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低压熔断器和断路器的比较和应用
更新时间:2017-11-22 13:10:20点击次数:641次
从配电线路的保护要求和保护电器发展的角度,分析和比较了熔断器和断路器的主要优缺点。在此基础上,给出了设计中有关熔断器和断路器的选型方案。指出应正确认识熔断器和断路器各自的作用和特点,以及他们在不同条件下所发挥的作用。

1问题的提出

“都什么年代了,还使用熔断器!”“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。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 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。 
4.1 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。 
4.2 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,也避免了使上级保护电器选的过大。 
    (4) 保护电器选型综合方案 
    各级线路保护电器选型建议列于表1。

5 关于合理应用熔断器的建议

  (1) 正确认识熔断器在配电线路保护的作用和地位,熔断器和断路器各有其特点,在不同条件下发挥作用。
    (2)修订熔断器产品标准。现行熔断器国家标准GB13539.1-92 和GB13539.2-92 是1992 年颁布实施的,系等效采用IEC269 标准,IEC 已于1998 年和1999 年修订了该标准,建议及时修订该国标,使熔断器标准跟上国际先进水平。
    (3)努力提高熔断器产品水平。由于对熔断器应用的一些不正确理解和其他原因,近年来该产品市场不景气,一些企业技术进步较少。希望能按新的IEC 标准和新修订国标,必要时引进国外先进技术,生产更高水平、更多品种的产品,如aM 系列熔断器等产品。 
    (4)低压配电成套装置和配电箱,应有一定数量的熔断器方案,以供配电设计人员和用户选用。