首页>技术中心>技术资讯>低压断路器在电气火灾防范中的应用分析
低压断路器在电气火灾防范中的应用分析
发布时间：2017-11-22
一、引言
1、短路
电气是由发电设备、输电线路、用电器具组成的供电、用电系统。短路、过载、接触电阻过大等电气线路故障是导致电气火灾的最基本原因。电气线路因导线绝缘层老化、电源过电压击穿绝缘层、导线与金属等硬物长期摩擦使绝缘层破裂等原因造成相接、相碰而产生电流突然增大，瞬间的放热量大大超过线路正常输电时的发热量，导致绝缘材料烧毁、金属熔化，引起电线本身着火，导致附近可燃物燃烧。另外，还有另外一种形式的短路，导线通过与大地相连的设备外壳、管道或者导线直接与大地相连接，造成对地短路。
2、过载
输电线路负载的电流量超过了额定的安全载流量，导线上温度达到和超过绝缘层的着火点，导致绝缘层燃烧。
3、接触电阻过大
由于安装质量差，造成导线与导线、导线与用电器具间的接线点不牢靠;接线点由于长期受震动或冷热变化等影响，使接头松动;铜铝线交接时，由于接头处理不当，在电腐蚀作用下接触电阻会很快增大等原因，输电线路上接线点的电阻过大，使接线处过热，引起导线过热甚至熔化，导致绝缘层燃烧。
4、谐波电流和雷击
电子节能灯、微波炉、电视机等非线性负载电气设备的接入，因设备的负荷电流因含有多次谐波电流，能使电气线路特别是中性线路过载。雷击时，直接雷击强大的高电压冲击波会使电气设备及线路绝缘遭到击穿。感应雷击时，建筑物感应产生大量与雷云电荷相反的电荷，可能因电位差而引起电气设备及线路过载。雷电波入侵时，雷电流沿着建筑物室外的电气线路窜入，能使电气系统短路。
二、低压断路器工作原理
由于短路、过载、接触电阻过大等电气故障原因的存在，致使电气系统发生火灾的可能性增大，而断路器能在线路发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护，保证电气系统的安全。电气火灾自动保护功能型断路器是在现行普通剩余电流断路器的基础上，配置一个具有与外界温度呈同步单调变化的感温元件―热敏电阻。断路器内部有相应的电子电路相配合，当外界环境温度异常升高，超过了一定正常温度值后(这个温度值范围定义为额定动作温度)，电子线路自动驱动电气火灾自动保护型断路器的主触头脱扣器，将断路器负载侧线路分断，防止负载侧的线路和设备因电气火灾使绝缘损坏，造成进一步的短路事故发生。
图1为断路器原理。1为电磁脱扣器，当电流超过一定值(动作电流)时，衔铁动作，将顶杆一端吸下，而另一端向上，撞开锁钩4，主触头5在弹簧6的作用下迅速断开，能较好的保证电气线路和设备在短路和过载的情况下，切断电路。2为失压脱扣器，当电压不足时(下降到额定电压的35%-70%)时，衔铁失去吸力，在弹簧作用下撞开锁钩4，切断电路，预防火灾的发生。7为实验装置，以检查断路器能否正常动作。
根据图1原理制成的断路器能解决相间短路以及相线与地线相碰引起的电路电流过大问题，但不能解决相线与接地导体相碰或相线与大地直接相碰引起的电路电流不大于线路预期短路电流的漏电引起的电气火灾事故，而剩余电流动作保护器(漏电保护装置)能防止单相对地短路引发的火灾事故和保护人身安全。
图2 电流型漏电保护器的检测部分原理
图2为电流型漏电保护器的检测部分原理图，图中的HL是一个零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心，构成了互感器的一次线圈，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈，如果没有漏电发生，这时流过相线、中性线的电流向量和等于零，因此在二次线圈上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零，就使二次线圈上产生感应电动势，这个信号经过处理后控制分离脱扣器动作，切断电路。同时，漏电保护器能有效预防接地电弧性短路引发的电气火灾。通常，接地电弧性短路以空气为介质，电弧为通路，通过接地体形成的对地短路。在空气电阻较大的因素下，接地电弧性短路的短路电流较小，不能使根据图1原理制成的过流保护装置动作。接地电弧性短路实质属于对地短路，漏电保护装置所以能有效的预防接地电弧性短路引发的电气火灾。
