摘要：通过对国内市场几种低压限流断路器原理、结构的介绍，及在工程中的应用效果，说明了低压限流断路器有着先进的技术和优越的性能。它不但可以很好地满足供电系统运行、保护等要求，而且具有体积小、寿命长的特点，能减少故障、延长供配电系统工作寿命，在多方面降低投资成本。
关键词：低压限流断路器；原理；类型；结构；选择
1 序言
大型炼油、化工企业的供配电系统，有着以下的特点：用电量大；变压器一般放置于负荷中心，进线柜、配电柜距离变压器很近；线路阻抗小；一旦发生故障，短路电流很大。这就要求配电系统中的低压断路器具有很强的分断能力。低压限流断路器可以使电流尚未达到预期峰值前即被分断，限制了线路中的短路电流，减少了线路故障对设备的危害，对用电线路及设备给予很好的保护。
2 短路电流的危害及低压断路器的限流原理
2.1短路电流对线路及用电设备的影响
（1）电动力的影响。主要体现为输电线路、电源变压器和保护设备本身在电动力的作用下其零部件发生变形和断裂。
（2）热效应的影响。主要体现为对线路绝缘材料的损坏，加速绝缘材料的老化，缩短线路及设备的使用寿命。
（3）电磁场的影响。主要体现为电磁干扰，尤其对线路中电子设备的电磁干扰。
2.2低压限流断路器的限流原理
通过断路器的能量取决于通过电流和通过时间，断路器分断时间越快，通过的能量就越小，分断的电流也越小。限流断路器既在线路中电流上升到最大值之前，将断路器断开。也就是当短路电流通过该断路器时，其电流幅值和电流通过时间远小于预期电流幅值（预期短路电流是指将该断路器短接时的线路短路电流）。
3低压限流断路器的类型及工作原理
3.1金属限流线或串接限流电阻限流断路器
3.1.1在断路器的导电系统中串接一段金属限流线。金属限流线是一种电阻正温度系数大的材料PTC（positive temperature efficient），一般为铁基合金线。当短路电流通过这段金属限流线时，温度急剧上升，电阻值急速升高，可以起到限制短路电流的作用[1]。
金属限流线的特点是：它本身的发热电流越小，限流特性越好。因此装限流线只适用与50A及以下电动机的断路器。
3.1.2在断路器的导电系统中串接一般的电阻元件。这是为了提高电网系统的电阻值，一般在计算线路的短路电流时，它的阻抗仅计算变压器内阻抗、母线阻抗和各分支回路电缆、电线的阻抗，而忽略了电流互感器、断路器等的阻抗，因此所计算的预期短路电流偏大。现在串接电阻元件（断路器的静触杆从原来的铜改为不锈钢电阻材料，或另串接电阻），这就是断路器本身的内阻增大，线路总阻抗增大，将使其实际的短路电流下降；其次，串接了限流电阻，线路的电阻大了，短路时的功率因数可以提高很多，有利于电弧的熄灭。
串接限流电阻的问题是，导体的发热是和I2R成正比，电流I增大，电阻R加大，其发热量将大幅增加，容易破坏造成断路器的绝缘。因此串接限流电阻的方式只限于较低电流规格的设备。
3.2电动斥力式限流断路器
这种断路器利用短路电流通过触头回路时所产生的巨大电动斥力，在故障电流尚未上升到峰值时就被断开，产生的电弧进入灭弧室，而在动、静触头被斥开的瞬间，断路器的瞬动脱扣器动作，加大了动静触头间的距离，进一步拉长电弧，并使整个电弧进入灭弧室，最终熄灭电弧。
在动静、触头被斥开到电弧拉长至熄灭这一过程中，瞬动脱扣器起了十分重要的作用。因为电流是按正弦波变化的，如果瞬动脱扣器不在动、静触头被斥开的瞬间动作，随着电流瞬时值的下降，电动斥力减小，动、静触头会返回原位置。因此瞬动脱扣器必须安全、无误、迅速动作。
当两平行导体流过的电流方向相反时，平行导体间产生电磁斥力，两导体向外分开，。在额定电流时斥力不明显，一旦发生短路电流，I2值很大，电动斥力足以克服触头上的弹簧压力，使动静触头分离。
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3.3双断点、双灭弧室限流断路器
双断点限流结构具有两个动触头和两个静触头，每对动静触头前方都有一个灭弧室，形成双灭弧结构。当短路电流达到一定值时，动静触头受点动斥力的作用向相反方向斥开，动、静触头间产生电弧，被引入灭弧室，瞬动脱扣器动作有，动、静触头之间的距离拉得更开，电弧全部进入灭弧室。由于有双断点和双灭弧室，每对触头承担的能量是单触头系统的1/2，这对电弧的熄灭更为有利。双断点限流结构还包括旋转双触头结构、并联双触头结构等。
