浅谈低压断路器的选用.doc

浅谈低压断路器的选用世界上最早的断路器出现于1885年，它是一种刀开关和过电流脱扣器的组合。1905年，具有自由脱扣装置的空气断路器诞生了。1930年以来，随着科学、技术的进步，电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明，逐渐形成了目前的机构。50年代末，电子元件的兴起，就产生了电子脱扣器。20世纪末，由于小型化电脑的发展和普及，又有智能型断路器的问世。 家用或类似场所用过电流保护断路器（MCB）.我国最初的家用或类似家用场所保护断路器是仿苏（AII-25）的DZ4-25（二极）塑壳外壳式断路器，但性能不高。60年代中期国内开发了DZ5系列（二级）；70年代末引进德国技术生产了S060系列；80年代中后期，天津梅兰日兰公司的C45N和嘉兴电控厂引进德国F&G公司的PX200C相继问世，使家用保护断路器上了一个新台阶。小型器（MCB）现在也有适应小功率电动机保护的产品，如C45AD（天津梅兰日兰公司）和PX200CD（嘉兴电控厂）等。 剩余电流动作断路器（漏电断路器RCBO、RCCB） 我国在五六十年代，在一些电力系统维修厂生产了电压型漏电保安器。由于它的检测线圈（或检测继电器）串接在变压器中性点与接地极之间，接地极电阻变化无常，造成精度差，此外，检测线圈容量不够，结构简陋，防雷效果差，便逐步退出了应用。60年代后期，我国第一台电流动作型电子式漏电保安器DZ5-20L诞生（主开关是DZ5-20断路器）；70年代中后期，全国联合设计的新型（DZ15L-40、DZ15L-63）电流动作型电磁式漏电断路器试制成功，其壳架电流有40A、63A两种，额定电流663A，漏电动作电流（In）有30mA、50mA、75mA和100mA，属于快速型（漏电动作时间=0.1s），短路分断能力为3kA和5kA(380V)。DZ15L系列是经过国家级鉴定的；80年代又有DZL16、DZL18、DZL29、DZL118、DZ12L、DZL33、DZL38和DZ10L等流入市场，但大部分是电流动作型电子（集成电路）式漏电断路器（RCBO带过载、短路保护和RCCB不带过载、短路保护）80年代中期，嘉兴电控厂、遵义长征电器八厂又引进德国F&G公司的技术生产了FIN型（不带过载、短路保护）（In有16，40，63A；In有30，100，300，500mA）和FI/LS型（带过载、短路保护）（In有2，4，6，10，20，25，32A；In有30，50，100，300mA）的漏电断路器；90年代初，天津梅兰日兰公司生产了VigiC45ELE（电子式）、VigiC45ELM（电磁式）、VigiNC100等漏电断路器，漏电动作电流（In）30mA，快速型（VigiNC100，In有30mA、300mA和500mA几种）。OOT集团，于1999年开发试制了S-L系列剩余电流动作断路器（具有过载、短路保护、漏电保护功能），规格有63，100，200，400，630，800A等，漏电保护用脱扣器采用电子与电磁混合型，漏电动作电流有30，100，300，500，1000mA等，动作时间有快速型（0.1s）和延时型（最大1.5s）。 低压断路器是一种使用于低压电网作电力线路的过载、短路、欠压保护的一种量大面广的低压保护器，由于使用的场合保护对象不同，低压断路器一般分为：配电保护型、电动机保护型、家用和类似用途过电流保护型、剩余电流（漏电）保护型四大类，由于用户对低压断路器的保护特性及使用范围的了解不全面，在选择低压断路器上还存在各种差错。 断路器的选用基本原则是：（1） 断路器额定电压电源和负载的额定电压；（2） 断路器额定电流负载工作电流；（3） 断路器脱扣器额定电流负载工作电流；（4） 线路末端单相对地短路电流1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流；（5） 断路器的短路分断能力线路的预期短路电流。一、 配电用断路器是指专门用于低压电网进行分配电能和保护线路的断路器，其中包括电源总开关和负载的支路开关，配电用断路器的选用除遵循一般原则外，应把限制故障范围和防止事故的扩大作为考虑的重点。 对配电用断路器而言，它分为A类和B类，A类为非选择型，B类为选择型。非选择型是只有过载长延时和短路瞬时的两段保护，（如DZ20、CDM1、TO、TG、S等系列产品）家用和类似场所的保护（过去又称它为导线保护或照明保护），也是一种小型的A类断路器，其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性，（如CDW1、DW40、DW45等系列产品），新型的智能型塑料外壳式断路器也具备三段保护功能如CM1E、CDM1E、ABB等系列产品， 断路器的长延时动作电流整定值应小于或等于导线的安全载流量，如用于保护电线电缆时，可取电线电缆流量的80%； 3倍长延时动作电流整定值的可返回时间应大于或等于线路中最大启动电流的电动机的启动时间； 短延时动作电流整定值Iyz应为：Iyz1.1X（Ijx+1.35Ied）式中，Ijx为线路计算负载电流；Ied为电动机额定电流 瞬时电流整定值Isz应为：Isz1.1X（Ijx+K1Kiedm）式中：K1为电动机启动电流的冲击系数，一般取K1=1.722，K为电动机启动电流倍数，Iedm为最大的一台电动机的额定电流；短延时的时间阶梯由配电系统的分段确定。