熔断器和断路器的比较.ppt

电气设施保护,溯高美电气公司 工业开关与保护系统,电是致命的 每年仅在英国 就有数百起工作事故是由电击或电灼烧造成的，其中大约三十例是致命的。,电气设施保护: 这是您的责任,给线路重新通电是一个重大危险源 给一个被电路保护器切断的电路重新通电是一个重大的危险源，在没有确认可以对设备及电路进行安全通电之前，不要轻易将断路器合闸或更换熔断器。 无论是使用熔断器还是断路器，操作都应由接受过严格而正规训练的人员进行。,OSHA 职业安全健康管理局 是美国一家主要的联邦政府机关，其任务是以法律手段来加强对职工健康和安全的保障,除了丧失生命，还要损失财产 除了职工伤亡，企业还会遭受由更换设备，停机等造成的经济损失。 这就意味着，采用安全可靠的电气设施, 并进行充分的风险评估，不仅是一项道义责任，而且是财政和法律责任。 为高级安全保护推荐最好的解决方案是您和我们的责任。,为了工作安全，必须进行风险评估和维修保养 只有通过风险评估才能制定各项预防措施以保证工作安全。 为防止危险事故发生，所有的电气设施，器件都应由专业人员定期进行保养, 检查 和 测试。 这些设备应自始至终在安全的条件下运行。,开关设备必须由受过训练的专业人员来操作 开关设备须由专业人员来操作, 他们也被称为 “ 授权人” 。但有的用户不具备这样的专业员工，他们就把开关的操作和维修保养工作全部承包出去。这种做法是不妥当的，拥有自己的专业人员是解决问题的唯一途径。 HSE（健康和安全委员会）出版物：电气开关安全保障,上图是用高速数码录像机在测试时拍下的镜头，它显示了操作失误或使用不当可能会造成的爆炸形势。,这本册子的目的在于帮助行业顾问和最终用户选择最合适的电气保护器件，并了解在选择，使用和维修保养低压设备中所承担的责任。,OSHA 1910.334 : 在电路保护系统动作后，重新接通电路 “当线路被电路保护器切断后, 在没有确认可以对设备和电路进行安全通电之前，不可以重新为该线路 进行人工通电。 禁止对断路器进行反复人工合闸或通过更换熔断器而重新接通线路”,熔断器: 一个毋庸置疑的解决方案 一个多世纪以来，熔断器一直被用来作过电流保护。 今天的熔丝具有很强的分断能力和限流作用，经常被用于电力供应和工业网路，起着过载保护和短路电流保护的作用。,两种选择: 熔断器或断路器,两种方案都有其优势 在大多数应用中两种技术同优。选择哪一种往往取决于用户对电气设施的了解和对保护器件特性的掌握。 正确的选择可以提高能源的利用率，并能改善电气设施的安全性和可靠性。,熔断器和断路器，哪个是线路保护的最佳方案？这一直是个争论的话题。 两种器件性能都很好，在许多应用上两者各有其优势。 在这些情况下，选择经常出于习惯或个人偏好。,目录: 能源利用率 - 一个产品, 一个方案 4 怎样将故障损失降到最小: 选择性和级联保护 5 - 电动机保护和二型协调 6 安全性和可靠性 通过维修保养来消除威胁人员和设施 安全的隐患. 8 -熔断器加开关，开关与保护的恰当组合 性能 - 短路保护 . 10 - 过载保护 . 11 电气设施保护 - 熔断技术 . 12 - 断路技术 . 13,断路器, 另一种途径 从五十年代初，断路器逐渐发展成为一种有效的替代保护器件。 多年来，断路器生产商竭力排除熔断技术，以至于今天断路器在一些国家拥有很大的市场。,习惯和偏爱 :,形势转变 断路器取代熔断器的形势趋缓，而在许多情况下，熔断保护成为首选方案， 尤其在重工业， 电动机保护等方面。 世界大多数公共事业采用熔断器来保护配电网。,小型断路器适用于负载保护 断路器可在故障后再合闸，其操作简便，适于家用或类似家用保护。在配电终端，电气故障会由过载（锅炉或其他加热器过多）或其他产品的连接方式不当而引起。