成套开关设备中使用小型断路器存在问题的分析

桂林五环电器制造有限公司 姚 羽 晋江鑫腾连盛机械有限公司 谢勤宇

1 小型断路器的工作原理

针对小型断路器，业界同样也将其称作微型断路器，目前主要在230/400V 额定电压50/60Hz 交流中得以适用，确保在经过63A 线路时，额定电流不会发生短路、过载等故障，同时，处于正常状态下，也可将小型断路器作为不频繁转换线路的用途[1]。其工作原理为：在电路中，对额定工作电流起到分断、接通或承载作用，并且可以在电动机、线路出现欠压、短路或是过载等故障时，给予其可靠的保护，降低安全事故的发生率。在当前的社会环境下,被较为广泛采用的设计理念是将小型断路器的触杆、静触头和动触头设计为平行的形式，巧妙地利用了短路状态下产生的电动斥力,使得静触头和动触头能够分离,从而实现强效的限流效果和优秀的分断性能。当主触点闭合后,自由脱扣器会自动锁定主触点，主电路与热脱扣器的热元件以及过电流脱扣器的线圈是串联连接的,电源则与失压脱扣器的线圈并联。一旦电路面临严重的过载或短路问题,就会触发过电流脱扣器的衔铁,进而使自由脱扣器执行其预定的操作,最终导致主电路通过主触点断开[2]。若电路出现过载的情况,热脱扣器的热元件可能会产生热量,进而推动上弯曲双金属片,促使自由脱扣器启动；如果电路存在欠电压问题，将会释放失压脱扣器的衔铁，同样也推动自由脱扣器进行相关动作，如图1所示。

图1 小型断路器工作原理示意图

2 小型断路器的选用原则

在目前的状况下，微型断路器主要用于处理低电流短路问题，意味着微型断路器的额定电流应低于600A。在选择微型断路器时，需要考虑一些关键因素：第一，额定电压不能小于正常负载条件下的额定电压；第二，脱扣器的额定电流应等于或略高于负载工作电流，但必须注意不能过大；第三，相比之下，微型断路器的最大允许通断电流应大于电路短路电流，至少应达到1.25A 的线缆末端单相电流；第四，相比正常电路运行下的额定电压，欠压脱扣器的额定电压既不可比其大，也不可比其小。

3 小型断路器的正常工作条件

在设计过程中,必须对影响小型断路器的关键因素进行全面且客观地评估和研究，包括小型断路器的特性及其属性。通过这种方式可以优化设计，以防止由于外部因素导致的小型断路器性能下降。第一，注意周围空气的温度：设计者应特别关注在最冷或最热的环境下，小型断路器可能会遇到的问题。理想情况下，外部的最高温度应低于所有组成部分能承受的最高温度。此外，还应确保运行环境的温度在-5℃～40℃，并且每天的平均温度不得超过35℃。如果存储和运输条件良好，可以进一步控制运行环境在-25℃～55℃。第二，管控空气相对湿度：由于温度波动可能导致电气设备表面的负面效应，如误触发和使用寿命缩短。当环境温度达到40℃时，需要保证空气的相对湿度不超过0.5%。第三，处理恶劣环境并减少振动与冲击：为了防止设备受到不良环境的影响，如振动和冲击，应尽量将设备放置在无干扰的环境中。对于小型断路器，定期检查、维护和修复是必要的，以防止零件掉落，并确保设备处于无爆炸风险的环境中，从而降低因导体灰尘积累和金属腐蚀等问题导致的故障风险。

4 成套开关设备应用小型断路器中存在的问题

在成套开关设备中，小型断路器得到广泛性、普遍性的运用，以其独特的外观设计、强大的切断功能、稳定的性能表现以及创新的设计理念而广受好评。这些特性使得小型断路器能够在各种环境下应用,包括400V 以下的电压范围以及50Hz 至60Hz 的交流电频率。此外,小型断路器的短路切断能力通常限制在10kA 以下,意味着可以处理63A以下的工作电流。如今,小型断路器的主要应用场景是为住宅、办公室等区域提供电力保护,防止短路或过载问题，同时也可以作为线路的转换和断开工具。然而,值得注意的是,小型断路器并非适用于所有场合。在那些需要更高短路切断能力的场合,如大型配电柜(如XL、GCK、GGD 等),则并不适用。

在实际操作过程中，部分制造商倾向于在具有超过10kA 分断能力的高压配电柜(如XL 和GGD)中安装微型断路器。然而，这些设备主要被用于作为主开关的分闸电源以及配电室的照明系统，这种应用方式隐藏着潜在的安全隐患，可能会导致严重的问题。经研究发现大多数供电区域都采用了至少630kVA 的变压器容量，其额定的电流表现为：

同时，在进线柜电流方面，应当选择GGD 柜（1000～1600A）。

其中，在考虑电力系统中的变电所时，设想其配备了S9-630/10型号的变压器，该设备具有4%的Uk 值，运行模式为Dyn11，且其高电压端口具备100MVA 的短路能力。变压器与低压配电柜之间的距离通常十分接近，通过铜排连接，长度大约为5m，TMY-3（80×8），对靠近变压器的配电柜的短路电流进行计算：