一般时间阶梯为23级，级间的短延时差为0.10.2S，由短路延时机构的动作精度而定，其返回时间应保证各级的选择性动作。短延时阶梯选定后，再按被保护对象的热稳定定性加以校验。B类断路器的短路短延时特性：DW15型断路器：310In （Inm为1600A时，Inm为壳架等级电流），36In（Inm为2500A、4000A时），短延时时间为0.2或0.5s。ME型断路器：312In，短延时时间00.3s可调。DW45型断路器：0.415In ，短延时时间0.1、0.2、0.3和0.4s可调。在进行工程设计时，应根据不同的负载对象来选择不同保护特性的断路器，以免因选用不当造成严重后果。在实践中最容易混淆的是电动机负载保护误选为配电保护型或家用保护型。小型断路器（MCB）也有电动机保护型，如天津梅兰日兰的C45AD等。二、保护电动机用断路器的选用： 使用断路器来保护电动机，必须注意电动机（主要是交流感应电动机）的两个特点：其一是具有一定的过载能力；其二是启动电流通常是额定电流的几倍（可逆行或反接制动是甚至可达十几倍），所以，为了保证电动机可靠地运行和顺利的启动，在选择断路器时应遵循以下原则： 按电动机的额定电流来确定断路器的长延时动作电流整定值； 断路器的6倍长延时动作电流整定值的可返回时间要长于电动机的实际启动时间； 断路器的瞬时动作电流整定值：笼行电动机应为815倍脱扣器额定电流，绕线行电动机应为36倍脱扣器额定电流，当然，对于需要频繁启动的电动机，如果断相运行概率不高或者有断相保护装置，采用熔断器与磁力启动器结合的方式来控制和保护，也是比较合适的，因为这种保护方式便于远距离控制。三、四极断路器的选用：对于下列情况，有必要选用四极断路器a：有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足整个系统的维护，测试和检修时的隔离要求；b：住宅每户单相总开关应选用带N极的二极开关（三相住宅用户可用四极断路器）c：剩余电流动作保护器（漏电开关）必须保证所保护的回路中的一切带电导线断开，因此，对具有剩余电流动作保护的回路，均应选用带N极（如四极）的漏电断路器。目前，国内市场供应的四极塑料外壳式断路器有六种型式： 断路器的N极不带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路； 断路器的N极不带过电流脱扣器；N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开； 断路器的N极带过电流脱扣器；N极与其他三个相线极一起合分电路； 断路器的N极带过电流脱扣器；N极始终接通，不与其他三个相线断开； 断路器的N极装设中线线断线保护器，N极与其他三个相线极一起合分电路； 断路器的N极装设中性线断线保护器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开。和形式用于中性线电流不超过相线电流的25%。正常状态（变压器连接组标为Yyno），其中形式适用于TN-C系统；（PEN线不允许断开）， 和形式适用于三相负载不平衡，且负载中有大量电子设备（谐波成分很大）。导致N线的电流等于或大于相线电流，N线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障的情况；形式适用于TN-C系统；和形式适用于在中性线以保护单相设备，避免损毁和间接触电事故的发生，形式适用于TN-C系统。五、家用和类似场所用断路器的选用 小型断路器又称微型断路器（MCB），是一种适用于家庭或类似场所的过电流保护断路器，以前曾称为导线保护开关（断路器）它的主要用途是保护线路末端的电线（或电缆）和用电设备，有别于干线和主支路使用的工业配电型断路器和电动机保护型断路器，它大量用于住宅、宾馆、办公大楼及商场等场所，属于建筑电气范畴。应满足等效采用IEC60898的我国GB10963家用和类似场所过电流保护断路器标准的规定，对于不同性质的线路，一定要选用不同保护特性的微型断路器。 小型断路器的保护类型在IEC60898和GB10963中分为四种，即A型、B型、C型、D型。