低压断路器一、低压断路器的分类低压断路器曾称自动开关是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流,还可以接通和分断短路电流的开关电器;低压断路器在电路中除起通断控制作用外,还具有保护功能,如过负荷、短路、欠压和漏电保护等;低压断路器可以手动直接操作和电动操作,有的还可以实现远方遥控操作;低压断路器的分类：低压断路器的分类方式很多按结构形式可分为：框架式断路器ACB又称开启式、万能式断路器;比如ABB的F、Emax系列、施耐德的M、MT 系列、穆勒的IZM系列、西门子的WL系列、国产的DW系列等;框架式断路器所有零件都装在一个绝缘的金属框架内,常为开启式,可装设多种附件,更换触头和部件较为方便;有手操动、储能式、非储能式以及电动式等操动形式;按安装方式可分为固定式和抽屉式两种,固定式外壳采用金属材料,外形尺寸较大,防护等级较低；抽屉式采用工程塑料外壳,结构较为紧凑,防护等级高,检修方便,多用在电源端总开关;过电流脱扣器有热磁式、电磁式单磁、电子式和智能化脱扣器等几种;断路器具有长延时、短延时、瞬时三段保护及接地保护,每种保护整定值均根据其壳架等级在一定范围内可选择或调整;随着微电子技术的发展,现在部分智能型断路器具有区域选择联锁功能,充分保证了动作的灵敏性和选择性;ACB的最大特点是容量大、极限短路分断能力高和足够的短时耐受电流,有的断路器的额定电流高达5000 A,额定短时耐受允许电流Icw 高达100kA 1S;这使得ACB的有很好的选择性和稳定性;ACB的功能完善但价格贵,多用于作为低压配电系统的主开关,以及重要的、负载较大的主干线的保护;塑壳式断路器MCCB又称装置式断路器,比如ABB的lsomaxS、Tmax系列、施耐德的NS、NSX 系列、国产的DZ20系列等;所有零件都密封于外壳中,辅助触点、欠压脱扣器以及分励脱扣器等多采用模块化,由于结构非常紧凑,MCCB基本不能检修;MCCB多为手动操作,大容量也有选择电动操作;由干电子式保护脱扣器的应用,MCCB也具备了三段保护特性,但由于价格因素,采用热磁式或电磁式脱扣器的断路器用量更大;MCCB的特点是体积小、接触防护好、安装使用方便、价格相对便宜;但与ACB比,MCCB的容量小,短路分断能力低,选择性和短时耐受能力差;近年来新型MCCB容量已经做到3000A,极限短路分断能力高达150kA以上,但因结构上的原因,短时耐受能力是最大短板,使选择型MCCB的应用受到局限;由于上述原因,MCCB主要用于未端线路和一些分干线,主要作电动机、小容量配电线路;还有一类叫微型断路器MCB又称微断,比如ABB的S250系列、施耐德的C65系列、国产的DZ47系列等;实际上也是塑壳断路器的一种,因其体积很小把它另列,微断的特点是结构紧凑、接触防护好、安装使用方便、价格便宜,与塑壳式断路器相比容量更小,短路分断能力更低,短时耐受能力更差,主要做微小型电动机、小容量配电线路和照明保护和家用;按保护负载性质和特性可分为：配电保护型、电动机保护型和家用保护型断路器;按脱扣器类型可分为：电磁单磁脱扣器、热磁脱扣器和电子脱扣器,电子脱扣器还可分为拨动开关式、智能数显式;按使用类别分为非选择型A类和选择型B类;A类,这类断路器不设置任何脱扣延时,只要达到定值立即跳闸;承受短路的时间就是瞬时脱扣器动作的时间;此时选择断路器可按Ics或Icu满足短路预期电流,考虑到更严格一些的使用条件,一般我们习惯按Ics满足短路预期电流选择;B类,这类断路器为了实现选择性在小于Icw的短路时延时一定时间脱扣;此时选择断路器就必须按Icw满足短路预期电流;按安装方式分,有固定式、插入式、抽屉式、抽出式和嵌入式等;按极数分,可分为单极、二极、三极和四极式等;二、低压断路器的技术参数含义1.