斷路器 - 工作原理、型別和標準額定值

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斷路器是一種用於電力系統中中斷電路中電流流動的開關裝置。它用於開關或保護目的。

在本文中，我們將學習斷路器、它們的型別、特性、標準額定值和應用。因此，讓我們從斷路器的基本知識開始。

什麼是斷路器？

斷路器是一種用於電力系統中的自動電氣開關裝置，在發生故障或異常情況時中斷電流。

斷路器類似於普通的電氣開關，但它還可以在發生故障時進行切換，以保護系統。

一個典型的斷路器執行以下兩個重要功能

• 電力切換，即開啟和關閉電源。
• 保護電路免受故障和異常情況的影響，例如過電流或短路。

斷路器的構造

典型斷路器的構造如下圖所示。

它主要由兩部分組成：

• 固定觸點和動觸點
• 滅弧介質

固定觸點和動觸點封閉在一個滅弧室中。提供一個操作機構來開啟或關閉固定觸點和動觸點。當這兩個觸點彼此分離時，它們之間會產生電弧。我們需要熄滅這個電弧以防止觸點損壞。為此，使用合適的滅弧介質。

根據用於滅弧的介質，斷路器可分為多種型別。

斷路器的工作原理

在本節中，讓我們重點關注斷路器在正常工作條件和故障條件下的工作原理。

• 在正常工作條件下，斷路器可以手動開啟或關閉以進行切換和維護。
• 在故障或異常情況下，保護繼電器檢測到故障並觸發跳閘電路，該電路開啟斷路器。

因此，斷路器可以具有兩種工作狀態之一：開啟和關閉。

當斷路器開始開啟操作時，固定觸點和動觸點開啟，並在它們之間產生電弧。這種電弧透過諸如空氣之類的合適介質來熄滅。當電弧完全熄滅且電路電流變為零時，開啟操作完成。

斷路器中的故障清除過程

現在讓我們瞭解斷路器如何清除故障。以下是故障清除過程的分步說明

步驟 (1) - 當發生故障時，電路阻抗變低，電路電流增加。這種增加的電流使繼電器動作，繼電器觸點閉合。

步驟 (2) - 閉合的繼電器觸點完成斷路器的跳閘電路並對其跳閘線圈通電。

步驟 (3) - 斷路器的操作機構開始進行開啟操作並分離斷路器的觸點。

步驟 (4) - 在斷路器的觸點之間產生電弧。然後，透過合適的介質（如空氣或油）來熄滅該電弧。

步驟 (5) - 當電弧熄滅且電路電流達到零值時，故障清除過程完成。

斷路器的標準額定值

斷路器的標準額定值是根據其特性確定的。以下是斷路器的一些重要標準額定值 -

所有斷路器都必須提供的額定特性 -

額定電壓 - 斷路器能夠安全執行的最大電壓值。

額定電流 - 斷路器能夠連續導通而不跳閘的最大電流值。

額定絕緣水平 - 絕緣能夠承受而不發生擊穿的最大電應力值。

額定頻率 - 斷路器設計的交流電源頻率值。

額定短路斷開容量 - 斷路器能夠在不發生擊穿的情況下中斷的最大短路電流或故障電流值。

端子故障的額定暫態恢復電壓 - 在故障電流中斷後，斷路器觸點之間可能出現的最大電壓值。

額定短路合閘容量 - 在考慮系統中存在短路故障的情況下，斷路器在合閘瞬間能夠導通而不損壞的最大電流值。

額定短時耐受電流 - 斷路器能夠在不跳閘的情況下導通指定短時間內的有效值電流。

額定操作順序 - 斷路器指定的執行順序。斷路器的額定操作順序示例為 O-0.4 秒-CO-4 分鐘-CO，其中 O 和 C 分別代表開啟和關閉，0.4 秒和 4 分鐘代表時間延遲。

在特定情況下需要提供的額定特性 -

短線路故障的額定特性 - 這些是與斷路器在短路條件下的效能相關的某些特定額定值。典型的短線路故障特性包括額定短路斷開容量、額定暫態恢復電壓、額定短路合閘容量、額定短路持續時間等。

額定線路充電斷開電流 - 定義為斷路器在其額定電壓下能夠斷開的最大線路充電電流值。

合閘和分閘裝置的額定電源電壓 - 斷路器合閘和分閘機構操作所需的額定電源電壓。

合閘和分閘裝置的額定電源頻率 - 用於合閘和分閘斷路器觸點的電源電壓的額定頻率。

用於操作和中斷的壓縮氣體的額定壓力 - 用於斷路器成功操作和中斷的壓縮氣體的指定壓力。

斷路器的可選額定特性

額定異相斷開電流 - 斷路器能夠安全承載和中斷的最大不等電流值。

額定電纜充電斷開電流 - 斷路器在其額定電壓下能夠中斷的最大電纜充電電流值。

額定單電容器組斷開電流 - 斷路器在其額定電壓下能夠中斷的最大電容器組電流值，前提是在斷路器的電源端沒有連線電容器組。

額定小電感斷開電流 - 定義為斷開小電感負載時斷路器能夠中斷的最大電流值。

輔助電路的額定電源電壓 - 斷路器的輔助電路或控制電路能夠安全執行的最大電壓等級。

輔助電路的額定電源頻率 - 斷路器輔助電路安全可靠執行所需的電源電壓的指定頻率。

斷路器的型別及其規格

斷路器主要根據用於滅弧的介質進行分類。

下表突出顯示了所有常見的斷路器型別及其電壓額定值 -

結論

斷路器是一種自動電氣開關，可用於切換和保護目的。斷路器可以根據使用的滅弧介質的不同分為不同的型別。

電力系統中最常用的斷路器型別有空氣斷路器、真空斷路器、油斷路器和六氟化硫 (SF₆) 斷路器。

每種型別的斷路器都有其自身的電壓容量和斷路容量，具體取決於所使用的絕緣介質。例如，六氟化硫 (SF₆) 斷路器可以承受高達 765 kV 的電壓。閱讀完本文後，您將能夠理解斷路器的基本原理。

與斷路器相關的常見問題

以下是與斷路器及其答案相關的一些常見問題。

1. 我們為什麼要使用斷路器？

我們在電力系統中使用斷路器，主要出於以下兩個目的：

• 在執行條件下，斷路器用於切換電源。
• 在故障或異常情況下，斷路器用於將故障部分與正常部分隔離。

2. 為什麼我們要鎖上斷路器？

我們應該鎖上斷路器的主要原因是為了防止斷路器未經授權或意外操作，這可能導致嚴重後果。

3. 斷路器如何保障我們的安全？

斷路器透過提供以下常見保護和操作來保障我們的安全：

• 短路保護
• 過流或過電壓保護
• 維護和維修期間的隔離

4. ACB在哪裡使用？

ACB（空氣斷路器）用於低壓應用，例如配電盤、電機控制電路、電源控制電路等。

5. ACB的最大額定值是多少？

空氣斷路器（ACB）的最大額定值可達6300 A。