因此选用小型断路器作为这一侧的保护比较合适。,能源利用率是问题的关键 一个可靠的系统首先应是一个能避免故障的优质系统。 在设计和安装电气设施的不同阶段都应考虑质量问题设计的质量，产品特性，各部件的质量 (保护装置等)，及时查出 并清除隐患，以确保设施的安全运行。,能源利用率的高低对企业的竞争力有越来越重要的影响。因为供电故障会降低产量，并造成某些功能的停滞如照明，取暖，电梯等，所以对电气设施的设计必须达到把故障损失和不良影响降到最低的目的。,能源利用率,一个需求, 一个方案,在配电保护上，熔断器更有优势 配电盘上的保护器会在故障（电缆损坏，维修后的短路）或系统缺乏选择性时启动。 之后设备必须被检修。在系统的这一阶段短路电流强度很大，故障后再合闸会对系统造成严重损害。 熔断器具有很强的分断能力和无比的可可靠性，更适于这一侧的保护。,更换熔断器，确保100%安全有效 与断路器动作后可再合闸的性能不同，熔断器在熔断后必须进行更换。新换上的熔断器保持原有性能，保护系统依然100%安全有效。,断路器可被合闸多少次 根据断路器的特性而定, 也要考虑到以下因素：每次故障发生后的检修是否必要，在没有进行维修的情况下故障断路发生的频率。 合闸还是更换?,能源利用率的高低对企业的竞争力有越来越重要的影响。因为供电故障会降低产量，并造成某些功能的停滞如照明，取暖，电梯等，所以对电气设施的设计必须达到把故障损失和不良影响降到最低的目的。,给断路器再合闸不等于排除故障 如果配电系统的一个保护器启动了，在故障部分未被查明并切除之前，不能重新启动设备。但在此期间，可更换熔断器或检修断路器并重合闸。,能源利用率,一个需求, 一个方案,保护器还能 100% 保证安全吗?,分断能力, Icu 和 Ics (IEC 947-2) Icu (极限短路分断能力) lcu (kA 有效值)是断路器可切断的最大短路电流。它是经一定的标准试验程序来验证的。 它的试验程序是分断合闸立即再分断。 通过这一试验程序, 断路器不得有危险性。这个特性还要由一个特定额定电压Ue来决定 Ics (额定运行短路分断能力) lcs (kA 有效值) 由生产厂家给定，表达形式为Icu的百分数。 这一性能非常重要，它指出了断路器在连续切断三次短路电流以后的正常工作能力。,时间 (秒),电流,选择性局限 = 部分选择性,只有熔断器具有完全选择性，且不受短路电流的限制。 一个保护器件，如果只有当短路电流达到某一值时，它才发挥选择性，我们称它为部分选择性。对断路器来说，如果想判断它们对每个线路是否有选择性，就必须要对短路电流强度进行研究。 而熔断器就不受短路电流的制约，它们具有完全选择性。只要电路中上下游的熔断器之比为1.6，它们就能发挥选择性。熔断器在电流达到一定强度时会切断电路。为此，额定电流低的熔断器所需的能量少于额定电流高的熔断器，这一原理保证了它门的完全选择性。,熔断器的选择性与其品牌无关 熔断器的熔断和限流特性曲线是根据IEC 60269 国际标准制定的，也就是说熔断器的品牌对它的选择性没有直接意义。比如拿一个其它牌子的熔断器来替代溯高美的熔断器，其选择性不会改变。 但断路器则不同，只有同一厂家而且是同一批的产品的选择性才一致。,使用熔断器就不需要采用级联保护 级联保护的目是通过采用一个短路分断能力低的廉价断路器来节约成本。 当电流强度介在两个断路器之间时，上游断路器对下游有保护功能，因此可选用廉价的短路切断能力低的断路器作下游保护。 而熔断器不需要级联，因为即使最小的熔断器也具有很高的分断能力：NFC 和 DIN 熔断器的分断能力可达100kA (有效值)，BS可达80 kA, UL熔断器 可达200 kA 。,断路器 选择性或级联保护只能由生产厂家通过实验数据来决定。