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typc引脚检测,单双断点MCCB的性能对比

typc引脚检测,单双断点MCCB的性能对比单断路设计通常采用柔性电线组件或导电性枢轴点,用于将可移动导体连接至脱扣器导体。这样可保证在触点断开期间仍有电流。双断路设计不需要使用柔性组件,因为两组可移动触点均连接至同一个导体。双断路机构可生成两个串联电弧,电弧组合长度通常与单断路电弧相当。操作机构施加所需的力,以断开或闭合断路器触点。操作机构施加的力必须足以在中断事件中改变接触臂的位置,同时加载可移动接触臂中的弹簧,保持接触压力。在短路或过载事件期间,脱扣器会解锁操作机构,使其通过隔离触点断开断路器(或使隔离触点在斥开后保持分离),中断电流。在单断路设计中,机构在单个旋转路径上运行,控制其末端的可移动接触臂和触点的位置。在双断路设计中,机构同时运行两对触点。如上所述,单断路设计采用一对触点,双断路设计则采用两对触点。由于共享同一个可移动导体,双断路设计的两对触点(串联)会同时分离。

背景

当今的塑壳断路器(MCCB)市场产品众多,而且越来越注重智能操作和维护(O&M)功能。虽然产品和创新五花八门,但让人出乎意料的是,基本的塑壳断路器设计方法只有两种。每种塑壳断路器产品都是单断路或双断路设计的变体,那么不可避免的一个问题就是:哪种设计更好?

过去大量的研究都在探讨这一主题,而塑壳断路器制造商和研究人员则一直力求明确每种设计的优缺点及对应用的影响。在市场上,技术专家和消费者对此看法不一。每种设计原理都有支持者和反对者,全球市场上不同地区也明显呈现出对单断路或双断路设计的不同偏好。

然而,在研究和行业领域对不同塑壳断路器产品进行的各种性能测试均无法证明设计原理上孰优孰劣。首先,每种设计呈现的性能趋势都只针对特定的故障电流情形。其次,单个产品为了在技术上扬长避短,会围绕基本设计进行改动。从更实用的角度来说,每种设计针对购买和安装均有不同的考量。

所以,更贴切的问法是:哪种塑壳断路器最适合我?

操作机构

操作机构施加所需的力,以断开或闭合断路器触点。操作机构施加的力必须足以在中断事件中改变接触臂的位置,同时加载可移动接触臂中的弹簧,保持接触压力。在短路或过载事件期间,脱扣器会解锁操作机构,使其通过隔离触点断开断路器(或使隔离触点在斥开后保持分离),中断电流。

在单断路设计中,机构在单个旋转路径上运行,控制其末端的可移动接触臂和触点的位置。在双断路设计中,机构同时运行两对触点。

触点结构

如上所述,单断路设计采用一对触点,双断路设计则采用两对触点。由于共享同一个可移动导体,双断路设计的两对触点(串联)会同时分离。

双断路机构可生成两个串联电弧,电弧组合长度通常与单断路电弧相当。

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单断路设计通常采用柔性电线组件或导电性枢轴点,用于将可移动导体连接至脱扣器导体。这样可保证在触点断开期间仍有电流。双断路设计不需要使用柔性组件,因为两组可移动触点均连接至同一个导体。

灭弧室

灭弧室包含灭弧器,用于限制、淬灭、分割以及熄灭中断事件期间产生的电弧。

中断事件期间,灭弧室压力迅速上升,必须将压力排出,维持安全的室内压力,确保断路器外壳不会破裂。高温气体和等离子体产生的热量足以部分汽化灭弧室内的组件。排气插件可用于隔离和保护灭弧室内的其它组件,并通过排气帮助冷却电弧。这些插件由热塑性或热固性材料制成,接触到电弧时会排出大量气体。排出的气体不仅可以淬灭电弧,还会生成动态气流,将电弧推入灭弧器。

