低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理

在低壓配電系統中由於現場使用情況及電源為雙向時,不可避免的會出現斷路器上進線和下進線兩種情況。根據《GB 14048.2-2008低壓開關設備和控制設備第2部分:低壓斷路器》中規定,斷路器應標註進線端和負載端,如果不標註意味著上下進線均可,在做型式試驗時:短路耐受能力和短路分斷能力驗證默認下進線,說明斷路器上進線和下進線是有區別的。


低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理


低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理


低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理

通過上面型式試驗項目裡面,牽扯到進出線方向的三個重要參數:額定短路運行分斷能力、額定極限短路分斷能力、額定短時耐受電流。這三個參數是負載端發生短路故障時,斷路器能否保持動熱穩定性及切斷故障電流最重要的性能指標,均屬於保護設備和供電安全的能力。

而影響斷路器短路分斷能力的主要因素是其滅弧能力。當線路中電壓12~20V,電流20~100mA時關合開關就會產生電弧。何況是在線路電壓380V,短路電流達到數千安培甚至上萬安培時,斷路器開斷的產生的電弧。斷路器的滅弧能力影響斷路器接通和分斷最重要的電氣性能。


低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理

電弧是氣體的遊離產生的導電通路。具體的遊離過程分為:熱發射--冷發射--碰撞遊離--熱遊離。

熱發射:當斷路器達到瞬時動作值時,瞬時脫扣器發出脫扣指令,斷路器操作機構開始執行分閘動作,動觸頭與靜觸頭開始分開。當動靜觸頭即將分開時,微觀的看動靜觸頭間的接觸,是很多凹凸不平的突起之間的連接,隨著機構運動觸頭間的接觸電阻變大,接觸點之間由於短路電流的作用觸頭的溫度劇增,由於熱運動作用,金屬內的自由電子克服了金屬內正離子的吸引力,從陰極表面發射出去,形成熱發射。

冷發射:也就是強電場發射,觸頭剛分開時在氣隙間形成強電場,將電子從陰極表面拉出。

碰撞遊離:從陰極發射出來的電子,在電場作用下而加速碰撞中性氣體分子,而使其遊離。

熱遊離:電弧燃燒時,溫度可達幾千甚至上萬度高溫,氣體分子在高溫作用下,由於強烈的熱運動互相摩擦碰撞而遊離。

低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理


電弧的熄滅:電弧是氣體遊離造成的,而電弧的熄滅主要是靠複合和擴散。

交流電路系統是正弦交流電,而短路電流也是一個週期量,當短路電流過零時,電弧熄滅,而電壓也會此時會恢復到系統電壓曲線上,最主要的是防止電弧重燃。這時候就需要斷路器觸點間安裝的滅弧柵來把電弧分割成小段來降溫和增加複合,並且提高重燃電壓。重燃電壓高於恢復電壓則電弧徹底熄滅。

低壓斷路器上進線和下進線降容使用的原因及滅弧原理


一般滅弧柵安裝至靜觸頭端,並設置導弧板和跑弧道將電弧引導至滅弧柵,恢復電壓的值取決於系統的震盪電壓。由於滅弧措施主要圍繞靜觸頭設置,靜觸頭側一般連接至電源側,所以正進線時更有有利於電弧的熄滅。而靜觸頭處結構簡單,分佈的電容和電感量相較連接了軟連接,操作機構,電磁感應線圈,熱保護元件的動觸頭側要小,震盪也會小一些。所以電源線連接靜觸頭側比動觸頭側要更容易熄滅電弧。

近些年有些合資和國產高端塑殼斷路器採用雙端點結構,這種結構上下側都是靜觸頭,都有完善的滅弧系統和型式試驗驗證,所以上下進線沒有影響。國產的DW45斷路器也不要求進出線端,型式試驗時按住下進線驗證的,所以也可以上下進線。

而電子式漏電斷路器不允許下進線,漏電脫扣器的電源取自斷路器負載端,當漏電電流達到動作值時,脫扣器驅動電磁鐵動作,斷路器跳閘,脫扣器失電覆位。如果電源接到下端的話,斷路器跳開後漏電脫扣器依然吸合,無法釋放則會燒壞。

綜上所述電源正進線時斷路器分斷短路電流的能力要大於倒進線。所以當應用於正裝倒進線時要進線降容使用,一般降容係數在0.7~0.8之間。


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