断路器额定电流In;是在给定的环境温度条件下承载的最大连续电流而无异常发热保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流;2.壳架等级额定电流;代表断路器的外形大小的等级,以此表示断路器的最大额定电流;如：施耐德NS160N TMD80,表示为施耐德NS160A壳架,N表示极限分断能力在AC380/415V 条件下为36KA,TMD80表示配电用热磁脱扣器额定电流为80A;3.断路器短路分断能力：极限短路分断能力I cu; 它是在规定的电压、电流和cosΦ的条件下,执行o-co两个试验程序,能完全分断和熄灭电弧,无超出规定的损伤触头损伤和飞弧损伤;试品试后经受一定的工频耐压试验,且过载脱扣器在一定的整定电流下能正常脱扣;满足规定的试验程序所规定的条件,不包括断路器连续承载其额定电流能力的分断能力;它用预期分断电流kA表示在交流情况下用交流分量有效值表示;额定运行工作短路分断能力Ics;它是在规定的电压、电流和cos Φ的条件下,执行o-co-co三个试验程序,能完全分断,熄灭电弧,无超出规定的损伤;试后试品除符合规定的工频耐压和过载脱扣器的验证试验外, 尚须考核温升和操作性能5％电寿命的验证;满足规定的试验程序所规定的条件,包括断路器连续承载其额定电流能力的分断能力．它用预期分断电流kA表示,相当于额定极限短路分断能力规定的百分数中的一档并化整到最接近的整数,它可用Icu的百分数表示例如Ics=25%Icu;另一方面,当额定运行短路分断能力等于额定短时耐受电流时,它可以按额定短时耐受电流值kA规定之,只要它不小于相应的最小值;如果使用类别A的Icu超过200kA,或使用类别B的Icu超过100kA,则制造厂可声明Ics值为50kA;显然Ics比Icu的考核严格;换言之,作了Ics试验后,产品还能继续使用,而Icu则不然,经过Icu试验后,产品不能再用;我们在选择断路器时,为保证能够可靠的断开故障电流,而不致使故障扩大,并在故障过后能够使供电连续性得到保证;一般按Ics来选择断路器的短路分断能力;额定短时允许耐受电流Icw;断路器在短时期内或1S可以承受且无特性变化的最大短路电流;反映了断路器在短时间内所承受的短路热稳定性能;由于使用情况不同,具有三段保护的重要回路断路器,偏重于它的额定运行短路分断能力值,而用于非重要的回路断路器主要确保它有足够的极限短路分断能力值;对此我的理解是：重要回路切除故障电流后断路器要求能够继续供电,承载一段时间的额定电流,在适当的时间更换;而份重要回路,经过极限短路电流的分断和再次的合、分后,已完成其使命,可以停电更换新的停电的影响较小;但是无论是框架式或塑壳式断路器,都有必须具备Icu和Ics 这两个重要的技术指标;只是Ics值在两类断路器上表现略有不同,塑壳式的最小允许Ics 可以是25%Icu,框架式最小允许Ics是50%Icu,Ics=Icu的断路器比较少见,采用旋转双分断点技术的塑壳式断路器,它的限流性能极好,分断能力的裕度很大,可做到Ics=Icu,但价格很高;在实际中应该根据使用情况来选择,有人按其所计算的线路预期短路电流选择断路器时,以断路器的额定运行短路分断能力衡量,来判定某断路器此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流,而运行短路分断能力则低于计算电流为不合格;这是一个误解;4.