成套開關設備中使用小型斷路器存在問題的分析

桂林五環電器制造有限公司 姚 羽 晉江鑫騰連盛機械有限公司 謝勤宇

1 小型斷路器的工作原理

針對小型斷路器，業界同樣也將其稱作微型斷路器，目前主要在230/400V 額定電壓50/60Hz 交流中得以適用，確保在經過63A 線路時，額定電流不會發生短路、過載等故障，同時，處于正常狀態下，也可將小型斷路器作為不頻繁轉換線路的用途[1]。其工作原理為：在電路中，對額定工作電流起到分斷、接通或承載作用，并且可以在電動機、線路出現欠壓、短路或是過載等故障時，給予其可靠的保護，降低安全事故的發生率。在當前的社會環境下,被較為廣泛采用的設計理念是將小型斷路器的觸桿、靜觸頭和動觸頭設計為平行的形式，巧妙地利用了短路狀態下產生的電動斥力,使得靜觸頭和動觸頭能夠分離,從而實現強效的限流效果和優秀的分斷性能。當主觸點閉合后,自由脫扣器會自動鎖定主觸點，主電路與熱脫扣器的熱元件以及過電流脫扣器的線圈是串聯連接的,電源則與失壓脫扣器的線圈并聯。一旦電路面臨嚴重的過載或短路問題,就會觸發過電流脫扣器的銜鐵,進而使自由脫扣器執行其預定的操作,最終導致主電路通過主觸點斷開[2]。若電路出現過載的情況,熱脫扣器的熱元件可能會產生熱量,進而推動上彎曲雙金屬片,促使自由脫扣器啟動；如果電路存在欠電壓問題，將會釋放失壓脫扣器的銜鐵，同樣也推動自由脫扣器進行相關動作，如圖1所示。

圖1 小型斷路器工作原理示意圖

2 小型斷路器的選用原則

在目前的狀況下，微型斷路器主要用于處理低電流短路問題，意味著微型斷路器的額定電流應低于600A。在選擇微型斷路器時，需要考慮一些關鍵因素：第一，額定電壓不能小于正常負載條件下的額定電壓；第二，脫扣器的額定電流應等于或略高于負載工作電流，但必須注意不能過大；第三，相比之下，微型斷路器的最大允許通斷電流應大于電路短路電流，至少應達到1.25A 的線纜末端單相電流；第四，相比正常電路運行下的額定電壓，欠壓脫扣器的額定電壓既不可比其大，也不可比其小。

3 小型斷路器的正常工作條件

在設計過程中,必須對影響小型斷路器的關鍵因素進行全面且客觀地評估和研究，包括小型斷路器的特性及其屬性。通過這種方式可以優化設計，以防止由于外部因素導致的小型斷路器性能下降。第一，注意周圍空氣的溫度：設計者應特別關注在最冷或最熱的環境下，小型斷路器可能會遇到的問題。理想情況下，外部的最高溫度應低于所有組成部分能承受的最高溫度。此外，還應確保運行環境的溫度在-5℃～40℃，并且每天的平均溫度不得超過35℃。如果存儲和運輸條件良好，可以進一步控制運行環境在-25℃～55℃。第二，管控空氣相對濕度：由于溫度波動可能導致電氣設備表面的負面效應，如誤觸發和使用壽命縮短。當環境溫度達到40℃時，需要保證空氣的相對濕度不超過0.5%。第三，處理惡劣環境并減少振動與沖擊：為了防止設備受到不良環境的影響，如振動和沖擊，應盡量將設備放置在無干擾的環境中。對于小型斷路器，定期檢查、維護和修復是必要的，以防止零件掉落，并確保設備處于無爆炸風險的環境中，從而降低因導體灰塵積累和金屬腐蝕等問題導致的故障風險。

4 成套開關設備應用小型斷路器中存在的問題

在成套開關設備中，小型斷路器得到廣泛性、普遍性的運用，以其獨特的外觀設計、強大的切斷功能、穩定的性能表現以及創新的設計理念而廣受好評。這些特性使得小型斷路器能夠在各種環境下應用,包括400V 以下的電壓范圍以及50Hz 至60Hz 的交流電頻率。此外,小型斷路器的短路切斷能力通常限制在10kA 以下,意味著可以處理63A以下的工作電流。如今,小型斷路器的主要應用場景是為住宅、辦公室等區域提供電力保護,防止短路或過載問題，同時也可以作為線路的轉換和斷開工具。然而,值得注意的是,小型斷路器并非適用于所有場合。在那些需要更高短路切斷能力的場合,如大型配電柜(如XL、GCK、GGD 等),則并不適用。

在實際操作過程中，部分制造商傾向于在具有超過10kA 分斷能力的高壓配電柜(如XL 和GGD)中安裝微型斷路器。然而，這些設備主要被用于作為主開關的分閘電源以及配電室的照明系統，這種應用方式隱藏著潛在的安全隱患，可能會導致嚴重的問題。經研究發現大多數供電區域都采用了至少630kVA 的變壓器容量，其額定的電流表現為：

同時，在進線柜電流方面，應當選擇GGD 柜（1000～1600A）。

其中，在考慮電力系統中的變電所時，設想其配備了S9-630/10型號的變壓器，該設備具有4%的Uk 值，運行模式為Dyn11，且其高電壓端口具備100MVA 的短路能力。變壓器與低壓配電柜之間的距離通常十分接近，通過銅排連接，長度大約為5m，TMY-3（80×8），對靠近變壓器的配電柜的短路電流進行計算：