,能源利用率,怎样将故障损失降到最小: 选择性和级联保护,熔断器 达到完全选择性的条件是上下游熔断器之比为1.6,Isc,配电系统应具有选择性，其目的在于只将故障部分从配电网络切除，尽可能缩小停电范围。 如果配电系统元件的参数匹配不合理，一个故障会启动多个电路保护器, 造成网络中大部分无故障区域停电。,X 1.6,上游断路器 D1保护下游断路器D2。 D2的分断能力低于短路电流强度。,断路器: 选择性的时间限制 一个提高断路器选择性的方法是延迟上游断路器的启动。这个方案基于所有上游断路器的分段时间均在20秒以上。这就缺乏电流限制。一旦出现故障，上下游保护器之间的装置就要承受全部短路电流及其带来的强热和电动力应力。,时间与选择性 上下游断路器之间的设备需要承受全部短路电流。,时间,电流,当今的高科技商业基地和工业制造厂家都具有昂贵的电动机和启动器，为此必须具备合适的保护装置。高效，高产量和工作安全是首要考虑的问题。为了把计划外的停机降到最低，就必须具备最优秀的保护产品。,熔断器提供最好的短路保护 电动机绕组绝缘功能的劣化会导致短路。在维修过程中的错误连接可能会造成这种劣化。 熔断器和断路器都可起到短路保护的作用。但短路限流作用强的器件保护电动机起动器的效果更好。,能源利用率,电动机保护和配合类型2,过载是故障的首要原因 过载的原因有以下几种: - 电气故障 (断相，电压超限等) 机械故障，扭矩过大或电动机受损, 起动时间过长. 95%的故障都是由过载引起的。 热继电器监测过载 发生过载后，过载保护器的启动时间与电流有关，电流越大，过载部分断开得越快。 保护功能由以下设备提供： 带接触器或断路器的热过载继电器 - 电子继电器 - 集成热保护装置用来保护驱动器或电动机起动器等电子设备。,所有的现代化热继电器都有监测断相的功能 断相会造成电动机过热。以下设备有断相保护功能： - 断路器 带接触器的热继电器。所有现代化热继电器都 可提供差动保护 带熔断监测的熔断器 (电弧或电子监测),电动机起动器的保护 所有的电动机起动器都具备过载，短路，带载切断和隔离的保护装置。 这些设备可以是独立的部件，比如一组熔断器或一个塑壳断路器，一个接触器和一个热过载继电器。,电动机供电线路拥有多个开关装置或控制设备, 对这些元件的参数必须进行合理匹配才能保证电动机的正常运行。,热继电器监测过载和断相,电流,时间,两种配合类型 配合类型1 在故障时为人员和设施提供保护， 但不能直接限制起动器可能会遭受的损害。 电动机起动器可能被损坏。 配合类型2 附加了对起动器的保护功能，机器的停机时间会减少。 电动机起动器不得被损坏。,为了避免故障必须对各部件的参数进行合理匹配。需要考虑的因素有：电缆和设备过热会引起火灾，开关设备的触头熔焊会造成开关失灵，对以后的使用带来危险。 配合的主要目的是保证电动机起动器安全地承受所有级别的故障电流，配合类型是根据 IEC 947-4 国际标准而制定的。,与断路器相比，熔断器的允通电流低，可允许使用较小的接触器，尤其在电压大于415伏时。,能源利用率,电动机保护和配合类型2,只有高速熔断器才能对电子设备提供保护 目前，工厂都采用软启动器和驱动装置。但在对这些灵敏设备的保护上会出现很多困扰. 高速熔断器是唯一能为电子电动机控制器提供良好保护的器件。 普通熔断器和断路器都不能保护电子产品。,高速熔断器可使短路电流和电能显著下降，为电子元件提供有效的保护。,配合类型2 现已成为一个工业标准 它保证系统在故障后可安全，快速且有效地重新启动。熔断器的限流作用很强，这就使系统容易达到配合类型2的要求。电动机起动器会遭受不同程度的故障影响，从小量过载到高强度短路电流 。,熔断器保护通常允许使用较小的接触器 接触器和热继电器的短路耐受性与机体的大小有关。 