断路器的过载、短路保护特性; 在断路器所保护的配电系统中,当发生故障时,距故障点最近的断路器能够按规定的保护特性正确的有选择的动作将故障切除,而其他各级断路器不动作,从而将故障所造成的断电限制在最小范围内,使其他无故障供电回路仍能保持正常供电,这就是对断路器保护所要求的;断路器所配备的保护脱扣器有四种：①具有反时限特性的长延时热过载保护,②具有一定时限的短路短延时保护,③短路瞬时保护,④接地保护;在日常的使用中,根据使用意图和技术经济比较,可以选择带四种保护,也可以选长延时、瞬时或短延时三种保护组成三段式保护,还可只选长延时、瞬时两种保护两段式保护,短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内,还可选用只有瞬时速断保护的断路器;5.额定工作电压Ue ;一般表示相间的电压;对于三相四线中性线接地系统是指相地间电压,包括相间电压例如277/480V ,对于三相三线不接地或阻抗接地系统表示相间电压例如480V .断路器额定频率;如果规定断路器只用于一个频率时,则应标明额定频率6.其它还有：使用类别,结构形式、极数、安装方式、安装尺寸,额定工作制,防护等级如果不是IP20时,基准周围空气温度如果不是30℃时;隔离功能;隔离的含义：出于安全的原因,通过使其与所有电源分开的方法切断整个装置或其中一个独立部分的电源;三、低压断路器的选择主要根据负载特点和安装地点使用要求选用断路器的技术参数;1．额定电流、断路分断能力参数的选择断路器的主要技术参数主要有：1.额定电流,2.断路器短路分断能力,此外还要考虑断路器保护特性;额定电流的选择额定电流的选择受若干因素的影响,可按下式计算：In =I l×A×B×C×D×E×F×G式中：In-- 断路器的额定电流I l--负载电流的计算值A-- 环境温度系数B--连接导线截面积系数C-- 负载类别系数D--海拔高度系数E--电源频率系数F--安全系数G--断路器的工作制系数安装环境温度系数环境温度对断路器过载脱扣电流的影响断路器的过载保护依靠热脱扣器来完成,通常热脱扣器额定电流是根据IEC898标准,在基准温度为30℃条件下整定的;热脱扣器与环境温度有直接关系,温度变化会导致断路器额定电流值发生变化;当温度偏离基准温度时,应根据制造商提供的温度与截流系数修正表,来修正断路器的额定电流值;考虑断路器实际安装处的周围温度对断路器发热、过载保护延时特性的影响,一般系数A都由相应产品的校正系数给出;如缺乏相关数据,系数A可按下式选用：A ≤1.1K/K-1∆式中：△K-- 断路器安装在配电柜内时,柜内、外环境温度之差K-- 断路器接线端的允许温升1△K由配电柜的结构型式确定;当柜外的空气温度为+40℃,一般抽屉柜内的温度约为+55℃ ,密封柜约为+60℃ ;断路器允许使用的环境温度按国家标准的规定为+40℃;当它装于配电柜中时：对于一般抽屉柜例如GCK、GCL、GCS等,△K=55-40= l5℃,对密封柜△K =60-40=20℃;2对镀银的铜排新取 K=7O ℃;据此计算系数为：抽屉柜 A ≤701511.1- =对密封柜 A ≤702011.1-=显然对已经使用的产品,则应考虑降容使用,,降容系数α=A -1;对抽屉柜：α=A -1= =;对密封柜：α=A -1= =;导线截面系数B连接导线载面积的大小对断路器的发热的保护特性有直接影响;当实际导线比标准导线的截面小时,导线的热量将流向断路器,导致断路器接线端及触头温升增高,并出现断路器早跳,同时导线的绝缘老化也加速;反之,当实用导线的截面大于标准导线的截面时,断路器触头系统的热量可流向导线使开关动作时间延长,甚至不动作;导线截面大小影响系数可参考表1;表l 导线截面大小影响系数这里应指出的是导线材料为标准铜;负载类别系数C负载类别系数C,按表2选用;海拔高度系数DGB 规定断路器正常使用的海拔高度为2000 