關(guān)于斷路器選擇的幾個要點(diǎn)
1不同的負(fù)載應(yīng)選用不同類型的斷路器
最常見的負(fù)載有配電線路、電動機(jī)和家用與類似家用(照明、家用電器等)三大類。以此相對應(yīng)的便有配電保護(hù)型、電動機(jī)保護(hù)型和家用及類似家用保護(hù)型的斷路器。這三類斷路器的保護(hù)性質(zhì)和保護(hù)特性是不相同的。
對配電型斷路器而言，它有A類和B類之分：A類為非選擇型，B類為選擇型。所謂選擇型是指斷路器具有過載長延時、短路短延時和短路瞬時的三段保護(hù)特性。萬能式(又稱框架式)斷路器中的DW15系列、DW17(ME)系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、 DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和萬能式DW15、DW17的某些規(guī)格因僅有過載長延時 、短路瞬時的二段保護(hù)，它們是屬于非選擇型的A類斷路器。
選擇性保護(hù)，如圖1所示。
圖 1
當(dāng)F點(diǎn)短路時，只有靠近F點(diǎn)的QF2斷路器動作，而上方位的QF1斷路器不動作，這就是選擇性保護(hù)(由于QF1不動作，就使未發(fā)生故障的QF3、QF4支路保持供電)。
如果QF2和QF1都是A類斷路器，則F點(diǎn)發(fā)生短路，短路電流值達(dá)一定值時，QF1、QF2同時動作 ，QF1斷路器回路及其下的支路全部停電，就不是選擇性保護(hù)了。
能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性保護(hù)的原因是，QF1為B類斷路器，它具有短路短延時性能，當(dāng)F點(diǎn)短路時， 短路電流流過QF2支路，也流過QF1回路，QF2的瞬時動作脫扣器動作(通常它的全分?jǐn)鄷r間不大于0.02s)，因QF1的短延時，QF1在0.02s內(nèi)不會動作(它的短延時≥0.1s或0.2、0.3 、0.4s)。在QF2動作切斷故障線路時，整個系統(tǒng)就恢復(fù)了正常。
可見，如果要達(dá)到選擇性保護(hù)的要求，上一級的斷路器應(yīng)選用具有三段保護(hù)的B型斷路器。
對于直接保護(hù)電動機(jī)的電動機(jī)保護(hù)型斷路器，它只要有過載長延時和短路瞬時的二段保護(hù)性 能就夠了，也就是說它可選擇A類斷路器(包括塑殼式和萬能式)，DZ5、DZ15、TO、TG、GM1 、TM30、HSM1及DW15等系列除有配電保護(hù)的性能外，它們的630A及以下規(guī)格均有保護(hù)電動機(jī)的功能。
家用和類似場所的保護(hù)(過去又稱它為導(dǎo)線保護(hù)或照明保護(hù))，也是一種小型的A類斷路器，其典型產(chǎn)品有C45N、PX200C、HSM8等等。
配電(線路)、電動機(jī)和家用等的過電流保護(hù)斷路器，因保護(hù)對象(如變壓器、電線電纜、電動機(jī)和家用電器等)的承受過載電流的能力(包括電動機(jī)的起動電流和起動時間等)有差異， 因此，選用的斷路器的保護(hù)特性也是不同的。
(1)表1為配電保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性
表 1
通過電流名稱 整定電流倍數(shù) 約定時間/h
In≤63A In＞63A
約定不脫扣電流 1.05In ≥1 ≥2
約定脫扣電流 1.30In ＜1 ＜2
返回特性電流 3.0In 可返回時間/s
5 8 12
注：可返回特性：考慮到配電線路內(nèi)有電動機(jī)群，由于電動機(jī) 僅是其負(fù)載的一部分，且一群電動機(jī)不會同時起動，故確定為3In(In為斷路器 的額定電流， In≥I(xiàn)L，I(xiàn)L為線路額定電流)，對斷路器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)電流為3In時保持5s(In≤40 A時)，8s(40A＜In＜250A時)，12s(In＞250A時)，然后將電流返回至In ，斷路器應(yīng)不動作，這就是返回特性。
(2)表2為電動機(jī)保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性
表 2
通過電流名稱 整定電流倍數(shù) 約定時間
約定不脫扣電流 1.0In ≥2h
約定脫扣電流 1.2In ＜2h
1.5In *
7.2In **
注：*按電動機(jī)負(fù)載性質(zhì)可以選2、4、8、12min之內(nèi)動作，一般的選 2～4min。
