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配电线路中低压熔断器和断路器的比较

2012/7/2 15:55:19              

0.低压熔断器与断路器介绍

熔断器也被称为保险丝,IEC127标准将它定义为"熔断体(fuse-link)"。它是一种安装在电路中,保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器,广泛用于配电系统和控制系统,主要进行短路保护或严重过载保护。

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流,并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(包括短路条件)下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能,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。

1.问题的提出

“熔断器已经过时了!”这话似乎很有道理,但又是一个实际面对的技术问题。真的,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,大多数甚至千篇一律地使用低压断路器;与之相对应的是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。因此,有必要对熔断器和断路器(以下均指低压)进行一些比较和分析,以能更正确、合理地选用这两种保护电器。

2.配电线路保护和保护电器的发展

2.1配电线路保护要求

低压配电线路,为了防护在发生故障(如过载、短路和接地故障)时危及人身安全(间接接触导致的电击),或是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以致户外各处,发生故障的几率大,而且有大量非专业人员可能接触,更显得这种防护特别重要。最主要的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GB50054-95《低压配电设计规范》的有关规定。为此,各级线路不仅要设置保护电器,还必须要正确整定其参数,以保证在规定的时间内可靠切断故障;还要求应有选择地切断电路,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,应根据配电系统各自的具体条件和要求选用,不能简单的用先进或落后给予评价。 在当今世界,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。近十年来,差不多每十年左右更新换代一次,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了性能极佳的保护电器。近20年来,我国电器工业发展十分迅速,断路器产品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或过时的产品。据知,在德、法等国家如西门子、溯高美等电器公司,不但仍生产熔断器,还继续研制新的产品,技术上也不断进步。从这些方面说明:断路器是先进的保护电器,而熔断器也绝非过时或落后的产品。应该说,两者相辅相成,各有自己的应用范围。

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和其他特点进行比较,断路器则按非选择型和选择型两类分别叙述。

3.1熔断器

(1)熔断器的主要优点和特点

①选择性好。上下级熔断器的熔断体额定电流只要符合国标和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。

(2)熔断器的主要缺点和弱点

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,一相熔断可断开三相;

④不能实现遥控,需要与电动刀开关、开关组合才有可能。

3.2非选择型断路器

(1)主要优点和特点

①故障断开后,可以手操复位,不必更换元件,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电流脱扣器两段保护功能,分别作为过载和短路防护用,各司其职;

③带电操机构时可实现遥控。

(2)主要缺点和弱点

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,会使分断能力不够。现在有高分断能力的产品可以满足,但价较高。 3.3选择型断路器

(1)主要优点和特点

①具有非选择性断路器上述各项优点;

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)保护,分别实现过载、断路延时、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,可有级联保护功能,具有更良好的选择性动作性能;

③现今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,以及通信借口,实现配电装置及系统集中监控管理。

(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,即选择型断路器。

(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,短路或接地故障时,要求尽快甚至瞬时切断电路,无选择性要求。

4.2配电线路故障特点

(1)短路和接地故障,发生在末端回路多,大约占到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)就故障类型而言,接地故障多,相间短路少,前者约占80%~90%;

(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80%以上,而过载是用热继电器保护的,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。

(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)的放射式线路保护。

(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,当供给用电设备不多,且偶然停电影响不太大时。

(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

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