天天看點

abb架構斷路器sace說明書_新一代塑殼斷路器的現狀和發展動向

abb架構斷路器sace說明書_新一代塑殼斷路器的現狀和發展動向
1 引言

一些國際著名的電氣公司從20世紀90年代中後期開始開發新一代塑殼斷路器,至今新一代塑殼斷路器已基本完成了對老産品的更新換代工作。新一代塑殼斷路器的綜合技術經濟名額較老産品有了較大的提高。總體開發思路是:最大限度地滿足整個配電系統的需要,不盲目追求高名額,在提高技術名額的同時考慮系統的适用性、安全性、可靠性和經濟性。新一代塑殼斷路器具有完善的額定電流系列,額定電流可調,與架構斷路器一起能提供從幾十安培至幾千安培的配電系統整體解決方案。

2 新一代塑殼斷路器的型及其技術性能名額

新一代塑殼斷路器的型号及其技術名額如附表所示。由附表可知,大部分新一代塑殼斷路器已形成了完整的系列。Schneider公司的NS系列最大殼架額定電流已達3.2kA,是目前額定電流最大的塑殼斷路器。ABB公司的Tmax T4的額定極限短路分斷能力最大可達200 kA。新一代塑殼斷路器大部分殼架等級的額定運作短路分斷能力Ics與額定極限短路分斷能力Icu相同,大大提高了短路分斷的可靠性。

3 新一代塑殼斷路器技術發展動向

3.1 新型雙斷點觸頭系統

雙斷點觸頭系統增加了一個斷點,加強了短弧的近陰極效應,具有較高的電弧電壓,可提高短路分斷能力。該系統在機械結構上避免了軟連接配接或可轉動的導電連接配接,提高了機械和電氣可靠性,在新一代塑殼斷路器中得到了廣泛的應用。

新型雙斷點觸頭系統一般采用轉動式結構,早期也采用叉式雙斷點結構。從結構上看,叉式結構2個斷點斥力所産生的轉矩不對稱,轉動磨擦阻力較大,相同條件下分斷速度沒有轉動式結構快。同時,叉式結構2斷點間滅弧室的隔離也較難實作,不易采用氣壓原理提高吹弧能力。是以,ABB在設計Tmax T4 、T5 和T6時也采用了轉動式雙斷點結構。

3.2 動觸頭卡住機構

塑殼斷路器一般采用限流分斷原理,利用短路電流流過觸點産生的電動力使觸頭迅速斥開,引入電弧,限制短路電流上升。為防止交流電流過零時觸頭重新閉合,有的斷路器專門設計了觸頭斥開的卡住機構,使觸頭斥開後卡在斥開位置,待操作機構動作後才使卡住機構解鎖。采用觸頭卡住機構再配合快速動作的操作機構,可使斷路器的分斷速度控制在幾毫秒内,大大提高了分斷速度。

3.3 封閉式觸頭滅弧系統新一代塑殼斷路器的觸頭滅弧系統基本采用封閉式設計結構,将動、靜觸頭和滅弧室一起用耐弧的塑膠材料封閉,形成一個封閉式的結構。新一代塑殼斷路器有兩種封閉式結構:

(1) 三極的觸頭滅弧系統封閉在一個外殼中,但每一極是完全隔開的,如Moeller 公司的NZM3。

(2) 每一極的觸頭滅弧系統單獨地形成一個單元,如Mitsubishi公司的WS225。

與敞開式結構相比,封閉式觸頭滅弧系統具有如下優點:

(1) 防止短路分斷時産生的金屬粒子噴濺到操作機構,造成機構卡死或使動、靜觸頭彈簧退火。

(2) 防止電弧反吹而不能進入滅弧室,影響短路電流分斷。

(3) 利用電弧在封閉空間産生的壓力形成的強大氣流,加速電弧冷卻和噴射,使電弧迅速熄滅。(4) 利用電弧産生的強大氣流加速觸頭斥開,或打擊脫扣杆使機構迅速動作,加速電弧熄滅。封閉式觸頭滅弧系統不僅提高了短路分斷能力,且能做到Icu=Ics,提高了短路分斷的可靠性。

