控制与保护开关及相关知识介绍_图文

1、低压电器及SDMK1系列控制与保护开关1.1断路器低压断路器的主要作用就是分断短路电流。1.1.1低压断路器的分类低压断路器分为万能式断路器和塑料外壳式断路器两大类,目前我国万能式断路器主要生产有DWl5、DWl6、DWl7(ME、DW45等系列,塑壳断路器主要生产有DZ20、CMl、TM30等系列。按灭弧介质分,有空气式和真空式。按结构形式分,有万能式、塑壳式(装置式和小型模数式。按安装方式分又可分为固定式、插入式和抽屉式等。人们比较习惯,也比较多用的是按结构形式分为万能框架式、塑壳式和模数式三种。根据断路器在电路中的不同用途,断路器被区分为配电用断路器、电动机保护用断路器和其他负载(如照明

2、用断路器等,按功能分:万能式空气断路器、塑料外壳式断路器、限流式断路器、直流快速断路器、灭磁断路器,用于发电机励磁电路保护、漏电保护断路器,用于人身触电保护1.1.2低压断路器的结构断路器都是由本体和附件组成。本体是不带任何附件,但能确保顺利合、分电路,并且有在电路或设备发生过载、短路等事故时,自动切断故障的功能,而附件作为断路器功能的派生补充,为断路器增加了控制手段和扩大保护功能,使断路器的使用范围更广、保护功能更齐全、操作和安装方式更多。目前断路器附件已成为断路器不可分割的一个重要部分。但附件并不是越齐全越好,这就要根据具体的控制线路和保护线路来合理地应用附件,避免造成不必要的浪费,同时要

3、分清电压等级,交流或直流,辅助触头的对数等,如应用不当,不但不起保护作用,而且还会造成很大的经济损失。下面对断路器的附件功能和应用进行分析,使用户在应用断路器附件时有所帮助。 1.1.2.1内部附件1.辅助触头;与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头,主要用于断路器分、合状态的显示,接在断路器的控制电路中通过断路器的分合,对其相关电器实施控制或联锁,例如向信号灯、继电器等输出信号。万能式断路器有六对触头(三常开、三常闭,DW45有八对触头(四常开、四常闭。塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头,225A及以上为桥式触头结构,约定发热电流为3A;壳架等级额定电流400A及以上可装两

4、常开、两常闭,约定发热电流为6A。操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。2.报警触头:用于断路器事故的报警触头,且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作,主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣,报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置,接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等,显示或提醒断路器的故障脱扣状态。由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多,因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。报警触头的工作电流一般不会超过1A。3.分励脱扣器:是一种用电压源激励的脱扣器,它的电压可与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70%

5、-110%之间的任一电压时,就能可靠分断断路器。分励脱扣器是短时工作制,线圈通电时间一般不能超过1S,否则线会被烧毁。塑壳断路器为防止线圈烧毁,在分励脱扣线圈串联一个微动开关,当分励脱扣器通过衔铁吸合,微动开关从常闭状态转换成常开,由于分励脱扣器电源的控制线路被切断,即使人为地按住按钮,分励线圈始终不再通电就避免了线圈烧损情况的产生。当断路器再扣合闸后,微动开关重新处于常闭位置。但万能式DW45产品在出厂时要由用户在使用时在分励脱扣器线圈之前串联一组常开触头。4.欠电压脱扣器:欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时,使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器,当电源电压下降(甚至缓慢下降到额

6、定工作电压的70%至35%范围内,欠电压脱扣器应运作,欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35%时,欠电压脱扣器应能防止断路器闭全;电源电压等于或大于85%欠电压脱扣器的额定工作电压时,在热态条件下,应能保证断路器可靠闭合。因此,当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时,能自动断开断路器切断电源,使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时,欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧,欠电压脱扣器通电后,断路器才能合闸,否则断路器合不上闸。1.1.2.2外部附件1.电动操作机构,是用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件,电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种,电动机操

7、作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器和万能式断路器,电磁铁操作机构适用于塑壳断呼器壳架等级额定电流225A及以下断路器,无论是电磁铁或电动机,它们的吸合和转动方向都是相同,仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分,断路器在用电动机构操作时,在额定控制电压的85%-110%之间的任一电压下,应能保证断路器可靠闭合。2.释能电磁铁:这种释能电磁铁适用于万能式断路器有电动机预储能机构(由电动储能机构使它的操作弹簧机构储能。当用户按下按钮,电磁铁线圈激励后,电磁铁闭合使储能弹簧释放,断路器合闸。3.转动操作手柄,适用于塑壳断路器,在断路器的盖上装转动操作手柄的机构,手柄的转轴装