3.4 气吹熄弧技术限流技术
气吹熄弧技术限流断路器的限流原理是：提高灭弧室的压力，利用灭弧室的出气孔可以形成高速气流吹弧而形成灭弧。
VJC技术是使用一种有较高耐弧性、耐热行、耐环境变化、不易变形的绝缘材料，覆盖于断路器的动、静触头周围，当断路器故障电流产生强烈的电弧时，使覆盖的绝缘物因受热而产生一种可以冷却电弧的气体，有助于电弧的熄灭。采用VJC技术的断路器与不使用VJC技术的普光型断路器相比较，具有体积小，分段电流能力强的优点。
器壁侵蚀与自动气吹技术则是采用会产生气体的材料做断路器灭弧室的器壁，当故障电流产生时，其电弧温度超过隔弧板的气化温度，在此温度下气壁受电弧侵蚀而产生气体，使灭弧室内压力增高，通过出气口形成高速气流来吹灭电弧[2]。
4低压断路器的选择
4.1选择参数
（1）额定工作电压和额定电流 低压断路器的额定工作电压Ue。和额定电流Ie。应分别不低于线路，设备的正常额定工作电压和工作电流或计算电流。断路器的额定工作电压与通断能力及使用类别有关，同一台断路器产品可以有几个额定工作电压和相对应的通断能力使用类别。
（2）长延时脱扣器整定电流Ir1 所选断路器的长延时脱扣器整定电流Ir1应大于或等于线路的计算负载电流，可按计算负载电流的1～1.1倍确定；同时应不大于线路导体长期允许电流的0.8～1倍。
（3）瞬时或短延时脱扣器的整定电流Ir2：所选断路器的瞬时或短延时脱扣器整定电流Ir2应大于线路尖峰电流。配电断路器可按不低于尖峰电流1.35倍的原则确定，电动机保护电路当动作时间大于0.02s时可按不低于1.35倍起动电流的原则确定，如果动作时间小于0.02s，则应增加为不低于起动电流的1.7—2倍。这些系数是考虑到整定误差和电动机起动电流可能变化等因素而加的。
（4）短路通断能力和短时耐受能力校验 低压断路器的额定短路分断能力和额定短路接通能力应不低于其安装位置上的预期短路电流。当动作时间大于0.02s时，可不考虑短路电流的非周期分量，即把短路电流周期分量有效值作为最大短路电流；当动作时间小于0.02s时，应考虑非周期分量，即把短路电流第一周期内的全电流作为最大短路电流。如校验结果说明断路器通断能力不够，即需选用限流型断路器。
4.2 产品品牌
目前国内市场如施耐德、西门子、ABB、三菱、金钟默勒等品牌低压限流断路器产品的限流方面设计，大都采用本文第二部分介绍的几种类型的技术。如施耐德公司NS系列塑壳断路器采用旋转式双断点限流机构；施耐德公司的NC100H系列小型断路器采用双并联触头限流机构（此种机械结构较NS系列的机械机构容易实现，但限流能力不如后者）；ABB公司的Tmax系列采用平行式双触电结构；三菱公司WS系列则采用单断点聚合物侵蚀自动喷流技术（VJC技术）。
选择低压断路器，应根据具体使用条件选择使用类别，按制造厂提供的允通电流特性或限流系数（即实际分断电流峰值和预期短路电流峰值之比）选择相应的产品。此外，所选定的断路器还应按短路电流进行灵敏系数校验。
5结论
低压限流断路器依靠其先进的技术、优越的性能，正在被广泛地应用在各大工矿企业中。经过对低压限流断路器近几年来在新建或改造的大型石化厂中应用效果的了解，以上各系列产品质量均能满足供配电系统较苛刻的要求，并且具有体积小、寿命长、运行可靠、维护方便等特点，能够提高电气系统的安全性、稳定性，减小了故障对系统和设备的影响。由于限流断路器限制短路电流，可以在配电系统中减小相应电缆的截面，降低了建设投资，节约了电能，具有很高的技术经济意义。
参考文献：
[1] 连理枝，仲秀平.低压断路器的限流技术和现状[J].机电工程，2006，（9）
[2] 陈桂德.低压断路器的器壁侵蚀与自动气吹灭弧新技术[J].低压电器，2002，（4）
论文作者:张俊杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/9
标签：电流论文; 断路器论文; 电弧论文; 触头论文; 线路论文; 斥力论文; 低压论文; 《基层建设》2019年第17期论文;