三、断路器的主要功能
1、普通开关功能
正常用电时，对受控线路进行人工闭合和分断操作。
2、火灾自动保护功能
当断路器所在位置一旦发生火灾，环境温度异常升高，该断路器的感温探头在感测到所处环境温度达到或超过整定温度后，自动将受控线路电源切断，防止扩大火灾范围，并为灭火行动提供电气方面的安全保障，防止灭火人员发生电击后的二次伤害事故。
3、过载保护功能
当电气火灾自动保护型断路器所控制的线路负荷超过额定值，发生超载时，断路器将适时自动分断，切断受控线路的电流。防止因其发热而引起线路火灾。
4、短路保护功能
当电气火灾自动保护断路器所控制的线路发生意外短路事故，该断路器将在0.2s时间内分断，切断受控线路的电源，防止短路事故引发火灾事故。
5、剩余电流保护功能
当受控线路或用电设备发生绝缘损坏，产生对地故障或有人员发生单相电击事故时，断路器在0.1-0.2s时间内自动切断受控线路电源，避免对人身生命造成危害，并防止此类剩余电流引起电气火灾的可能性。
四、断路器的选型
在电气系统中，断路器的选型极为重要，科学的选型能有效的防止电气火灾事故的发生。在低压配电系统的支路和终端上，常用的是断装型(Dz)即装置式自动空气断路器(塑壳式断路器)，具有过载长延时和短路瞬动的二段保护功能。断万型(Dw)即万能式(又称框架式)自动空气断路器，有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，大多数主干线都采用它作为主保护开关。
1、分断能力
断路器的分断能力指标有两种：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。IEC947.2(低压断路器国际电工标准)和GB14048.2(低压开关设备和控制设备断路器标准)确定的塑壳式断路器Ics有4个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu，而目前市场上断路器的Ics大多数在(50%-75%)Icu之间，对供电要求不高的配电系统，在支线和终端上，一般可以只考虑Icu，所以选型上，判断塑壳式断路器能否作为某一线路保护开关，就是看它的Icu是否大于线路的预期(最大)短路电流。如果线路中的最大短路电流大于了Icu，断路器将不能进行线路的分断，不能进行有效的保护。
2、限流分断能力
限流分断能力是指断路器短路跳闸时限制故障电流的能力。断路器发生短路时，触头快速打开产生电弧，相当于在线路中串入了1个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加。断路器断开时间越少，Ics就越接近Icu，限流效果就越好。选用限流分断能力高的断路器，可以使线路在达到预期短路电流前分断，短的时间和小的电流能有效防止线路热量的快速聚集，预防火灾的发生。
3、短路保护
短路保护就是短路瞬时跳闸。在断路器型号选择上及负荷变化后，都要注意选择和调整保护的整定值，预防整定值过小频繁跳闸影响供电质量，整定值过大使线路和设备得不到有效保护。选型上还要注意断路器的短路整定电流躲过线路的正常工作启动电流，在灵敏性上，要求线路最小短路电流不小于短路整定电流的1.3倍。在断路器具体的型号选择上，要根据配电线路、电动机、家用等不同的类型进行型号的选择，然后根据最大短路电流、最小短路电流、短路冲击电流进行断路器短路整定电流、分断能力等参数的选择。科学的参数计算、型号的正确选择，能最大程度的保护线路，预防过流、短路等引起的火灾事故。
五、结束语
电气火灾低压断路器将电击保护、电气火灾预防和在万一发生火灾后的自动保护性能，诸多功能融合为一个整体，符合社会对电气火灾防范提出的更高的要求。企事业单位的建筑物和住宅应采用分级保护，建筑物电源端的剩余电流保护装置应满足防电气火灾的功能要求。对于城镇配电网，在用电单位内采用分级保护时，还应考虑采用防电气火灾的剩余电流保护装置。
摘自：中国计量测控网