8、在它的机构配合孔内,转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔,旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头,把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上,这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动,来确保断路器的合闸或分闸。同时转动手柄能保证断路器处于合闸时,柜门不能开启;只有转动手柄处于分闸或再扣,开关板的门才能打开。在紧急情况下,断路器处于"合闸"而需要打开门板时,可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。 4.加长手柄:是一种外部加长手柄,直接装于断路器的手柄上,一般用于600A 及以上的大容量断路器上,进行手动分合闸操作。5.手柄闭锁装置:是在手柄框上装设卡件,手柄上打孔然

9、后用挂锁锁起来。主要用于断路器处于合闸工作状态时,不容许其他人分闸而引起停电事故,或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时,以防被人误将断路器合闸,从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。1.1.3接线方式断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式,用户如无特殊要求,均按板前供货,板前接线是常见的接线方式。1.1.3.1板后接线方式板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器,不必重新接线,只须将前级电源断开。由于该结构特殊,产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉,需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用,因此安装时必须引起重视,严格按制造厂

10、要求进行安装。1.1.3.2插入式接线在成套装置的安装板上,先安装一个断路器的安装座,安装座上6个插头,断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓,安装座预先接上电源线和负载线。使用时,将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了,只要拔出坏的,换上一只好的即可。它的更换时间比板前,板后接线要短,且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此目前我国的插入式产品,其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧,并应将断路器安全紧固,以减少接触电阻,提高可靠性。1.1.3.3抽屉式接线断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的,

11、在主回路和二次回路中均采用了插入式结构,省略了固定式所必须的隔离器,做到一机二用,提高了使用的经济性,同时给操作与维护带来了很大的方便,增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座,可与NT型熔断路器触刀座通用,这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。由于分励脱扣器、欠电压脱扣器,电动操作机构和闭锁电磁铁具有不同的电压等级和交流、直流不同的电源,用户在订货时加以说明,同时用户在选用时不可能用单一的附件,如需两台断路器电气联锁(当一台合闸时,另一台必须分闸则可选用辅助触头和分励脱扣器或电动操作机构,在进行板前和板后接线时一定要把螺钉紧固,以免烧坏断路器。交流断路器用于直流电路1.1.4交流断路

12、器可以派生为直流电路的保护,但必须注意三点改变:1、过载和短路保护。过载长延时保护。采用热动式(双金属元件作过载长延时保护时,其动作源为I2R,交流的电流有效值与直流的平均值相等,因此不需要任何改制即可使用。但对大电流规格,采取电流互感器的二次侧电流加热者,则因互感器无法使用于直流电路而不能使用。如果过载长延时脱扣器是采用全电磁式(液压式,即油杯式,则延时脱扣特性要变化,最小动作电流要变大110%140%,因此,交流全电磁式脱扣器不能用于直流电路(如要用则要重新设计。短路保护。热动电磁型交流断路器的短路保护是采用磁铁系统的,它用于经滤波后的整流电路(直流,需将原交流的整定电流值乘上一个1.3的

13、系数。全电磁型的短路保护与热动电磁型相同。2、断路器的附件,如分励脱扣器、欠电压脱扣器、电动操作机构等;分励、欠电压均为电压线圈,只要电压值一致,则用于交流系统的,不需作任何改变,就可用于直流系统。辅助、报警触头,交直流通用。电动操作机构,用于直流时要重新设计。3、由于直流电流不像交流有过零点的特性,直流的短路电流(甚至倍数不大的故障电流的开断;电弧的熄灭都有困难,因此接线应采用二极或三极串联的办法,增加断口,使各断口承担一部分电弧能量。1.1.5低压断路器的主要技术参数1、额定电压 断路器在电路中长期工作时的允许电压值。2、断路器额定电流 指脱扣器允许长期通过的电流,即脱扣器额定电流。3、断

