设备断路器选型计算方法

浅析低压电动机保护断路器的选型摘要：本文从电动机保护断路器的类型及特点、鼠笼式异步电动机的起动特性、电动机保护断路器脱扣曲线以及电动机保护断路器等几个方面来分析，为断路器选型和保护整定提供参考。

关键词：电动机保护；断路器；整定值引言现阶段电动机运行工况复杂，配电保护繁琐。

断路器避免误动，准确切除故障是选型的重中之重。

本文从电动机保护断路器的类型及特点、鼠笼式异步电动机的起动特性、断路器脱扣曲线分析等几个方面结合实际案例，为断路器选型提供一种简易计算方法。

1电动机保护断路器的类型及特点1.1电动机保护断路器有两大类：第一类，兼具过载保护和短路保护功能，脱扣器类型为热磁式和电子式。

第二类，只具有短路保护功能，短路保护元器件为磁脱扣线圈，也称单磁保护。

1.2电动机保护断路器有两大特点：第一个特点，除了遵循GB 14048.2-2008外，过载保护的反时限特性必须满足GB 14048.4-2010标准的要求，即约定不脱扣电流和约定约定脱扣电流对应的时间，还需要满足过载继电器的脱扣级别要求。

配电断路器过载保护曲线遵循的是GB 14048.2-2008标准中反时限断开特性。

第二个特点是磁保护或瞬时保护整定值相对配电型断路器高，一般12~15In 甚至更高，目的是为了躲过电动机起动时在第一个半波出现的接通电流峰值，避免磁保护误动作；配电型断路器的瞬时整定一般为10In。

2鼠笼式异步电动机的起动特性断路器的保护特性需要与电动机的工作特性相匹配。

如图1所示左侧曲线为鼠笼式电动机起动特性曲线，电机起动电流通常为4~8.4In，峰值发生在第一个半波，在第二、第三周波内急剧衰减。

右侧反时限脱扣曲线为保护电器过载保护曲线。

从图可知反时限脱扣曲线需保持在电动机正常运行电流和起动电流的上方，磁保护或瞬时保护整定值Irm＞I"d。

In为电动机额定电流（有效值）Id为电动机起动电流（有效值）I"d为接通电流峰值（峰值）图1 断路器与电动机特性曲线对比3电动机保护断路器脱扣曲线分析3.1热磁式电动机保护断路器以额定电流23A断路器为例，热脱扣范围为17~23A，磁脱扣电流为327A±20%。

5 选择断路器几个要点5. 1 直流整流电路过流保护直流整流电路的过流保护一般考虑采用在交流侧的熔断器或断路器的保护方案，可根据整流电路、负载和直流侧工作电流来选择交流断路器的额定电流、额定电压和分断能力。

5. 2 电池组直流电源的过流保护举例说明：一电池组的容量为500 Ah 。

最大放电电压240 V (110 块2. 2 V 的电池串联) 。

每块电池内阻为0. 5 mΩ(电池组内阻Ri = 55 mΩ) 。

电源在选择断路器时应考虑以下3 点：(1) 选择断路器的工作电流。

I = U/ Z ，Z为电路和设备阻抗，Z = Ri + R = U/ I ，当R mRi ，Ri 可忽略不计。

R = 20 Ω 时，I = 240 V/ 20Ω= 12 A。

断路器额定工作电流可选择16 A。

(2) 选择断路器的额定短路能力。

Icu =U/ Ri = 240 V/ 0. 05 Ω= 4 kA。

可选择具有6 kA或10 kA 的直流短路保护能力的断路器。

如果电池组的内阻未知，可近似计算所选用的断路器的短路保护能力，用公式Ics = KC ，C 为电池容量，单位为Ah ，K 为系数，10 ≤K < 20 ，一般选择10 ，但不超过20 (如，Ics = 5 kA) 。

交流断路器可采用多极串联的方式来提高其直流分断能力。

(3) 选择断路器的工作电压。

可根据电池的放电电压(也认为是直流电路的电源电压) 决定所选择断路器的工作电压。

断路器的额定工作电压要大于电池组的放电电压。

6 交流断路器在直流电路中的串联使用电路中，单相交流电压为220 (230) V、440V ;而直流电路电压为24 、48 、60 、125 、220 (250) 、440 V。

交流断路器在直流电路中应用时重点要考虑直流电路的电压问题。

直流电路的电压越高，电弧电压大于电源电压的熄弧条件越难满足，电弧越不容易熄灭，故交流断路器分断直流短路电流越困难。

断路器的分断能力是指该断路器安全切断故障电流的能力。

分为极限分断能力Icu和运行分断能力Ics现在可以做到Icu=Ics即100%以前是Ics小于Icu简单说就是断路器能够切断的最大的短路电流，如果电流值超过分段能力则断路器不起作用，导致严重后果。

分断能力的计算方法一般就是（变压器的容量/电压）/变压器出口到断路器上口部分的电阻，所得到的就是电路发生金属性短路的短路电流，断路器的分断能力要大于这个值保证安全额定短路分断能力Icn：在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。

额定极限短路分断能力Icu:在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流.额定运行短路分断能力Ics:在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常关合的最电大短路峰值电流。

