斷路器選用原則分析
最近幾年，與不少斷路器使用者相互磋商、探討，并專(zhuān)業(yè)刊物上閱讀了一些斷路器選用文章，感到收益很大，但又覺(jué)斷路器設(shè)計(jì)、制造者與它用戶(hù)之間溝通、交流和宣傳不夠，致使電器產(chǎn)品用戶(hù)選擇低壓斷路器上還存一部分偏失。據(jù)此，筆者擬再次論述斷路器選擇和應(yīng)用，以期拋磚引玉、去偽存真。
1、按線路預(yù)期短路電流計(jì)算來(lái)選擇斷路器分?jǐn)嗄芰_線路預(yù)期短路電流計(jì)算是一項(xiàng)極其繁瑣工作。便有一些誤差不很大而工程上可以被接
受簡(jiǎn)捷計(jì)算方法：(1)10/0.4KV電壓等級(jí)變壓器，可以考慮高壓側(cè)短路容量為無(wú)窮大(10KV側(cè)短路容量一般為200~400MVA更大，按無(wú)窮大來(lái)考慮，其
誤差不足10%)。(2)GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》2.1.2條規(guī)定：“當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機(jī)額定電流之和超過(guò)短路電流1%時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反
饋電流影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動(dòng)機(jī)總功率約150KW，且是同時(shí)啟動(dòng)使用時(shí)此時(shí)計(jì)入反饋電流應(yīng)是6.5ΣIn。(3)變壓器
阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接(路)，當(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓百分值。當(dāng)原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就是它預(yù)期
短路電流。(4)變壓器副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器容量(KVA)，Ue為副邊額定電壓(空載電壓)，10/0.4KV時(shí)Ue=0.4KV簡(jiǎn)單計(jì)算變
壓器副邊額定電流應(yīng)是變壓器容量x1.44～1.50。(5)按(3)對(duì)Uk定義，副邊短路電流(三相短路)為I(3)對(duì)Uk定義，副邊短路電流(三相短路)為I(3)=
Ite/Uk，此值為交流有效值。(6)相同變壓器容量下，若是兩相之間短路，則I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上計(jì)算均是變壓器出線端短路時(shí)電
流值，這是最嚴(yán)重短路事故。短路點(diǎn)離變壓器有一定距離，則需考慮線路阻抗，短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜)，
容量為200KVA，變壓器出線端短路時(shí)，三相短路電流I(3)為7210A。短路點(diǎn)離變壓器距離為100m時(shí)，短路電流I(3)降為4740A；當(dāng)變壓器容量為100K
VA時(shí)其出線端短路電流為3616A。離變壓器距離為100m處短路時(shí)，短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時(shí)短路電流分別為0m65.74%和67.47%。，用戶(hù)設(shè)計(jì)
時(shí)，應(yīng)計(jì)算安裝處(線路)額定電流和該處可能出現(xiàn)短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器額定電流In≥線路額定電流IL斷路器額定短路
分?jǐn)嗄芰Α菥€路預(yù)期短路電流，選擇斷路器上，不必把余量放過(guò)大，以免造成浪費(fèi)。
2、斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?guó)際電工委員會(huì)IEC947-2和我國(guó)等效采用IECGB4048.2《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路
器》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦露x：斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰?Icu)：按規(guī)定試驗(yàn)程序所規(guī)定條件，不
包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力分?jǐn)嗄芰Γ粩嗦菲黝~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)：按規(guī)定試驗(yàn)程序所規(guī)定條件，包括斷路器繼續(xù)承載其額定電
流能力分?jǐn)嗄芰ΑO限短路分?jǐn)嗄芰cu試驗(yàn)程序?yàn)閛tco。其具體試驗(yàn)是：把線路電流調(diào)整到預(yù)期短路電流值(例如380V，50KA)，而試驗(yàn)按鈕未
合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗(yàn)按鈕，斷路器50KA短路電流，斷路器立即開(kāi)斷(OPEN簡(jiǎn)稱(chēng)O)并熄滅電弧，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為
間歇時(shí)間(休息時(shí)間)，一般為3min，此時(shí)線路處于熱備狀態(tài)，斷路器再進(jìn)行一次接通(CLOSE簡(jiǎn)稱(chēng)C)和緊接著開(kāi)斷(O)(接通試驗(yàn)是考核斷路器峰值電
