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低壓斷路器事故的原因分析

發布者：福州亞科電氣科技有限公司發布時間：2012-09-20 15:06:13 訪問次數：269

　　經現場多年對斷路器的事故統計表明，其運行事故的主要類型如下：
　　（1）操動失靈；
　　（2）絕緣故障；
　　（3）開斷、關合性能不良；
　　（4）導電性能不良。
　　產生事故的原因，一般可大致分為技術原因和工作原因兩大類。所謂技術原因，是指產品本身或運行方式的缺陷；所謂工作原因，是指造成這些缺陷的工作者過失。下面就這兩方面的原因作簡要的分析。
　　第一方面：事故的技術原因分析
　　（一）操動失靈
　　操動失靈表現為斷路器拖動或誤動。由于高壓斷路器最基本、最重要的作用是正確動作并迅速切除電網故障。若斷路器發生拖動或誤動，將對電網構成嚴重威脅，主要是：①擴大事故影響范圍，可能使本來只有一個回路故障擴大為整個母線，甚至全所、全廠停電；②如果延長了故障切除時間，將要影響系統的運行穩定和加重被控制設備的損壞程度；③造成非全相運行。其結果往往導致電網保護不正常動作和產生振蕩現象，容易擴大為系統事故或大面積停電事故。
　　導致操動失靈的主要原因有：
　　（1）操動機構缺陷；
　　（2）斷路器本體機械缺陷；
　　（3）操作（控制）電源缺陷。
　　（二）絕緣事故
　　斷路器絕緣事故，可分為內絕緣事故和外絕緣事故。內絕緣事故造成的危害，通常比外絕緣更大。
　　1、內絕緣事故
　　內絕緣事故主要有套管和電流互感器事故，其原因主要是進水受潮；其次是油質劣化和油量不足。
　　2、外絕緣事故
　　外絕緣事故主要是由于污閃和雷擊引起斷路器閃絡、事故。污閃的原因主要是瓷瓶泄漏距離校小，不適于污穢地區使用；其次是斷路器滲油、漏油，使其瓷裙上容易積聚污穢而引起閃絡。
　　（三）開斷、關合性能事故
　　開斷、關合任務是對斷路器最嚴酷的考驗。絕大多數開斷、關合事故的主要原因是由于斷路器有明顯的機械缺陷，其次是缺油或油質不符要求。也有是由于斷路器斷流能力不足。但前者較多，因為有相當數量的事故發生于分、合小容量，甚至是分、合負荷電流。
　　（四）導電性能不良事故
　　現場事故統計資料分析表明，導電性能不良故障主要是由機械缺陷引起的。其中有：①接觸不良。包括接觸面不清潔，接觸大小及接觸壓力不足；②脫落、卡阻。如銅鎢觸頭脫落等；③接觸處螺釘松動；④軟連接折斷等。
　　第二方面：事故的工作原因分析
　　（一）制造質量不良
　　制造質量不良主要包括設計性能、零件加工和裝配不良三個方面。
　　1、設計性能不良
　　近年來，斷路器在運行中發生的事故，有相當部分是產品原設計性能不良。國產液壓機構和彈簧機構在運行中暴露的操動失靈問題較多就是一個最好的例子。據了解，這些液壓機構和彈簧機構，多數問題是在大量投入運行后才逐步暴露的。如一些戶外產品進水的問題，就是說明設計缺陷的最好例子。因為有些戶外產品在研制時并未進行過防雨性試驗，因而在惡劣的氣候條件下暴露了進水的問題。
　　2、零件質量不良
　　零件質量不良，是造成斷路器運行事故的一個重要原因。據現場統計，造成出廠產品不合格的因素、零件質量不良占較大比例。在運行中，因絕緣筒螺絲脫落、滅弧片擊穿、彈簧失效、密封圈缺陷等原因引起的事故雖皆有發生，但比較集中的幾個方面：（1）瓷瓶強度不夠。（2）鑄件不合格。（3）套管絕緣劣化快。（4）密封圈質量差。（5）二次元件性能差。
　　3、裝配質量差
　　裝配質量差，是導致制造質量差的原因之一。主要有：（1）錯裝、漏裝。（2）螺紋未擰緊、開口銷未打開。（3）內部嚴重不清潔。
　　（二）使用不當
　　產品能否正常運行，除了產品本身性能外，還取決于用戶的使用水平。運行中使用不當的主要表現有如下兩個方面：
　　1、安裝、調整不當
　　安裝、調整是否正確，是影響產品能否正常運行的基本因素之一。有不少運行事故，是由于產品未嚴格按制造廠規定裝配、調整，就投入運行。一般有三種情況：（1）輔助開關調整不當。（2）螺絲未擰緊，開口銷未打開。（3）密封圈放置不當。
　　2．運行維護不當及誤操作
　　運行維護不當，是造成運行事故的又一個重要原因。常見的有三方面：（1）油斷路器缺油。（2）絕緣不良。（3）機械維護不良。

