下面(或有2、4、6标记的下端),我们称之为上进线。

不少用户为了布线的方便,提出是否可以反过来接线(即电源线接在OFF下,负载线接在ON上)即所谓下进线?我们认为是不适宜的。

原因是:下进线时电弧除了进灭弧室外,还有一部分要往上喷,就要使公共转轴(通常是绝缘件)、相间挡弧板、软联接和脱扣器受电弧烧灼,一定时间(次数)后,绝缘件要热老化,严重的要热击穿,引起相间短路;其二是因下进线使动触头带有恢复电压(恢复电压与软联接、双金属元件的电阻、电感有关连)、容易使触头间的熄弧过程重新击穿。

另外,如果下进线而无更改标志,可能会在断路器打开位置时,检修者触摸原负载端(OFF下面),以为无载而实际上有电压造成触电的危险。

如果使用者一定要下进线,则一是要重新标志,二要选高一级短路分断能力的断路器降低使用,以策安全。

按照经验,当I cn≤20kA时,降20%,I cn >20kA,降30%。

例如线路的预期短路电流为30 kA,原选断路器的短路分断能力为35kA,现在应选50kA(50kA-50kA×30%=35kA)。

7　断路器连接电线截面的选择和连接
考虑到连接导体(一般应是铜导体)的允许通过电流和温升,断路器连接导线的截面积应按表1选择。

对于使用400A以上的铜排,其宽度应按表1采用,不要任意加大。

如果宽度加大将缩小相间距离(电气间隙),对有飞弧距离的断路器,应在电源端的断路器外壳上加相间隔弧板;零飞弧或短飞弧距离的,也适当加装相间隔板(对零飞弧而言开断短路电流时,喷出的虽然不是电弧,但灼热的气体也是有
害的)。

如果制造厂没有提供隔弧板,则对裸铜线(或铜排)应在其出线端用绝缘带(聚氯乙烯带等)绑扎,绑扎长度约100mm。

表1　断路器连接铜导线、铜导体截面积选择
铜导线截
面积/mm2
1.5
2.54610162535507095120185240
电流/A 12.516
20
253240
50
6380100125160200
225
250315
350
400
续表
铜导体截面积
/mm2铜线1502根1852根2402根铜排30×52根40×52根50×52根
电流/A500630700 800
塑壳式断路器使用中发生接线端子温升异常,在通以额定电流时断路器就脱扣动作等故障,都是因为连接导体(电线)的紧固件松弛之故(由于连接不紧,连接处的接触电阻很大,增大发热),因此在接线时,其螺钉或螺栓应予紧固,紧固的力矩可参照国家有关标准的规定。

用户应定期检查接线的紧固情况,特别是安装在有机械振动的地方,如船舶,电气化铁道机车等处。

有一些断路器采用螺钉组合件接线;一般情况,它适用的是软线连接,若是硬线,应换联接板(通孔)由螺栓与螺母来紧固。

8　对照周围环境温度选择断路器的额定电流
纯电磁式塑壳断路器,因其脱扣器内起阻尼作用的甲基硅油的粘度不受温度的影响,因此纯电磁式断路器使用时可不考虑环境温度问题。

但对于热动—电磁型断路器,其过载长延时采用的是热双金属元件,对热(温度)很敏感,它的通电变形将随环境温度的变化而变化,为此热动—电磁型塑壳式断路器的额定电流值,在不同的环境温度下应按制造厂提供的温度补偿曲线修正。

断路器通常被安装于配电箱(柜)内,我国成套电器标准规定,柜体内的温度为50℃,因此,对于选择基准温度为40℃的塑壳式断路器(热动—电磁型,以下同),其额定电流应是原值乘以0.9系数;若基准温度为45℃(船舶用)应是原值乘以0.8的系数。

HSM1系列塑壳式断路器(基准温度40℃)的降容系数为0.85。

小型断路器(如C45N),基准温度为30℃(按我国的GB10963—89或IE C898标准),如果安装在金属防护外壳内,其降容系数取0.8,若外壳是塑料材料,则取0.7作为降容系数。

9　在特殊场所使用的塑壳式断路器的选用
9.1　高温场所
炼铁、铸造成型、锅炉房等场所,应选用不受温度影响的纯电磁式(但也不能太高),对热动—电磁型温度在40℃～60℃时,应降容使用,温度在60℃以上不可使用。

9.2　低温场所
这是指低于-5℃的地方,如冷冻仓库、低温室、船舶露天甲板等,温度过低会使润滑剂干涸,并使绝缘件发脆,因此用户应订购低温型断路器。

9.3　潮湿场所
指比较潮湿的地方如化工厂、鱼类加工厂等,应将断路器安装在防水箱内,不与水直接接触的应采用湿热带型塑壳断路器。

9.4　多灰尘场所
如水泥厂、纺织厂,可将断路器装入防尘箱内使用。

9.5　煤矿等矿山
可选用660V电压等级的断路器,并将断路器置于防爆箱内。

9.6　船舶
一般民用运输船,应采用有三防(防潮、防霉、防盐雾)及耐一定级别振动、颠簸、倾斜的船用塑壳断路器,其基准温度为45℃。

舰艇,除与民船一样(耐振、颠簸、倾斜要求更高),还要求耐一级冲击,基准温度为50℃。

9.7　电气机车
与船用差不多,只是不一定要三防。

9.8　有腐蚀性气体及盐雾的场所
如化工厂、制药厂、石油精炼厂等场所,应使用防蚀型的塑壳断路器,并将它们装入防水箱内。