低压断路器事故的原因分析

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低压断路器事故的原因分析

发布者：xyauto 发布时间：2012-09-20 15:06:13 访问次数：269

　　经现场多年对断路器的事故统计表明，其运行事故的主要类型如下：
　　（1）操动失灵；
　　（2）绝缘故障；
　　（3）开断、关合性能不良；
　　（4）导电性能不良。
　　产生事故的原因，一般可大致分为技术原因和工作原因两大类。所谓技术原因，是指产品本身或运行方式的缺陷；所谓工作原因，是指造成这些缺陷的工作者过失。下面就这两方面的原因作简要的分析。
　　第一方面：事故的技术原因分析
　　（一）操动失灵
　　操动失灵表现为断路器拖动或误动。由于高压断路器最基本、最重要的作用是正确动作并迅速切除电网故障。若断路器发生拖动或误动，将对电网构成严重威胁，主要是：①扩大事故影响范围，可能使本来只有一个回路故障扩大为整个母线，甚至全所、全厂停电；②如果延长了故障切除时间，将要影响系统的运行稳定和加重被控制设备的损坏程度；③造成非全相运行。其结果往往导致电网保护不正常动作和产生振荡现象，容易扩大为系统事故或大面积停电事故。
　　导致操动失灵的主要原因有：
　　（1）操动机构缺陷；
　　（2）断路器本体机械缺陷；
　　（3）操作（控制）电源缺陷。
　　（二）绝缘事故
　　断路器绝缘事故，可分为内绝缘事故和外绝缘事故。内绝缘事故造成的危害，通常比外绝缘更大。
　　1、内绝缘事故
　　内绝缘事故主要有套管和电流互感器事故，其原因主要是进水受潮；其次是油质劣化和油量不足。
　　2、外绝缘事故
　　外绝缘事故主要是由于污闪和雷击引起断路器闪络、事故。污闪的原因主要是瓷瓶泄漏距离校小，不适于污秽地区使用；其次是断路器渗油、漏油，使其瓷裙上容易积聚污秽而引起闪络。
　　（三）开断、关合性能事故
　　开断、关合任务是对断路器最严酷的考验。绝大多数开断、关合事故的主要原因是由于断路器有明显的机械缺陷，其次是缺油或油质不符要求。也有是由于断路器断流能力不足。但前者较多，因为有相当数量的事故发生于分、合小容量，甚至是分、合负荷电流。
　　（四）导电性能不良事故
　　现场事故统计资料分析表明，导电性能不良故障主要是由机械缺陷引起的。其中有：①接触不良。包括接触面不清洁，接触大小及接触压力不足；②脱落、卡阻。如铜钨触头脱落等；③接触处螺钉松动；④软连接折断等。
　　第二方面：事故的工作原因分析
　　（一）制造质量不良
　　制造质量不良主要包括设计性能、零件加工和装配不良三个方面。
　　1、设计性能不良
　　近年来，断路器在运行中发生的事故，有相当部分是产品原设计性能不良。国产液压机构和弹簧机构在运行中暴露的操动失灵问题较多就是一个最好的例子。据了解，这些液压机构和弹簧机构，多数问题是在大量投入运行后才逐步暴露的。如一些户外产品进水的问题，就是说明设计缺陷的最好例子。因为有些户外产品在研制时并未进行过防雨性试验，因而在恶劣的气候条件下暴露了进水的问题。
　　2、零件质量不良
　　零件质量不良，是造成断路器运行事故的一个重要原因。据现场统计，造成出厂产品不合格的因素、零件质量不良占较大比例。在运行中，因绝缘筒螺丝脱落、灭弧片击穿、弹簧失效、密封圈缺陷等原因引起的事故虽皆有发生，但比较集中的几个方面：（1）瓷瓶强度不够。（2）铸件不合格。（3）套管绝缘劣化快。（4）密封圈质量差。（5）二次元件性能差。
　　3、装配质量差
　　装配质量差，是导致制造质量差的原因之一。主要有：（1）错装、漏装。（2）螺纹未拧紧、开口销未打开。（3）内部严重不清洁。
　　（二）使用不当
　　产品能否正常运行，除了产品本身性能外，还取决于用户的使用水平。运行中使用不当的主要表现有如下两个方面：
　　1、安装、调整不当
　　安装、调整是否正确，是影响产品能否正常运行的基本因素之一。有不少运行事故，是由于产品未严格按制造厂规定装配、调整，就投入运行。一般有三种情况：（1）辅助开关调整不当。（2）螺丝未拧紧，开口销未打开。（3）密封圈放置不当。
　　2．运行维护不当及误操作
　　运行维护不当，是造成运行事故的又一个重要原因。常见的有三方面：（1）油断路器缺油。（2）绝缘不良。（3）机械维护不良。

