為什么西門子低壓斷路器的進出線方向不能反接？
為什么西門子低壓斷路器的進出線方向不能反接？
低壓斷路器的進出線方向不能接反，是因為斷路器動觸頭側(cè)、靜觸頭側(cè)的操作機構(gòu)介電性能不同，斷路器動、靜出頭上的電弧弧根移動方式不同導(dǎo)致的。如果采用下部進線，則斷路器可能需要采取降容措施，也即實際運行電流會小于額定電流，除非斷路器對N線也有與相線一樣的保護功能，而且整定值也一致，否則相線不建議與N線對調(diào)。我們先看看低壓斷路器的上部進線和下部進線的示意圖：
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圖符和半矩形的過載保護圖符，表明這臺斷路器具有過載保護和短路保護功能。圖1和圖2中，N線所在的極里，沒有任何保護，斷路器在這里充其量只不過具有隔離開關(guān)功能而已，所以這臺斷路器的接線屬于3P+N的型式。
請注意兩件事：
①進線方向建議從上往下，也即采取上部進線方式。如果采用下部進線，則斷路器可能需要采取降容措施，也即實際運行電流會小于額定電流。
②除非斷路器對N線也有與相線一樣的保護功能，而且整定值也一致，否則相線不建議與N線對調(diào)。
以下我們來看看為何低壓斷路器進線方向是從上往下，而不是從下往上?
這個問題關(guān)系到兩個原因：①斷路器動觸頭側(cè)和靜觸頭側(cè)的操作機構(gòu)介電性能不同我們來看圖3。圖3是微型斷路器的實物圖。它的上側(cè)是進線端，下側(cè)是出線端。我們從圖中可以看出，出線端的機械復(fù)雜程度超過進線端。
圖3 ABB的S200低壓微型斷路器MCB的實物圖
進線側(cè)是斷路器的靜觸頭，而出線側(cè)是斷路器的動觸頭。靜觸頭的結(jié)構(gòu)相對簡單，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，介電性能相對會降低。所以，當斷路器反向進線時需要適當?shù)亟等荩等莺蟮倪\行電流一般為額定電流的75%。例如斷路器的額定電流是100A，反向進線后其運行電流為7。對于品質(zhì)較好的斷路器，則無需降容。這在斷路器的說明書或者樣本材料中會有說明。
②斷路器動、靜觸頭上的電弧弧根移動方式不同對于低壓電器的觸頭來說，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，此亮點叫做弧根斑點。
所有對于陰極弧根來說，陰極斑點是電子的發(fā)射處，它的電流密度很大，可達104A/cm2。因此電極材料迅速汽化，形成金屬蒸汽進人弧隙，因而在陰極表面形成凹坑；對于陽極弧根來說，它是電子進入陽極的入口，面積比陰極斑點要大，電流密度較小，溫度較高，電極材料也達到沸點。當斷路器跳閘瞬間，這時的電路是有極性的，既可能是陽極，也可能是陰極，具體極性由開斷瞬間來決定。我們來看圖4和圖5。
在圖4和圖5所示開關(guān)電器的觸頭中，上部是靜觸頭，下部是動觸頭。圖4靜觸頭為負極或者陰極，圖5表示靜觸頭為正極或者陽極。我們來看其中的電弧運動。圖4-1和圖5-1：動、靜觸頭剛剛開斷，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，其中部在電場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)離開觸頭，向滅弧室方向運動；圖5-3中我們看到，電弧的陽極區(qū)已經(jīng)離開觸頭，而陰極區(qū)卻滯留在動觸頭上；圖5-4經(jīng)過一段時間后，滯留在動觸頭(陰極)上的電弧陰極區(qū)才離開觸頭，并向滅弧室方向運動。
什么原因呢？由前所述，當斷路器的觸頭打開時，電弧出現(xiàn)，同時極間的電阻不斷增大。電弧在兩極上形成電弧斑點。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支撐的，我們把它稱為金屬相電弧。金屬相電弧的特點是：金屬相電弧的直徑較大，電弧基本上不運動；當電弧隨著觸頭開距加大而拉長后，在外磁場的作用下，周圍氣體進人電弧，使得電弧中心的溫度升高，電流向中心集中，電弧變細，電弧由金屬相電弧變?yōu)闅庀嚯娀?。這時，電弧才具有運動的可能性。我們知道，低壓電器是有滅弧罩的，電弧要進入滅弧罩，必定會遇見各種拐角和臺階。這些拐角和臺階對于電弧的運動會產(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動的機理，得出的結(jié)論是：①陽極電弧弧根具有跳躍通過阻擋物的能力。也就是說，陽極電弧遇見臺階和間隙能一躍而過。②陰極電弧弧根的運動必須是連續(xù)的，它只能沿著阻擋物的表面運動。當電弧在遇見臺階時，陰極電弧弧根要從臺階下方沿著立面攀升到臺階上方再繼續(xù)前進，而陽極電弧弧根則直接越過，于是電弧必然會出現(xiàn)傾斜和停滯。對于具體的斷路器來說，如果采取下部進線，則電弧弧根運動的遲滯現(xiàn)象就更加明顯和突出。也就是說如果斷路器的進線方向為上進線，對應(yīng)的觸頭是靜觸頭，則當觸頭打開時，不管陰極在靜觸頭還是動觸頭，電弧都能相對順利地進入滅弧室。同時，介電性能也更好；反過來，斷路器的進線方向為下進線，對應(yīng)的觸頭是動觸頭，則電弧進人滅弧室的時間會比前者要遲滯，介電性能會略差。
如此說來，斷路器的上進線和下進線優(yōu)劣程度，很大程度上與斷路器的制造技術(shù)相關(guān)。對于國產(chǎn)斷路器，不要采取下進線。如果一定要下進線，則必須降容。對于進口或者合資生產(chǎn)的斷路器，例如施耐德、西門子和ABB的斷路器，則上下進線的容量是一致的，無需降容。
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