智能型低壓斷路器

1、智能型低壓斷路器引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、電網(wǎng)高速發(fā)展、城市和鄉(xiāng)村的用電負(fù)荷增加以及用電負(fù)荷日益 多樣性和復(fù)雜化,承擔(dān)供配電和對(duì)供電設(shè)備及線路進(jìn)行保護(hù)的主要元器件低壓斷路器的制造技術(shù)水平也有顯著的提高。1 .萬能式斷路器的市場(chǎng)發(fā)展我國(guó)低壓萬能式斷路器的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段:采用熱磁式技術(shù)的低壓萬能式斷路器, 如DWI0/DWI5/ME系列、AH系列等產(chǎn)品,ME和AH系列產(chǎn)品是我國(guó)20世紀(jì)80年代采用 的引進(jìn)技術(shù)，分別從德國(guó)AEG公司(現(xiàn)被GE公司收購)和日本寺畸公司引進(jìn)的制造技術(shù)，目 前廣泛應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)絡(luò)中;隨著計(jì)算機(jī)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在電器制造領(lǐng)域的應(yīng)用, 斷路器在接通、分?jǐn)?、保護(hù)、安全

2、、維護(hù)等方而的性能有了顯著變化,智能型低壓方能式斷 路器，如DWI8、DW48等系列，由上海電器科學(xué)研究所研發(fā)的產(chǎn)品DW45萬能式斷路器和國(guó) 外ABB公司的F和E系列、MG公司的M系列、西門子公司的3WL系列、德國(guó)金鐘一默 勒公司的IZM系列、GE公司的MPAKRT系列等均屬該類產(chǎn)品。智能型低壓萬能式斷路器 因其卓越的性能正以驚人的速度在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中得到大量應(yīng)用。2 .智能型低壓萬能式斷路器結(jié)構(gòu)智能型低壓萬能式斷路器按機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為:操作機(jī)構(gòu)、絕緣體、觸頭系統(tǒng)、火弧系統(tǒng)、 儲(chǔ)能電機(jī)、智能保護(hù)單元、附件(分勵(lì)、欠壓、輔助、合閘線圈等)7大部分。智能型低壓萬能式斷路器根據(jù)外形和機(jī)械結(jié)構(gòu)有所差異,

3、DW45系列和M系列斷 路器靠近;DWI8、DW48和日本AE-S、AE-SS系列斷路器相似，其中DWI8系列因體積較 大的原因較少有廠家生產(chǎn)，市場(chǎng)占有率也較低。DW45與DW48系列的主要區(qū)別在于體積和電流范圍，框架結(jié)構(gòu)上以及斷路器本 身安全閉鎖上的差異。DW48系列電流殼架分1600A、3200AQW45系列電流殼架分為2 000A、3200A、6300A,電流范圍大;按極數(shù)都可分為3極和4極；電氣性能上差異不大:額定 運(yùn)行分?jǐn)嗄芰es均為50kA以上，額定極限分?jǐn)嗄芰cu為65kA以上，額定短時(shí)耐受分?jǐn)?能力lew為50kA以上;機(jī)械壽命和電壽命也相同,分別為10000次和2000次

4、。DW45斷路 器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率極大,遍布全國(guó)各主要企業(yè)生產(chǎn)。2.1 斷路器本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)斷路器為立體布置形式，具有結(jié)構(gòu)緊湊和體積小的特點(diǎn)。有固定式和抽屜式之分,把固定 式斷路器本體裝入專用的抽屜就成為抽屜式斷路器。本體由觸頭系統(tǒng)、火弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、 智能控制器、輔助觸頭、接線端子、欠壓脫扣器、分勵(lì)脫扣器、閉合電磁鐵、電動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu) 等組成。(2)絕緣系統(tǒng)。斷路器底座、蓋采用絕緣性、阻燃性、機(jī)械強(qiáng)度都是很好的絕緣材料,不僅提 高斷路器的分?jǐn)嗄芰Γ冶ＷC了斷路器的機(jī)械壽命、電氣壽命。(3)觸頭系統(tǒng)。采用主、弧觸頭系統(tǒng)，多路并聯(lián),降低電動(dòng)斥力，提高觸頭系統(tǒng)的電動(dòng)穩(wěn)定性。 新型耐弧的觸頭材料