m;当高于2000 m 时,由于空气密度降低,对流散热条件变坏,对产品散热不利;同时,灭弧条件也变坏;因此,要考虑海拔高度系数D;有的产品给出不同海拔高度时,产品降容使用系数d,而d=D -1;当未知产品的系数D 时,可按下式进行计算：D =ΔH式中：H--断路器安装的海拔高度,km△H-- 断路器实际安装海拔与2km 的高度差,km计算结果列于表3;表3 海拔高度系数D 计算结果在多数情况下无论电源频率是50Hz或60Hz,对主电路均可不考虑,即E=l按—2002之.3b 对额定电流大于800A的电器,即使在60Hz时仍应考虑涡流及趋肤效应的影响,作发热试验,除非制造厂与用户之间有协议,允许在60 Hz下使用;但当电源频率6O～400 Hz时,由于涡流及趋肤效应引起导体发热,温升升高,故应考虑电源频率对主电路的影响系数E,见表4;值得指出的是,即使50／60 Hz对欠电压继电器电磁式等长期工作的部件,应考虑50 Hz 与60 Hz的转换系数;至于对分励脱扣与电动操动机构等短时工作的部件,因其工作电压范围较宽,可不考虑5OHz与60Hz的区别;安全系数F主要考虑断路器的额定极限与实际电路计算值的相适应,一般取F=;工作制系数G工作制系数G,见表5;表5 工作制系数断路器分断能力的选择断路器的分断指标的意义按标准的规定,断路器的分断能力有两个指标;1额定极限短路分断能力Icu;2额定运行工作短路分断能力Ics;3额定短时耐受电流Icw主要是指短路情况下热稳定能力;在选择电源进线和配电线路的断路器时,偏重按产品的Ics来选择,这有利于保证主干线的持续供电,而对于末端断路器则按断路器的Icu来选择,这样使停电的影响较小;但不能把不小于线路计算预期短路电流值作为选择的唯一的标准;因为Ics<Icu,对某些配电支路,即使Ics小于线路计算的预期短路电流,但其Icu大于线路计算的预期短路电流值,断路器也是可选用的;预期短路电流计算应遵守的原则精确计算线路的预期短路电流比较繁琐;通常采用一些误差不大,而又为工程所许可的简单算法来计算线路的预期短路电流;这些方法所依据的原则是：1对6/的变压器,可以认为高压侧的短路容量为无穷大因6kV侧的短路容量一般为200～400MVA,或更大,因此按无穷大来考虑、误差不足l0％;2GB 50O54-l995低压配电设计规范第条规定,当短路点附近的各电动机的额定电流之和超过短路电流的l％时,应计入电动机反馈电流的影响;3变压器的短路阻抗电压Uk是指二次侧短路时,二次侧电流由于电磁感应使得一次侧电压下降为其额定电压的百分值;反过来,当一次侧为额定电压时,二次侧的电流就是它的预期短路电流;变压器二次侧三相出线端短路电流周期分量有效值为：I sd =Pe3eUkU2式中：Pe--变压器的额定容量,kVAU2e--变压器二次侧额定电压,kV4当断路器距变压器出线端有Lm 的距离时,计算预期的短路电流时应计入Lm 长的导线阻抗的影响;举例：变压器容量为400 kVA 6/,设置变压器二次开关柜,试选择断路器的基本参数变压器的Uk 为4％;计算变压器出线端的线路预期短路电流;Isd=40004.04.03⨯⨯=kA;变压器二次侧的额定电流为：I 2n =4.03400⨯=A,1选择断路器的额定电流：A 为,B 为l 选择标准导线,C 为1,D 为1该装置用于海拔2000 m 以下,E 为150 Hz,F 为,G 为 持续工作制;In =1．