A型，特别适用于测量回路的互感器保护，具有特长导线的回路保护及有限的半导体保护，（它的过载长延时保护范围与B、C、D型相同），短路保护范围是2In3In；即2In不动作（不动作时间应大于0.1S）；大于3In时必须动作（动作时间t0.1S，但A型的用户极少，微型断路器的短路保护类型一般不提A类，而规定为B、C、D三类型）B型：用于住宅的插座回路，短路保护范围是3In5In，即3In不动作，（不动作时间应大于0.1S），大于5In时必须动作（动作时间t0.1SC型：优先用于接通大电流的电气设备，如灯的电动机，短路保护范围是5In10In，即5In时不动作（不动作时间应大于0.1S）；大于10In时必须动作（动作时间t0.1S）D型：适用于产生脉冲电流的电气设备，电磁阀和电容器，短路保护范围是10In50In，即10In时不动作（不动作时间应大于0.1S）；大于50In时必须动作（动作时间t0.1S）。当2InA型3In,3InB型5In, 当5InC型10In,10InD型50In时,可理解为不作具体法语即动作可以,不动作也合格.在工程中选用B、C两种型号的较多，对用于路灯的保护（无论是白炽灯、荧光灯、卤钨灯、高压水银灯、钠灯还是金属卤化灯等，它们的启动电流都为额定电流的4倍至7倍，因此必须选择C型）D型也有做小型电动机的短路保护的，例如（45D型和PX200CAD等型号产品，它们是瞬动电流整定值为1014倍In，（出厂时调在10In），这种D型产品不设过载长延时保护，过电流保护由电动机线路中的热继电器承担，电动机的启动和停止，由接触器执行，它们仅在起短路保护作用。表1为家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性表 1脱扣器型式断路器的脱扣器额定电流In通过电流规定时间（脱扣或不脱扣极限时间）预期结果B、C、D631.13In1h不脱扣632hB、C、D631.45In1h脱扣632hB、C、D322.55In1s60s脱扣321s120sB所有值3In0.1s不脱扣C5InD10InB所有值5In0.1s脱扣C10InD50In注：B、C、D型是瞬时脱扣器的型式：B型脱扣电流35In，C型脱扣电 流510In，D型脱扣电流1050In。用户可根据保护对象的需要，任选它 们中的一种。另外值得注意的是，MCB有两个产品标准：一个是IEC60898家用装置及类似装置用的断路器（GB10963-2003），另一个是IEC60947-2低压开关设备及控制设备低压断路器（GB14048.2-2001）两个标准对MCB的额定分断能力指标不同的，对用户来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB，若按IEC60947-2的额定分断能力来选用MCB应安装在各楼层，厂房内的照明总配电箱；若按IEC60898来选MCB，可拱安装在会议厅，厂房内的照明开关箱中，因此，在选用MCB时一定要加以区别。微型断路器(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对于不同性质的线路，一定要选用不同保护特性的 MCB；MCB的设计和使用是针对5060Hz交流电网的，如用于直流电路，应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流同电源频率变化系数来换算；当环境温度大于或小于校准温度值时，必须根据制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值；设计人员应根据制造厂商提供的匹配表选用上下级MCB。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4.5kA、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IEC60898家用装置及类似装置用断路器(GBl09632003)；另一个是IEC9472低压开关设备及控制设备低压断路器。IEC60898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IEC60898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，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 IEC60898，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 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。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。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Ino(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 Ino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In63