5、，使觸頭在分?jǐn)喽搪冯娏骱蟛恢逻^分發(fā)熱而引起溫度過高。(4)火弧室。火弧室全部置于斷路器的絕緣基座內(nèi)，每極分開，相互絕緣,與其他部分及操作人 員隔離，既安全又不致于在分?jǐn)啻箅娏鲿r(shí)炸裂。采用去離子?xùn)牌鸹≡?，使得斷路器上方飛 弧距離為零。(5)操作機(jī)構(gòu)和手動(dòng)、電動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。采用五連桿機(jī)構(gòu)，完成合、分閘動(dòng)作，并可手動(dòng)或電動(dòng) 儲(chǔ)能。2.2 抽屜座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)抽屜座由帶有導(dǎo)軌的左右側(cè)板、底座和橫梁等組成，底座上設(shè)有推進(jìn)機(jī)構(gòu),并裝有位置指 示，抽屜座的上方裝有輔助電路靜隔離觸頭。橋式主回路觸頭前方設(shè)置安全隔板。(2)斷路器本體在抽屜座內(nèi)的運(yùn)動(dòng)具有3個(gè)“位置”：連接、試驗(yàn)、分離位置。連接:主回路、 二次

6、回路均接通，安全隔板開啟;試驗(yàn):主回路斷、二次回路通，安全隔板關(guān)閉，可以進(jìn)行動(dòng)作試 驗(yàn);分離:主回路、二次均斷開，安全隔板關(guān)閉。(3)抽屜座與斷路器本體間有機(jī)械連鎖，斷路器必須在分閘狀態(tài)才能搖出來。2.3 附件斷路器除具有分勵(lì)脫扣器、合閘線圈、分閘線圈、欠壓脫扣器、輔助開關(guān)等各種功能的 內(nèi)部附件外，還具有機(jī)械聯(lián)鎖、門聯(lián)鎖等外部附件,滿足用戶各種場(chǎng)合的要求。2.4 智能控制器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)過電流保護(hù)特性。過載保護(hù)、短路短延時(shí)保護(hù)、短路瞬時(shí)保護(hù)、接地故障保護(hù)。(2)測(cè)量功能?？蓽y(cè)量電流、電壓、功率、電能、功率因數(shù)、頻率等。(3)負(fù)載監(jiān)控。為保證重要.負(fù)荷的正常供電,可控制分?jǐn)鄡陕肥芸刎?fù)荷。(4)M

7、CR和HSISC保護(hù)。針對(duì)斷路器本身進(jìn)行的高速瞬時(shí)保護(hù);其中,MCR保護(hù)對(duì)斷路器 的接通分?jǐn)嗄芰M(jìn)行保護(hù)， 在斷路器分閘及和合閘瞬間(100ms)起作用。HSISC保護(hù) 是當(dāng)越限故障電流產(chǎn)生時(shí)，控制器會(huì)在10ms內(nèi)發(fā)出跳閘指令,對(duì)斷路器的極限承載能力進(jìn) 行保護(hù)，防止開關(guān)承載超過極限分?jǐn)嗄芰Φ碾娏?，合閘100ms以后起作用。智能控制器的核 心是CPU ,智能控制器的工作電源核心是雙電源供電的方式。主電源2#來自安裝于斷路器內(nèi)部出線母 排上的三相速飽和電流互感器，與CPU采樣電流互感器裝于同一位置。智能型低壓方能式斷路器智能保護(hù)控制器具有的常規(guī)保護(hù)功能:過載保護(hù)Irl(也稱: 過流保護(hù),長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)

8、)，其整定值為額定電流值In的0.41倍，可按步長(zhǎng)為1A進(jìn)行整定，動(dòng) 作時(shí)間可在0到相應(yīng)的反時(shí)限特性下最大值時(shí)間內(nèi)設(shè)定，時(shí)間步長(zhǎng)按反時(shí)限特性曲線自動(dòng)生 成;延時(shí)速斷保護(hù)Ir2(也稱:短路短延時(shí)保護(hù)),其整定值為過載保護(hù)電流值Irl的1.515 倍，可按步長(zhǎng)為1A進(jìn)行整定,動(dòng)作時(shí)間可在0到相應(yīng)的定時(shí)限特性下或反時(shí)限特性下最大值 時(shí)間設(shè)定,可選擇反時(shí)限特性時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)按反時(shí)限特性曲線自動(dòng)生成,也可選擇定時(shí)限特性 曲線時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)為0.1s;速斷保護(hù)Ir3(也稱:瞬時(shí)保護(hù)，短路保護(hù))，其整定值為額定電流 值In的1倍到運(yùn)行分?jǐn)嗄芰cn之間，可按步長(zhǎng)為1A進(jìn)行整定;接地故障保護(hù)功能Ir4, 其整定值

