成套開(kāi)關(guān)設(shè)備中使用小型斷路器存在問(wèn)題的分析

桂林五環(huán)電器制造有限公司 姚 羽 晉江鑫騰連盛機(jī)械有限公司 謝勤宇

1 小型斷路器的工作原理

針對(duì)小型斷路器，業(yè)界同樣也將其稱作微型斷路器，目前主要在230/400V 額定電壓50/60Hz 交流中得以適用，確保在經(jīng)過(guò)63A 線路時(shí)，額定電流不會(huì)發(fā)生短路、過(guò)載等故障，同時(shí)，處于正常狀態(tài)下，也可將小型斷路器作為不頻繁轉(zhuǎn)換線路的用途[1]。其工作原理為：在電路中，對(duì)額定工作電流起到分?jǐn)唷⒔油ɑ虺休d作用，并且可以在電動(dòng)機(jī)、線路出現(xiàn)欠壓、短路或是過(guò)載等故障時(shí)，給予其可靠的保護(hù)，降低安全事故的發(fā)生率。在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下,被較為廣泛采用的設(shè)計(jì)理念是將小型斷路器的觸桿、靜觸頭和動(dòng)觸頭設(shè)計(jì)為平行的形式，巧妙地利用了短路狀態(tài)下產(chǎn)生的電動(dòng)斥力,使得靜觸頭和動(dòng)觸頭能夠分離,從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)效的限流效果和優(yōu)秀的分?jǐn)嘈阅堋．?dāng)主觸點(diǎn)閉合后,自由脫扣器會(huì)自動(dòng)鎖定主觸點(diǎn)，主電路與熱脫扣器的熱元件以及過(guò)電流脫扣器的線圈是串聯(lián)連接的,電源則與失壓脫扣器的線圈并聯(lián)。一旦電路面臨嚴(yán)重的過(guò)載或短路問(wèn)題,就會(huì)觸發(fā)過(guò)電流脫扣器的銜鐵,進(jìn)而使自由脫扣器執(zhí)行其預(yù)定的操作,最終導(dǎo)致主電路通過(guò)主觸點(diǎn)斷開(kāi)[2]。若電路出現(xiàn)過(guò)載的情況,熱脫扣器的熱元件可能會(huì)產(chǎn)生熱量,進(jìn)而推動(dòng)上彎曲雙金屬片,促使自由脫扣器啟動(dòng)；如果電路存在欠電壓?jiǎn)栴}，將會(huì)釋放失壓脫扣器的銜鐵，同樣也推動(dòng)自由脫扣器進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作，如圖1所示。

圖1 小型斷路器工作原理示意圖

2 小型斷路器的選用原則

在目前的狀況下，微型斷路器主要用于處理低電流短路問(wèn)題，意味著微型斷路器的額定電流應(yīng)低于600A。在選擇微型斷路器時(shí)，需要考慮一些關(guān)鍵因素：第一，額定電壓不能小于正常負(fù)載條件下的額定電壓；第二，脫扣器的額定電流應(yīng)等于或略高于負(fù)載工作電流，但必須注意不能過(guò)大；第三，相比之下，微型斷路器的最大允許通斷電流應(yīng)大于電路短路電流，至少應(yīng)達(dá)到1.25A 的線纜末端單相電流；第四，相比正常電路運(yùn)行下的額定電壓，欠壓脫扣器的額定電壓既不可比其大，也不可比其小。

3 小型斷路器的正常工作條件

在設(shè)計(jì)過(guò)程中,必須對(duì)影響小型斷路器的關(guān)鍵因素進(jìn)行全面且客觀地評(píng)估和研究，包括小型斷路器的特性及其屬性。通過(guò)這種方式可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，以防止由于外部因素導(dǎo)致的小型斷路器性能下降。第一，注意周圍空氣的溫度：設(shè)計(jì)者應(yīng)特別關(guān)注在最冷或最熱的環(huán)境下，小型斷路器可能會(huì)遇到的問(wèn)題。理想情況下，外部的最高溫度應(yīng)低于所有組成部分能承受的最高溫度。此外，還應(yīng)確保運(yùn)行環(huán)境的溫度在-5℃～40℃，并且每天的平均溫度不得超過(guò)35℃。如果存儲(chǔ)和運(yùn)輸條件良好，可以進(jìn)一步控制運(yùn)行環(huán)境在-25℃～55℃。第二，管控空氣相對(duì)濕度：由于溫度波動(dòng)可能導(dǎo)致電氣設(shè)備表面的負(fù)面效應(yīng)，如誤觸發(fā)和使用壽命縮短。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到40℃時(shí)，需要保證空氣的相對(duì)濕度不超過(guò)0.5%。第三，處理惡劣環(huán)境并減少振動(dòng)與沖擊：為了防止設(shè)備受到不良環(huán)境的影響，如振動(dòng)和沖擊，應(yīng)盡量將設(shè)備放置在無(wú)干擾的環(huán)境中。對(duì)于小型斷路器，定期檢查、維護(hù)和修復(fù)是必要的，以防止零件掉落，并確保設(shè)備處于無(wú)爆炸風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，從而降低因?qū)w灰塵積累和金屬腐蝕等問(wèn)題導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)。