归算至400V 侧，高压系统电抗计算每相阻抗为：

在ΔPk=5120W，Dyn11，S9-630/10型的变压器中，计算变压器每相阻抗为：

计算铜排每相阻抗为：

总线路电阻计算为：

计算三相短路时的电流为：

据此能够了解到：当变压器的输出部分出现短路现象时,通常会引发巨大的电流涌现，即使考虑了变压器自身的阻抗和线路损失,短路电流仍然可能超过10kA。在高电流环境下,小尺寸的断路器可能会面临无法迅速切断的问题,从而可能引发二次故障,进一步扩大事故的影响范围。此外,小型断路器还可能对变压器本身造成损害，对于是否采用小型断路器,低压配电柜的选择至关重要,尤其是设计和制造团队的技术专家需要对断路器的技术参数是否符合规定有深入的了解,并能够针对不符合规定的部分提出改进意见。

5 成套开关设备应用小型断路器问题的解决建议

5.1 使用低压熔断器

在电力供应过程中，通常使用的是GGD 型低压进线柜，负责管理进入的高压开关电源以及配电房的照明系统。为了满足用户的便捷性需求，设计团队经常会在GGD 进线柜内安装一个小巧的断路器。该断路器被连接到柜子主开关的进线端，以确保配电房照明的正常运行。然而，当断路器因外部绝缘力的破坏、高电压击穿或绝缘老化而引发短路时，可能会导致电流超过10kA，使得小断路器无法切断电源，从而引发电力事故，操作方式与GB7251.1标准的成套开关设备的使用规范相悖。因此，从安全的角度出发，必须更加注重低压熔断器的运用，例如，推荐采用圆柱形的RT14系列断路器，或是便于更换的NG125型、S800型断路器，从而达到50kA 以上的分断能力，为可靠性以及安全性供电做出有力的保障。

5.2 线路检修

针对成套开关设备以及小型断路器的线路进行检修的过程中，相关人员主要是对其中是否潜在异常情况予以细致观察。例如，在断开小型断路器之后，相关人员应当对其进行观察，是否出现不正常的放电声音，一旦发现异常情况，必须及时向安全管理部门上报，待检修合格后，方可实施相应操作。在此期间，电源支路与每一条引出线只可经过1台小型断路器，或者2组母线隔离开关，随后，在2组母线上分别连接。采取此种形式，可以提高母线运行效果，使日后的顺利化、安全化运行有所保证。同时，相关人员在检查线路时，还需注意以下两点：第一，在正常供电状态不受影响的情况下，相关人员需仔细检修成套开关设备与小型断路器的每条母线；第二，相关人员在维修母线侧开关的过程中，应分析影响此开关运作的各类因素。如果运行期间，出现母线故障问题，需即刻向另一条母线转移，使开关设备与断路器能够在安全、稳定的环境下运行。

5.3 防误动检查

安装成套开关设备以及小型断路器期间，极有可能会面临外部因素的影响，在此过程中，如果相关人员缺乏合理性操作，将会使二者之间发生问题，增加安全事故的发生概率。由此可见，为避免发生此现象，需要对运行成套开关设备以及小型断路器的顺利性、有效性予以保证，相关人员必须进行全面、细致地检查。同时，想要避免运行时发生误动问题，在安装刀闸期间，必须严格遵循相关流程，且在完成安装后，认真核查其他部位，若发现有误动作存在，应及时核查成套开关设备以及小型断路器的所处部位，确认无误后，方可实施后续的操作。此外，想要减少开关设备带负荷拉、合问题的发生，需将小型断路器闭锁。若闭锁设施有故障问题，或接地刀闸无法正常工作，则需与闭锁要求相融合，核查刀闸与小型断路器之间的位置，确定无问题后，方可将锁定解除。

5.4 接触件过热维修

相关人员需及时处理接触件过热问题。第一，在对成套开关设备和小型断路器的维护过程中，需要在保证隔离效果的同时，对开关操作流程进行优化，包括通过螺母进行固定以提高稳定性。还需要对接线端子的接触面进行精细的抛光处理，去除所有附着的杂质，并在其表面涂抹适当的导电油脂，从而有效地减少过热问题的发生概率。第二，需检查成套开关设备的底座，若发现有松动或高速旋转问题，应及时维修，并且及时更换破损的铜带，提高连接的可靠性，以免因接触件过热而发生安全事故。第三，检修动、静触头接触面期间，除了需要对表面的光滑度、整洁度有所保障，还需对接触表面定期更换，避免成套开关设备与小型断路器发生局部放电闪络现象。此外，还需要仔细检查并夹紧弹簧支座，处理松动问题，提高设备运行的安全性。

6 结语

综上所述，在成套开关设备及小型断路器的应用过程中，相关人员必须对现场实际情况进行深入化、综合化分析，了解并掌握使用小型断路器时潜在的问题与局限之处，从而优化利用，充分发挥小型断路器保护电源、自动修复故障以及故障记忆等价值作用，实现小型断路器功能、性能的日益完善，切实降低发生成套开关设备故障的概率，为各项工作的顺利进行保驾护航。