9、為額定電流值In的0.21倍，可按步長(zhǎng)為1A進(jìn)行整定。斷路器制造廠家在產(chǎn)品出廠時(shí),用戶若無要求，保護(hù)值均按最大值設(shè)置，用戶應(yīng)根據(jù) 設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的調(diào)整而在控制器的面板上進(jìn)行設(shè)定，但應(yīng)特別注意的是,Irl、Ir2、Ir3的 定值范圍(保護(hù)特性)不能相交;Ir4的定值范闈與Irl、12、13的保護(hù)定值范闈無關(guān)，可根據(jù) 需要進(jìn)行設(shè)定或關(guān)閉，建議在D,ynll變壓器供電系統(tǒng)中，采用三極斷路器時(shí)關(guān)閉14保護(hù)，在Y, ynl2變壓器供電系統(tǒng)中，不能關(guān)閉此保護(hù),整定值應(yīng)超過變壓器容量的30%以上，采用四極 斷路器時(shí),應(yīng)開通此保護(hù)，整定值也應(yīng)超過變壓器容量的30%以上。智能斷路器控制器的常規(guī)保護(hù)功能特性與上下

10、級(jí)電器保護(hù)特性的可選擇性配合。 設(shè)計(jì)選型時(shí)，對(duì)其之間的選擇性保護(hù)配合應(yīng)滿足以下要求:智能斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)特性I rl應(yīng)低于被保護(hù)對(duì)象（如電線、電纜、電動(dòng)機(jī)、變壓器等）的允許過載的特性;變壓器低壓 側(cè)總路智能斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)特性Irl應(yīng)低于高壓側(cè)熔斷器的保護(hù)特性;變壓器低壓側(cè) 總路智能斷路器的延時(shí)速斷保護(hù)特性Ir2與高壓側(cè)速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間級(jí)差應(yīng)為0.40.7s; 智能斷路器與熔斷器配合時(shí)，以熔斷器保護(hù)特性為后備保護(hù)特性;上級(jí)智能型低壓萬能 式斷路器短延時(shí)保護(hù)特性整定值Ir221.2倍下級(jí)斷路器短延時(shí)保護(hù)特性整定值或瞬時(shí)保護(hù) 特性整定值（若下級(jí)無短延時(shí)保護(hù)時(shí)）;上下級(jí)斷路器的保護(hù)特性不能相交和

11、重疊;在智 能斷路器具有短路短延時(shí)或瞬時(shí)保護(hù)特性的情況下，上下級(jí)斷路器之間的選擇性保護(hù)的配合 關(guān)系為:上級(jí)智能型低壓萬能式斷路器瞬時(shí)整定電流保護(hù)值Ir3應(yīng)等于或小于自身斷路器的 短時(shí)極限耐受通斷能力lew,而大于或等于1.1倍的下級(jí)斷路器的瞬時(shí)短路電流保護(hù)值;具 有短路短延時(shí)保護(hù)的智能型低壓萬能式斷路器，在帶有欠電壓脫扣器時(shí)，則必須在設(shè)計(jì)選型 時(shí)注明為延時(shí)欠電壓脫扣器，且延時(shí)時(shí)間應(yīng)不小于斷路器的短延時(shí)保護(hù)整定時(shí)間。根據(jù)上述智能型斷路器選擇性保護(hù)配合的選用要求，在設(shè)計(jì)選型或投運(yùn)前,必須對(duì) 其保護(hù)類別和保護(hù)特性定值11、12、13、Ir4進(jìn)行確定，按設(shè)定保護(hù)值進(jìn)行安裝調(diào)試后， 才能使配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定

