低压开关电器通断任务优化

低压开关电器的通断任务实质上也代表了低压成套开关设备的通断任务。这些通断任务如下：

1.隔离通断任务

隔离通断任务是指开关电器能将配电网的电源与电气设备隔绝开来，以便电气人员在对电气设备进行检修时确保人身安全和设备安全。

这里的隔离既包括动、静触头之间的隔离，还包括带电体与接地零部件之间的电气间隙，以及带电体与相邻带电体之间的隔离。

为了能实现隔离通断任务，有关的低压开关电器的动、静触头之间必须具有明确的断点，并且其电气间隙的技术要求和爬电距离的技术要求必须符合相关的制造标准，有关电气间隙的标准参阅国际电工标准IEC 60947-3和我国国家标准GB 14048.3—2008。如果在隔离期间需要确保电气设备一直处于无电状态，则执行隔离通断任务的低压开关电器其操作机构必须具有上锁的功能。

为了确保在整个隔离期间都不会出现带电状态，执行隔离通断任务的低压电器必要时可采用挂锁锁住。

2.空载通断任务

空载通断任务是在无电流状态下接通或断开低压电网电路。

由于执行空载通断任务的低压电器一般不具备带负荷分断电路的能力，故在带负荷的状态下强制操作，其触头上产生的电弧将损坏低压电器。执行空载通断任务的低压电器如刀开关及负荷开关等，其中负荷开关具有一定的带负荷分断电路的能力。

3.负载通断任务

负载通断任务是接通或断开正常的负荷电流。由于低压电器在进行负载通断时是带负荷的，故执行负载通断任务的低压电器必须具备接通与分断过电流的能力。确定低压电器执行带负载通断能力的标准是GB 14048.1—2008（等同于IEC 60947-1：2002），摘要如下：

AC-21：1.5倍额定工作电流I_e；

AC-22：3倍额定工作电流I_e；

AC-23：8～10倍额定工作电流I_e。

负载通断任务与短路电流通断任务的区别在于：前者对电路执行过载的通断任务，而后者则对电路执行短路的通断任务。

4.电动机通断任务

通断电动机的低压开关电器应当满足各种工作制下的各型电动机。一般用于通断电动机电路的接触器都具有AC-3的通断能力。

在GB 14048.4—2010《低压开关设备和控制设备 第4-1部分：接触器和电动机起动器机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）》中的表1规定了接触器的使用类别及其代号，如下：

注：AC-3使用类别可用于不频繁的点动或在有限的时间内反接制动。例如机械移动，在有限的时间内操作次数不

超过1min内5次或者10min内10次。

5.短路通断任务

执行短路通断任务一般采用各型断路器和熔断器。断路器是一种既能够通断负载电流、电动机电流和过载电流，还能够执行分断短路电流的开关电器。

发生短路时，断路器在出现电流峰值之前切断电路，同时有效地熄灭电弧。断路器通过电磁斥力推动脱扣器执行分断操作，同时利用电流过零熄弧或接通高电阻来限制电弧能量。(www.xing528.com)

（1）电流过零熄弧式断路器

图1-34所示为电流过零熄弧式断路器在分断时的电流与电压过程。图中的断路器触头在t₁时刻断开，由于电压已经将动静触头之间的空气击穿，故触头之间出现电弧，此电弧延续到电流过零时才熄灭。所以这种断路器被称为电流过零熄弧式断路器。

绝大多数低压断路器都是电流过零熄弧式断路器。

（2）限流式断路器

图1-35所示为限流式断流器的熄弧过程。

图1-34 电流过零熄弧式断路器在分断时的 电流与电压过程

图1-35 限流式断路器的熄弧过程

第一种限流式断路器利用安装双金属片导电排来限流。

限流的实质是将未受影响的冲击短路电流限制成较小的允许通过的电流（允通电流）。当发生短路时，由于断路器安装了双金属片构成的导电排和瞬时短路脱扣器，此时的导电排电阻变得非常大，足以将短路电流限制成为断路器能够承受的电动力和热效应，继而将较小的短路电流分断。

第二种限流式断路器利用合适的触头形状和灭弧室结构灭弧。当电弧产生后，电弧被电磁作用迅速地推到灭弧室中，灭弧室中的栅片将电弧分割成多段局部电弧，再将多段局部电弧进行强力冷却后灭弧。

当电路中出现短路电流时，断路器的保护装置触发脱扣器将断路器的主触头打开，再结合上述的多种方式灭弧。

对于低压电网，当电压在400V以下时，限流式断路器的灭弧能力大于电流过零熄弧式断路器，见图1-35。

图1-36所示为ABB公司生产的T_max系列T2S160R160断路器的限流曲线。

图1-36 ABB公司的T_max系列T2S160R160断路器的限流曲线

图1-36中预期短路电流的真实值显示在横坐标上，短路电流的峰值显示在纵坐标上。其中曲线A是未加限制的短路电流峰值，曲线B是限流后的短路电流峰值。对于400V低压线路上出现的40kA短路电流限流后减少为16.2kA，对于400V低压线路上的84kA预期短路电流则减少了68kA的电流值。

值得注意的是，图1-36中的曲线A呈现出折线的形态。观察横坐标，这里的I_rms表示对称短路电流，也就是我们熟知的短路周期分量，或者短路稳态电流。我们再观察曲线纵坐标，它是冲击短路电流I_p，是短路电流交流分量与直流分量的叠加，所以冲击短路电流I_p等于I_rms（短路电流周期分量乘以峰值系数n）。

注意：冲击短路电流峰值与稳态短路电流之比或者冲击短路电流峰值与短路电流周期分量之比就是第1章1.4.1节中描述过的峰值系数n。

再来观察图1-36的曲线A，我们发现出现阶跃之处的I_rms值是5kA、10kA、20kA和50kA，相应的I_P分别是7.5kA/8.5kA、17kA/20kA、40kA/42kA和105kA/110kA，正好对应于峰值系数n的阶跃值1.5/1.7、1.7/2.0、2.0/2.1和2.1/2.2。

我们由此可以看出，限流特性反映了断路器切断冲击短路电流峰值从而限制短路电流对线路产生的电动力冲击和热冲击的能力。