与断路器相比，熔断保护器件的允通电流小，通常允许使用较小的接触器,熔断器的启动快 (几个毫秒)，这使它具用很强的短路限流功能,高速熔断器是保护灵敏设备的必需品 (驱动器, 不间断电源),熔断器不需维修保养 熔断器的基本工作原理是在电路中嵌入脆弱的熔丝。仅一个过电流就可使熔丝崩溃以保护电路中其它部件。 熔断器是静态保护装置，整个产品是密闭的。即使是在最繁杂的环境而且没有维修和保养的条件下，熔断器也可对电路进行长效而可靠的保护。熔丝的反应是按照物理规律和能量学原理而进行的，因此，只要电路已出现故障，熔断器就会断开。,应对断路器作周期性检测 断路器是机电产品，应按生产厂家所指定维护程序，对其进行周期检测。如果断路器没有被正规地保养和测试，它的启动和分断能力，保护元件的能力以及整个电气系统的安全都无法保证。,短路后，你能保证电气性能吗？ 故障后，断路器可被重新合闸而熔断器则需更换新的。不过一旦故障排除，新换上的熔断器保证系统与故障发生前一样可靠。 故障后，断路器的触头会如何? 在操作人员合闸之前，它工作了多长时间？,熔断器不存在老化问题 熔断器和断路器的老化问题关系到保护器的寿命。熔丝会发生热老化，这有可能对过载区的熔断产生影响。尽管如此，这种老化不会降低熔断器的可靠性和安全性。 像断路器这样的机械性设备，出现故障的风险随着老化程度而增加，因此需对产品进行评估，以制定应采取的措施。,工作环境的安全与我们息息相关。近年来随着一套完整的法律法规的建立，它的重要性更加提高。为防危防患，电气设施必须定期由专业人员对其整体及各部件作维护,检查和测试 。一个有效的服务计划可以减少停机*时间。,无论使用熔断器还是断路器，操作人员都应是受过正规训练的。,故障排除后，新换上的熔断器保证系统与故障发生前一样可靠,Multi operations, can the circuit breaker still be trusted.,安全性和可靠性,通过维修保养来消除威胁人员和设施安全的隐患,熔丝盒可储存短路时释放出的能量 短路时，断路器会分闸。这时它的触头间会产生电弧， 并有电离气体蔓延出来。涌出的热气不得对周围的设备有危险。,短路过程中释放出的能量被储存在密闭的熔丝盒里,灼热的电离气体有可能损坏其它部件。,熔断器的安全更换 现代化的熔断器开关考虑到双切断和上下游断路的要求，熔断器与电源侧和负载侧都充分隔离，确保熔断器的更换可在安全的条件下进行。,熔断器组合开关具有以下功能: 完全可视的隔离，重负荷工作模式, 电动机负载可达AC23, 630V 起到对过载和短路的保护作用,Multi operations, can the circuit breaker still be trusted.,熔断器可被移开，从而使供电电路的断开为可视的。 在维修保养时，熔断器可从组合开关上被取下来。断路器和其它开关都是按国际标准设计的 (IEC947)，这已经保证了当开关手柄处于分闸位置时，触头都是断开的，但操作人员还是喜欢亲眼看到电路确实断开，这样他们才会更放心。,分离功能为其最佳特性 现代的熔断器组合开关具有以下功能: 安全隔离 按照IEC 60947-3 (BS EN 60 947-3)国际标准的规定, 当组合开关处于断路位置时，它每极上的接触点保证都是断开的。 熔断器提供过流保护。开关从不会在短路时断开，这就保证了绝对的隔离。 触点的强制断开由正面操作机制来完成。 带载切断 每一极的切断不受操作者动作速度的影响。快速断开闭合触点的性能可有效切断最繁重的负载模式 (AC 23 A, 690 V).*,安全性和可靠性,熔断器加开关- 开关与保护的恰当组合,断路器的断路容量受电压的影响 当电压升高时，大多数断路器的断路容量会显著下降。 