地铁列车低压断路器选型分析

地铁列车低压断路器选型分析

赵振强,徐海东

沈阳地铁集团有限公司运营分公司 辽宁 沈阳 110000

摘要：低压断路器既是电路设备的供电开关，同时又具有短路、过载、欠压等多项保护功能，并且在分断故障电流后，不需要更换零部件，可通过手动操作或远程控制操作便可重新恢复供电，以上优点使得它在各种电气系统中得到越来越广泛的应用。

关键词：地铁；低压配电系统；设计；配合

一、低压断路器介绍

1、结构及原理

低压断路器主要由主触点及其它辅件组成，根据实际使用需求搭配使用不同类型的辅件，可以进一步提升低压断路器的性能，也能为配电设计中提供创新的解决方案。

主触点：通过手动操作或远程控制，闭合后自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上，其中连接的热脱扣器的热元件与主电路串联。

常用的辅件主要包括：辅助触头、信号触头、分励脱扣器、欠压脱扣器、自动重合闸装置等，其中连接的过电流脱扣器的线圈与主电路串联、欠电压脱扣器的线圈和电源并联。

2、分类

低压断路器的分类方式有很多，本文分别从单独使用和线路匹配组合使用两方面分类进行介绍。

①单独使用：低压断路器根据结构形式的不同共分为以下三类：框架式断路器（ACB）：多用于低压配电系统的主开关，以及重要的、负载较大的主干线的保护。塑壳式断路器（MCCB）：主要用于末端线路和一些分干线，例如电动机、小容量配电线路。微型断路器（MCB）：是塑壳断路器的一种，因其体积很小把它另列。

低压断路器根据熄灭介质不同共分为三类：空气断路器利用空气作为灭弧介质；惰性气体断路器利用惰性气体作为灭弧介质；油断路器利用油作为灭弧介质。

低压断路器根据原理不同分：电磁脱扣器、热磁脱扣器和电子脱扣器，其中电子脱扣器还可分为拨动开关式、智能数显式。

脱扣器延时类型：低压断路器根据使用不同分：

非选择型(A类)，不设置任何脱扣延时，只要额定短时耐受电流达到定值立即跳闸。承受短路的时间就是瞬时脱扣器动作的时间。

选择型(B类)，为了实现选择性，短路时小于额定短时耐受电流值延时一定时间脱扣。此时选择断器就必须按额定短时耐受电流满足短路预期电流。

②线路匹配组合：线路匹配组合使用断路器时需进行选择性保护，下一级保护电器的保护范围内发生短路和过载故障时应该由该保护电器动作，上一级保护电器不动作；而当该保护电器拒动时，上一级保护电器才动作，有范围和先后次序的要求以保证对无故障回路供电的连续性。

选择性共分为以下两种：

部分选择性：在一定的电流范围内能实现选择性保护（比如：当故障电流超过下级断路器的脱扣值，但还小于上级断路器的脱扣值时，则下级跳闸，上级不跳，实现选择性保护）。

全选择性：在全电流范围内，都能实现选择性保护，即只有离故障点最近的断路器跳闸。始终能把由于故障造成的停电控制在最小范围内。

3、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。

断路器所配备的保护脱扣器有四种：反时限特性的长延时热过载保护、一定时限的短路短延时保护、短路瞬时保护、接地保护。

4、脱扣特性

断路器脱扣曲线反应的是在规定的运行条件下脱扣器脱扣时间与预期电流的函数关系，一般根据断路器保护的负载，分为以下几个大类：

二、断路器的选型

（一）单独使用参数确定

断路器的主要技术参数包括额定电流、短路分断能力、保护特性等。

1、额定电流

断路器的额定电流In，应分别不低于线路、设备的正常工作电流，计算公式如下：

In=I1×A×B×C×D×E×F×G 

式中：In断路器的额定电流 /I1负载电流的计算值 /A环境温度系数/ B连接导线截面积系数 /C负载类别系数 /D海拔高度系数 /E电源频率系数 /F安全系数/G断路器的工作制系数

断路器的额定电流既不可偏小，亦不可过大。偏小了，将引起频繁的误跳闸；偏大了，负载过载了不跳闸，失去保护作用。

2、短路分断能力

在选择电源进线和配电线路的断路器时，偏重按产品的Ics来选择，这有利于保证主干线的持续供电；而对于末端断路器则按断路器的Icu来选择,这样使停电的影响较小。对塑壳式断路器而言，Ics只要大于25%Icu就算合格，目前市场上断路器的Ics大多数在(50％—75%)Icu之间。

3.其他参数

（1）结构形式：控制系统和辅助系统主干线通常采用框架式空气断路器；车上电源设备通常选用微型空气断路器。

（2）脱扣特性：控制系统中，断路器保护的对象主要有：电子设备、DC/DC电源模块、指令开关、指示灯、继电器、接触器、电磁阀、加热器、微型电机等。多数负载存在冲击电流，应选用C型脱扣曲线。

辅助系统中，断路器保护的对象主要有：冷却风机、空调、空气压缩机、逆变器、插座等。多数负载为交流异步电机，起动时有冲击电流，应选用C型脱扣曲线。

（3）附件类型：根据实际使用需求，选择不同功能的辅件，如下表所示：

（二）组合使用参数确定

1、电流选择性

过载脱扣特性的上下级配合，原则上是上级断路器的约定不动作电流大于下级断路器的约定动作电流，具体如下表：

参考标准：GB14048.2、GB10963

瞬动脱扣特性的上下级配合，原则是上级断路器的瞬动不动作电流大于下级断路器的瞬动动作电流的峰值，具体如下表：

参考标准：GB14048.2、GB10963

2、时间选择性

通过上级断路器较下级断路器的延时动作来实现选择性。对于A类断路器在过载区，可选择到上下级脱扣曲线不重合或不相交。但在瞬动区不能避免交叉或重合。所以，实现时间选择性，上级必须用B类断路器(例如：当短路电流超过下级断路器的脱扣值，同时也超过上级断路器的脱扣值时，如果上级断路器没有短延时功能，则上下级同时跳闸，甚至下级断路器还未跳，上级断路器就已跳闸，也就是越级跳闸。后果是：不该断电的无故障回路也被停电，即故障波及的范围扩大，并且给处理和分析故障造成了麻烦）。

参考文献：

[1]范文.刍议地铁低压配电系统设计优化分析[J].电力设计，2018(17).

[2]张振宇.地铁低压配电系统的设计与配合[J].电气技术，2015(11).