14、路器壳架等级额定电流 指每一种框架或塑壳中能安装的最大脱扣器的额定电流,这就是过去常称的断路器额定电流。4、断路器的通断能力 指在规定操作条件下,断路器能接通和分断短路电流的能力5、保护特性 指断路器的动作时间与动作电流的关系曲线。1.2 DCS系统DCS是分散控制系统(Distributed Control System的简称,国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(Computer、通讯(Communication、显示(CRT和控制(Control等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组

15、态方便。 1.3工业以太网及终端设备工业以太网是一种用于工业企业用基带局域网规范,它是一种通信协议标准。要是实现网络的互通就离不开现场总线。现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化,双向.多变量,多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面:现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络。现场总线是一种造价低、可靠性强并适合工业环境使用的通信系统。传统的通信系统需用多芯电缆让数据并行传送,而现场总线仅需要一根双芯电缆,使布线非常简单,减少了安装维护费用。现场总线按国际标准采用统一的通信规范,因而它具有很好的互换性和互操作性,它是与生产厂商无关的系统,各种现场设

16、备只要按这种规范和协议生产都可以在网络上使用。现场总线生产工厂能提供现场总线各种标准部件,包括接口、各种中间继电器、电缆、模块化I/O站等等,大大方便了安装和维护,即特即用,适合于现场设备分散布置的特点。国外许多大公司近几年都发展了可通信低压电器产品。1.3.1以太网的拓扑结构1.3.1.1总线型所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高,不易隔离故障点、采用共享的访问机制,易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构,采用同轴缆作为传输介质,连接简单,通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备,但由于它存在的固有缺陷,已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。1.3.1.2星型管理方便、

17、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。采用专用的网络设备(如集线器或交换机作为核心节点,通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上,这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多,但布线和连接器比总线型的要便宜。此外,星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模,因此得到了广泛的应用,被绝大部分的以太网所采用。1.3.2通信接口通信接口分为并行通信接口号串行通信接口两大类。并行通信是把一个字符的各数位用几条线同时进行传输,传输速度快,信息率高。但它比串行通信所用的电缆多,故常用在传输距离较短(几米至几十米、数据传输率较高的

18、场合。 实现并行通信的接口就是并行接口。串行通信是指数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。其只要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。常见的通信接口有RS232和RS485两种1.4.2.1 由于RS232接口标准出现较早,难免有不足之处传输速率较低抗噪声干扰性弱传输距离有限只能用在50米左右1.4.2.2 RS-485具有以下特点抗噪声干扰性好。最大传输距离可达 3000米具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。1.3.3通信协议所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同

19、步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。因此,也叫做通信控制规程,或称传输控制规程,Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。Profibus基础令牌总线网DeviceNet是一种低成本的通信链接。2.0 低压开关市场的现状低压电器是用于交流电压至1200V,直流电压至1500V的电路中,起通断、控制或保护作用的电器。它是电器工业的组成部分,是构成配电和控制系统中低压成套开关设备的主要元器件。它的主流产品包括:断路器、接触器

20、、继电器、开关等。据初步统计,按年新增发电机装机容量为2000万kW计算(保守,每年需要配套高压断路器20万台,高压隔离开关约40万台,低压电器元件需要量更多(约2亿件,其中万能式断路器(ACB年需约46万台,塑壳断路器(MCCB约440万台,交流接触器(ACC约3200万台。第一代产品:属于自行开发,诞生于20世纪60-70年代,主要产品有DW10万能式断路器、DZ10塑壳式断路器、CJ10交流接触器、JR16B热继电器等。它们的共性是体积大、耗材、耗能、功能简单、可靠性差,已属淘汰产品。目前产品市场占有率10 %。第二代产品开发于20世纪70年代未-80年代,属于更新换代产品。自行开发产品

21、以DW15、DZ20、CJ20为主,共56个系列;技术引进产品以ME、TO、TG、3TB、B系列为代表,共34个系列;比第一代产品技术指标明显提高,保护特性比较完善,体积缩小,结构上适应成套装置要求。目前产品市场占有率55 %。 第三代产品:开发于20世纪90年代,是跟踪国际先进技术的产物。主要产品有DW45、S系列、CJ45(CJ40等系列,产品技术达到同期国际水平,特点是高性能、小型化、电子化、智能化、组合化、模块化、多功能化。目前市场占有率35 %。各行各业对低压电器产品的需求结构各不相同,但大体上有如下的规律: 市场需求差异大。我国各地区发展不平衡,不同地区、城市与农村对低压电器产品性