流下電動(dòng)和熱穩(wěn)定性和動(dòng)、靜觸頭因彈跳磨損)。此程序即為CO。斷路器能分?jǐn)啵珉娀。o(wú)超妯規(guī)定損傷，就認(rèn)定它極限分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)
成功；斷路器運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)試驗(yàn)程序?yàn)閛tcotco，它比Icu試驗(yàn)程序多了一次co。試驗(yàn)，斷路器能分?jǐn)唷⑾珉娀。o(wú)超出規(guī)定損
傷，就認(rèn)定它額定進(jìn)行短路分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)。Icu和Ics短路分?jǐn)嘣囼?yàn)后，還要進(jìn)行耐壓、保護(hù)特性復(fù)校等試驗(yàn)。運(yùn)行短路分?jǐn)嗪螅€要承載額定電
流，Ics短路試驗(yàn)后還需增加一項(xiàng)溫升復(fù)測(cè)試驗(yàn)。Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核條件不同，后者比前者更嚴(yán)格、更困難，IEC947-2和GB14048.2確定Icu
有四個(gè)或三個(gè)值，分別是25%、50%、75%和99%Icu(對(duì)A類(lèi)斷路器即塑殼式)或50%、75%、99%Icu(對(duì)B類(lèi)斷路器，即式或稱(chēng)框架式)。斷路器制
造廠所確定Ics值，凡符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Icu百分值都是有效、合格產(chǎn)品。式(框架式)斷路器，絕大部分所有規(guī)格)都具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短
延時(shí)和短路瞬動(dòng)三段保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，大多數(shù)主干線(包括變壓器出線端)都采用它作主(保護(hù))開(kāi)關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路
短延時(shí)功能(僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護(hù))，不能作選擇性保護(hù)，它們只能使用于支路。使用(適用)情況不同，IEC92《船舶電氣》建議：
具有三段保護(hù)式斷路器，偏重于它運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ担罅渴褂糜诜种Ь€塑殼斷路器確保它有足夠極限短路能力值。我們對(duì)此理解是：主
干線切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線停電要影響一大片用戶(hù)，發(fā)生短路故障時(shí)要求兩個(gè)CO，要求繼續(xù)承載一段時(shí)間額定電流，而支路，
極限短路電流分?jǐn)嗪驮俅魏稀⒎趾螅淹瓿善涫姑辉俪休d額定電流，可以更換新(停電影響較小)。，是式或塑殼式斷路器，都有必須具
備Icu和Ics這兩面三刀個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。Ics值兩類(lèi)斷路器上表現(xiàn)略有不同，塑殼式最小允許Ics可以是25%Icu，式最小允許Ics是50%Ics=Icu
斷路器是很少，式也少有Ics=99%[國(guó)外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分?jǐn)?點(diǎn))技術(shù)塑殼式斷路器，它限流性能，分?jǐn)嗄芰υ６群艽螅勺龅絀cs=Ic
u，但價(jià)格很高]。我國(guó)DW45智能型式斷路器Ics為62.5%～65%Icu，國(guó)際上，ABB公司F系列，施耐德M系列也是70%左右，而塑殼式斷路器，國(guó)內(nèi)
各種新型號(hào)，Ics大抵50%～75%Icu之間。有些斷路器應(yīng)用設(shè)計(jì)人員，按其所計(jì)算線路預(yù)期短路電流選擇斷路器時(shí)，以斷路器額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?/font>
來(lái)衡量，由此判定某種斷路器(此斷路器極限短路能力大于線路預(yù)期短路電流，而運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰t低于計(jì)算電流)為不合格。這是一個(gè)誤解。
3、斷路器電氣間隙與爬電距離確定電器產(chǎn)品電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)絕緣配合，而絕緣配合則是建立瞬時(shí)過(guò)電壓被限制規(guī)定沖擊耐受電
壓，而系統(tǒng)中電器或設(shè)備產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定沖擊電壓。：(1)電器額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)額定電壓(2)電器額定沖擊耐受
電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)額定沖擊耐受電壓(3)電器產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)額定沖擊耐受電壓。基于以上三原則，電器額定沖擊耐受電壓(優(yōu)先值)U