低压断路器的技术参数含义

　　1.断路器额定电流In。是在给定的环境温度条件下承载的最大连续电流而无异常发热保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流。
　　2.壳架等级额定电流。代表断路器的外形大小的等级,以此表示断路器的最大额定电流。
　　如：施耐德NS160N TMD80，表示为施耐德NS160A壳架，N表示极限分断能力在AC380/415V条件下为36KA，TMD80表示配电用热磁脱扣器额定电流为80A。
　　3.断路器短路分断能力：
　　极限短路分断能力Icu。它是在规定的电压、电流和cosΦ 的条件下，执行o-co两个试验程序，能完全分断和熄灭电弧，无超出规定的损伤(触头损伤和飞弧损伤)。试品试后经受一定的工频耐压试验，且过载脱扣器在一定的整定电流下能正常脱扣。满足规定的试验程序所规定的条件,不包括断路器连续承载其额定电流能力的分断能力。它用预期分断电流(kA）表示（在交流情况下用交流分量有效值表示）。
　　额定运行（工作）短路分断能力Ics。它是在规定的电压、电流和cos Φ的条件下，执行o-co-co三个试验程序，能完全分断，熄灭电弧，无超出规定的损伤。试后试品除符合规定的工频耐压和过载脱扣器的验证试验外，尚须考核温升和操作性能(5％电寿命)的验证。满足规定的试验程序所规定的条件,包括断路器连续承载其额定电流能力的分断能力．它用预期分断电流(kA)表示，相当于额定极限短路分断能力规定的百分数中的一档并化整到最接近的整数,它可用Icu的百分数表示(例如Ics=25[%]Icu)。另一方面,当额定运行短路分断能力等于额定短时耐受电流时,它可以按额定短时耐受电流值（kA）规定之，只要它不小于相应的最小值。如果使用类别A的Icu超过200kA，或使用类别B的Icu超过100kA,则制造厂可声明Ics值为50kA。
　　显然Ics比Icu的考核严格。换言之，作了Ics试验后，产品还能继续使用，而Icu则不然，经过Icu试验后，产品不能再用。我们在选择断路器时，为保证能够可靠的断开故障电流，而不致使故障扩大，并在故障过后能够使供电连续性得到保证。一般按Ics来选择断路器的短路分断能力。
　　额定短时允许（耐受）电流Icw。断路器在短时期内（0.5或1S）可以承受且无特性变化的最大短路电流。反映了断路器在短时间内所承受的短路热稳定性能。
　　由于使用情况不同，具有三段保护的重要回路断路器，偏重于它的额定运行短路分断能力值，而用于非重要的回路断路器主要确保它有足够的极限短路分断能力值。对此我的理解是：重要回路切除故障电流后断路器要求能够继续供电，承载一段时间的额定电流，在适当的时间更换。而份重要回路，经过极限短路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，可以停电更换新的（停电的影响较小）。但是无论是框架式或塑壳式断路器，都有必须具备Icu和Ics这两个重要的技术指标。只是Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑壳式的最小允许Ics可以是25[%]Icu，框架式最小允许Ics是50[%]Icu，Ics=Icu的断路器比较少见，采用旋转双分断（点）技术的塑壳式断路器，它的限流性能极好，分断能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但价格很高。
　　在实际中应该根据使用情况来选择，有人按其所计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力衡量，来判定某断路器（此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行短路分断能力则低于计算电流）为不合格。这是一个误解。
　　4.断路器的过载、短路保护特性。在断路器所保护的配电系统中，当发生故障时，距故障点最近的断路器能够按规定的保护特性正确的有选择的动作将故障切除，而其他各级断路器不动作，从而将故障所造成的断电限制在最小范围内，使其他无故障供电回路仍能保持正常供电，这就是对断路器保护所要求的。断路器所配备的保护脱扣器有四种： ①具有反时限特性的长延时热过载保护，②具有一定时限的短路短延时保护，③短路瞬时保护，④接地保护。在日常的使用中，根据使用意图和技术经济比较，可以选择带四种保护，也可以选长延时、瞬时或短延时三种保护组成三段式保护，还可只选长延时、瞬时两种保护两段式保护，短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内，还可选用只有瞬时速断保护的断路器。
　　5.额定工作电压Ue 。一般表示相间的电压。对于三相四线中性线接地系统是指相地间电压，包括相间电压（例如277/480V ),对于三相三线不接地或阻抗接地系统表示相间电压（例如480V ).
　　断路器额定频率。如果规定断路器只用于一个频率时，则应标明额定频率(
　　6.其它还有：使用类别，结构形式、极数、安装方式、安装尺寸，额定工作制，防护等级(如果不是IP20时)，基准周围空气温度(如果不是30℃时);隔离作用。
　　隔离的含义：出于安全的原因，通过使其和所有电源分开的方法切断整个装置或其中一个独立部分的电源。