3.4 電子脫扣器在新一代塑殼斷路器上的應用電子脫扣器是微電子、計算機和通信技術的結合,具有傳統熱磁脫扣器不可比拟的優勢。例如 :脫扣特性穩定,不受環境溫度及氣候的影響;脫扣電流和時間的精度較高;整定電流可調,并可設定不同的特性曲線以适應各種負載保護的要求;電子脫扣器可以派生通信功能,實作網絡化控制,還可派生區域聯鎖、電量監控及電能分析等輔助功能。各公司的新一代塑殼斷路器均可安裝電子脫扣器,并逐漸向160 A及以下的小容量額定電流殼架發展。

由于經濟原因,目前大部分公司160 A殼架電流及以下的塑殼斷路器仍采用可調式熱磁脫扣器 ;殼架電流250 A及以上可安裝電子脫扣器也可安裝熱磁脫扣器;殼架電流630 A或800A 以上的大容量塑殼斷路器一般均設計成隻能安裝電子式脫扣器,但用于直流電路的斷路器,因電流信号檢測的原因,仍采用熱磁式脫扣器(如ABB公司的TmaxT5和T6及Schneider公司的NS 系列等)。

近年來,塑殼斷路器電子脫扣器技術有了新的發展。ABB 公司推出了超越區域選擇性的電子控制器PR223EF,将塑殼斷路器的限流性能與選擇性完美地結合在一起。

PR223EF可以安裝在250~800 A殼架的塑殼斷路器上,該控制器在電路中采用了早期故障檢測和阻斷(EFDP)運算法則實作快速區域聯鎖,可在300μs内早期預測短路電流,并結合斷路器的快速驅動和斷開機構(Tmax 系列的分斷時間在5 ~6 m s 以下) ,使PR223EF提供的總脫扣和聯鎖時間約為10 ms,因而裝有PR223EF 的塑殼斷路器能在100 kA及以下電流範圍内實作選擇性。

3.5 可通信塑殼斷路器

采用電子脫扣器的新一代塑殼斷路器均可派生通信功能,實作網絡控制。通信一般采用分開的通信擴充卡(或稱資料管理接口)與通信系統連接配接。如Siemens的VL系列可通過斷路器資料擴充卡(BDA)與計算機連接配接,通過加強型資料擴充卡(BDA Plus)與以太網連接配接,通過COM10Profibus子產品與Profibus現場總線連接配接等。可通信斷路器與現場總線系統連接配接時,大公司往往推行自己的協定。中小公司不具備獨立開發協定的能力,就采用大公司或總線組織的公開協定。

如Moeller 公司的NZM 系列塑殼斷路器采用資料管理接口(DMI)和接口子產品與總線系統連接配接。DMI 可顯示實測電流、故障電流及斷路器狀态等,通過更換不同的接口子產品,NZM 能與Profibus、DeviceNet等不同的總線系統連接配接。我國的SA 和CM1 等系列塑殼斷路器所采用的通信擴充卡通信方式與Moeller公司所采用的通信接子產品相似,說明在目前多總線并存的情況下,采用外接通信接口的方式對可通信塑殼斷路器是一種經濟、實用和靈活的系統接入方式,并逐漸得到中小企業的認可。

3.6 子產品化結構設計

新一代塑殼斷路器的結構普遍采用子產品化設計,除封閉式觸頭系統外,過電流脫扣器也普遍采用子產品化設計。熱磁式脫扣器或電子式脫扣器均設計了可更換的脫扣器子產品,不打開蓋子就可友善地更換脫扣器,以适應各種使用者的需要、降低制造成本。