低壓斷路器的技術參數含義

　　1.斷路器額定電流In。是在給定的環境溫度條件下承載的最大連續電流而無異常發熱保證斷路器正常工作的電流,又稱脫扣器額定電流。
　　2.殼架等級額定電流。代表斷路器的外形大小的等級,以此表示斷路器的最大額定電流。
　　如：施耐德NS160N TMD80，表示為施耐德NS160A殼架，N表示極限分斷能力在AC380/415V條件下為36KA，TMD80表示配電用熱磁脫扣器額定電流為80A。
　　3.斷路器短路分斷能力：
　　極限短路分斷能力Icu。它是在規定的電壓、電流和cosΦ 的條件下，執行o-co兩個試驗程序，能完全分斷和熄滅電弧，無超出規定的損傷(觸頭損傷和飛弧損傷)。試品試后經受一定的工頻耐壓試驗，且過載脫扣器在一定的整定電流下能正常脫扣。滿足規定的試驗程序所規定的條件,不包括斷路器連續承載其額定電流能力的分斷能力。它用預期分斷電流(kA）表示（在交流情況下用交流分量有效值表示）。
　　額定運行（工作）短路分斷能力Ics。它是在規定的電壓、電流和cos Φ的條件下，執行o-co-co三個試驗程序，能完全分斷，熄滅電弧，無超出規定的損傷。試后試品除符合規定的工頻耐壓和過載脫扣器的驗證試驗外，尚須考核溫升和操作性能(5％電壽命)的驗證。滿足規定的試驗程序所規定的條件,包括斷路器連續承載其額定電流能力的分斷能力．它用預期分斷電流(kA)表示，相當于額定極限短路分斷能力規定的百分數中的一檔并化整到最接近的整數,它可用Icu的百分數表示(例如Ics=25[%]Icu)。另一方面,當額定運行短路分斷能力等于額定短時耐受電流時,它可以按額定短時耐受電流值（kA）規定之，只要它不小于相應的最小值。如果使用類別A的Icu超過200kA，或使用類別B的Icu超過100kA,則制造廠可聲明Ics值為50kA。
　　顯然Ics比Icu的考核嚴格。換言之，作了Ics試驗后，產品還能繼續使用，而Icu則不然，經過Icu試驗后，產品不能再用。我們在選擇斷路器時，為保證能夠可靠的斷開故障電流，而不致使故障擴大，并在故障過后能夠使供電連續性得到保證。一般按Ics來選擇斷路器的短路分斷能力。
　　額定短時允許（耐受）電流Icw。斷路器在短時期內（0.5或1S）可以承受且無特性變化的最大短路電流。反映了斷路器在短時間內所承受的短路熱穩定性能。
　　由于使用情況不同，具有三段保護的重要回路斷路器，偏重于它的額定運行短路分斷能力值，而用于非重要的回路斷路器主要確保它有足夠的極限短路分斷能力值。對此我的理解是：重要回路切除故障電流后斷路器要求能夠繼續供電，承載一段時間的額定電流，在適當的時間更換。而份重要回路，經過極限短路電流的分斷和再次的合、分后，已完成其使命，可以停電更換新的（停電的影響較小）。但是無論是框架式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩個重要的技術指標。只是Ics值在兩類斷路器上表現略有不同，塑殼式的最小允許Ics可以是25[%]Icu，框架式最小允許Ics是50[%]Icu，Ics=Icu的斷路器比較少見，采用旋轉雙分斷（點）技術的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分斷能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但價格很高。
　　在實際中應該根據使用情況來選擇，有人按其所計算的線路預期短路電流選擇斷路器時，以斷路器的額定運行短路分斷能力衡量，來判定某斷路器（此斷路器的極限短路能力大于線路預期短路電流，而運行短路分斷能力則低于計算電流）為不合格。這是一個誤解。
　　4.斷路器的過載、短路保護特性。在斷路器所保護的配電系統中，當發生故障時，距故障點最近的斷路器能夠按規定的保護特性正確的有選擇的動作將故障切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成的斷電限制在最小范圍內，使其他無故障供電回路仍能保持正常供電，這就是對斷路器保護所要求的。斷路器所配備的保護脫扣器有四種： ①具有反時限特性的長延時熱過載保護，②具有一定時限的短路短延時保護，③短路瞬時保護，④接地保護。在日常的使用中，根據使用意圖和技術經濟比較，可以選擇帶四種保護，也可以選長延時、瞬時或短延時三種保護組成三段式保護，還可只選長延時、瞬時兩種保護兩段式保護，短路瞬時分閘時間一般在20～30ms之內，還可選用只有瞬時速斷保護的斷路器。
　　5.額定工作電壓Ue 。一般表示相間的電壓。對于三相四線中性線接地系統是指相地間電壓，包括相間電壓（例如277/480V ),對于三相三線不接地或阻抗接地系統表示相間電壓（例如480V ).
　　斷路器額定頻率。如果規定斷路器只用于一個頻率時，則應標明額定頻率(
　　6.其它還有：使用類別，結構形式、極數、安裝方式、安裝尺寸，額定工作制，防護等級(如果不是IP20時)，基準周圍空氣溫度(如果不是30℃時);隔離作用。
　　隔離的含義：出于安全的原因，通過使其和所有電源分開的方法切斷整個裝置或其中一個獨立部分的電源。

