摘 要

在配电系统中，低压断路器是必不可缺的开关电器设备，在供配电系统中，它不仅可以起着供配电线路的控制作用，也在发生故障时进行保护，是电网的安全、稳定以及经济运行不可或缺的因素。

本文为进一步提高计量自动化系统费控可靠性，加强费控电能表用低压外置断路器的质量管理，讨论并且设计了能够闭合、承载和分断正常电路条件下的电流，而且在规定的异常电路条件下，诸如短路电流，也能闭合、承载一定时间和自动分断电流的开关装置。本文首先介绍了低压断路器的定义与分类，国内外研究现状，随后讨论了低压断路器的主要性能指标与各种参数的确定和考虑，根据讨论按照要求设计了符合整过电路静态工作电流小于200A，170V-240V电压下能正常工作，能承受2000V浪涌电压，-25~ 40度温度的断路器电路。

关键词：低压断路器,短路电流,塑料外壳式断路器,保护特性

Abstract

In the power distribution system, the low-voltage circuit breaker is an indispensable switch electrical equipment, in the power supply and distribution system, it can not only play a control role for power distribution lines, but also in the event of failure protection, is the safety of the grid , Stability and economic operation indispensable factors.

In order to further improve the reliability of metering automation system and strengthen the quality control of low voltage external circuit breaker, the electric current under normal circuit condition can be closed and carried, and the abnormal circuit Conditions, such as short-circuit current, can also be closed, carrying a certain time and automatic breaking current switching device. This paper first introduces the definition and classification of low-voltage circuit breakers, the status quo of research at home and abroad, and then discusses the main performance indicators of low-voltage circuit breakers and various parameters to determine and consider, according to the requirements in accordance with the requirements designed to meet the entire circuit static current is less than 200A, 170V-240V voltage can work properly, can withstand 2000V surge voltage, -25 ~ 40 degrees temperature circuit breaker circuit.

Key Words：；Low voltage circuit breakers, Short circuit current, Plastic housing circuit breakers, Protection features