** 7.2In也是一種可返回特性，它必須躲過電動機(jī)的起動電流(5～7倍In)，Tp為延時時間，按電動機(jī)的負(fù)載性質(zhì)可選動作時間Tp為2s＜Tp≤ 10s、4s＜Tp≤10s、6s＜Tp≤20s和9s＜Tp≤30s，一般選用2s＜Tp≤10s或4s＜Tp≤10s。
(3)配電保護(hù)型的瞬動整定電流為10In(誤差為±20%),In為400A及以上規(guī)格， 可以在5In和10In中任選一種(由用戶提出，制造廠整定)；電動機(jī)保護(hù)型的瞬動整定 電流為12In,一般設(shè)計時In可以等于電動機(jī)的額定電流。
(4)表3為家用和類似場所用斷路器的過載脫扣特性
表 3
脫扣器 型式 斷路器的脫扣器額定電流In 通過電流 規(guī)定時間
(脫扣或不脫扣極限時間) 預(yù) 期結(jié) 果
B、C、D ≤63 1.13In ≥1h 不脫扣
＞63 ≥2h
B、C、D ≤63 1.45In ＜1h 脫扣
＞63 ＜2h
B、C、D ≤32 2.55In 1s～60s 脫扣
＞32 1s～120s
B 所有值 3In ≥0.1s 不脫扣
C 5In
D 10In
B 所有值 5In ＜0.1s 脫扣
C 10In
D 50In
注：B、C、D型是瞬時脫扣器的型式：B型脫扣電流＞3～5In，C型脫扣電 流＞5～10In，D型脫扣電流＞10～50In。用戶可根據(jù)保護(hù)對象的需要，任選它 們中的一種。
(5)B類斷路器的短路短延時特性
DW15型斷路器：3～10In (Inm為1600A時，Inm為殼架等級電 流)，3～6In(Inm為2500A、4000A時)，短延時時間為0.2或0.5s。ME型 斷路器：3～12In，短延時時間0～0.3s可調(diào)。DW45型斷路器：0.4～15In ，短延時時間0.1、0.2、0.3和0.4s可調(diào)。
在進(jìn)行工程設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同的負(fù)載對象來選擇不同保護(hù)特性(如上所述)的斷路器，以免 因選用不當(dāng)造成嚴(yán)重后果。在實(shí)踐中最容易混淆的是電動機(jī)負(fù)載保護(hù)誤選為配電保護(hù)型或家 用保護(hù)型。小型斷路器(MCB)也有電動機(jī)保護(hù)型，如天津梅蘭日蘭的C45AD等，它們的保護(hù) 特性應(yīng)符合表2。
2、選擇不同類型短路分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲鱽磉m應(yīng)不同的線路預(yù)期短路電流( 當(dāng)I在相同的情況時)的需要
斷路器的選用原則是：斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Α菥�路的預(yù)期短路電流。
假設(shè)某電源(SL7 10/0.4kV變壓器)的容量為1600kVA，二次電流為2312A，其出線端5m處的 短路電流為42.96kA。某一支路的額定電流為125A，由于此支路離變壓器很近，如在10m處 ，則此支路的斷路器需要考慮采用HSM1_125H型塑殼式斷路器(它的極限短路分?jǐn)嗄芰?00 V、50kA)。但是離變壓器50m處，由于匯流排等的電阻和電抗值影響，50m處的短路電流已經(jīng) 降到34.5kA，而100m處，降為28.8kA。對此就可選擇HSM1_125M型塑殼式斷路器(它的極 限短路分?jǐn)嗄芰?00V、35kA)。
現(xiàn)在國內(nèi)許多斷路器生產(chǎn)廠家，對同一殼架等級電流的短路分?jǐn)嗄芰Ψ譃镋、S、M、H、L(杭 州之江開關(guān)廠的HSM1系列)或C、L、M、H(常熟開關(guān)廠的CM1系列)或S、H、R、U(天津低壓電 器公司的TM30系列)等級別。其中，E為經(jīng)濟(jì)型，S為標(biāo)準(zhǔn)型，M為中短路分?jǐn)嘈停琀為高分?jǐn)?型，L為限流型，C為經(jīng)濟(jì)型，L為低分?jǐn)嘈�；M為高分?jǐn)嘈�，H為超高分?jǐn)嘈�；S為標(biāo)準(zhǔn)型，H 為高分?jǐn)嘈�，R為限流型，U為超高分?jǐn)嘈汀?BR>以HSM1_125型塑殼斷路器為例，E型的極限短路分?jǐn)嗄芰?00V、15kA，S型為400V、25kA ，M型為400V、35kA，H型為400V、50kA。它們的價格也相差很大，如以E型為1，則S型為1. 2，M型為1.4，H型為2，即購買一臺H型的斷路器的錢，可以購買二臺E型。用戶在設(shè)計選 用時，不必人為地加上所謂保險系數(shù)，以免造成浪費(fèi)。
3、關(guān)于斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰�、運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰投虝r耐受電流
極限短路分?jǐn)嗄芰?Icu)，是指在一定的試驗(yàn)參數(shù)(電壓、短路電流、功率因數(shù)) 條件下，經(jīng)一定的試驗(yàn)程序，能夠接通、分?jǐn)嗟亩搪冯娏�，�?jīng)此通斷后，不再繼續(xù)承載其額 定電流的分?jǐn)嗄芰ΑＫ脑囼?yàn)程序?yàn)?—t(線上)C0 (“0”為分?jǐn)�，t 為間歇時間，一般為3min，“C0”表示接通后立即分?jǐn)?。試檢后要驗(yàn)證脫扣特性和工頻耐 壓。