在灭弧罩中,电弧被引导通过一组电弧板,进而被分散。电弧板采用相互对齐设计,产生磁力,使电弧进入板中并引导电弧沿灭弧罩行进。有些断路器设计也可能采用深槽式电机,帮助增加可移动导体上的推斥力,加快触点分离,实现最大间隙。深槽式电机产生的磁场会在断开点提供定向力,进一步推进电弧通过灭弧器。

单断路塑壳断路器在模制外壳线路侧的每个极点都配有一个灭弧器,且所有通风孔都朝向同一方向。双断路塑壳断路器的每个极点配有两个相同的灭弧器,且通常在外壳的线路侧和负载侧各设有两组通风孔。

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单断路和双断路设计的典型性能特征

和所有断路器一样,塑壳断路器的主要功能是在故障和过载条件下中断电气系统中的电流,并隔离下游组件的电流。除了中断故障电流,还需考虑另外两种断路器性能特征。

一种特征是在中断事件期间,断路器如何最大限度地减少到达下游电气组件的允通能量。如果允通能量过高,有可能会损坏线路中的接线和其它装置。

第二种特征是断路器如何有效地分散电弧能。电弧是中断高电平故障电流的产物,也是塑壳断路器设计必须应对的挑战。为避免造成装置和组件的严重损坏,必须适当分散电弧能,否则装置和组件可能无法继续使用,或者导致系统其它下游组件受损。

归根结底,不同的塑壳断路器设计满足这些需求的方式也不同。尽管如此,双断路和单断路设计在有些领域仍表现出明显不同的性能趋势:

• 高电平故障期间的限流性能和允通能量

• 低电平故障电流时的电流中断能力和允通性能

• 正常电流条件下的热性能

本节余下部分将详细说明限流性能。

影响限流性能的因素

允通能量表示为 I2t,其中 I 为断路事件期间波动电流电平的均方根(Irms),t 为电流流动的总时间。在典型的中断事件(如下文曲线所示)中,I2t 与中断过程中出现的峰值电流相关。因此,较低的峰值电流对应于较低的允通能量以及相应的清除时间。

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测试还表明,峰值电弧电压和峰值电流存在明显的负相关,即断路器生成的电弧电压越高,允通电流值往往越低。

还需注意这一趋势的一些例外情况,比如,如果电压以更快速度上升,相对较低的峰值电压仍可实现低峰值电流。影响峰值电压上升速度的因素有多个,但最重要的是断开速度。

另外需要注意的是,虽然触点以较快速度断开可实现低峰值电流,但并不保证较低的允通能量。I2t 中的另一个变量是清除时间,即从故障开始到电流为零的总时间。该时间取决于断路器在中断事件期间是否能够保持全开,而断路器的这一性能主要受故障电流电平的影响。

断路器的断开和保持全开的能力取决于触点上的三种作用力。这三种力通常称为“气动斥力”,来自于机构弹簧、触点弹簧以及导体间的磁性推斥力。磁力由导体内的高电流产生,可在推斥力高于触点弹簧力时迫使触点分开。如果气动斥力在整个故障期间不足以抵消触点弹簧力,则断路器在断开后可能部分或全部重新闭合,使故障电流继续流动。

对于双断路塑壳断路器来说,影响断路器断开和闭合的另一个因素是一致性。所有极点同时断开是对制造精密性的一大考验,而触点随时间推移出现的不均匀磨损和退化也会进一步影响一致性。

最后,测试还表明灭弧室高压与有效的限流性能之间存在联系,因为高压通常对应于高峰值电弧电压。然而,过高的压力会威胁到断路器外壳的结构完整性。

正常电流条件下的热性能

断路器内有多种电阻源,包括触点、分流器以及相关的焊点和导电点。双断路设计大多不涉及这些,也就是说,装置中的发热问题相对较少。然而,触点是断路器中温度最高的部位之一,由于表面连接并不完美,每对触点都会产生电阻。因而触点是塑壳断路器大部分热量的生成源。

另外要注意的是,在产品的整个生命周期中,由于负载断开和故障中断期间的触点侵蚀以及各种污染物导致的表面条件变化,接触电阻会持续升高。因此原则上,双断路设计产生的接触电阻大致为单断路设计的两倍。