4 成套開(kāi)關(guān)設(shè)備應(yīng)用小型斷路器中存在的問(wèn)題

在成套開(kāi)關(guān)設(shè)備中，小型斷路器得到廣泛性、普遍性的運(yùn)用，以其獨(dú)特的外觀設(shè)計(jì)、強(qiáng)大的切斷功能、穩(wěn)定的性能表現(xiàn)以及創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念而廣受好評(píng)。這些特性使得小型斷路器能夠在各種環(huán)境下應(yīng)用,包括400V 以下的電壓范圍以及50Hz 至60Hz 的交流電頻率。此外,小型斷路器的短路切斷能力通常限制在10kA 以下,意味著可以處理63A以下的工作電流。如今,小型斷路器的主要應(yīng)用場(chǎng)景是為住宅、辦公室等區(qū)域提供電力保護(hù),防止短路或過(guò)載問(wèn)題，同時(shí)也可以作為線路的轉(zhuǎn)換和斷開(kāi)工具。然而,值得注意的是,小型斷路器并非適用于所有場(chǎng)合。在那些需要更高短路切斷能力的場(chǎng)合,如大型配電柜(如XL、GCK、GGD 等),則并不適用。

在實(shí)際操作過(guò)程中，部分制造商傾向于在具有超過(guò)10kA 分?jǐn)嗄芰Φ母邏号潆姽?如XL 和GGD)中安裝微型斷路器。然而，這些設(shè)備主要被用于作為主開(kāi)關(guān)的分閘電源以及配電室的照明系統(tǒng)，這種應(yīng)用方式隱藏著潛在的安全隱患，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)供電區(qū)域都采用了至少630kVA 的變壓器容量，其額定的電流表現(xiàn)為：

同時(shí)，在進(jìn)線柜電流方面，應(yīng)當(dāng)選擇GGD 柜（1000～1600A）。

其中，在考慮電力系統(tǒng)中的變電所時(shí)，設(shè)想其配備了S9-630/10型號(hào)的變壓器，該設(shè)備具有4%的Uk 值，運(yùn)行模式為Dyn11，且其高電壓端口具備100MVA 的短路能力。變壓器與低壓配電柜之間的距離通常十分接近，通過(guò)銅排連接，長(zhǎng)度大約為5m，TMY-3（80×8），對(duì)靠近變壓器的配電柜的短路電流進(jìn)行計(jì)算：

歸算至400V 側(cè)，高壓系統(tǒng)電抗計(jì)算每相阻抗為：

在ΔPk=5120W，Dyn11，S9-630/10型的變壓器中，計(jì)算變壓器每相阻抗為：

計(jì)算銅排每相阻抗為：

總線路電阻計(jì)算為：

計(jì)算三相短路時(shí)的電流為：

據(jù)此能夠了解到：當(dāng)變壓器的輸出部分出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí),通常會(huì)引發(fā)巨大的電流涌現(xiàn)，即使考慮了變壓器自身的阻抗和線路損失,短路電流仍然可能超過(guò)10kA。在高電流環(huán)境下,小尺寸的斷路器可能會(huì)面臨無(wú)法迅速切斷的問(wèn)題,從而可能引發(fā)二次故障,進(jìn)一步擴(kuò)大事故的影響范圍。此外,小型斷路器還可能對(duì)變壓器本身造成損害，對(duì)于是否采用小型斷路器,低壓配電柜的選擇至關(guān)重要,尤其是設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)的技術(shù)專家需要對(duì)斷路器的技術(shù)參數(shù)是否符合規(guī)定有深入的了解,并能夠針對(duì)不符合規(guī)定的部分提出改進(jìn)意見(jiàn)。

5 成套開(kāi)關(guān)設(shè)備應(yīng)用小型斷路器問(wèn)題的解決建議

5.1 使用低壓熔斷器

在電力供應(yīng)過(guò)程中，通常使用的是GGD 型低壓進(jìn)線柜，負(fù)責(zé)管理進(jìn)入的高壓開(kāi)關(guān)電源以及配電房的照明系統(tǒng)。為了滿足用戶的便捷性需求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常會(huì)在GGD 進(jìn)線柜內(nèi)安裝一個(gè)小巧的斷路器。該斷路器被連接到柜子主開(kāi)關(guān)的進(jìn)線端，以確保配電房照明的正常運(yùn)行。然而，當(dāng)斷路器因外部絕緣力的破壞、高電壓擊穿或絕緣老化而引發(fā)短路時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電流超過(guò)10kA，使得小斷路器無(wú)法切斷電源，從而引發(fā)電力事故，操作方式與GB7251.1標(biāo)準(zhǔn)的成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用規(guī)范相悖。因此，從安全的角度出發(fā)，必須更加注重低壓熔斷器的運(yùn)用，例如，推薦采用圓柱形的RT14系列斷路器，或是便于更換的NG125型、S800型斷路器，從而達(dá)到50kA 以上的分?jǐn)嗄芰Γ瑸榭煽啃砸约鞍踩怨╇娮龀鲇辛Φ谋Ｕ稀?/p>