22、能要求有较大差别,而且,这一差别将在相当时间内存在,为此新产品发展必须充分考虑中国市场这一特点。(1框架式断路器与塑壳式断路器用量之比约为19。(2电流等级高的产品用量较小(如1600A以上的断路器用量较小,3000A以上的用量更少,而100A及以下的产品用量非常大,小型塑壳断路器用量更大。(3保护电动机用的低压电器产品如启动器、熔断器、断路器、接触器、热断电器、按钮和信号灯等用量非常大。(4自控行业、电气传动行业用接触器、熔断器、限位开关、行程开关、按钮和信号灯等用量非常大。(5矿山和煤炭化工行业用真空断路器产品数量较多。2.1低压电器的发展展望低压电器发展方向主要取决于电力系统的发展需要和

23、新工艺、新材料、新技术的研究与应用。20世纪70、80年代研发的新型电器主要是限流电器、真空电器、漏电电器和电子电器。从80年代后期开始,对传统新一代低压电器产品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、组合化、模块化、电子化、智能化的要求。其后,随着计算机网络的发展与应用,采用计算机网络控制的低压电器均要求能与中央控制计算机进行通信,为此,各种可通信低压电器应运而生,它可能成为今后一段时间低压电器重要发展方向之一。1.为了实现低压电器元件与计算机网络的连接,可通信电器根据其自身的特点及其在网络中的作用,一般采用三种方案:第一是开发新型接口电器,连接于网络和传统低压电器元件之间,如ASI接口模

24、块、分布式I/O接口、网络之间接口;第二是在传统的产品上派生或增加计算机联网接口功能,它们具有接口和通信功能,如智能化万能式断路器、智能化塑壳断路器、智能化交流接触器、智能化电动机保护器和起动器等。第三是直接开发带有计算机接口和通信功能的新型电器,内部包含了为计算机网络服务的单元,如总线、地址编码器、寻址单元、负载反馈模块等。2.传统低压电器的发展方向(1在提高主要技术性能的同时,重点提高综合技术经济指标如低压断路器在提高短路分断能力的同时,应特别关注飞弧距离的减小,并力求产品小型化,这对发展新一代紧凑型低压成套设备十分重要,而交流接触器的研究重点放在了产品功能组合与派生、分断可靠性(包括缩小

25、飞弧距离,防止相间飞弧、动作可靠性、接触可靠性以及节银、节能等方面。(2模块化和组合化低压电器组合化是实现电器产品多功能化的重要途径,电器组合化有功能组合和组合功能两种方式。前者由各种功能单元组合而成,除基本单元能独立使用外,其他单元一般不能独立使用,但要求系列通用性。这类产品(如控制与保护开关电器的基本单元的动作与接触器一样具有很高的机械寿命;触头灭弧系统具有限流特性,能可靠分断50kA预期短路电流;保护功能单元、隔离单元和辅助触头单元使该产品兼有隔离器、断路器、接触器和热继电器等产品的功能。后者把两种以上电器有机地组合在一起,如刀开关-熔断器组合电器、熔断器-接触器组合电器、熔断器-断路器

26、组合电器等。随着塑壳断路器分断能力的提高,在低压领域熔断器组合电器的应用正在减少,但在6kV10kV中压领域,熔断器-真空接触器组合电器(即F-C装置由于其独特的优越性而正在不断发展。由于20世纪80年代中后期发展起来的模数化终端电器具有宽度模数化、安装导轨化、外形尺寸一致、性能协调的特点,从而为发展新型组合电器或成套装置创造了条件。(3电子化和智能化过去多年,电子式低压电器因受容量、价格、可靠性等影响,发展一直不快。随着电子元件质量提高和价格下降、EMC技术逐步成熟,尤其是计算机网络的发展与应用、低压电器与中央控制计算机双向通信的实现,使得低压电器必须朝着电子化、机电一体化方向发展,同时要求

27、部分电器具有智能化功能。目前,智能化电器的发展主要集中在万能式断路器、塑壳式断路器、交流接触器以及电动机控制器等产品。其中,智能型断路器主要特征是装有智能脱扣器,具有外部电路各种故障保护、内部故障自诊断及自动报警功能、故障动作记忆及显示、电路参数测定、可双向通信等功能,能在极短时间内实现选择性保护。而智能型交流接触器和智能马达控制器的主要特征是装有智能型电磁系统,其控制回路包括电压检测电路、吸合信号发生电路和保持信号发生电路。它能判别门槛吸合电压,当控制电源电压低于接触器门槛吸合电压时,不发出吸合信号,接触器不能合闸并有相应显示,接触器吸合后能降低激磁电流,达到节能的目的。CPS-控制与保护开