低压断路的保护特性

　　为起到良好的保护作用，低压断路器的保护特性必须和被保护线路及设备的允许过载特性相匹配。低压断路器的保护特性是由它们所装的脱扣器型式决定的。曲线Ⅰ是热脱扣器的保护特性。过电流较小时断路器保护动作所需的时间长。过电流较大是断路器保护动作所需时间短。这种保护特性称反时限保护特性，即断路器动作时间和过电流值的大小成反比。曲线Ⅱ-BDF为电磁脱扣器的保护特性，具有瞬时动作的性质，即只要过电流达到一定数值，断路器将瞬时动作。同时装有以上两种脱扣器的断路器具有曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相交而成的保护特性(曲线ABDF)，称为两段式保护特性，即过载长延时和短路瞬时动作的特性。这样才能使保护对象工作在允许过载特性之下，防止保护对象受到不能承受的短路电流冲击而损坏。
　　还有些低压断路器具有有三段保护特性(曲线abc)，即过载长延时、短路短延时(曲线bcd段)、特大短路瞬时动作。这样可以充分利用电气设备的允许过载能力，尽可能地缩小故障停电的范围。

低压断路器的基本结构

　　低压电路器由脱扣器、触头系统、灭弧装置、传动机构、基架和外壳等部分组成。
　　1、脱扣器
　　脱扣器是低压断路器中用来接受信号的元件。若线路中出现不正常情况或由操作人员或继电保护装置发出信号时，脱扣器会根据信号的情况通过传递元件使触头动作掉闸切断电路。低压断路器的脱扣器一般有过流脱扣器、热脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器等几种。
　　低压断路器投入运行时，操作手柄已经使主触头闭合，自由脱扣机构将主触头锁定在闭合位置，各类脱扣器进入运行状态。
　　（1）电磁脱扣器
　　电磁脱扣器和被保护电路串联。线路中通过正常电流时，电磁铁产生的电磁力小于反作用力弹簧的拉力，衔铁不能被电磁铁吸动，断路器正常运行。当线路中出现短路故障时，电流超过正常电流的若干倍，电磁铁产生的电磁力大于反作用力弹簧的作用力，衔铁被电磁铁吸动通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头。主触头在分闸弹簧的作用下分开切断电路起到短路保护作用。
　　（2）热脱扣器
　　热脱扣器和被保护电路串联。线路中通过正常电流时，发热元件发热使双金属片弯曲至一定程度(刚好接触到传动机构)并达到动态平衡状态，双金属片不再继续弯曲。若出现过载现象时，线路中电流增大，双金属片将继续弯曲，通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头，主触头在分闸弹簧的作用下分开，切断电路起到过载保护的作用。
　　（3）失压脱扣器
　　失压脱扣器并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。电源电压正常时扳动操作手柄，断路器的常开辅助触头闭合，电磁铁得电，衔铁被电磁铁吸住，自由脱扣机构才能将主触头锁定在合闸位置，断路器投入运行。当电源侧停电或电源电压过低时，电磁铁所产生的电磁力不足以克服反作用力弹簧的拉力，衔铁被向上拉，通过传动机构推动自由脱扣机构使断路器掉闸，起到欠压及零压保护作用。信息来源:http://tede.cn
　　电源电压为额定电压的75[%]～105[%]时，失压脱扣器保证吸合，使断路器顺利合闸。当电源电压低于额定电压的40[%]时，失压脱扣器保证脱开使断路器掉闸分断。
　　一般还可用串联在失压脱扣器电磁线圈回路中的常闭按钮做分闸操作。
　　（4）分励脱扣器
　　分励脱扣器用于远距离操作低压断路器分闸控制。它的电磁线圈并联在低压断路器的电源侧。需要进行分闸操作时，按动常开按钮使分励脱扣器的电磁铁得电吸动衔铁，通过传动机构推动自由脱扣机构，使低压断路器掉闸。
　　在一台低压断路器上同时装有两种或两种以上脱扣器时，则称这台低压断路器装有复式脱扣器。
　　2、触头系统
　　低压断路器的主触头在正常情况下可以接通分断负荷电流，在故障情况下还必须可靠分断故障电流。主触头有单断口指式触头、双断口桥式触头、插入式触头等几种形式。主触头的动、静触头的接触处焊有银基合金触点，其接触电阻小，可以长时间通过较大的负荷电流。在容量较大的低压断路器中，还常将指式触头做成两挡或三挡，形成主触头、副触头和弧触头并联的形式。
　　两接触头的结构示意图如图2所示，分为弧触头和主触头。弧触头用耐弧金属材料制成，主触头和弧触头在断路器分、合闸时有不同的作用和操作次序。开关合闸时，弧触头承担合闸的电磨损；开关分闸时，弧触头承担电路分断时的强电弧，起保护主触头的作用；主触头承担长期通过负荷电流的任务。所以在合闸时弧触头先闭合、主触头后闭合；分闸时主触头先断开、弧触头后断开(如图2所示)。
　　大容量的断路器中为了更好地保护主触头又增设了副触头，即为三接触头，合闸时的动作顺序为弧触头先闭合，然后副触头闭合，最后弧触头闭合；分闸时的操作顺序为弧触头先分断，然后副县触头分断，最后主触头分断。
　　3、灭弧装置
　　低压断路器中的灭弧装置一般为栅片式灭罩，灭弧室的绝缘壁一般用钢板纸压制或用陶土烧制。

来源：福州亚科电气科技有限公司

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