在正常电流负载条件下,只要触点状态良好并能在操作机构施加的适当接触力下保持紧闭,接触电阻就不会造成严重影响。但是,在电弧事件期间,触点的啮合面容易受到侵蚀,进而增加触点接合的电阻。增加的电阻将使电路中出现额外的功率损耗,并增加断路器中产生的热量。

除了额外的电阻点,双断路设计中的旋转机构也使电阻问题复杂化,原因有以下两条:

  • 首先,双断路设计中的操作机构需要生成更高的机械力,才能确保同时对两对触点施加适当的接触力。两对触点之间的任何闭合变化都将导致触点磨损不匀,产生额外的接触电阻。
  • 其次,如上所述,在某些特定中断情况下,气动斥力可能导致塑壳断路器过早打开,并在脱扣器发起中断之前重新闭合。气动斥开事件会促使触点反复通断而加剧侵蚀,产生额外的接触电阻。这是双断路装置更严重的问题,即和单断路装置相比,双断路装置的气动斥开事件更为频繁。

如果操作机构中的机械力不足以保持低接触电阻,也无法防止触点在低电平电流下分离,触点将因反复重新闭合而持续退化,导致接触电阻上升,直至到达热耗散临界点。在热耗散条件下,断路器无法维持热稳定状态,断路器内温度持续上升,直至故障。因此,该情况违背了利用断路器的高速断开来保护系统的设计初衷。

简而言之,本不足以使双断路塑壳断路器断开机构跳闸的电流波动却往往导致触点的部分断开,使设计原理固有的接触电阻问题恶化。单断路设计只有一对触点,所以不会出现上述触点闭合不一致和磨损不匀的情况。

接触电阻的增加会导致功率损耗和过多热量,随时间推移可能会损坏断路器,那么制造商面临的一个挑战就是,设计符合断路器标准中最高温度额定值要求的塑壳断路器。

实际问题

除了性能考量,消费者还面临单断路器和双断路器的实际安装问题。

吹扫方向

安装塑壳断路器时,需要在通风孔旁留一个间隙区域,确保短路事件期间不会有电流从高温气体和等离子体吹扫口传输至接地组件。单断路塑壳断路器的其中一端需要间隙,双断路设计的两端通常都需要间隙。

单一吹扫方向和间隙区域可使安装更为灵活、紧凑。因此,双断路塑壳断路器制造商有时也通过专门设计的灭弧室来实现单一的吹扫方向。

外壳尺寸

除了双向吹扫,双断路塑壳断路器一般需要更大的模制外壳,来容纳额外的触点组合和模块化灭弧室,因此占用的安装空间更大。这一特点在设施空间足够大时并非缺点,而且有时制造商还会利用额外空间来容纳附加组件。但如果设施空间有限,单断路塑壳断路器的安装密度通常会更高。

结论

无论是单断路还是双断路设计原理,都未表现出适用于所有应用情景的性能优势。一旦通过行业产品标准(UL489 和 IEC60947-2)认证,无论基于哪种设计的产品都会达到最大额定参数值,完全满足应用需求。

原则上,两种设计在特定故障电流条件下各有优劣,但并无设计定式。产品不必拘泥于一种或另一种常规设计,例如双断路装置可采用单一的吹扫方向,单断路装置也可以有更高的断开速度。

因此,消费者在选择单断路或双断路时,应根据设计原理的相对优缺点来考虑装置的预期应用。还应特别考虑基本设计的发挥空间,以及这些创新给产品增加的成本。

如果单断路和双断路设计都能满足给定系统的额定值要求,则需要进一步考虑每种选项的成本效益以及使用寿命内的热性能等因素,尤其是在现有安装结构已比较适合其中一种设计的情况下。

随着世界经济不断发展,电气系统用途日益多样化,单断路和双断路塑壳断路器两种设计的同时存在,可以帮助消费者根据应用需求自由选择。基于对两者技术优劣的全面了解,全球市场对单断路和双断路塑壳断路器的应用将呈现更加多样化的发展。

内容分享于《伊顿技术白皮书》

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