28、关电器(Control and Protective Switching Device是发达国家于八十年代中期开始推向市场的一种新型低压电器,我国于1998年、国际电工委员会(IEC于1992年为其颁布了相应的产品标准,即GB14048.9-1998和IEC947-6-2(1992 ,标准规定了CPS的定义、特性、试验等,CPS相应代号和符号。KBO系列控制与保护开关电器是中国目前开发较早的CPS产品,符合上述IEC 标准和我国的强制性标准,主要用于交流50Hz(60Hz、额定电压至660V、电流至630A或以上的电力系统中接通、承载和分断包括正常条件下、过载条件下、非正常条件下的电流。它主要

29、参照施耐得公司的U系列产品,并结合中国国情进行改进及二次开发而成。国外CPS产品代表性的是施耐德公司的Tesys U系列产品,它们产品的研发已进入第二代的阶段,主要特点是在一体化的基础上增加了现代通信技术,如现场总线,微电子技术,同时它的体积也更小巧,只有原来宽度的2/3,结构也更巧妙,整个机体没有一颗外露的螺钉。但他们的这种产品在中国市场还没有推广,近期施耐德公司在中国推出了32A的CPS的样机,已经在展会上亮相。 CPS控制与保护开关电器与传统的分励元器件组成的电控系统对比1、与分励元器件组成的低压电控系统对比为了实现对负荷(M的控制与保护功能,传统的做法是采用分励器件包括隔离开关(QS+

30、断路器(QF+接触器(KM+热继电器(FR等进行组合控制,如图2a所示。 在正常情况下,由接触器KM控制电路的通断;当出现过负荷、断相等故障时,由热继电器FR控制接触器切断电路;当出现短路故障时,由断路器QF断开故障电路;由隔离开关QS对电源进行隔离。2、 采用CPS产品实现控制与保护功能的特点以及采用传统分励元器件实现控制与保护功能存在的不足3、传统的分励元器件组成的电力系统功能与CPS对比:传统的电力系统从进电源L、隔离开关QS至电动机之间(图2-a,需要用12根电缆线或母排才能将断路器(熔断器、接触器、热继电器与电动机相连接。在这个系统中,有24个接点需由螺钉(或螺母与分励元器件相连接,

31、由于24个接点的接触电阻和12根电缆线或母排的电阻,消耗相当多的电能并产生热量,且故障点的增加直接使得系统的故障机率成倍增长。而由CPS控制与保护开关电器组成的电力系统,从进电源L、隔离开关QS 至电动机之间(图2-b,只需要6根电缆线或母排就可以与电动机相连接,这个系统中只有6个接点,大大降低了系统的故障机率及电能消耗并节约了铜材等材料。3.1 SDMK1系列开关部分3.1.1开发SDMK1的背景低压电器正不断地走向智能化,但按其用途仍分成配电电器和控制电器两大类,使用方式仍是断路器+接触器+热继电器等多元件的简单或模块化积木组合。如果能在单个元件上实现配电电器和控制电器的功能集成,用户只用

32、一个电器元件就能满足常规的使用要求,则无疑将推动低压电器技术向前发展。但迄今为止,国内外尚未见有类似产品的报道。SDMK1系列CPS 开关在单一电器上依据新的原理和技术,通过智能控制单元和直动式电磁开关,实现了控制与保护等全部功能,能够替代断路器、接触器、热继电器、起动器、电动机保护器,并带有计数器及电流显示等装置。SDMK1开关属于CPS 类别的新型产品,它符合的 标准如下:IEC60947-6-2(1992低压开关设备和控制设备(第6部分中的第二节和GB14048.9-1998低压开关设备和控制设备(多功能电器部分。SDMK1开关电气符号见图1,外形图见右图3.2 SDMK1的结构与原理3