低壓斷路的保護特性

　　為起到良好的保護作用，低壓斷路器的保護特性必須和被保護線路及設備的允許過載特性相匹配。低壓斷路器的保護特性是由它們所裝的脫扣器型式決定的。曲線Ⅰ是熱脫扣器的保護特性。過電流較小時斷路器保護動作所需的時間長。過電流較大是斷路器保護動作所需時間短。這種保護特性稱反時限保護特性，即斷路器動作時間和過電流值的大小成反比。曲線Ⅱ-BDF為電磁脫扣器的保護特性，具有瞬時動作的性質，即只要過電流達到一定數值，斷路器將瞬時動作。同時裝有以上兩種脫扣器的斷路器具有曲線Ⅰ和曲線Ⅱ相交而成的保護特性(曲線ABDF)，稱為兩段式保護特性，即過載長延時和短路瞬時動作的特性。這樣才能使保護對象工作在允許過載特性之下，防止保護對象受到不能承受的短路電流沖擊而損壞。
　　還有些低壓斷路器具有有三段保護特性(曲線abc)，即過載長延時、短路短延時(曲線bcd段)、特大短路瞬時動作。這樣可以充分利用電氣設備的允許過載能力，盡可能地縮小故障停電的范圍。

低壓斷路器的基本結構

　　低壓電路器由脫扣器、觸頭系統、滅弧裝置、傳動機構、基架和外殼等部分組成。
　　1、脫扣器
　　脫扣器是低壓斷路器中用來接受信號的元件。若線路中出現不正常情況或由操作人員或繼電保護裝置發出信號時，脫扣器會根據信號的情況通過傳遞元件使觸頭動作掉閘切斷電路。低壓斷路器的脫扣器一般有過流脫扣器、熱脫扣器、失壓脫扣器、分勵脫扣器等幾種。
　　低壓斷路器投入運行時，操作手柄已經使主觸頭閉合，自由脫扣機構將主觸頭鎖定在閉合位置，各類脫扣器進入運行狀態。
　　（1）電磁脫扣器
　　電磁脫扣器和被保護電路串聯。線路中通過正常電流時，電磁鐵產生的電磁力小于反作用力彈簧的拉力，銜鐵不能被電磁鐵吸動，斷路器正常運行。當線路中出現短路故障時，電流超過正常電流的若干倍，電磁鐵產生的電磁力大于反作用力彈簧的作用力，銜鐵被電磁鐵吸動通過傳動機構推動自由脫扣機構釋放主觸頭。主觸頭在分閘彈簧的作用下分開切斷電路起到短路保護作用。
　　（2）熱脫扣器
　　熱脫扣器和被保護電路串聯。線路中通過正常電流時，發熱元件發熱使雙金屬片彎曲至一定程度(剛好接觸到傳動機構)并達到動態平衡狀態，雙金屬片不再繼續彎曲。若出現過載現象時，線路中電流增大，雙金屬片將繼續彎曲，通過傳動機構推動自由脫扣機構釋放主觸頭，主觸頭在分閘彈簧的作用下分開，切斷電路起到過載保護的作用。
　　（3）失壓脫扣器