歸算至400V 側，高壓系統電抗計算每相阻抗為：

在ΔPk=5120W，Dyn11，S9-630/10型的變壓器中，計算變壓器每相阻抗為：

計算銅排每相阻抗為：

總線路電阻計算為：

計算三相短路時的電流為：

據此能夠了解到：當變壓器的輸出部分出現短路現象時,通常會引發巨大的電流涌現，即使考慮了變壓器自身的阻抗和線路損失,短路電流仍然可能超過10kA。在高電流環境下,小尺寸的斷路器可能會面臨無法迅速切斷的問題,從而可能引發二次故障,進一步擴大事故的影響范圍。此外,小型斷路器還可能對變壓器本身造成損害，對于是否采用小型斷路器,低壓配電柜的選擇至關重要,尤其是設計和制造團隊的技術專家需要對斷路器的技術參數是否符合規定有深入的了解,并能夠針對不符合規定的部分提出改進意見。

5 成套開關設備應用小型斷路器問題的解決建議

5.1 使用低壓熔斷器

在電力供應過程中，通常使用的是GGD 型低壓進線柜，負責管理進入的高壓開關電源以及配電房的照明系統。為了滿足用戶的便捷性需求，設計團隊經常會在GGD 進線柜內安裝一個小巧的斷路器。該斷路器被連接到柜子主開關的進線端，以確保配電房照明的正常運行。然而，當斷路器因外部絕緣力的破壞、高電壓擊穿或絕緣老化而引發短路時，可能會導致電流超過10kA，使得小斷路器無法切斷電源，從而引發電力事故，操作方式與GB7251.1標準的成套開關設備的使用規范相悖。因此，從安全的角度出發，必須更加注重低壓熔斷器的運用，例如，推薦采用圓柱形的RT14系列斷路器，或是便于更換的NG125型、S800型斷路器，從而達到50kA 以上的分斷能力，為可靠性以及安全性供電做出有力的保障。

5.2 線路檢修

針對成套開關設備以及小型斷路器的線路進行檢修的過程中，相關人員主要是對其中是否潛在異常情況予以細致觀察。例如，在斷開小型斷路器之后，相關人員應當對其進行觀察，是否出現不正常的放電聲音，一旦發現異常情況，必須及時向安全管理部門上報，待檢修合格后，方可實施相應操作。在此期間，電源支路與每一條引出線只可經過1臺小型斷路器，或者2組母線隔離開關，隨后，在2組母線上分別連接。采取此種形式，可以提高母線運行效果，使日后的順利化、安全化運行有所保證。同時，相關人員在檢查線路時，還需注意以下兩點：第一，在正常供電狀態不受影響的情況下，相關人員需仔細檢修成套開關設備與小型斷路器的每條母線；第二，相關人員在維修母線側開關的過程中，應分析影響此開關運作的各類因素。如果運行期間，出現母線故障問題，需即刻向另一條母線轉移，使開關設備與斷路器能夠在安全、穩定的環境下運行。

5.3 防誤動檢查

安裝成套開關設備以及小型斷路器期間，極有可能會面臨外部因素的影響，在此過程中，如果相關人員缺乏合理性操作，將會使二者之間發生問題，增加安全事故的發生概率。由此可見，為避免發生此現象，需要對運行成套開關設備以及小型斷路器的順利性、有效性予以保證，相關人員必須進行全面、細致地檢查。同時，想要避免運行時發生誤動問題，在安裝刀閘期間，必須嚴格遵循相關流程，且在完成安裝后，認真核查其他部位，若發現有誤動作存在，應及時核查成套開關設備以及小型斷路器的所處部位，確認無誤后，方可實施后續的操作。此外，想要減少開關設備帶負荷拉、合問題的發生，需將小型斷路器閉鎖。若閉鎖設施有故障問題，或接地刀閘無法正常工作，則需與閉鎖要求相融合，核查刀閘與小型斷路器之間的位置，確定無問題后，方可將鎖定解除。

5.4 接觸件過熱維修

相關人員需及時處理接觸件過熱問題。第一，在對成套開關設備和小型斷路器的維護過程中，需要在保證隔離效果的同時，對開關操作流程進行優化，包括通過螺母進行固定以提高穩定性。還需要對接線端子的接觸面進行精細的拋光處理，去除所有附著的雜質，并在其表面涂抹適當的導電油脂，從而有效地減少過熱問題的發生概率。第二，需檢查成套開關設備的底座，若發現有松動或高速旋轉問題，應及時維修，并且及時更換破損的銅帶，提高連接的可靠性，以免因接觸件過熱而發生安全事故。第三，檢修動、靜觸頭接觸面期間，除了需要對表面的光滑度、整潔度有所保障，還需對接觸表面定期更換，避免成套開關設備與小型斷路器發生局部放電閃絡現象。此外，還需要仔細檢查并夾緊彈簧支座，處理松動問題，提高設備運行的安全性。

6 結語

綜上所述，在成套開關設備及小型斷路器的應用過程中，相關人員必須對現場實際情況進行深入化、綜合化分析，了解并掌握使用小型斷路器時潛在的問題與局限之處，從而優化利用，充分發揮小型斷路器保護電源、自動修復故障以及故障記憶等價值作用，實現小型斷路器功能、性能的日益完善，切實降低發生成套開關設備故障的概率，為各項工作的順利進行保駕護航。