運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)，是指在一定的試驗(yàn)參數(shù)(電壓、短路電流和功率因數(shù)) 條件下，經(jīng)一定的試驗(yàn)程序，能夠接通、分?jǐn)嗟亩搪冯娏�，�?jīng)此通斷后，還要繼續(xù)承載其額 定電流的分?jǐn)嗄芰�，它的試�?yàn)程序?yàn)?—t（線上）C0—t (線上)C0。
短時耐受電流(Icw),是指在一定的電壓、短路電流、功率因數(shù)下，忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而斷路器不允許脫扣的能力，Icw是在短延時脫扣時 ，對斷路器的電動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的考核指標(biāo)，它是針對B類斷路器的，通常Icw的最小值是：當(dāng)In≤2500A時，它為12In或5kA，而In＞2500A時，它為30kA( DW45_2000的Icw為 400V、50kA，DW45_3200的Icw為400V、65kA)。
運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Φ脑囼?yàn)條件極為苛刻(一次分?jǐn)�、二次通�?，由于試后它還要繼續(xù)承載額 定電流(其次數(shù)為壽命數(shù)的5%)，因此它不單要驗(yàn)證脫扣特性、工頻耐壓，還要驗(yàn)證溫升。 IEC947_2(以及1997新版IEC60947_2)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB140482規(guī)定，Ics可 以是極限短路分?jǐn)嗄芰cu數(shù)值的25%、50%、75%和100%(B類斷路器為50%、75%和 100%，B類無25%是鑒于它多數(shù)是用于主干線保護(hù)之故)。
上文提到的選擇斷路器的一個重要原則是斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Α菥�路的預(yù)期短路電流，這個斷路器的短路分?jǐn)嗄芰νǔＪ侵杆臉O限短路分?jǐn)嗄芰Α?BR>無論A類或B類斷路器，它們的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰^大多數(shù)是小于它的極限短路分?jǐn)嗄芰cu的。
A類：DZ20系列Ics＝50%～77%Icu，CM1系列Ics＝58%～7 2%Icu，TM30系列Ics＝50%～75%Icu，(個別產(chǎn)品Ics＝Icu)。
B類：DW15系列Ics＝60%左右的Icu，(個別的如630AIcs＝Icu，但短路分?jǐn)嗄芰H400V時30kA)，DW45系列Ics＝62.5%～80%Icu。
不管是A類或B類斷路器，只要它的Ics符合IEC947_2(或GB14048.2)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 Icu百分比值都是合格產(chǎn)品。
用戶在設(shè)計選用時只要符合斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰Α菥�路預(yù)期短路電流就能滿足要求了，對線路本身來說，例如上面舉例的變壓器容量為1600kVA的線路，可能出現(xiàn)的短路電流約為43kA,它是僅計算離變壓器距離為5m，且把刀開關(guān)、互感器和斷路器的內(nèi)阻均看成零來計算的(短路電流因此比實(shí)際情況偏大)。這種短路的機(jī)率極小。在選用斷路器時，只要它的極 限短路分?jǐn)嗄芰Γ?3kA，譬如50kA就足夠了。經(jīng)過“0”一次、“C0”一次就完成了它的使 命，必須更換新的斷路器，而運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰�，例如�?0%的Icu，也達(dá)到25kA ，它既可以實(shí)現(xiàn)一次分?jǐn)�，二次通�?在25kA短路電流時)故障電流然后還要承載其額定電流 ，任務(wù)是非常艱巨的。有些使用者認(rèn)定要按斷路器的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)≥ 線路預(yù)期短路電流來設(shè)計，其實(shí)是一種誤解，也是不必要的。
圖 2
有些制造廠的樣本里宣傳，它的產(chǎn)品Ics=Icu，如確實(shí)，說明它的I cu指標(biāo)有 裕度，如不確實(shí)，說明它有水份，不可全信，而且Ics=Icu的斷路器 ，其售價要高很多，不合算。