imp就與電源系統(tǒng)額定電壓所確定相對(duì)電壓值和電器安裝類(lèi)別(過(guò)電壓類(lèi)別)等有很大關(guān)系：相對(duì)電壓值越大，安裝類(lèi)別越高[分為I(信號(hào)水平級(jí))、Ⅱ(負(fù)載水平級(jí))、Ⅲ(配電水平級(jí))、Ⅳ(電源水平級(jí))額定沖擊電壓就越大。例如相對(duì)電壓為220V，安裝類(lèi)別為Ⅲ時(shí)，Uimp為4.0KV，安裝類(lèi)別為Ⅳ，Uimp為6.0KV。電器產(chǎn)品(例如斷路器)Uimp為6.0KV污染等級(jí)3級(jí)或4級(jí)，其最小電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1和我廠HSM1系列塑殼斷路器電氣間隙均為5.5mm(安裝類(lèi)別Ⅲ)，用于電源級(jí)安裝，如DZ20系列800以上規(guī)格，Uimp為8.0KV，電氣間隙才提高到≥8mm。而產(chǎn)品實(shí)際電氣間隙，如HSM1系列，Inm(殼架等級(jí)電流)=125A時(shí)，電氣間隙為11mm，160A為16mm，250A為15mm，400A為18.75mm，630和800A均為300mm，都大于5.5mm。爬電距GB/T14048.1《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備總則》規(guī)定：電器(產(chǎn)品)最小爬電距離與額定絕緣電壓(或?qū)嶋H工作電壓)、電器產(chǎn)品使用場(chǎng)所污染等級(jí)以及產(chǎn)品本身使用絕緣材料性質(zhì)(絕緣組別)有關(guān)。
例如：額定絕緣電壓為660(690)V，污染等級(jí)為3，產(chǎn)品使用絕緣材料組別為Ⅲa(175≤cti〈400，CTI為絕緣材料漏電起痕指數(shù))，最小爬電距離為1
0mm。上面所提到塑殼式斷路器爬電距離都大大超過(guò)規(guī)定數(shù)值。綜上所述，電器產(chǎn)品電氣間隙和漏電距離，達(dá)到絕緣配合要求，就不會(huì)外來(lái)過(guò)電壓
或線路設(shè)備本身操作過(guò)電壓造成設(shè)備介質(zhì)電擊穿。GB7251.1-1997《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備部分：型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備》
(等郊于IEC439-1：1992)，對(duì)絕緣配合要求與GB/T14048.1是一樣。有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排，其相與相之間(空氣)距離
應(yīng)大于12mm，有提出斷路器電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理，它已經(jīng)超出了絕緣配合要求。大電流規(guī)格，避免出現(xiàn)短路電流時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)斥
力，或是大電流時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱，增加散熱空間，適當(dāng)加寬相間空間距離也是可以。此時(shí)是達(dá)到12mm或20mm，都可由成套電器制造廠自行解決，或請(qǐng)電
器元件廠提供有彎頭接線端子或聯(lián)結(jié)板(片)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般斷路器出廠時(shí)，都提供電源端相間隔弧板，止電弧噴出時(shí)造成相間短路。零飛弧斷路器為
防開(kāi)斷短路電流時(shí)有電離分子逸出，也安裝這種隔弧板。沒(méi)有隔弧板，則對(duì)裸銅排可包扎絕緣帶，其距離應(yīng)不小于100mm。
4、四極斷路器應(yīng)用四極斷路器應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)能對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程之類(lèi)作硬性使用要求規(guī)定，區(qū)性四極電器(斷路器)設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)出
臺(tái)，但安裝與不安裝四極電器爭(zhēng)論還進(jìn)行中，某些區(qū)使用近年來(lái)出現(xiàn)一窩蜂趨勢(shì)，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計(jì)，制造各種型號(hào)四極斷路器投放市
場(chǎng)。筆者同意一種意見(jiàn)，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電可靠性、安全性為準(zhǔn)，大體上是：(1)TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中，N線與保護(hù)線PE合二為一
(PEN線)，考慮安全，任何時(shí)候不允許斷開(kāi)PEN線，禁用四極斷路器；(2)TT系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)可使用四極斷路器，維修時(shí)保障檢修
者安全，TN-C-S和TN-S系統(tǒng)，斷路器N極只能接N線，而不能接PEN或PE線；(3)裝設(shè)雙電源切換場(chǎng)所，系統(tǒng)中所有中性線(N線)是通聯(lián)，確保被切換
電源開(kāi)關(guān)(斷路器)檢修安全，必須采用四極斷路器；(4)進(jìn)入住宅單相總開(kāi)關(guān)，宜選用帶N極二極斷路器(檢修時(shí)作隔離器之用)(5)用于380/220V系
統(tǒng)剩余電流保護(hù)器(漏電斷路器)，中性線必須穿越保護(hù)器零序電流互感器(鐵心)，防止無(wú)中性線穿過(guò)，使220V負(fù)載有泄漏電流而誤動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)選
用四極或帶中性線二極剩余電流保護(hù)器。
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