33、.2.1SDMK1的结 构(1电磁铁 (2触头 (3电流互感器 (4电流采集芯片 (5数字处理芯片(6显示装置 (7 励磁去磁芯片 (8衔铁 (9触桥3.2.2 SDMK1的工作原理代号 符号 SDMK1 (CPS电源供电后,电磁铁(1产生吸力,将衔铁(8吸引向下,带动触桥(9向下运动,使(2的动触头向下运动,与静触头吸合。动静触头吸合后,互感器(3将电流感应到电流采集芯片(4,电流采集芯片将感应到的电流值交给数字处理系统,也就是主芯片(5,与系统内的数学模型进行对比运算,不论电流或其它参数正常或异常,都通过显示系统显示出来,同时将电磁铁的由交流吸合转化为直流保持。如果参数异常,比如检测到短路

34、电流,则数字处理系统(5给励磁去磁系统(7信号,励磁去磁系统接到信号后立刻给电磁铁(1反向励磁去磁系统信号,电磁铁(1迅速消磁,靠反向弹簧的力使衔铁(8复位,从而切断主回路,实现短路分断。3.3SDMK1-/C的功能与特点功能:接触器、塑壳断路器、热继电器、电动机保护器的全部功能,同时可以接入以太网实现网络通信功能。 C型产品能够对电动机实行全功能控制与保护,具有人机对话功能,能够对一些功能实现启用或关闭,是一款真正意义上的智能型开关。3.3.1 C型产品的优点将传统的三大件产品、电动机保护综合保护器及通信控制单元的四种功能集中于一体,大大减少了使用空间。在单一元器件上实现了全功能保护,目前世

35、界上还没有产品与其相类似。通信装置与机械部分一体,减少原来许多分立元件再与独立的通信单元相互连接的麻烦。智能电网与新型低压电器1.1 智能电网电力工作存在的问题:(1 发电量必须增加,但同时必须减少温室效应气体排放。(2 发电、输电和用电的方式均不够高效。由于效率低下,从一次能源到有效电力消费的整个能源链中,损失了大约80%的能源。(3 虽然可再生能源发电的增长很快,但可再生能源在整个能源结构中所占的比重仍然很低。建设智能电网的目的:(1 满足日益增长的容量需求;世界上超过40%的电力供应以煤炭作为燃料,发电成为CO2排放最大和上升最快的来源。根据国际能源署预测,未来20年,我们每周将要增加一

36、座1GW 的电厂和相关电网设施。电力需求的不断增长,推动电力工业发生根本性变化。(2 安全可靠与高质量供电;输电量越大,系统运行就越接近稳定的极限。然而,停电或甚至较小的扰动事故也越来越令人难以接受。据美国最新完成的一项研究报告显示,布可靠的电力系统每年经济损失高达800亿美元。更加可靠的电力供应不仅有助于经济发展,提高生活质量,而且也对气候变化有着积极影响。如果电力系统能安全地处理和稳定电网扰动,则系统将要求较少的备用电场,也就意味着更低的排放。(3 增效节能;再生能源并网,实现可持续发展。国际能源署预测,未来20年,增效节能将能更好地遏制二氧化碳排放,其效果超过全球安装的所有其它减排方案的

37、总合。再生能源并网,实现可持续发展。采用太阳能、风能、潮汐发电,无疑是避免二氧化碳排放的有效方法。随着技术的改进,转换效率的提高以及生产成本的下降,这些能源对未来能源的贡献将会增加。间歇式风力发电是影响电网稳定的一大问题,能源储存将最终帮助克服间歇性的供电问题。连续遥远的海上风电厂的风电,也需要相应的技术,高压直流输电则是跨海输电的好办法。2009年国家电网公司在天津所作建设统一坚强智能电网的报告中指出:“智能电网的主要特性包括:能够优化资源,提高设备资产的利用率和电网的运行效率;能够与电力市场和用户进行交互和实时响应,提升服务水平;能够以最优成本向社会提供优质电力。”报告在智能电网发展重点方

38、面提出:要侧重在配电和用户侧,要求重点研发可再生能源和分布式电源并网技术、电动汽车与电网协调运行技术及电网与用户的双向互动技术。2010年,IEEE的输配电国际学术会议冠名以智能电网日,征文中强调要以“智能方法为一个改变中的世界服务”( Smart Solutions for a Changing World,内容包括:智能电网的通信和网络技术,把再生能源综合到电力系统等。对配电系统和终端用户要改善电力质量,保证供电可靠性,主要内容有:(1 可再生能源用新型低压电器;(2 可视化电能管理与优质服务的配电与用电系统;(3 保证供电可靠性与连续性的选择性断路器;(4 能提高电能质量的低压电器;(5