通常，在电压为690伏时的断路容量要比在400伏时小30%。有的断路器的断路容量在电压在400伏时为100 kA，但在690伏时容量还不到20 kA 。 熔断器的断路容量就不受电压的影响。,熔断器 : 短路保护的最佳方案 熔断器和断路器都有短路保护功能。 但熔断器的优势在于它的限流作用很强。故障电流还没来得及达到最高值时就已经被熔丝切断。对电流和能量的限制性强是熔断器的一个重要特性，它能够为电气设备，电缆及电动机等提供安全保护，避免它们在短路时遭受电动力和灼热的侵蚀。,短路电流可能会比正常工作电流高几百倍。 如果不能在几毫秒内将其切断，就会对设备造成严重损害： 金属熔化，气体电离，产生电弧甚至引起火灾。 同时它也会对电缆和各种设备产生巨大的电磁场应力。,短路电流在不到 5 毫秒的时间内就被限制住了,能量越高熔断器响应得越快 熔断器的断路时间遵循物理规律，能量越高，熔断器启动得越快。 断路器是机械器件，它的断路时间受脱扣机构的惯性影响。因此当短路电流升高时，断路器的断路时间仅会轻微缩短。一些“新型”断路器利用故障时产生的能量来提高断路速度，但这样做会损害它们在故障程度低时的分断特性。,所有工业用熔断器的断路容量至少可达80kA 保护器件必须承受得住短路电流带来的摧毁性的能量。如果故障电流超过保护器件的断路容量，器件就会被损坏, 从而加重了损失程度。 所有NF或DIN熔断器的断路容量可达100kA (有的可至120kA). BS型的也有80kA, UL型熔断器的断路容量可达 200kA. 有些断路器也具有很高的断路容量，现代产品还具有限流作用。但不同断路器间的断路容量差别很大，从3kA到100kA不等，因此在选择这些产品时要慎重。,保护器件的断路容量受电压的影响,熔断器: 故障电流越大段路速度越快。,性能 短路保护,短路限流作用强是电气设施有效保护的一个必要条件,时间,电流,电流 (kA),电压,对断路器的选择要慎重,使用比最小尺寸宽一号的电缆会很快带来收益 安装仅比规定的最小尺寸宽一号的电缆就可提高能量效率。这一简单的技术可很快带来回报。 通过在新设施上加大电缆尺寸, 工程师或承包商可向客户证明这确实是一个节约费用的方案，并其这个做法还会降低发热，减轻电压骤降并能提高设施的灵活性。 当然，在设施安装过程中还有考虑许多其它因素。但对大多数新的安装来说，设施所需的人工耗资和导管费用已大大超过电缆的成本，加宽电缆的费用会在不到两年的时间内得到自动补偿。,当今的经济气候迫使公司的财政决策者尽力寻找节约每项成本的机会。有的为了节约投资而购买最廉价的设备，但一经投入使用，这些产品会耗费相当大的运行费用。做最小的投资不是真正的节约,使用最小尺寸的导线不是最经济的做法 有关章程规定了导体的最小尺寸以保证热安全性， 但考虑到电力电缆在使用中的能量消耗，这一尺寸不是最经济的。 目前，新的费用政策会要求安装最小的规定尺寸以把投资降到最低， 但这一方法会带来损失。 用于断路器的电缆往往比熔断器的小。,电缆越小，功率损耗越大 在近期的全球经济滑坡之前，人们的一惯做法是采用比推荐的最小值宽出两个标准尺寸的电缆，以备日后需要量增加。由于电缆是在低于其额定温度的条件下工作的，其功率消耗小，并且使用寿命得到延长，故而用户可直接从中受益。,额外费用 用于废热排除的费用比电缆功率损耗高出两倍多。现代化的办公室和工业厂房耗电量大，全年大部分时间需使用空调设备来排出多余热量。 这一费用不得不被考虑进去。,节省成本,计算一个电气设施的实际费用，必须考虑到几年来铜的需要量和耗电量，还要加上功率损耗。,举例说明： 一根截面为16 mm2 的电缆的额定电流为109A，可在 90C温度下工作，但超过100米时，电压会下降 30 伏以上，功率损失达3.5千瓦。如果电的单位价格是0.05英镑，为此而损失的费用每年可达1500英镑。