小型断路器的额定短路分断能力.doc

选用低压断路器时应特别注意其分断能力摘 要：讨论了低压断路器短路分断能力的选择，极限短路分断能力与运行短路分断能力的区别。关键词：低压断路器；分断能力；极限短路分断能力；运行短路分断能力中图分类号：TM56 文献标识码：BWhen Choosing Lowvoltage Breaker，Its Breaking CapacityShould be Specially Paid Attention toZHANG Wenrong(Hebei Energy Institute of Vocation and Technology，Tangshan 063004，China)Abstract：The selection of breaking capacity of short circuit of a lowvoltage breaker and difference between breaker capacity of liminting short circuit and brecaking capacity of running short circuit are discussed in the paperKey Words：lowvoltage breaker;breaking capacity;breaking capacity of limition short circuit;breaking capactity of running short circuit1 概述低压断路器又称自动空气开关，是一种自动切断电路故障的保护电器，在电路中主要起短路和过载保护作用，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压时自动跳闸。选用低压断路器时除了应满足额定电压、额定电流、安装条件、保护性能及操作方式的要求外，还应特别注意其分断能力的校验。2 低压断路器的分断能力及其校验低压断路器的分断能力是指在保证断路器不受到任何损坏的前提下，能够分断的最大短路电流值。为了保证低压断路器在其保护范围内发生最严重的短路故障时，低压断路器能够安全地切断电路，选用断路器时，一定要使断路器的分断能力大于断路器出线端处最大三相短路电流，即必须对低压断路器进行分断能力的校验。(1)对动作时间在0.02s以上的断路器(如DW型)，其分断电流Icn应不小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值Ik(3)，即IcnIk(3)(2)对动作时间在0.02s及以下的断路器(如DZ型)，其分断电流Icn或icn应不小于通过它的最大三相短路冲击电流Ish(3)或ish(3)，即IcnIsh(3)或 icnish(3)上面的式子中，Icn或ish在产品样本的技术数据中给出，Ik(3)为系统在最大运行方式下的三相短路电流周期分量的有效值，在无限大容量系统中，Ik(3)II一次暂态电流，即为短路电流周期分量第一个周期的有效值(单位：A)短路冲击电流ish(3)即为短路全电流最大瞬时值，其值可按下式计算：式中：短路电流冲击系数 Tf短路回路非周期分量的时间常数 L短路回路的等效电感(单位：H)R短路回路的等效电阻(单位：)冲击系数Ksh的数值随短路回路时间常数Tf的不同而变化，短路回路为纯电阻电路时， ，Kch1；当为纯电感电路时， ，Ksh=2。所以，1Ksh2。对于一般的高压电网，Tf0.05s，此时Ksh可取1.8，则冲击电流为 2.55；短路全电流最大有效值 =1.51I 在1000kVA及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时，一般可取 Tf0.008s，Ksh=1.3，则冲击电流为 ；短路全电流最大有效值 =1.09I。3 低压断路器的额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力的区别断路器的额定分断能力分为额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力两种。国标低压开关设备和控制设备 低压断路器(GB14048.294)对断路器额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力作了如下的解释：(1)断路器的额定极限短路分断能力(Icn)：按规定的实验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；(2)断路器的额定运行短路分断能力(Icn)：按规定的实验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；(3)额定极限短路分断能力(Icn)的试验程序为OtCO。其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V 50kA)，而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50kA短路电流，断路器立即开断(open简称O)，断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间，一般为3min，此时线路仍处于热备状态，断路器再进行一次接通(close简称C)和紧接着的开断(O)，(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性)。此程序即为CO。断路器能完全分断，则其极限短路分断能力合格。(4)断路器的额定运行短路分断能力(Icn)的试验程序为OtCOtCO。