12、、安全、可靠運(yùn)行有保障。由于配網(wǎng)中心眾多，大都是長(zhǎng)期無人值守的配電房，缺乏運(yùn)行記錄的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，僅僅是不 定時(shí)地測(cè)量負(fù)荷，無法正確反映變壓器、斷路器等供電設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行工況及負(fù)荷狀態(tài),一直以 來是配網(wǎng)中心管理工作上的一個(gè)難題。近年來，與智能保護(hù)控制器生產(chǎn)廠家協(xié)商，開發(fā)了帶周 期性運(yùn)行參數(shù)（三相電流、三相電壓、功率因數(shù)、諧波等）采樣和連續(xù)記錄功能，具有USB接 口，采用U盤可讀取每時(shí)段的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及變壓器的運(yùn)行工況，具有數(shù)據(jù)功能的智能保護(hù)控 制器解決了配網(wǎng)中心長(zhǎng)期以來缺乏設(shè)備運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，管理上的問題,對(duì)于供電設(shè)備的負(fù)荷 狀況，變壓器是否長(zhǎng)期單相負(fù)荷運(yùn)行，是否需要調(diào)整負(fù)荷分布等問題,有了數(shù)據(jù)上的依據(jù)

13、。第1代產(chǎn)品具有基本的過載延時(shí)短路短延時(shí)（12）、瞬時(shí)（13）、接地故障保護(hù)（I r4）控制功能、保護(hù)定值和時(shí)間定值用旋鈕刻度式整定（長(zhǎng)延時(shí)反時(shí)限保護(hù)特性的時(shí)間定值自 動(dòng)生成，不可整定）。第2代產(chǎn)品在第1代的基礎(chǔ)上增加了三相運(yùn)行電流、電壓實(shí)時(shí)顯示（分別用字母II、I 2、13和Ua、Ub、UC表示）和其他運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示（功率、諧波等）,故障類型記錄功能, 數(shù)碼管數(shù)字顯示和點(diǎn)陣液晶中文數(shù)字顯示兩種。保護(hù)定值和時(shí)間定值采用可視數(shù)字步長(zhǎng)定值 或反時(shí)限自動(dòng)生成步長(zhǎng)定值（可選擇）的方式整定。第3代產(chǎn)品除具有前兩代產(chǎn)品的全部功能外，增加了通信功能（Profibus、Modbus 通信協(xié)議），周期性運(yùn)行參

14、數(shù)采樣和連續(xù)記錄功能，具有USB接口，采用U盤可讀取每年、每 時(shí)段的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及變壓器的運(yùn)行工況。3 .智能萬能式斷路器和塑料外殼式斷路器的選擇使用400800A是智能萬能式斷路器和塑料外殼式斷路器的電流等級(jí)交叉的范圍。許多生 產(chǎn)制造商把電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到塑料外殼式斷路器的制造過程中，稱為電子式塑料 外殼式斷路器和智能型塑料外殼式斷路器，其保護(hù)特性和分?jǐn)嘀笜?biāo)接近萬能式斷路器，有些 塑料外殼式斷路器的分?jǐn)嗄芰?biāo)稱高達(dá)100kA,其實(shí)這樣的指標(biāo)是一個(gè)理論標(biāo)稱值，因限流 技術(shù)在塑料外殼式斷路器應(yīng)用，實(shí)際分?jǐn)喽搪冯娏鬏^低，無法實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。如圖1所示，采 用限流技術(shù)的智能塑料外殼式斷路器的實(shí)

15、際分?jǐn)嗲€，在30kA時(shí)，其實(shí)斷路器已經(jīng)分?jǐn)嗔? 實(shí)線是短路電流實(shí)際發(fā)生的過程曲線。從斷路器的體積、絕緣、強(qiáng)度和剛度上比較而言，萬能式斷路器比塑料外殼式斷路 器也有優(yōu)勢(shì)，其短時(shí)耐受電流50kA以上的短路電流的能力也是優(yōu)于塑料外殼式斷路器的。綜上所述，在400800A內(nèi)選擇智能萬能式斷路器和塑料外殼式空氣斷路器，從選 擇性、可靠性、安全性角度講，萬能斷路器比塑料外殼式空氣斷路器有優(yōu)勢(shì)，不需選擇性的場(chǎng) 所可選用塑料外殼斷路器。從經(jīng)濟(jì)成本上看,兩者略有差異，一分400800A的固定式智能 萬能斷路器的價(jià)格在7,000元左右，一臺(tái)400800A的電動(dòng)智能塑料外殼式空氣斷路器的 價(jià)格在6,000元左右。塑料外殼式便宜有優(yōu)勢(shì)，從大量的工廠廠用電斷路器的使用現(xiàn)狀來看, 電廠、化