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断路器的基本特性

来自电气装置应用(设计)指南

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断路器的基本特性有:

  • 额定电压 Ue;
  • 额定电流 In;
  • 过载保护 (Ir[1] 或 Irth[1]) 和短路保护 (Im)[1]的脱扣电流整定范围;
  • 短路分断电流额定值 (工业用断路器 Icu;家用断路器 Icn)。


额定工作电压 (Ue)

这是断路器在正常 (无扰动的) 的情况下工作的电压。

断路器还有其他的电压值以应对骚扰,如断路器的其他特性所示。


额定电流 (In)

这是配有专门的过电流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限期承受的最大电流值,而不会超过电流承受部件规定的温度限值。

例如
额定电流 In = 125 A ,在环境温度为 40 °C 下的断路器会配备校准了的合适的过电流脱扣继电器 (设定为 125 A)。然而,如果适当地降低额定值,该断路器在更高的环境温度下也能使用。这样,在规定的温度限值内,断路器在 50 °C 的环境温度下只能无限期承受 117 A或者 60 °C 环境温度下承受 109 A。

因此,可以通过降低过载的脱扣电流整定值,并相应作出标志可降低断路器的额定值。使用耐高温的电子型脱扣器可以让断路器 (如上所述降低额定值) 在 60 °C (或者甚至 70 °C)的环境温度下工作。

备注: 断路器 (符合 IEC 60947-2 标准) 的 In 通常等于开关设备的 Iu,Iu 为额定持续电流。


壳架等级额定值

配备有不同电流整定值的过电流脱扣器的断路器,能够适应于承受最高的过电流脱扣器整定电流值。

例如:
一个 NSX630N 断路器能配备 4 个 150 ~ 630 A 的电子脱扣器。断路器的壳架电流为 630 A。


过载脱扣电流整定值 (Irth 或 Ir)

除了易于更换的小型断路器,工业用断路器都配备有可移去的,即可更换的过电流脱扣继电器。另外,为使断路器满足其所控制的电路的要求,以及避免安装粗电缆,通常脱扣继电器都是可调的。 电流超过脱扣电流整定值 Ir 或 Irth (两个名称都经常使用),断路器就会跳闸。它还代表着断路器不跳闸时所能承受的最大电流。该值必须大于最大负载电流 I B,但是小于电路 I z 所允许的最大电流 (见[[保护方案的实用值 ]])。

热脱扣继电器通常可在 0.7 ~ 1.0 In 范围内调整,但是如果使用电子设备,其调整范围会更大;通常为 0.4 ~ 1.0 In。

(见图表 H30):
配有一个整定为 0.9,400 A STR23SE 过电流脱扣继电器的 NSX630N 断路器,其脱 扣电流整定值为:
Ir = 400 x 0.9 = 360 А.

备注: 对于配有不可调过电流脱扣继电器的断路器,Ir = In。
实例:对于 iC60N 20 A断路器,Ir = In = 20 (A)。


图表 H30.jpg


图表 H30: NSX630N 断路器例,配有可以调节到 0.9 的 STR23SE 脱扣装置,可得 Ir = 360 A

短路脱扣电流整定值 (Im)

短路脱扣继电器 (瞬时或短延时) 用于高故障电流值出现时,使断路器快速跳闸。其跳闸阈值 Im:

  • 由家用型断路器的标准如 IEC 60898 标准确定;或者;
  • 依据相关标准,特别是 IEC 60947-2 标准,由工业用断路器的制造厂标出。近来的断路器,有许多脱扣器可选,用户可以利用它使断路器的保护功能满足负载的特殊要求 (见图表 H31、图表 H32 和图表 H33)。


  保护继电器的类型 过负荷保护 短路保护
家用型断路器
IEC 60898
热磁 Ir = In 低整定值类型 B
3 In ≤ Im ≤ 5 In
标准整定值类型
5 In ≤ Im ≤ 10 In
高整定值类型 D
10 In ≤ Im ≤ 20 In [2]
工业用模块断路器 [3] 热磁 Ir = In
固定值
低整定值类型 B 或 Z
3.2 In ≤ 固定值 ≤ 4.8 In
标准整定值类型 C
7 In ≤ 固定值 ≤ 10 In
高整定值类型 D 或 K
10 In ≤ 固定值 ≤ 14 In
工业用断路器 IEC 60947-2 [3] 热磁 Ir = In 固定值 固定值: Im = 7 - 10 In
可调范围:
0.7 In ≤ Ir ≤ In
低整定值: 2 - 5 In
- 标准整定值: 5 - 10 In
电子 长延时
0.4 In ≤ Ir ≤ In
短延时,可调范围:

1.5 Ir ≤ Im ≤ 10 Ir
瞬时 (I) 固定值:
I = 12 - 15 In


图表 H31: 用于低压断路器的过负荷和短路保护装置的电流脱扣范围


图表 H32.jpg


图表 H32: 断路器热磁保护系统的性能曲线


图表 H33.jpg


Ir: 过载 (热或长延时) 继电器脱扣电流整定值;
Im: 短路 (电磁或短延时) 继电器脱扣电流整定值;
Ii: 短路瞬时继电器脱扣电流整定值;
Icu: 分断能力。


图表 H33: 断路器电子保护系统的性能曲线


隔离特性

如果断路器达到相关标准中规定的隔离器 (在其额定电压时) 的所有条件,就适用于隔离电路 (见低压开关的功能 - 隔离)。这时候,它就被称作断路器隔离器,其面板上标有这样的标志

图表 H59.jpg

所有的施耐德电气的产品 Acti 9、Compact NSX 和 Masterpact 低压开关设备都属于这一类。

额定短路分断能力 (Icu 或 Icn)

低压断路器短路脱扣特性 (大致) 与故障电流回路的 cos φ 有关。这种关系的标准值已在某些标准中确定。

断路器的短路分断电流定额是断路器能够分断而不损害的最高 (预期的) 电流值。标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值,即计算标准化值时直流暂态分量(总在最坏的情况短路下出现) 假定为零。工业用断路器额定值 (Icu) 和家用断路器额定值 (Icn) 通常以 kA 均方根值的形式给出。

IEC 60947-2 标准定义了 Icu (额定极限短路分断能力) 和 Ics (额定运行短路分断能力),以及一个有关 Ics 和 Icu 在不同使用类别 A (瞬时脱扣) 和 B (延时脱扣) 的表格,如 断路器的其他特性 所述。

在标准的指导下进行断路器额定短路分断能力的测试,包括:

  • 操作顺序,包括一系列的操作,如短路下的闭合和断开;
  • 电流和电压相位。电流与电源电压同相时 (电路的 cos φ = 1),电流的遮断要比在其他功率因数条件下容易些。将电流在滞后 cos φ 低值时进行遮断是相当困难的;零功率因数 (理论上) 也是不易达到的。

实际上,所有的电力系统短路故障电流 (或多或少) 都存在滞后功率因数,而标准是基于通常情况下大多数电力系统有代表性的数值。一般而言,故障电流 (特定的电压情况下) 越高,故障电流回路中的功率因数就越低,如临近发电机或大型变压器。

下面的图表 H34 是从 IEC 60947-2 标准中摘选出的,根据其额定 Icu 将 cos φ 标准值同工业用断路器联系起来。

  • 按照断开-延时-闭合/断开的顺序来试验断路器的 Icu 能力,作进一步试验以保证:

  -  电介质耐受能力;
  -  隔离 (绝缘)性能;
  -  过载保护的正确动作不会因为试验而受损。

Icu cosφ
6 kA < Icu ≤ 10 kA 0.5
10 kA < Icu ≤ 20 kA 0.3
20 kA < Icu ≤ 50 kA 0.25
50 kA < Icu 0.2

图表 H34: 与故障电流电路的功率因数 (cos ϕ) 相关的 Icu (符合 IEC 60947-2 标准)


备注

  1. ^ a b c 电流整定值是指用于过负荷和短路保护的热脱扣装置和“瞬时”电磁脱扣装置的动作电流。
  2. ^ 大多欧洲制造商认为 IEC 60898 标准中的 50 In 高得不合实际 (施耐德电气 = 10 ~ 14 In)。
  3. ^ a b 对于工业用途,IEC 标准没有规定值。上述值仅为通常使用的值。