额定短时耐受电流Icw：在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。

塑壳断路器分断能力的选择，取决于安装地点的短路电流值，要求断路器的分断能力应当大于安装地点的短路电流值，与所带负荷的大小关系不大。

请计算安装点的短路电流水平（KA)，然后选择断路器;如果实在不会计算,此断路器如果安装在发电厂等大电力容量的地方，可以选择50KA,比较保险。

如果一般工业，选择用25—35KA也可以了.不是的.分断能力与短路保护动作值完全是两个概念.分断能力是指这个断路器可以安全断开电路的最大电流.超过此电流断路器可能发生爆炸、触头熔接而无法断开电路等现象，一般远高于短路动作值。

一般断路器来一下分断电流就报废了.具体断路器的短路动作值要看相应的型号。

一般远小于10000A。

一般在分断试验时,60KA的分断能力，断路器会在电流上升到10-20KA时会断开。

一般断开时间在10ms之内（但这个没有具体要求）正常的短路电流,因各类断路器器不同,短路断开的时间一般也会不同，一般在20-30ms之内如果,电流上升达到53KA,一般60KA的断路器是受不了的，断路器回损坏的另外，有些使用环境需要断路器能耐受雷击电流（一般回在80-150KA之间)，但因通电时间太短,（为us级)，断路器一般不会动作.但有可能对产品产生破坏。

高压开关柜断路器（电磁、弹簧、永磁）操作机构工作原理、优缺点与选型计算方法（一）、电磁操作机构结构。

⑴、电磁操作机构原理：电磁操作机构结构比较简单，机械组成部件数量约120个，它是利用通过合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁芯，撞击合闸连杆机构进行合闸的，其合闸能量的大小完全取决于合闸电流的大小，因此需要很大的合闸电流。

⑵、电磁操作机构的优点主要有：①、结构比较简单，工作比较可靠，加工要求不是很高，制造容易，生产成本较低；②、可实现遥控操作和自动重合闸；③、有较好的合、分闸速度特性。

⑶、电磁操作机构的缺点主要有：①、合闸电流大，合闸线圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作电源；②、合闸电流大，一般的辅助开关、继电器触点不能满足要求，必须配专门的直流接触器，利用直流接触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流，从而控制合、分闸线圈动作；③、操作机构动作速度低，触头的压力小，容易引起触头跳动，合闸时间长，电源电压变动对合闸速度影响大；④、耗费材料多，机构笨重；⑤、户外变电所断路器的本体和操作机构一般都组装在一起，这种一体式的断路器一般只具备电动合、电动分和手动分的功能，而不具备手动合的功能，当操作机构箱出现故障而使断路器拒绝电动时，就必须停电进行处理。

（二）、弹簧操作机构。

⑴、弹簧操作机构结构：①、弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成，零部件数量较多，约200个，利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。

②、弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现，而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制，因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量而与电磁力的大小无关，不需太大的合、分闸电流。

⑵、弹簧操作机构的优点主要有：①、合与分闸电流不大，不需要大功率的操作电源；②、既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作；③、合与分闸动作速度快，不受电源电压变动的影响，且能快速自动重合闸；④、储能电机功率小，可交直流两用；⑤、弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配，并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构，选用不同的储能弹簧即可，性价比优。

接触器的结构以及其工作原理接触器是一种自动化的控制电器。

接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。

接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。

(一）交流接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。

它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。

主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。

交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

交流接触器主要由四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

交流接触器的工作原理：当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。

当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。

交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。

按照一般的分类方法，大致有以下几种。

①按主触点极数分可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。

单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。

断路器选型计算摘要：一、断路器选型的重要性二、断路器选型的基本原则1.按照负载电流选择2.按照短路电流选择3.考虑额定电压和绝缘水平4.考虑操作次数和寿命5.考虑环境条件和防护等级三、断路器选型计算方法1.计算负载电流2.计算短路电流3.确定额定电压和绝缘水平4.确定操作次数和寿命5.考虑环境条件和防护等级四、常见断路器类型的特点和应用场合1.空气开关2.塑壳断路器3.微型断路器4.负荷开关五、总结与建议正文：断路器是电气系统中非常重要的保护设备，选用合适的断路器对保障电气系统的安全和稳定运行具有重要意义。