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 低压断路器简介 1

1.2 低压断路器定义 1

1.3 低压断路器分类 1

1.4 低压断路器的国内外研究现状 3

1.5 设计要求 4

第2章 低压断路器的主要性能指标与参数 4

2.1低压断路器的主要性能指标 4

2.1.1 短路电流的通断能力 4

2.1.2 极限短路分断能力与运行短路分断能力 5

2.1.3 限流能力（限流系数） 5

2.1.4 短路耐受电流 5

2.1.5 额定剩余动作电流 5

2.1.6 额定剩余不动作电流 5

2.1.7 单相负载时不动作过电流的极限值 5

2.1.8 剩余短路接通和分断能力 6

2.1.9 保护特性 6

2.1.10 温升 6

2.1.11 寿命 7

2.2 低压断路器的各种参数的确定和考虑 7

2.2.1 断路器的额定绝缘电压 7

2.2.2 断路器的电气间隙和爬电距离的设计 7

2.2.3 断路器触头三要素的考虑 7

2.2.4 断路器的分断时间 8

2.2.5 断路器的开断速度 8

第3章 低压断路器的设计计算与技术要求 9

3.1 设计选型安装方式的问题 9

3.2 低压断路器的级间配合设计问题 9

3.3 运用于直流回路时需要注意的问题 10

3.4 特性要求 10

3.5 形式结构 12

3.5.1 尺寸和接线方式 12

3.5.2 机械结构一般要求 13

3.5.3 电气结构 15

3.6 基本要求 16

3.6.1 温度范围 16

3.6.2 湿度范围 16

3.6.3 大气压力 16

3.7 电气要求 17

3.7.1 电气间隙和爬电距离 17

3.7.2 介电性能 17

3.7.3 绝缘电阻 17

3.7.4 冲击耐受电压 17

3.7.5 脱扣特性 17

3.8 短路性能要求 19

3.9 机械性能要求 19

3.10可靠性要求 19

3.10.1 28天运行要求 19

3.10.2 机械寿命要求 19

3.10.3 电气寿命要求 19

3.11 控制方式要求 20

3.12电磁兼容要求 21

3.13 环保要求 21

第4章 低压断路器需进行的各种试验 22

4.1 试验类型 22

4.2 一般要求 22

4.2.1 试验条件 22

4.2.2 外观检查和尺寸检查 22

4.2.3 标识耐久性试验 22

4.3.2 绝缘电阻 22

4.3.3 冲击耐受电压 22

4.4 短路性能试验 23

4.5 机械振动试验 23

4.6 材料性能要求 23

4.6.1 耐热性验证试验 23

4.6.2 耐受非正常火焰和发热试验 23

4.6.3 防锈性能试验 23

4.7 电磁兼容试验 24

4.7.1 电快速瞬变脉冲群抗扰性试验 24

4.7.2 静电放电试验 24

4.7.3 浪涌试验 24

4.8 远程控制试验 24

4.8.1 驱动能力试验 24

4.8.2 AC220V 电平控制试验 25

4.8.3 相线泄漏电流试验 25

4.9 环境试验 25

4.9.1 高温操作试验 25

4.10 高低温脱扣试验 25

4.10.1 高温脱扣试验 25

4.10.2 低温脱扣试验 25

4.11 上电延时试验 26

4.12 自动合闸时间试验 26

4.13 同期性试验 26

4.14 故障电流接通和承载能力试验 26

第5章 结论 27

5.1结构 27

5.2控制电路 27

5.2.1合闸回路 27

5.2.2分闸电路 28

致谢 32

第1章 绪论

1.1 低压断路器简介

在低压配电系统中，低压断路器是最重要的开关电器设备之一。在供配电系统中，低压断路器的作用也十分重要，不仅控制着供配电线路和也在发生故障时对电路进行保护，在电网的安全、稳定以及经济运行方面发挥着不可或缺的作用。断路器通过脱扣装置进行分闸、合闸操作来实现对其保护对象的保护和控制功能。通常来说低压断路器的脱扣装置是利用物理效应，接着由机械机构来控制一次电路的开断，而这种机构大多数是电磁机构。设置多种不同的脱扣装置可以实现不同的保护功能，因此对于微型断路器来说，作用较为单一，而对于大型的万能式断路器来说，它的体积过于庞大，并且传统的低压断路器有许多不可避免的问题，例如：整定十分复杂，保护的精确度不高，动作反应很慢，脱扣装置会经常发生故障。随着研究的不断深入，在电磁脱扣装置的基础上，为了克服其缺点又有了电子式的脱扣装置，这种装置因为大量使用电子元器件，导致电路结构十分复杂，抗干扰能力不强，也存在着故障率高的问题。在当今社会中电力系统不断发展扩大，对电网运行的稳定性要求越来越高，也需要实现自动化，所以保护和控制不是低压断路器的仅有功能，还应该使功能更加多样性，保护更具有综合性。

1.2 低压断路器定义

低压断路器是一种适用于低压电网的配电电器【交流(50Hz或60Hz)额定电压在1200V及以下，直流额定电压在1500V及以下的电路之中】。根据其使用功能，低压断路器亦可被定义为可以接通、承载与分断正常电路条件的电流，也可以在规定的非正常条件之下（例如短路、欠电压、过载以及发生单相接地故障的情况下）接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。在以往也被称为空气开关、自动开关以及空气断路器（空开、空断）等^[1]。

1.3 低压断路器分类

首先，低压断路器按照其功能、用途和结构可以划分成两种：塑料外壳式、万能式（也被称为框架式）、灭磁式、真空式、爆炸式和选相闭合式等等。而灭磁式、真空式、爆炸式和选相闭合式这四种主要应用于特殊的条件下，本文中不会涉及，所以不进行深入讨论与介绍。万能式、塑料外壳（模具压塑外壳）式两种是现阶段大规模使用的断路器，可以参照它们的使用范围，国际电工委员会的IEC标准以及我国相应的标准又再分为A类以及B类两种类型。^[1]

A类:

是指的在短路的情况之下，断路器无明确的指明用作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即是在短路情况下，选择性无人为的短延时，因而对这种断路器没有额定短时耐受电流的要求，定义为A类断路器；当除去短路情况外，如果可以用作选择性的保护，也可以设置短延时，但其短时耐受电流可以比标准规定值（12I_n或5KA,以及I_n＞2500A时的30KA）小。大部分的塑壳式断路器、小型断路器和一部分小电流规格的万能式断路器属于A类，其显著特征为：保护性能只有过载长延时、短路瞬时的二段保护。^[1]

B类：

是指的在短路情况之下，断路器明确作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，也就是在短路情况之下，选择性保护有人为短延时（即可调节的），这一类断路器要求有额定短时耐受电流。绝大多数的万能式断路器都属于B类。目前使用智能性控制器（脱扣器）的塑壳式断路器也属于B类，其显著特征为保护特性具有过载长延时、短路瞬动、又有短路短延时的三段保护，它们最合适被选作选择性保护。^[1]

如果再细分，也就是按照断路器保护的对象来分，大致可以分为以下四种型式：

A.配电保护型；

B.电动机保护型；

C.家用或类似场所用保护型（在之前被称为导线保护型，现在被称为小型或者微型断路器的即属于此类）；

D.剩余电流（漏电）保护型。

还可以按极数分:

a) 1P N：带一个保护极的二极断路器；
b) 2P：带两个保护极的二极断路器；
c) 3P：带三个保护极的三极断路器；
d) 3P N：带三个保护极的四极断路器；
e) 4P：带四个保护极的四极断路器。
注：不是保护极的是“开闭中性极”。

按安装方式分
a) 平面安装式；
b) 嵌入式安装；
c) 面板式，也称为配电板式安装。
注：这些安装方式均可安装在安装轨上。

按控制方式分
a) 手动控制方式：手动合闸、手动分闸的控制方式；
b) 半自动控制方式：自动分闸，手动合闸的控制方式；
c) 全自动控制方式：自动分闸，自动合闸的控制方式；
d) 半自动和全自动选择控制方式：设置有半自动、全自动模式选择开关，当选择半自动模式时功能与半自动控制方式相同，当选择全自动模式时功能与全自动控制方式相同。