為什么西門子低壓斷路器的進(jìn)出線方向不能反接？
為什么西門子低壓斷路器的進(jìn)出線方向不能反接？
低壓斷路器的進(jìn)出線方向不能接反，是因?yàn)閿嗦菲鲃?dòng)觸頭側(cè)、靜觸頭側(cè)的操作機(jī)構(gòu)介電性能不同，斷路器動(dòng)、靜出頭上的電弧弧根移動(dòng)方式不同導(dǎo)致的。如果采用下部進(jìn)線，則斷路器可能需要采取降容措施，也即實(shí)際運(yùn)行電流會(huì)小于額定電流，除非斷路器對(duì)N線也有與相線一樣的保護(hù)功能，而且整定值也一致，否則相線不建議與N線對(duì)調(diào)。我們先看看低壓斷路器的上部進(jìn)線和下部進(jìn)線的示意圖：
圖1和圖2 虛線框內(nèi)的區(qū)域就是斷路器本體。注意看斷路器，我們發(fā)現(xiàn)它是四極的。在QF的虛線框內(nèi)，有三條相線有半圓的短路保護(hù)圖符和半矩形的過(guò)載保護(hù)圖符，表明這臺(tái)斷路器具有過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)功能。圖1和圖2中，N線所在的極里，沒(méi)有任何保護(hù)，斷路器在這里充其量只不過(guò)具有隔離開(kāi)關(guān)功能而已，所以這臺(tái)斷路器的接線屬于3P+N的型式。
請(qǐng)注意兩件事：
①進(jìn)線方向建議從上往下，也即采取上部進(jìn)線方式。如果采用下部進(jìn)線，則斷路器可能需要采取降容措施，也即實(shí)際運(yùn)行電流會(huì)小于額定電流。
②除非斷路器對(duì)N線也有與相線一樣的保護(hù)功能，而且整定值也一致，否則相線不建議與N線對(duì)調(diào)。
以下我們來(lái)看看為何低壓斷路器進(jìn)線方向是從上往下，而不是從下往上?
這個(gè)問(wèn)題關(guān)系到兩個(gè)原因：①斷路器動(dòng)觸頭側(cè)和靜觸頭側(cè)的操作機(jī)構(gòu)介電性能不同我們來(lái)看圖3。圖3是微型斷路器的實(shí)物圖。它的上側(cè)是進(jìn)線端，下側(cè)是出線端。我們從圖中可以看出，出線端的機(jī)械復(fù)雜程度超過(guò)進(jìn)線端。
圖3 ABB的S200低壓微型斷路器MCB的實(shí)物圖
進(jìn)線側(cè)是斷路器的靜觸頭，而出線側(cè)是斷路器的動(dòng)觸頭。靜觸頭的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，散熱條件好一些，因此靜觸頭側(cè)的介電性能也即絕緣性能優(yōu)于動(dòng)觸頭側(cè)。
斷路器絕緣材料的介電性能與溫升有關(guān)。電流越大，電器的溫升就越高，介電性能相對(duì)會(huì)降低。所以，當(dāng)斷路器反向進(jìn)線時(shí)需要適當(dāng)?shù)亟等荩等莺蟮倪\(yùn)行電流一般為額定電流的75%。例如斷路器的額定電流是100A，反向進(jìn)線后其運(yùn)行電流為7。對(duì)于品質(zhì)較好的斷路器，則無(wú)需降容。這在斷路器的說(shuō)明書(shū)或者樣本材料中會(huì)有說(shuō)明。
②斷路器動(dòng)、靜觸頭上的電弧弧根移動(dòng)方式不同對(duì)于低壓電器的觸頭來(lái)說(shuō)，一旦產(chǎn)生了電弧后，電弧貼近電極的部分叫做弧根。電弧在弧根處急劇收縮，并且在電極表面上形成的圓形的明亮光點(diǎn)，此亮點(diǎn)叫做弧根斑點(diǎn)。
所有對(duì)于陰極弧根來(lái)說(shuō)，陰極斑點(diǎn)是電子的發(fā)射處，它的電流密度很大，可達(dá)104A/cm2。因此電極材料迅速汽化，形成金屬蒸汽進(jìn)人弧隙，因而在陰極表面形成凹坑；對(duì)于陽(yáng)極弧根來(lái)說(shuō)，它是電子進(jìn)入陽(yáng)極的入口，面積比陰極斑點(diǎn)要大，電流密度較小，溫度較高，電極材料也達(dá)到沸點(diǎn)。當(dāng)斷路器跳閘瞬間，這時(shí)的電路是有極性的，既可能是陽(yáng)極，也可能是陰極，具體極性由開(kāi)斷瞬間來(lái)決定。我們來(lái)看圖4和圖5。
