成套開關(guān)設(shè)備中使用小型斷路器存在問題的分析

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

1 小型斷路器的工作原理

針對小型斷路器，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63A 線路時，額定電流不會發(fā)生短路、過載等故障，同時，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，對額定工作電流起到分斷、接通或承載作用，并且可以在電動機、線路出現(xiàn)欠壓、短路或是過載等故障時，給予其可靠的保護，降低安全事故的發(fā)生率。在當前的社會環(huán)境下,被較為廣泛采用的設(shè)計理念是將小型斷路器的觸桿、靜觸頭和動觸頭設(shè)計為平行的形式，巧妙地利用了短路狀態(tài)下產(chǎn)生的電動斥力,使得靜觸頭和動觸頭能夠分離,從而實現(xiàn)強效的限流效果和優(yōu)秀的分斷性能。當主觸點閉合后,自由脫扣器會自動鎖定主觸點，主電路與熱脫扣器的熱元件以及過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)。一旦電路面臨嚴重的過載或短路問題,就會觸發(fā)過電流脫扣器的銜鐵,進而使自由脫扣器執(zhí)行其預(yù)定的操作,最終導致主電路通過主觸點斷開[2]。若電路出現(xiàn)過載的情況,熱脫扣器的熱元件可能會產(chǎn)生熱量,進而推動上彎曲雙金屬片,促使自由脫扣器啟動；如果電路存在欠電壓問題，將會釋放失壓脫扣器的銜鐵，同樣也推動自由脫扣器進行相關(guān)動作，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，需要考慮一些關(guān)鍵因素：第一，額定電壓不能小于正常負載條件下的額定電壓；第二，脫扣器的額定電流應(yīng)等于或略高于負載工作電流，但必須注意不能過大；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)達到1.25A 的線纜末端單相電流；第四，相比正常電路運行下的額定電壓，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)計過程中,必須對影響小型斷路器的關(guān)鍵因素進行全面且客觀地評估和研究，包括小型斷路器的特性及其屬性。通過這種方式可以優(yōu)化設(shè)計，以防止由于外部因素導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，小型斷路器可能會遇到的問題。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)確保運行環(huán)境的溫度在-5℃～40℃，并且每天的平均溫度不得超過35℃。如果存儲和運輸條件良好，可以進一步控制運行環(huán)境在-25℃～55℃。第二，管控空氣相對濕度：由于溫度波動可能導致電氣設(shè)備表面的負面效應(yīng)，如誤觸發(fā)和使用壽命縮短。當環(huán)境溫度達到40℃時，需要保證空氣的相對濕度不超過0.5%。第三，處理惡劣環(huán)境并減少振動與沖擊：為了防止設(shè)備受到不良環(huán)境的影響，如振動和沖擊，應(yīng)盡量將設(shè)備放置在無干擾的環(huán)境中。對于小型斷路器，定期檢查、維護和修復(fù)是必要的，以防止零件掉落，并確保設(shè)備處于無爆炸風險的環(huán)境中，從而降低因?qū)w灰塵積累和金屬腐蝕等問題導致的故障風險。

4 成套開關(guān)設(shè)備應(yīng)用小型斷路器中存在的問題

在成套開關(guān)設(shè)備中，小型斷路器得到廣泛性、普遍性的運用，以其獨特的外觀設(shè)計、強大的切斷功能、穩(wěn)定的性能表現(xiàn)以及創(chuàng)新的設(shè)計理念而廣受好評。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)用場景是為住宅、辦公室等區(qū)域提供電力保護,防止短路或過載問題，同時也可以作為線路的轉(zhuǎn)換和斷開工具。然而,值得注意的是,小型斷路器并非適用于所有場合。在那些需要更高短路切斷能力的場合,如大型配電柜(如XL、GCK、GGD 等),則并不適用。

在實際操作過程中，部分制造商傾向于在具有超過10kA 分斷能力的高壓配電柜(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，可能會導致嚴重的問題。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，在進線柜電流方面，應(yīng)當選擇GGD 柜（1000～1600A）。

其中，在考慮電力系統(tǒng)中的變電所時，設(shè)想其配備了S9-630/10型號的變壓器，該設(shè)備具有4%的Uk 值，運行模式為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，通過銅排連接，長度大約為5m，TMY-3（80×8），對靠近變壓器的配電柜的短路電流進行計算：