國外幾十年來盛行一種級聯(lián)(cascade)保護(hù)(也稱后備保護(hù))，如圖2所選QF2斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰π∮谄渚�路的預(yù)期短路分?jǐn)嗄芰?例如線路額定電流為250A，而預(yù)期短路電流為5 0kA)，則QF2選擇的是HSM1_250S斷路器(Icu為400V、35kA)，當(dāng)F處出現(xiàn)線路 短路(短路電流達(dá)50kA)時，由QF1(設(shè)QF1處的額定電流為400A，QF1選HSM1_400H，其Icu為400V、65kA)和QF2一起分?jǐn)�，QF2僅承受一部分短路電流的分?jǐn)啵溆嗖糠钟蒕F1 承擔(dān))，而對QF2處線路絕大部分小于35kA的故障電流，就由QF2來承擔(dān)。這種級聯(lián)保護(hù)也有一定的條件，譬如鄰近的支路不是重要負(fù)載(因?yàn)橐坏㏎F1跳閘QF3回路也停電)，同時QF1的 瞬動整定值與QF2的瞬定值也要協(xié)調(diào)等，這種級聯(lián)保護(hù)主要目的也是為了節(jié)約投資。
應(yīng)提到的是，所有斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?無論是Icu還是Ics)都是周期分量有效值。在短路試驗(yàn)中的“C0”的C(close接通)的電流是峰值電流Ich。 在試驗(yàn)站進(jìn)行短路分?jǐn)嘣囼?yàn)時，電壓、短路電流(有效值)和功率因數(shù)(cos)已調(diào)整好，它的接通電流也就被確定了。接通電流試驗(yàn)(“C”試驗(yàn))，是以峰值電流來考核觸頭和其他導(dǎo) 電體承受的電動斥力和熱穩(wěn)定性的能力，有什么樣的有效值電流(分?jǐn)嚯娏?，在其相應(yīng)的功 率因數(shù)下，便有什么樣的峰值電流，使用者毋須去考慮峰值電流這個參數(shù)。
為幫助使用者了解，現(xiàn)將峰值電流與周期分量有效值電流列于表4。
表 4
短路分?jǐn)嚯娏鱅c
(周期分量有效值)/kA 功率因數(shù)cos 峰值系數(shù) 接通電流
(峰值電流)
Ic≤1.5
1.5＜Ic≤3.0
3.0＜Ic≤4.5
4.5＜Ic≤6.0
6.0＜Ic≤10
10＜Ic≤20
20＜Ic≤50
Ic＞50 0.95
0.9
0.8
0.7
0.5
0.3
0.25
0.2 1.41
1.42
1.47
1.53
1.70
2.0
2.1
2.2 1.4Ic
1.42Ic
1.47Ic
1.53Ic
1.70Ic
2.0Ic
2.1Ic
2.2Ic
峰值電流(沖擊電流)ich＝kch(根號)2Ic，
I(xiàn)c為周期分量有效值，kch為沖擊系數(shù) 1＜kch＜2，
kch×2為峰值系數(shù)。
4四極斷路器的選用
對于下列情況，有必要選用四極斷路器：1)有雙電源切換要求的系統(tǒng)必須選用四極斷路器，以滿足整個系統(tǒng)的維護(hù)、測試和檢修時的隔離需要；2)住宅每戶單相總開關(guān)應(yīng)選用帶N極的二極開關(guān)(可用四極斷路器)；3)剩余電流動作保護(hù)器(漏電開關(guān))，必須保證所保護(hù)的回路中的一切帶電導(dǎo)線斷開，因此，對具有剩余電流動作保護(hù)要求的回路，均應(yīng)選用帶N極(如四極)的漏電斷路器。目前，國內(nèi)市場供應(yīng)的四極塑料外殼式斷路器有六種型式：1)斷 路器的N極不帶過電流脫扣器，N極與其他三個相線極一起合分電路；2)斷路器的N極不帶過電流脫扣器，N極始終接通，不與其他三個相線極一起斷開；3)斷路器N極帶過電流脫扣器，N極與其他三個相線極一起合分電路；4)斷路器的N極帶過電流脫扣器，N極始終接通，不與其他三個相線極一起斷開；5)斷路器的N極裝設(shè)中性線斷線保護(hù)器，N極與其他三個相線極一起合分電 路；6)斷路器的N極裝設(shè)中性線斷線保護(hù)器，N極始終接通，不與其他三個相線極一起斷開。 1)和2)型式適用于中性線電流不超過相線電流的25%的正常狀態(tài)(變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號為Yyno)，其中2)型適用于TN_C系統(tǒng)(PEN線不允許斷開)；3)和4)型式適用于三相負(fù)載不平衡，且負(fù)載中有大量電子設(shè)備(諧波成份很大)，導(dǎo)致N線的電流等于或大于相線電流，N線過載而無法借助三個相線的過電流脫扣器的動作來切斷過載故障的情況；4)型適合TN_C系統(tǒng) ；5)和6)型式適合于在中性線斷線時，切斷三相及中線以保護(hù)單相設(shè)備避免損毀和間接觸電事故的發(fā)生，6)型適合于TN_C系統(tǒng)。
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