　　失壓脫扣器并聯在斷路器的電源測，可起到欠壓及零壓保護的作用。電源電壓正常時扳動操作手柄，斷路器的常開輔助觸頭閉合，電磁鐵得電，銜鐵被電磁鐵吸住，自由脫扣機構才能將主觸頭鎖定在合閘位置，斷路器投入運行。當電源側停電或電源電壓過低時，電磁鐵所產生的電磁力不足以克服反作用力彈簧的拉力，銜鐵被向上拉，通過傳動機構推動自由脫扣機構使斷路器掉閘，起到欠壓及零壓保護作用。信息來源:http://tede.cn
　　電源電壓為額定電壓的75[%]～105[%]時，失壓脫扣器保證吸合，使斷路器順利合閘。當電源電壓低于額定電壓的40[%]時，失壓脫扣器保證脫開使斷路器掉閘分斷。
　　一般還可用串聯在失壓脫扣器電磁線圈回路中的常閉按鈕做分閘操作。
　　（4）分勵脫扣器
　　分勵脫扣器用于遠距離操作低壓斷路器分閘控制。它的電磁線圈并聯在低壓斷路器的電源側。需要進行分閘操作時，按動常開按鈕使分勵脫扣器的電磁鐵得電吸動銜鐵，通過傳動機構推動自由脫扣機構，使低壓斷路器掉閘。
　　在一臺低壓斷路器上同時裝有兩種或兩種以上脫扣器時，則稱這臺低壓斷路器裝有復式脫扣器。
　　2、觸頭系統
　　低壓斷路器的主觸頭在正常情況下可以接通分斷負荷電流，在故障情況下還必須可靠分斷故障電流。主觸頭有單斷口指式觸頭、雙斷口橋式觸頭、插入式觸頭等幾種形式。主觸頭的動、靜觸頭的接觸處焊有銀基合金觸點，其接觸電阻小，可以長時間通過較大的負荷電流。在容量較大的低壓斷路器中，還常將指式觸頭做成兩擋或三擋，形成主觸頭、副觸頭和弧觸頭并聯的形式。
　　兩接觸頭的結構示意圖如圖2所示，分為弧觸頭和主觸頭。弧觸頭用耐弧金屬材料制成，主觸頭和弧觸頭在斷路器分、合閘時有不同的作用和操作次序。開關合閘時，弧觸頭承擔合閘的電磨損；開關分閘時，弧觸頭承擔電路分斷時的強電弧，起保護主觸頭的作用；主觸頭承擔長期通過負荷電流的任務。所以在合閘時弧觸頭先閉合、主觸頭后閉合；分閘時主觸頭先斷開、弧觸頭后斷開(如圖2所示)。
　　大容量的斷路器中為了更好地保護主觸頭又增設了副觸頭，即為三接觸頭，合閘時的動作順序為弧觸頭先閉合，然后副觸頭閉合，最后弧觸頭閉合；分閘時的操作順序為弧觸頭先分斷，然后副縣觸頭分斷，最后主觸頭分斷。
　　3、滅弧裝置
　　低壓斷路器中的滅弧裝置一般為柵片式滅罩，滅弧室的絕緣壁一般用鋼板紙壓制或用陶土燒制。

來源：福州亞科電氣科技有限公司

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