3.7 附件的擴充和标準化

新一代塑殼斷路器提供了豐富的内部和外部附件。内部附件均采用盒式結構,使用者不需打開蓋子就可更換内部附件,安裝友善、靈活、安全。内部附件趨向标準化,除了通常的電動操作機構、插入式安裝基座和各種操作搖桿外,有些公司的外部附件還提供母線連接配接與安裝一體的擴充卡及可柔性安裝的聯鎖機構等附件,以适應配電櫃标準化設計的要求。

3.8 接地故障保護功能和剩餘電流保護功能采用電子脫扣器的新一代塑殼式斷路器均具有接地故障保護功能,其特點為:

(1) 用過電流互感器檢測電流信号。

(2) 用微型處理器對相線和N線的電流互感器信号進行處理和運算,計算接地故障電流。接地故障動作電流為額定電流的20%~80%,主要用于相線金屬性接地故障的保護。

新一代塑殼斷路器均可提供剩餘電流保護,在結構上一般采用兩種方式:

(1) 孿生式結構的斷路器。以日本三菱、富士等公司為代表的采用内置式剩餘電流子產品。塑殼斷路器與剩餘電流斷路器的外形和安裝尺寸完全一樣,故稱為孿生式斷路器。該型式的剩餘電流斷路器的體積較小,更換友善。

(2) 拼裝式剩餘電流斷路器。以歐洲Siemens、ABB、Schneider等公司為代表,在塑殼斷路器上拼裝剩餘電流子產品構成剩餘電流斷路器。剩餘電流子產品作為塑殼斷路器的外部附件供貨,剩餘電流子產品與斷路器有垂直式(裝在斷路器底部)和水準式(裝在斷路器底側面)兩種拼裝方式。新一代塑殼斷路器派生剩餘電流斷路器大部分采用垂直拼裝方式。除了AC 型和A 型剩餘電流子產品外,近年來還開發了能檢測平滑直流電流的B 型剩餘電流子產品如ABB 公司的RC223和Moeller公司的RCD子產品。B 型剩餘電流保護的塑殼斷路器能在交流故障電流(包括1kHz及以下交流故障電流)、脈動直流故障電流和平滑直流故障電流的條件下正确動作。ABB 公司的B 型剩餘電流斷路器還可針對各種不同的頻率的交流故障電流設定靈敏度,以适應不同的使用場合頻率的需要。

3.9 操作機構

操作機構的快速動作對提高分斷能力至關重要。綜合分析各公司的操作機構,基本結構仍然是彈簧儲能的連杆機構,但從以下幾方面進行了改進,提高了機構的分斷速度和機械壽命:

(1) 明顯加長了跳扣轉動軸心至鎖扣面端點的尺寸,尤其是大幅度加長了跳扣轉動軸心至跳扣與連杆接銷軸心的尺寸,同時适當增加了彈簧的儲能。一旦跳扣解扣,在從四連杆機構轉化為五連杆機構的過程中,提高了上連杆繞跳扣轉動軸心轉動及繞上連杆與跳扣聯結銷軸心轉動的角速度,同時還大大提高了連杆對動觸頭分閘的提拉力,顯著提高了斷開速度。

(2) 通過簡化機構各構件的形狀及增加工藝孔等措施,盡可能降低跳扣和連杆等零件的品質,減小機構的運動慣量,提高分斷速度。

(3) 提高制造技術,保證了構件尺寸精度和配合精度,減小滑動部位的磨擦力和脫扣力,提高機構脫扣速度。

3.10 采用環保材料新一代塑殼斷路器在設計、制造直至使用的整個過程中充分考慮了對環境的保護,防止有毒、有害物質對環境造成污染。斷路器的外殼和觸頭等材料普遍采用可回收的環保材料(如外殼普遍采用無鹵阻燃熱塑性材料,觸頭采用不含金屬镉的銀基合金材料等)。為了友善資源的再生利用,對殼體等較大的塑膠零件用模壓的标記标明材料的類型(如PC、PA等),以便回收時對材料進行分類和再生利用。除外露的導電零件仍采用電鍍被覆層外,其他内部導電零件一般盡可能采用裸銅,以減少電鍍對環境的污染。