24×l ×l ×1×l ××× =A2选择断路器的基本技术参数：额定电流取 In=l000A ；额定电压取 Un=400V ；分断能力取 Ics ==×50=25 kA;断路器额定电流选择还应考虑的因素：断路器的瞬时保护区受导线长度的限制,安装断路器其保护区域内的导线长度必须受控,推荐按下式计算导线的限制长度： Lmax=min 2.115Ie US式中： Lmax--被保护导线的最大长度,mU-- 相电压,取220 VS--被保护导线截面积,mm2 Iemin 电磁脱扣器的最小整定值,A 例：导线截面为16mm,线路电流为63A,选用DZ47—C63断路器作保护,其电磁脱扣器的Iemin=l0×63=630A,计算Lmax;Lmax=6302.11622015⨯⨯⨯=m以上计算表明:该断路器瞬时保护导线最大长度为;在 m 内发生短路时,断路器可在内脱扣断开;如果线路长达8Om 时,得Iemin =550A;为Dz47—63型额定电流63A 的倍;按C 型保护特性曲线,其最快动作时间为2-3s,势必导致线路或设备受损甚至烧坏;以上关于选择低压断路器基本技术参数的方法,可作为选用产品的参考,但如果已在用则可取选用系数的倒数即A 、B 、C 、D 、E 、F 、G -1×In 的办法来验证是否满足负载计算电流的要求;若不符则应更换;在不同厂家的手册中,选择公式或名词表达有所不同,但所表达的意思是一样的;2．其它技术参数的选择1．结构形式、极数、安装方式、安装尺寸应符合安装要求;2．断路器额定工作电压≥电源和负载的额定电压;3．断路器额定频率等于电源频率;4．额定工作制： 断路器的额定工作制可分为8h 工作制和长期工作制两种;5．辅助电路参数：主要为辅助接点特性参数;框架断路器一般具有常开接点、常闭接点各3对,供信号装置及控制回路用；塑壳式断路器一般不具备辅助接点;6．线路末端单相对地短路电流与断路器瞬时或短延时脱扣器整定电流之比≥;7．是否适合隔离分:—适合隔离或不适合隔离;8．其它：脱扣器型式及脱扣器保护特性、使用类别等等;正确选择低压断路器,主要技术参数的选择是最基本的要求,选用不当会造成事故,需引起足够的重视;四、低压断路器的选择性配合和限流名词解释过载在保护脱扣器整定电流In、L、Ir、Ith长延时电流：脱扣器可以承受,且不脱扣的最大工作电流,超过此电流根据反时限曲线按热效应脱扣;短路短延时脱扣器整定电流S、Isd：检测到短路电流时有一个固定的小延时,或按照I2t 的反时限曲线来脱扣;短路瞬时保护脱扣器整定电流Ii、Im：检测到短路电流时马上发出脱扣指令;接地保护脱扣器整定电流Ig：检测到接地短路电流时有一个固定的小延时,或按照I2t的反时限曲线来脱扣;I2t特性：在规定的工作条件下,表示I2t的最大值为预期电流函数电流平方曲线;配电系统的连续、安全供电和可靠的保护是衡量系统质量的标志;先进的系统能最大限度提供供电的连续性和合理的保护,靠断路器的选择性保护和限流;1 选择性保护所谓选择性配合保护,就是在下一级保护电器的保护范围内发生短路,过电流故障时应该由该保护电器动作,上一级保护电器不动作,而当该保护电器拒动时,上一级保护电器才动作,有范围和先后次序的要求以保证对无故障回路供电的连续性;电路如图1所示;图1 系统的选择性保护选择性保护的分类部分选择性在一定的电流范围内能实现选择性保护,但在此电流范围之外不具有选择性保护,这被称为具有部分选择性;比如：当故障电流超过下级断路器的脱扣值,但还小于上级断路器的脱扣值时,则下级跳闸,上级不跳,实现选择性保护;当故障短路电流超过下级断路器的脱扣值,同时也超过上级断路器的脱扣值时,如果上级断路器没有短延时功能,则上下级同时跳闸,甚至下级断路器还未跳,上级断路器就已跳闸,也就是越级跳闸;后果是：不该断电的无故障回路也被停电,即故障波及的范围扩大,并且给处理和分析故障造成了麻烦;全选择性在全电流范围内,都能实现选择性保护,即只有离故障点最近的断路器跳闸;始终能把由于故障造成的停电控制在最小范围内;选择性的实现电流选择性1过载脱扣特性的上下配合;配合原则是上级断路器的约定不动作电流大于下级断路器的约定动作电流,如图2所示;图2上、下级断路器的电流选择性配合①上级ACB或MCCB与下级MCCB的配合符合标准为应满足上>下,即In上>1．