什么是断路器?
断路器是一种自动操作的电气开关,旨在保护电路免受过载或短路引起的过电流损坏。与一次性熔断器不同,断路器可以复位(手动或自动),从而恢复正常运行。断路器的工作原理是检测故障情况,并通过机械方式断开触点来中断电流,并利用真空、SF?气体、空气或油等灭弧介质熄灭产生的电弧。在电力系统中,断路器的种类繁多,从保护低压单个电路的微型断路器 (MCB) 到额定分断能力达数百千安的大型高压断路器(用于输电变电站)不等。现代断路器集成了具有复杂保护功能和通信接口的电子脱扣单元。
关于断路器的5个关键问题
主要的灭弧技术有:真空灭弧(用于中压断路器,1-40.5 kV)——电弧在密封的真空灭弧室中熄灭,具有电气寿命长、维护成本低的优点;SF₆气体灭弧(用于高压断路器,72.5 kV及以上)——电弧被电负性SF₆气体迅速吸收自由电子而熄灭;空气灭弧(用于低压空气断路器和一些中压断路器)——电弧在灭弧罩内被拉长并冷却;以及油灭弧(用于较早期的中高压断路器)——电弧分解油,产生氢气熄灭电弧。真空灭弧和SF₆气体灭弧技术是现代断路器设计的主流技术。
熔断器是一种一次性保护装置,熔断后会熔断,必须更换。断路器是一种可重复使用的装置,跳闸后可以复位。断路器具有以下几个优点:可以远程操作和复位;提供可调节的保护设置;可以配备电子脱扣器,提供更复杂的保护功能;并且可以与SCADA系统集成,用于远程监控。熔断器结构更简单、成本更低,并且在高故障电流下动作更快,因此在某些配电应用中仍然是首选。实际上,熔断器和断路器通常一起使用——熔断器用于后备保护,断路器用于主保护。
低压和中压断路器中的现代电子脱扣器(ETU)提供一套全面的保护功能:过电流保护(长时、短时和瞬时元件);接地故障保护;电弧闪光检测;电机保护(热过载、堵转、相序不平衡);选择性协调确保仅离故障点最近的断路器跳闸;电能质量监测(电压、电流、功率因数、谐波);以及事件日志记录,所有跳闸和操作均带有时间戳。通信接口(Modbus、IEC 61850、Profibus)可与 SCADA 和能源管理系统集成。
电弧闪光是由故障电流通过空气引起的电爆炸,会以热、压力和光的形式释放巨大的能量。电弧闪光事故会导致严重烧伤、爆炸伤甚至死亡。断路器通过尽快切断故障电流来防止电弧闪光——现代高速断路器可以在不到一个周期(50 Hz 时为 20 毫秒)的时间内切断故障电流。使用光传感器的电弧闪光检测系统可以在不到 1 毫秒的时间内检测到电弧闪光并触发断路器动作,从而显著降低电弧闪光事故的能量。区域选择性联锁 (ZSI) 协调多个断路器,确保距离故障点最近的断路器立即跳闸,而上游断路器则提供备用保护。
中国的断路器必须符合GB/T标准(相当于IEC标准),并由认可的测试实验室进行认证。主要标准包括低压断路器的GB/T 14048.2、中压断路器的GB/T 3906和高压断路器的GB/T 1984。测试项目包括短路分断能力试验、机械耐久性试验、温升试验和介电强度试验。中国质量认证中心 (CQC) 和国家电气设备质量监督检验中心 (NEEQ) 是主要的认证机构。产品还必须符合低压断路器的中国强制性产品认证 (CCC) 制度。
关键要点
断路器是所有电力系统中最重要的保护装置,可在各个电压等级保护设备和人员免受故障电流的伤害。中国对电力基础设施的大规模投资推动了全球最大的断路器市场,国内制造商与国际品牌展开了激烈的竞争。上海国际电力展(EP Shanghai)向中国电力企业和工业用户展示了全系列断路器技术,从微型断路器到特高压SF?断路器,应有尽有。