它比Icn的试验程序多了一次CO，经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，就认定它的额定运行短路分断能力合格。因此，可以看出，额定极限短路分断能力Icn指的是低压断路器在分断了断路器出线端最大三相短路电流后还可再正常运行并再分断这一短路电流一次，至于以后是否能正常接通及分断，断路器不予以保证；而额定运行短路分断能力Ics指的是断路器在其出线端最大三相短路电流发生时可多次正常分断。IEC9472低压开关设备和控制设备 低压断路器标准规定：A类断路器(指仅有过载长延时、短路瞬动的断路器)的Ics可以是Ics的25、50、75和100。B类断路器(有过载长延时、短路短延时、短路瞬动的三段保护的断路器)的Ics可以是Ics的50、75和100。因此可以看出，额定运行短路分断能力是一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值，Ics是Icu的一个百分数。一般来说，具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动三段保护功能的断路器，能实现选择性保护，大多数主干线(包括变压器的出线端)都采用它作主保护开关。不具备短路短延时功能的断路器(仅有过载长延时和短路瞬动二段保护)，不能作选择性保护，它们只能使用于支路。IEC92船舶电气指出：具有三段保护的断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而使用于分支线路的断路器，应确保它有足够的极限短路分断能力值。无论是哪种断路器，虽然都具备Icu和Ics这两个重要的技术指标。但是，作为支线上使用的断路器，可以仅满足额定极限短路分断能力即可。现在出现的较普遍的偏颇是宁取大，不取正合适，认为取大保险。但取得过大，会造成不必要的浪费(同类型断路器，其H型高分断型，比S型普通型的价格要贵1.3倍1.8倍)。因此支线上的断路器没有必要一味追求它的运行短路分断能力指标。而对于干线上使用的断路器，不仅要满足额定极限短路分断能力的要求，同时也应该满足额定运行短路分断能力的要求，如果仅以额定极限短路分断能力Icu来衡量其分断能力合格与否，将会给用户带来不安全的隐患。4 低压断路器分断能力校验实例假设某变电所中，10/0.4kV电力变压器容量为1600 kVA，变压器阻抗电压为4.5，高压侧系统短路容量为无穷大。选出额定电流为800A的出线低压断路器。根据低压断路器的额定电流，拟选用ABB低压电气设备有限公司生产的F1型额定电流为1250A的低压断路器，其中F1B的Icu=40kA，Ics=40kA；F1N的Icu=50kA，Ics=40kA；F1S的Icu55kA，Ics=55kA。它们的分断时间大于0.02s。根据工业与民用配电设计手册可查得变压器二次侧三相短路电流Ik(3)42.93kA，如果以低压断路器的额定极限短路分断能力Icu作为校验依据，就会选择F1N。因为F1N的Icu=50kA42.93kAIk(3)。而此断路器用于干线，以额定运行短路分断能力Ics作为校验依据会发现FIN的Icu=40kA42.93kA=Ik(3)。因此F1N无法满足要求，所以应选用F1S。小型断路器的额定短路分断能力的选型微型断路器(以下简称MCB)是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。MCB虽然是一种终端电器。但它量大面广，若选用了不合适的MCB，造成的损失也是惨重的。本文根据MCB的常用电气参数谈MCB的正确选用方法。McB的额定分断能力额定分断能力就是在保证断路器不受任何损坏的前提下能分断的最大短路电流值。现在市场上见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料和设计手册，一般有45kA、6kA、10kA等几种额定分断能力。我们在选用MCB时，应当像选用MCCB(塑壳断路器)、ACB(框架式断路器)一样，计算在该使用场合的最大短路容量，再选择MCB。如果MCB的额定分断能力小于被保护范围内的短路故障电流，则在发生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它电气设备线路的安全运行。低压配电线路的短路电流与该供电线路的导线截面、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为023O4LV，变压器容量大多为1600kVA及以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。对于不同容量的配变，低压馈线端短路电流是不同的。一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于由当地供电部门的低压电网供电，供电线路的电缆或架空导线截面较细，用电设备距供电电源距离较远，选用45kA及以上分断能力的MCB即可。对于有专供或有10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆萍面较粗，供电距离较短，应选用6kA及以上额定分断能力的MCB。而对于如变配电站(站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排)以及大容量车间变配电站(供车间用电设备)等供电距离较短的类似场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。此外，特别要注意的三点是：1随着现代建筑物中配变容量的增大；大容量母线槽的使用以及用电设备与电源间的距离在缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。