24In下;例如：下级100A的MCCB,上级至少要125A的MCCB;②上级MCCB与下级MCB的配合符合标准为对GB10963应满足上 >下,即In上>下;例如：下级32A的MCB,上级至少要的MCCB,则应选用50A的MCCB;③上级MCB与下级MCB的配合符合标准为GB10963对GB10963应满足上 >下,即In上>下;例如：下级l0A的MCB,上级至少要的MCB,则应选用16A的MCCB;在施奈德低压电器应用指南中要求,上下级过载长延时保护脱扣器整定值之比应大于才能保证过载脱扣保护的选择性;过载脱扣特性的上下级断路器的配合如表1所示表1 过载脱扣特性的上下级断路器的配合2瞬动脱扣特性的上下级配合;配合原则是上级断路器的瞬动不动作电流大于下级断路器的瞬动动作电流的峰值;①上级ACB或MCCB与下级MCCB的配合符合标准为对应满足上级特性的下限值8In上大于下级特性的上限峰值21/2×12In下,即In上>下;例如：下级63A的MCCB,上级至少要的MCCB,则应选用160A或以上的MCCB;②上级MCCB与下级C型MCB的配合符合标准为对GB10963应满足上级特性的下限值8In上大于下级特性的上限峰值21/2×10In下,即In上>下;例如：下级40A的C型MCB,上级至少要的MCCB,则应选用80A或以上的MCCB;③上级MCCB与下级D型MCB的配合符合标准为对GB10963应满足上级特性的的下限值8In 上大于下级特性的的上限峰值21/2×14In下,即In上>下;例如：下级40A的D型MCB,上级至少要的MCCB,则应选用100A或以上的MCCB;④上级是C型MCB与下级C型MCB的配合符合标准为GB10963对GB10963应满足上级特性的的下限值5In上大于下级特性的的上限峰值21/2×10In下,即In上>下;例如：下级10A的C型MCB,上级的C型MCB至少要,则应选用32A及以上的C型MCB;⑤上级是C型MCB与下级D型MCB的配合符合标准为GB10963对GB10963应满足上级特性的的下限值5In上大于下级特性的的上限峰值21/2×14In下,即In上>下;例如：下级10A的D型MCB,上级的C型MCB至少要,则应选用40A及以上的C型MCB;在施奈德低压电器应用指南中要求,要满足上下级断路器的全选择性,上下级断路器额定电流之比要大于才可以;瞬动脱扣特性的上下级断路器的配合如表2所示;表2 瞬动脱扣特性的上下级断路器的配合表时间选择性通过上级断路器较下级断路器的延时动作来实现选择性实际上正因为它的“延时”性能,而就使其不动作了;对于A类断路器MCCB,在过载区,可选择到上下级脱扣曲线不重合或不相交;但在瞬动区不能避免交叉或重合;所以,实现时间选择性,上级必须用B类断路器B类断路器——具有短路短延时和短时耐受电流能力的断路器;时间选择性配合如图3所示;图3 上下级断路器的时间选择性配合能量选择性这是基于上下级断路器都具有限流能力并其脱扭陛能能灵敏反映线路中短路能量的一种选择性;当两个断路器检测到大电流时,下级断路器限流非常快,其限制的能量不足以使上级断路器脱扣;上下级断路器的能量曲线如图4所示,当下级的能量曲线位于上级的下方时,就能实现能量选择性;图4 断路器的能量曲线逻辑选择性区域选择性联锁是基于上下级断路器都具备某些智能化功能和通信功能,可以实现逻辑选择性;图5为逻辑选择性的工作示意图;。
