高速动车组断路器及接触器的选型与应用

高速动车组断路器及接触器的选型与应用

胡洋

中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市063035

摘要：断路器与接触器在高速动车组的中压负载中应用十分普遍，本文以高低速控制的变压器冷却风机为例，结合选型中常见问题进行探讨，对断路器的选型与整定计算原则以及相应铁路专用接触器选型进行了详细分析。

关键词：断路器；接触器；高速动车组；选型

1引言

如何为三相交流额定440V电机类负载科学合理选择使用断路器以及接触器是保证动车组安全稳定运行的关键所在。通常根据不同负载的启动伏安特性来选择不同热过载以及瞬时过流脱扣特性的马达断路器，并针对冷却风机高低速频繁切换等特点，匹配选择防止断路器跳闸的含分压电阻式铁路专用接触器。有效保障了动车组安全高速持续运营。

2断路器选型基本原则

动车组中压电机类冷却风机负载一般为3AC440V/60Hz，本文以在CRH3动车组中广泛应用的西门子进口3RV1系列断路器为例，介绍选型的基本原则。

3RV1系列断路器为紧凑型限流断路器，可用于三相感应电机和其它负载的启动，断开及过载和短路保护。该断路器符合IEC60947-2，IEC60947-4等标准。都配备有反时限延时过载脱扣器和瞬时过电流脱扣器，具有温度补偿及断相保护。能被安装在卡轨上。按照DINVDE0106第100部分标准的规定。具有可防止手指接触带电体的功能。

①断路器额定电压大于负载额定电压

西门子公司的3RV1系列断路器额定电压可达690V，并具有10%的过压工作范围。完全满足CRH3动车组中压440V(-3%～+6%)的波动范围

②断路器热过载脱扣整定电流=（1.2～1.4）倍线路负载额定电流

变压器冷却风机属于电机类负载且长时间运行，热过载脱扣系数不宜选择过大或过小。太大了对负载起不到保护作用，太小了会因负载电流的波动造成断路器经常跳闸。一般整定值超过额定负载的20%即可。

③断路器瞬时过电流脱扣器≥13倍负载额定电流

结合冷却风机启动时的具体伏安特性曲线以及断路器的脱扣时间/电流特性曲线，一般选择脱扣等级10的断路器。因为瞬时脱扣器按照断路器额定电流（该电流大于负载的额定电流）13倍整定就能保证躲过电动机负载的启动电流。如果是用于变压器一次侧保护的断路器则要以20倍的断流器额定电流整定，以防止较高的变压器浪涌电流导致断路器脱扣。

④断路器额定分断能力：≥50KA

在440V交流负载条件下，断路器的短路分断能力50KA或100KA是可以有效地提供在断路器进线和出线不同相发生的双重接地故障的。

⑤断路器的其它参数

3RV1电动机保护断路器使用温度:-20～+70℃，如有特需需要可定制最低温度-50℃的产品；在负载额定电流小于25A的情况下可选择集成2个辅助触点的产品用于断路器的网络监控或其它控制；另外，其接线方式可选择螺钉接线或笼卡接线（S00规格）；安装方式可选择螺钉安装或35mm标准导轨。

3接触器选型基本原则

动车组中压负载除了需要断路器对设备进行短路或接地等保护外，与之负荷相匹配的接触器控制也是必不可少的。由于在铁路运营的特殊环境，需要选用西门子3RT1系列铁路专用接触器。该接触器符合EN50274的手指安全防护功能（部分串联电阻器的接触器除外），采用笼卡式端子和螺钉型端子。

①接触器直流线圈电压满足车辆要求

3RT1系列接触器线圈额定控制电压为110V，并具有0.7～1.25倍额定电压的扩展公差，能满足动车组辅助系统控制电110V(-25%～30%)要求。另外，接触器线圈都配备了用于防电压浪涌的可变电阻器。

②接触器额定电流＞1.5倍负载额定电流

接触器主要用于频繁接通或分断负载，对于接普通电机负载的接触器额定电流大于1.5倍电机额定电流即可。如果是普通感性负载，接触器额定电流只需大于1.25倍负载额定电流，如果是重载启动电机或正反转运行的电机，接触器额定电流则需大于2倍负载额定电流。

③接触器线圈回路必须含有分压电阻

由于动车组冷却风机高低速会频繁切换，如果用普通主线圈不含分压电阻的接触器回出现接触器在高低速切换时，线圈的感应电动势导致控制电空开跳闸，从而影响动车组的稳定运行。所以，必须选用含分压电阻的接触器，这样在线圈控制电断电时，感应电动势的电能可以通过分压电阻消耗掉。

④接触器的其它参数

3RT1铁路专用接触器允许环境温度:-40～+70℃，适合在恶劣气候条件下的铁路应用；在S00规格接触器本身包含串联电阻器模块，另外还可加一个4极辅助触点的模块用于网路监控或其它控制；S0至S3规格接触器自带了2常开+2常闭的辅助触点头块，其中一个常闭的辅助触点用于分压电阻并联使用，剩下的3个辅助触点可以用于网络监控或其它控制；另外，其接线方式可螺钉固定或卡装在35mm标准导轨上。

4变压器冷却风机断路器与接触器选型实例

假设某型号牵引变压器冷却风机额定电压3AC440V/60Hz，全速运行时功率设计值P=4.15kW，半速运行时功率设计值P=1.13kW；启动电流不详，功率因素为0.8。

由公式P=ηUI，其中，P为风机运行时的视在功率，η为功率因数，U为额定电压，I为相电流。

经过上述计算可得，全速运行时的相电流I1=6.8A；

半速运行时的相电流I2=1.9A；

按照相关的西门子相应产品的样本，以及断路器选型原则，

高速运行断路器可选3RV1011-1JA15，热过载脱扣整定电流可设定为9A；

低速运行断路器可选3RV1011-1DA15，热过载脱扣整定电流可设定为2.3A；

5总结

综上所述，动车组中压负载的断路器与接触器选用不仅与其所在回路的的电力系统伏安特性曲线等参数有关，还与控制方式、使用环境及使用要求有关，所以在实际动车组初期设计选型中要全面考虑，不仅要通过合理计算相关参数，同时要考虑实际的特点以及之前车型运行时发现的设计缺陷进行改进。

参考文献：

[1]钱金川、贾文军.低压断路器的选型与应用[J].电工电气，2011：46-48,59

[2]关立辉、朱彦波.低压断路器设计选型常见问题剖析[J].研究设计与应用，2010:580-583

[3]西门子（中国）有限公司.SIRIUS(进口)产品目录.2011[M].西门子（中国）有限公司，2011