如果使用截面为35 mm2 的电缆 ，损失可以减半。,性能 过载保护,费电而且降低设备的使用寿命,经济的电缆尺寸,熔断器可对电缆进行过载保护 低压gG型熔断器对电缆可起到过载和短路保护。电缆过流保护的选择规则是根据国际电线标准 IEC 60364来制定的，这是针对电气设施而定的标准。,电流,电气设施保护: 熔断器技术,熔断器的工作是遵循物理规则的 当电流经过熔断器时，熔丝电阻会发热。如果电流低于熔断器的额定电流，熔断器会持续带电流, 其内部温度不会达到熔断器的熔断温度。在过流状态下，熔断器内部温度升高，生成的热能大于散发的热能。熔断器是否会熔断以及熔断时间与过电流强度和过流状态持续的时间有关 。熔断器是遵循IEC 269标准生产的。,过载: 熔断器内部温度升高， 被校准的熔丝开始熔化。,短路 负责短路保护的部分熔丝蒸发并开始起弧。,这一曲线显示了电流与熔丝熔断时间的关系。 时间-电流特性曲线是根据 IEC 269标准制定的。,熔断器工作原理,释放出的能量被器件内的石英碎粒所吸收。 并被储藏在熔丝盒里。,短路时，熔丝会在特定的能量下快速熔化/蒸发。但这一能量值要低于故障时产生的能量总和。 熔断器的动作快，限只短路电流作用强，因此它可以对各种不同程度的故障提供合适的保护。,定义: 预期短路电流 缺乏短路限流作用时，短路电流可能会达到的强度 断路容量 这是熔断器在特定的工作电压下可切断的预期短路电流值。 . 熔断器的允通电流 这是短路电流被快速限流器作用后，电流通过熔断器的真实值。,举例: 一个有效值为100kA的预期短路电流，其峰值可达 200 kA 。 一个630A的熔断器可以限制峰值为50kA的短路电流, 这是通过熔断器的真实电流值 (熔断器的允通电流)。它占预期电流值的 35%。,弧前时间 (0 - t1) 这是电流使熔丝达到熔化前的蒸发点所需的 时间。弧前时间与配电网的电压无关。 燃弧时间 time (t1 t2) 从第一个电弧产生的瞬间起到所有极电弧最终熄灭的瞬间止的时间间隔。 熔断时间 (0 - t2) 弧前和燃弧的时间总和。,预期短路电流,允通电流,毫秒,kA,0,将这一区域范围减半,截止电流,t1,t2,电气设施保护: 断路器技术,接触技术 需要提及的与使用材料和接触面有关的两个物理因素： 接触电阻 接触电阻必须尽可能小，以减少接触点的发热。温度的升高会加重电离现象。 在高电流状态下，接触端生成的热量会超过其散热能力。为避免熔化和预防触头熔焊，必须使用特殊材料 (银合金) 触头排斥 流线间的相互磁性作用会使触头间产生斥力 (约是额定电流的30倍)。 触头分断会产生电弧，弧电压与弧的长度有关。 触头受惯性影响，快速分离触头时，动作一定要尽可能轻，尤其短路电流强，斥力更大。,断路器的主要三种基本类型 1. MCB, 微型断路器,. 额定电流可达125A. 断路容量通常低于10kA 适于家用和小型商业使 用，靠近负载侧 2. MCCB, 塑壳断路器 额定电流在100 到 1600A 之间 断路容量介于36 和 150 kA 用于配电和电缆保护等 3. ACB, 空气断路器 额定电流在800 到 6000A 之间 断路容量可达150 kA 位于主配电盘的输入端，发生短路时它们必须保持接通， 而由下游断路器去清除故障。它们的动作是延时的。,断路器是连接设备，它能接通，分断承载线路正常或异常电流，只要电流强度小于其极限短路分断能力 Icu (依据 IEC 60947-2标准)，断路器就可正常工作，而不受电流影响。 断路器的主要功能是切断由短路或过载而引起的过电流，但如果运行需要，通过借助外电源，断路器也能切断 “正常 ”和过载电流。,脱扣单元: - 热磁脱扣单元: - 在过载状态下，脱扣由热机械设