39、 智能电器的状态检测。1.2 低压配电系统的选择性保护与低压断路器智能电网最主要目标就是要保证供电的可靠性与连续性,对低压配电系统来说实现这一目标的主要手段是采用选择性保护。国际电工委员会的IEC标准和我国国家标准按使用类别把断路器分成A类和B类两种类型,A类断路器在短路情况下,无明确指明其有选择性保护功能,而B类断路器则明确指明有选择性保护功能。图1表示低压配电系统前后级断路器安装位置及其保护特性配合。选择性保护是指当支路1发生短路时,仅下级支路断路器QF2开断短路电流,而上级开关QF1不动作,这就不会影响其他支路如支路2和3的正常供电,因而选择性保护对提高低压配电系统的工作可靠性有重要作用

40、。 (a 前后级断路器安装位置 (b 保护特性配合图1 低压配电系统前后级断路器安装位置及其保护特性配合如何实现配电系统上下级断路器的选择性匹配,主要决定于两者保护特性的配合,一般上级断路器采用有三段保护特性的选择型B 类断路器。如图1 (b所示, QF1具有三段保护特性,即作为线路过载保护的长延时,短路情祝下的短延时和瞬时三段保护,而QF2作为下级支路开关,仅具有长延时和短路瞬时两段保护特性。当支路1短路时,若短路电流为I 1,则从图1 (b的特性配合来看,短路电流使QF2首先动作,而QF1由于短延时而没有动作,这就保证了其他支路,如支路2和3的可靠供电。生产发展和人民生活的提高,低压配电系

41、统的用电设备和分支回路日益增多,选择性保护变得越来越受到人们关注,当前选择性断路器的技术向以下方面发展:局部选择性提升到全局选择性;低压配电系统的选择性保护范围从电源侧向终端侧延伸。当两台上下级串联的断路器实现过电流保护时,在规定的条件下,下级断路器动作时不会引起上级断路器动作,这是选择性保护的基木要求。全选择保护是指当故障电流达到下级断路器最大故障电流时都能实现选择性;而局部选择性只是当下级断路器在规定的故障电流下才能实现选择性保护,因而局部选择性就存在一个选择性门槛,它是实现选择性保护的电流交接值,在该值以下,局部选择性保护可保证选择性,而在该值以上,则不能保证选择性。图2为一带三段保护特

42、性的选择型断路器的特性曲线,其中短延时的延时时间和瞬时脱扣器整定值都可调节,短延时的延时调节是用于让前后级断路器的动作时间匹配,实现选择性保护,而瞬时脱扣器整定值的调节,即调节选择性门槛电流I B,确定上下级选择性匹配的电流范围,而这电流的极限值决定于断路器短时耐受电流I cw(一般取0.5s,如果上级选择性断路器的I cw低于其分断能力(额定极限短路分断能力I cu或额定运行断路分断能力I cs,则即使是瞬时脱扣器的最大整定值可调至超过额定电流的10 12倍,但这种上下级匹配还是局部的。对上下级断路器实现全选择性的充分条件是让上级断路器的I cw等于其分断能力,即I cw=I cu= I c

43、s,这意味着瞬时脱扣器整定值可调至无穷大,对一般B类断路器通常采用电子式脱扣器,即可使瞬时脱扣器的整定开关处于打开位置,这种情况下,不论下级断路器是什么条件,都能实现全局选择性。当然要实现全选择性也可从下级断路器着手,让下级断路器有强大的限流功能,当该支路发生短路故障时,它能使支路短路电流限制于上级断路器瞬时脱扣器整定值以下,也可实现全选择性。 图2 带三段保护特性的选择型断路器的特性曲线为达到I cw=I cu= I cs,作为选择性断路器主要类型的万能式断路器目前采用各种新技术来实现全选择性保护,如国内外正在发展新型双断点万能式断路器,或通过对传统的单断点结构提高其补偿电动力来达到这一目标