歸算至400V 側(cè)，高壓系統(tǒng)電抗計算每相阻抗為：

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

計算銅排每相阻抗為：

總線路電阻計算為：

計算三相短路時的電流為：

據(jù)此能夠了解到：當變壓器的輸出部分出現(xiàn)短路現(xiàn)象時,通常會引發(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10kA。在高電流環(huán)境下,小尺寸的斷路器可能會面臨無法迅速切斷的問題,從而可能引發(fā)二次故障,進一步擴大事故的影響范圍。此外,小型斷路器還可能對變壓器本身造成損害，對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)計和制造團隊的技術(shù)專家需要對斷路器的技術(shù)參數(shù)是否符合規(guī)定有深入的了解,并能夠針對不符合規(guī)定的部分提出改進意見。

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

5.1 使用低壓熔斷器

在電力供應(yīng)過程中，通常使用的是GGD 型低壓進線柜，負責管理進入的高壓開關(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)計團隊經(jīng)常會在GGD 進線柜內(nèi)安裝一個小巧的斷路器。該斷路器被連接到柜子主開關(guān)的進線端，以確保配電房照明的正常運行。然而，當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，可能會導致電流超過10kA，使得小斷路器無法切斷電源，從而引發(fā)電力事故，操作方式與GB7251.1標準的成套開關(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，從而達到50kA 以上的分斷能力，為可靠性以及安全性供電做出有力的保障。

5.2 線路檢修

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

5.3 防誤動檢查

安裝成套開關(guān)設(shè)備以及小型斷路器期間，極有可能會面臨外部因素的影響，在此過程中，如果相關(guān)人員缺乏合理性操作，將會使二者之間發(fā)生問題，增加安全事故的發(fā)生概率。由此可見，為避免發(fā)生此現(xiàn)象，需要對運行成套開關(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)人員必須進行全面、細致地檢查。同時，想要避免運行時發(fā)生誤動問題，在安裝刀閘期間，必須嚴格遵循相關(guān)流程，且在完成安裝后，認真核查其他部位，若發(fā)現(xiàn)有誤動作存在，應(yīng)及時核查成套開關(guān)設(shè)備以及小型斷路器的所處部位，確認無誤后，方可實施后續(xù)的操作。此外，想要減少開關(guān)設(shè)備帶負荷拉、合問題的發(fā)生，需將小型斷路器閉鎖。若閉鎖設(shè)施有故障問題，或接地刀閘無法正常工作，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，確定無問題后，方可將鎖定解除。

5.4 接觸件過熱維修

相關(guān)人員需及時處理接觸件過熱問題。第一，在對成套開關(guān)設(shè)備和小型斷路器的維護過程中，需要在保證隔離效果的同時，對開關(guān)操作流程進行優(yōu)化，包括通過螺母進行固定以提高穩(wěn)定性。還需要對接線端子的接觸面進行精細的拋光處理，去除所有附著的雜質(zhì)，并在其表面涂抹適當?shù)膶щ娪椭瑥亩行У販p少過熱問題的發(fā)生概率。第二，需檢查成套開關(guān)設(shè)備的底座，若發(fā)現(xiàn)有松動或高速旋轉(zhuǎn)問題，應(yīng)及時維修，并且及時更換破損的銅帶，提高連接的可靠性，以免因接觸件過熱而發(fā)生安全事故。第三，檢修動、靜觸頭接觸面期間，除了需要對表面的光滑度、整潔度有所保障，還需對接觸表面定期更換，避免成套開關(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，還需要仔細檢查并夾緊彈簧支座，處理松動問題，提高設(shè)備運行的安全性。

6 結(jié)語

綜上所述，在成套開關(guān)設(shè)備及小型斷路器的應(yīng)用過程中，相關(guān)人員必須對現(xiàn)場實際情況進行深入化、綜合化分析，了解并掌握使用小型斷路器時潛在的問題與局限之處，從而優(yōu)化利用，充分發(fā)揮小型斷路器保護電源、自動修復(fù)故障以及故障記憶等價值作用，實現(xiàn)小型斷路器功能、性能的日益完善，切實降低發(fā)生成套開關(guān)設(shè)備故障的概率，為各項工作的順利進行保駕護航。