2MCB有两个产品标准：一个是IEC898家用装置及类似装置用断路器(GBl09631999)；另一个是IEC9472低压开关设备及控制设备低压断路器。!EC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC9472是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。若按IEC9472的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中，这些使用对象都是一般的工作人员。因此在选用MCB时一定要注意加以区别，不能混淆。3一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。在工程中若遇到特殊情况下要求下端子进线、上端子出线，由于开断故障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。现在有些厂商制造的MCB，上下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但笔者认为，在非万不得已的情况下，宜以上进下出为妥。MCB的保护特性根据IEC898，MCB分为人、B、C、D四种特性供用户选用：A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值(通常是额定电流n的23倍)，以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护；B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A特性相比较，B特性允许通过的峰值电流3In一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护；C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而MCB不动作，C特性允许通过的峰值电流5In一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护；D特性一般适用于很高的峰值电流(2，即能在过载区有选择性。当短路电流流过电磁脱扣系统时，MCB上下间要获得选择性是很困难的，为了防止越级脱扣，一般应使QLl的瞬时脱扣电流Im1与Q12的瞬时脱扣电流Im2之比大于14。当短路电流大于7ml时，要想只有Q12开断，应选限流型断路器作为Q12，这样可以减少电流的峰值及持续时间，使QLl免于断开，当然也可选用具有延时的断路器作为QLl。当短路电流很大时，是很难保证有选择性的，只能获得部分选择性。制造厂商为了方便设计人员选用合适的MCB以确保选择性，在设计参考资料中都有向用户推荐的匹配表，设计人员可以根据匹配表选用上下级的MCB。McB的附件选用MCB有一些电气辅助装置和保护附件能与MCB本体拼装组合在一起，扩展使用范围，其中最主要的是剩余电流动作保护器(简称RCD)、分励脱扣器(简称ST)、欠压脱扣器(简称UR)。RCD与MCB组合在一起就能成为带过电流保护的剩余电流动作断路器(简称RCBO)，安装在配电箱内能防止线路发生单相接地故障时危及人身安全和有效抑制电气火灾。关于RCD的工作原理，本文不作赘述，在此特别提出六点注意事项。1该RCBO使用于何种低压配电接地型式中不能有半点含糊，因为用于TT、TN、IT的系统中的接线要求都有不同，详见电世界1996年“剩余电流保护器讲座”等有关文章。但不管如何干变万化，凡是带电载流导体(个性线也是载流导体)必须全部接入RCD，而保护线PE则绝对不能接入RCD，PE线应与设备的金属外壳连接。笔者认为：为避免许多不必要的误脱扣，RCBO的极数宜与该接入回路的载流导体数相等。2RCD的额定脱扣电流入数值应根据JGJT1692民用建筑电气设计规范第14311条进行选择。从安全的角度考虑，RCD的入选择得越小越好，但实际上，任何供电回路的用电设备都有正常的泄漏电流，如果RCD的比小于正常的泄漏电流或者该回路的正常泄漏电流大于50In，则供电回路无法正常运行，故从供电的可靠性来考虑，In选择得不能太小，它主要受到正常泄漏电流的制约。3RCD的上下级配合问题。一般来说，RCD的额定剩余不动作电流In0(根据IEC有关的标准)等于In的50%。如果干线和支线上的RCD动作电流值很接近，就有可能使几个支线的不动作电流In0之和大于干线上的RCD的In，使干线上的RCD误动，两者之间就失去了选择性。通常，上下两级RCD额定动作电流之比应大于25，当然，RCD的选择性也可根据动作时间的差异来达到。一般对终端配电箱来说电源总断路器处的RCD主要为防止电气火灾，可选用In100300mA、时间t03s左右的产品，如梅兰日兰的vigiS型产品。支线上的RCD主要为防止人身电击，可选用In630mA(视具体使用场合)、瞬动型产品，如梅兰日兰vigi型产品。4对于TT系统，装有RCD的支路与不装RCD的支路不应使用公共接地极。TT制接地系统因中性点接地与凹线接地分开，个性线N与PE线无连接，供电线路一般较长，相地回路阻抗较大，发生单相接地故障时，线路保护装置不能可靠地切断电源，容易造成电击和火灾事故，因此这种系统中装设RCD作单相接地保护是有效的措施之一。但个别装RCD的分支回路必须有单独的接地极与PE线，否则当未装RCD的回路发生漏电时，会通过PE线傅u装有RcD的设备外壳上，但RCD不动作；而造成电击事故。因此，必须有独立的接地板与PE线专供有RCD的分支回路用，它们之间不能有电气连接。5目前在我国生产的RCD有两种形式，一种为电磁式(ELM)，另一种为电子式(ELE)。对于ELE，笔者认为