5.2 線路檢修

針對(duì)成套開(kāi)關(guān)設(shè)備以及小型斷路器的線路進(jìn)行檢修的過(guò)程中，相關(guān)人員主要是對(duì)其中是否潛在異常情況予以細(xì)致觀察。例如，在斷開(kāi)小型斷路器之后，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行觀察，是否出現(xiàn)不正常的放電聲音，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，必須及時(shí)向安全管理部門上報(bào)，待檢修合格后，方可實(shí)施相應(yīng)操作。在此期間，電源支路與每一條引出線只可經(jīng)過(guò)1臺(tái)小型斷路器，或者2組母線隔離開(kāi)關(guān)，隨后，在2組母線上分別連接。采取此種形式，可以提高母線運(yùn)行效果，使日后的順利化、安全化運(yùn)行有所保證。同時(shí)，相關(guān)人員在檢查線路時(shí)，還需注意以下兩點(diǎn)：第一，在正常供電狀態(tài)不受影響的情況下，相關(guān)人員需仔細(xì)檢修成套開(kāi)關(guān)設(shè)備與小型斷路器的每條母線；第二，相關(guān)人員在維修母線側(cè)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，應(yīng)分析影響此開(kāi)關(guān)運(yùn)作的各類因素。如果運(yùn)行期間，出現(xiàn)母線故障問(wèn)題，需即刻向另一條母線轉(zhuǎn)移，使開(kāi)關(guān)設(shè)備與斷路器能夠在安全、穩(wěn)定的環(huán)境下運(yùn)行。

5.3 防誤動(dòng)檢查

安裝成套開(kāi)關(guān)設(shè)備以及小型斷路器期間，極有可能會(huì)面臨外部因素的影響，在此過(guò)程中，如果相關(guān)人員缺乏合理性操作，將會(huì)使二者之間發(fā)生問(wèn)題，增加安全事故的發(fā)生概率。由此可見(jiàn)，為避免發(fā)生此現(xiàn)象，需要對(duì)運(yùn)行成套開(kāi)關(guān)設(shè)備以及小型斷路器的順利性、有效性予以保證，相關(guān)人員必須進(jìn)行全面、細(xì)致地檢查。同時(shí)，想要避免運(yùn)行時(shí)發(fā)生誤動(dòng)問(wèn)題，在安裝刀閘期間，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)流程，且在完成安裝后，認(rèn)真核查其他部位，若發(fā)現(xiàn)有誤動(dòng)作存在，應(yīng)及時(shí)核查成套開(kāi)關(guān)設(shè)備以及小型斷路器的所處部位，確認(rèn)無(wú)誤后，方可實(shí)施后續(xù)的操作。此外，想要減少開(kāi)關(guān)設(shè)備帶負(fù)荷拉、合問(wèn)題的發(fā)生，需將小型斷路器閉鎖。若閉鎖設(shè)施有故障問(wèn)題，或接地刀閘無(wú)法正常工作，則需與閉鎖要求相融合，核查刀閘與小型斷路器之間的位置，確定無(wú)問(wèn)題后，方可將鎖定解除。

5.4 接觸件過(guò)熱維修

相關(guān)人員需及時(shí)處理接觸件過(guò)熱問(wèn)題。第一，在對(duì)成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和小型斷路器的維護(hù)過(guò)程中，需要在保證隔離效果的同時(shí)，對(duì)開(kāi)關(guān)操作流程進(jìn)行優(yōu)化，包括通過(guò)螺母進(jìn)行固定以提高穩(wěn)定性。還需要對(duì)接線端子的接觸面進(jìn)行精細(xì)的拋光處理，去除所有附著的雜質(zhì)，并在其表面涂抹適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電油脂，從而有效地減少過(guò)熱問(wèn)題的發(fā)生概率。第二，需檢查成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的底座，若發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)或高速旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)維修，并且及時(shí)更換破損的銅帶，提高連接的可靠性，以免因接觸件過(guò)熱而發(fā)生安全事故。第三，檢修動(dòng)、靜觸頭接觸面期間，除了需要對(duì)表面的光滑度、整潔度有所保障，還需對(duì)接觸表面定期更換，避免成套開(kāi)關(guān)設(shè)備與小型斷路器發(fā)生局部放電閃絡(luò)現(xiàn)象。此外，還需要仔細(xì)檢查并夾緊彈簧支座，處理松動(dòng)問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在成套開(kāi)關(guān)設(shè)備及小型斷路器的應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)人員必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行深入化、綜合化分析，了解并掌握使用小型斷路器時(shí)潛在的問(wèn)題與局限之處，從而優(yōu)化利用，充分發(fā)揮小型斷路器保護(hù)電源、自動(dòng)修復(fù)故障以及故障記憶等價(jià)值作用，實(shí)現(xiàn)小型斷路器功能、性能的日益完善，切實(shí)降低發(fā)生成套開(kāi)關(guān)設(shè)備故障的概率，為各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。