低压断路器上进线和下进线降容使用的原因及灭弧原理

在低压配电系统中由于现场使用情况及电源为双向时,不可避免的会出现断路器上进线和下进线两种情况。根据《GB 14048.2-2008低压开关设备和控制设备第2部分:低压断路器》中规定,断路器应标注进线端和负载端,如果不标注意味着上下进线均可,在做型式试验时:短路耐受能力和短路分断能力验证默认下进线,说明断路器上进线和下进线是有区别的。




通过上面型式试验项目里面,牵扯到进出线方向的三个重要参数:额定短路运行分断能力、额定极限短路分断能力、额定短时耐受电流。这三个参数是负载端发生短路故障时,断路器能否保持动热稳定性及切断故障电流最重要的性能指标,均属于保护设备和供电安全的能力。

而影响断路器短路分断能力的主要因素是其灭弧能力。当线路中电压12~20V,电流20~100mA时关合开关就会产生电弧。何况是在线路电压380V,短路电流达到数千安培甚至上万安培时,断路器开断的产生的电弧。断路器的灭弧能力影响断路器接通和分断最重要的电气性能。


电弧是气体的游离产生的导电通路。具体的游离过程分为:热发射--冷发射--碰撞游离--热游离。

热发射:当断路器达到瞬时动作值时,瞬时脱扣器发出脱扣指令,断路器操作机构开始执行分闸动作,动触头与静触头开始分开。当动静触头即将分开时,微观的看动静触头间的接触,是很多凹凸不平的突起之间的连接,随着机构运动触头间的接触电阻变大,接触点之间由于短路电流的作用触头的温度剧增,由于热运动作用,金属内的自由电子克服了金属内正离子的吸引力,从阴极表面发射出去,形成热发射。

冷发射:也就是强电场发射,触头刚分开时在气隙间形成强电场,将电子从阴极表面拉出。

碰撞游离:从阴极发射出来的电子,在电场作用下而加速碰撞中性气体分子,而使其游离。

热游离:电弧燃烧时,温度可达几千甚至上万度高温,气体分子在高温作用下,由于强烈的热运动互相摩擦碰撞而游离。


电弧的熄灭:电弧是气体游离造成的,而电弧的熄灭主要是靠复合和扩散。

交流电路系统是正弦交流电,而短路电流也是一个周期量,当短路电流过零时,电弧熄灭,而电压也会此时会恢复到系统电压曲线上,最主要的是防止电弧重燃。这时候就需要断路器触点间安装的灭弧栅来把电弧分割成小段来降温和增加复合,并且提高重燃电压。重燃电压高于恢复电压则电弧彻底熄灭。


一般灭弧栅安装至静触头端,并设置导弧板和跑弧道将电弧引导至灭弧栅,恢复电压的值取决于系统的震荡电压。由于灭弧措施主要围绕静触头设置,静触头侧一般连接至电源侧,所以正进线时更有有利于电弧的熄灭。而静触头处结构简单,分布的电容和电感量相较连接了软连接,操作机构,电磁感应线圈,热保护元件的动触头侧要小,震荡也会小一些。所以电源线连接静触头侧比动触头侧要更容易熄灭电弧。

近些年有些合资和国产高端塑壳断路器采用双端点结构,这种结构上下侧都是静触头,都有完善的灭弧系统和型式试验验证,所以上下进线没有影响。国产的DW45断路器也不要求进出线端,型式试验时按住下进线验证的,所以也可以上下进线。

而电子式漏电断路器不允许下进线,漏电脱扣器的电源取自断路器负载端,当漏电电流达到动作值时,脱扣器驱动电磁铁动作,断路器跳闸,脱扣器失电复位。如果电源接到下端的话,断路器跳开后漏电脱扣器依然吸合,无法释放则会烧坏。

综上所述电源正进线时断路器分断短路电流的能力要大于倒进线。所以当应用于正装倒进线时要进线降容使用,一般降容系数在0.7~0.8之间。