44、。长期来以,低压配电系统的选择性保护一般只用于变压器出线端的功率配电系统,近年来由于工业生产和人民生活的提高,工控系统、公共场所和家庭用电设备和配电分支回路大增,因而负载侧和终端配电的选择性保护提到日程上来,不少国际著名低压电气企业推出相应的用于负载和终端侧的选择性断路器,如施耐德公司的新型旋转双断点塑料外壳式断路器(MCCB NSX与老型号NS相比,其主要特点之一是额定电流为100 A的小规格断路器也带有Micrologic电子脱扣器,具有短路短延时保护,延时调节范围为20500ms,短路短延时电流整定值和瞬时脱扣器整定值都可调节,它与用于终端的小型断路器Multi9配合可实现完全的选择性保

45、护。NS型号在小规格断路器中无短路短延时功能,因而为了实现局部选择性配合,利用电流匹配原则,不得不把上级断路器的额定电流选大些,而NSX型号可实现更为经济的选择性匹配,与小型断路器配合使完全选择性从100 A壳架电流就可实现。这一改进带来了很多好处:节省安装时间,无需过高选择断路器规格,使断路器和开关柜的尺变小。图3为施耐德新老型号配电系统的对比。 图3 施耐德公司新老型号配电系统的对比为了进一步在配电系统的终端实现选择性保护,最近国内外相继开发出带选择性保护的小型断路器,已具有短延时一保护功能,该功能既可采用电子技术也采用机械式短延时结构。图4为目前开发成功的一种选择性小型断路器的结构和工作

46、原理。 图4一种选择性小型断路器的结构和工作原理这种小型断路器依靠双金属片获得短延时作用,它由两个回路组成:主触头放置于主回路上,可由操作机构操作,在短路故障下,由冲击电磁铁推动;辅助回路由短延时双金属片、限流电阻和辅助触头组成。该断路器还有长延时双金属片作过载保护用。当短路电流通过时,冲击电磁铁打击主触头,使之断开。这时,电流就转移到辅助回路,但辅助回路有限流电阻,使短路电流限至几百安培,短延时双金属片提供短延时作用,当后一级小型断路器限流分断,则复位弹簧使主触头重新闭合,使之不影响下一级其他分支回路供电,若后一级小断路器不能动作,则经过短延时双金属片延时后,使断路器操作机构动作,同时一打开

47、主触头和辅助触头。正常情况下,操作机构同时操作主辅回路触头的合分,由于正常运行时,辅助回路电阻大,电流主要通过主回路来导通。当短路故障时,只有短路短延时特性,因而相当于把瞬时脱扣器关断,所以它与后一级小断路器的配合是全选择性的,由于引入了限流辅助回路,使发生短路故障时,在分断过程中限制短路电流,以提高断路器对短路电流的电动和热稳定性。当选择性保护向配电系统的负载和终端侧延伸,如何实现从电源出线端到负载侧的多层次选择性保护就成为一个热点问题,由于选择性保护是依靠前一级断路器的短延时来实现,因而多层次配电系统的前级断路器及线路会受到较长时间短路电流的作用,这就限制了配电系统的层次的扩大,采用快速区

48、域联锁是解决该问题的一种方案。区域联锁是利用智能脱扣器的通信功能,其工作原理如图5所示,当下级断路器QF2检测到短路故障时,送出一逻辑等待信号给上一级断路器QF1,使其在下级故障消除前闭锁而不能动作。 图5 区域联锁的工作原理ABB公司推出的具有快速区域选择性联锁保护功能的PR223 E F智能脱扣器(见图6有两个特点:一是检测故障的时间非常短;另一个是送出逻辑等待信号快,能让前级的多个断路器同时闭锁。这两个特点使选择性保护的层次可以扩大,甚至使选择性匹配链延伸到整个配电装置。 图6 PP223EF智能脱扣器这种智能脱扣器能用于250800 A的MCC:B,并且能与万能式断路器选择性匹配。1.3 智能低压断路器的电能管理与优化优质服务的配用电系统最近国家电网公司在天津所作“建设统一坚强智能电网”的报告中指出智能电网的主要特性,包括:能够优化资源,提高设备资产的利用率和电网的运行效率;能够与电力市场和用户进行交互和实时响应,提升服务水平;能够以最优成本向社会提供优质电力。这些特性体现在低压配电系统和智能型断路器上可理解为实现强有力的全面的电能管理,可实时监测能源损耗,提高电力质量,根据用户情况制订配电系统管理和维护规划,使配电系统的节能增效更深入和高效。如施耐德公司的新型Compact NSX MCCB和Masterpact万能式