在圖4和圖5所示開(kāi)關(guān)電器的觸頭中，上部是靜觸頭，下部是動(dòng)觸頭。圖4靜觸頭為負(fù)極或者陰極，圖5表示靜觸頭為正極或者陽(yáng)極。我們來(lái)看其中的電弧運(yùn)動(dòng)。圖4-1和圖5-1：動(dòng)、靜觸頭剛剛開(kāi)斷，觸頭間出現(xiàn)電??；圖4-2和圖5-2：隨著觸頭間隙加大，電弧也被拉長(zhǎng)，其中部在電場(chǎng)力的作用下向滅弧室方向彎曲；圖4-3和圖5-3：圖4-3中電弧弧根已經(jīng)離開(kāi)觸頭，向滅弧室方向運(yùn)動(dòng)；圖5-3中我們看到，電弧的陽(yáng)極區(qū)已經(jīng)離開(kāi)觸頭，而陰極區(qū)卻滯留在動(dòng)觸頭上；圖5-4經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，滯留在動(dòng)觸頭(陰極)上的電弧陰極區(qū)才離開(kāi)觸頭，并向滅弧室方向運(yùn)動(dòng)。
什么原因呢？由前所述，當(dāng)斷路器的觸頭打開(kāi)時(shí)，電弧出現(xiàn)，同時(shí)極間的電阻不斷增大。電弧在兩極上形成電弧斑點(diǎn)。由于電弧的燒灼使得部分觸頭材料熔融氣化，形成金屬性電弧。金屬性電弧是靠金屬蒸汽的離子來(lái)支撐的，我們把它稱為金屬相電弧。金屬相電弧的特點(diǎn)是：金屬相電弧的直徑較大，電弧基本上不運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電弧隨著觸頭開(kāi)距加大而拉長(zhǎng)后，在外磁場(chǎng)的作用下，周圍氣體進(jìn)人電弧，使得電弧中心的溫度升高，電流向中心集中，電弧變細(xì)，電弧由金屬相電弧變?yōu)闅庀嚯娀?。這時(shí)，電弧才具有運(yùn)動(dòng)的可能性。我們知道，低壓電器是有滅弧罩的，電弧要進(jìn)入滅弧罩，必定會(huì)遇見(jiàn)各種拐角和臺(tái)階。這些拐角和臺(tái)階對(duì)于電弧的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生什么影響呢?
一位很出名的學(xué)者，叫做R.Michal。他研究了電弧弧根運(yùn)動(dòng)的機(jī)理，得出的結(jié)論是：①陽(yáng)極電弧弧根具有跳躍通過(guò)阻擋物的能力。也就是說(shuō)，陽(yáng)極電弧遇見(jiàn)臺(tái)階和間隙能一躍而過(guò)。②陰極電弧弧根的運(yùn)動(dòng)必須是連續(xù)的，它只能沿著阻擋物的表面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電弧在遇見(jiàn)臺(tái)階時(shí)，陰極電弧弧根要從臺(tái)階下方沿著立面攀升到臺(tái)階上方再繼續(xù)前進(jìn)，而陽(yáng)極電弧弧根則直接越過(guò)，于是電弧必然會(huì)出現(xiàn)傾斜和停滯。對(duì)于具體的斷路器來(lái)說(shuō)，如果采取下部進(jìn)線，則電弧弧根運(yùn)動(dòng)的遲滯現(xiàn)象就更加明顯和突出。也就是說(shuō)如果斷路器的進(jìn)線方向?yàn)樯线M(jìn)線，對(duì)應(yīng)的觸頭是靜觸頭，則當(dāng)觸頭打開(kāi)時(shí)，不管陰極在靜觸頭還是動(dòng)觸頭，電弧都能相對(duì)順利地進(jìn)入滅弧室。同時(shí)，介電性能也更好；反過(guò)來(lái)，斷路器的進(jìn)線方向?yàn)橄逻M(jìn)線，對(duì)應(yīng)的觸頭是動(dòng)觸頭，則電弧進(jìn)人滅弧室的時(shí)間會(huì)比前者要遲滯，介電性能會(huì)略差。
如此說(shuō)來(lái)，斷路器的上進(jìn)線和下進(jìn)線優(yōu)劣程度，很大程度上與斷路器的制造技術(shù)相關(guān)。對(duì)于國(guó)產(chǎn)斷路器，不要采取下進(jìn)線。如果一定要下進(jìn)線，則必須降容。對(duì)于進(jìn)口或者合資生產(chǎn)的斷路器，例如施耐德、西門子和ABB的斷路器，則上下進(jìn)線的容量是一致的，無(wú)需降容。
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