在断路器选型过程中，需要遵循一定的基本原则，并进行详细的计算。

本文将介绍断路器选型的重要性、基本原则、选型计算方法以及常见断路器类型的特点和应用场合，以帮助读者更好地进行断路器选型。

一、断路器选型的重要性断路器选型的重要性不言而喻。

错误的选型可能导致电气系统无法正常运行，甚至发生严重事故。

因此，在进行电气系统设计时，务必重视断路器的选型。

二、断路器选型的基本原则1.按照负载电流选择：断路器的额定电流应略大于电路的负载电流，以确保电路正常运行。

2.按照短路电流选择：断路器的瞬时脱扣电流应大于电路的短路电流，以防止电路发生过载和短路。

3.考虑额定电压和绝缘水平：断路器的额定电压应与电路的电压相匹配，以确保电气设备的安全运行。

同时，要考虑断路器的绝缘水平，以防止电气设备损坏。

4.考虑操作次数和寿命：根据电路的使用频率和负载特性，选择具有合适操作次数和寿命的断路器。

5.考虑环境条件和防护等级：根据安装地点的环境条件和防护要求，选择具有相应防护等级的断路器。

三、断路器选型计算方法1.计算负载电流：根据电路的负载设备容量和功率因数，计算负载电流。

2.计算短路电流：根据电路的负载电流和短路电阻，计算短路电流。

3.确定额定电压和绝缘水平：根据电路的电压等级，选择具有合适额定电压和绝缘水平的断路器。

4.确定操作次数和寿命：根据电路的使用频率和负载特性，选择具有合适操作次数和寿命的断路器。

断路器的选型1、一般选用原则(1)根据用途选择断路器的型式及极数；根据最大工作电流选择断路器的额定电流；根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。

具体要求是：①断路器的额定工作电压≥线路额定电压；②断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流；③断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）；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断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压；⑥断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压；⑦电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压；⑧断路器用于照明电路时，电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。

(2)采取断路器作为单台电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1. 35倍（DW系列断路器）或1.7倍（DZ系列断路器）。

(3)采用断路器作为多台电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为1.3倍最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。

(4)采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时，其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值，脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流，短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍；过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。

(5)初步选定断路器的类型和等级后，还要与上、下级开关的保护特性进行配合，以免越级跳闸，扩大事故范围。

2、电动机保护用断路器的选用电动机保护用断路器可分为两类：一类是指断路器只作保护而不负担正常操作；另一类是指断路器需兼作保护和不频繁操作之用。

后一类情况需考虑操作条件和电寿命。

电动机保护用断路器的选用原则为：(1) 长延时电流整定值等于电动机额定电流。

(2) 瞬时整定电流：对保护笼型电动机的断路器，瞬时整定电流等于（8-15）倍电动机额定电流，取决于被保护电动机的型号、容量和启动条件；对于保护绕线转子电动机的断路器，瞬时整定电流等于（3-6）倍电动机额定电流，取决于被保护绕线转子电动机的型号、容量和启动条件。

精心整理设备断路器选型计算方法当用电回路发生故障和短路时，断路器能够切断用电回路，保护用电设备。

如何选择合适的断路器，其计算方法如下：一、计算计算电流：1）三相负荷时：1.52/cos js js I P φ=⨯；C65，NSX160因此，选定的断路器型号为NSX100NTM100A/4P 。

注：1、断路器选择应注意按照负荷类型选取特性曲线。

计算机插座回路剩余电流动作装置选用A 型，其他的插座回路选C 型曲线；开水器断路器选用B 型曲线；配电照明回路断路器一般选用C 型曲线；电动机断路器选用D 型曲线；2、确定极性时，要确定设备的极性。

设备本身带有自控制功能，在一定条件下，能够实现自我切断，极性选择为4P ，带漏电保护时(+30mA/100mA)，极性也是4P 。

其他情况下为3P 。

3、选择TM （热磁脱扣单元）原因在于，价格便宜。

2）单相负荷时：精心整理4.55/cos js js I P φ=⨯；js e P P Kx =⨯；根据计算电流大小选择合适的断路器例3：3,cos 0.8,js P KW φ==3 4.55/0.817.0625js I =⨯=；选断路器时，其额定电流 1.25js I I >；注：12323,,l l 分和值的注：12、截面为：3⨯数据》（（P 74）表6-42四、线路及导线敷设变压器二次侧至用电设备之间配电级数不宜超过三级，每一楼层是否设楼层集中配电箱，根据实际情况确定。

负荷回路电线的敷设方式参考《建筑电气工程设计常用图形和文字符号》（P 68）——导线敷设部位的标注，配电箱回路的敷设方式参考《建筑电气工程设计常用图形和文字符号》（P 68）——线路敷设方式的标注。

干线断路器选型的话，计算电流×1.25。

附录Ⅱ电气设备校验：断路器校验：220kv 电压等级断路器的校验所选断路器LW1-220，Un ≧Uns=220kv ，满足要求。

流过断路器的最大持续工作电流：Imax=1.05Ins=1.05*240000/（1.714*220）=6.3A 。

(1) 动稳定校验Imax=6.3A ，断路器的额定电流In=2000A ，所以Imax ＜In ；动稳定峰值Ies=80KA ，Ish=3.15KA,所以Ies ＞ Ish 则；稳定校验合格。

(2) 热稳定校验短路点流的热效应（KA 2.S ），设继电保护时间tpr 为0.15秒，则短路：St t t t t t a in pr br pr K 224.004.0025.015.0=++=++=+=；其中K t ———验算热稳定的的短路时间；pr t ———后备保护动作时间；in t ———固有分闸时间；a t ———电弧持续时间；SKAt I Q k Z K⋅=⨯=⨯=222''332.0224.02.1；SKA t I Q t r ⋅=⨯=⋅=222396935.31；即 k rQ Q > 满足要求110kv 电压等级断路器的校验所选断路器SW4-11，Un ≧Uns=110kv ，满足要求。

流过断路器的最大持续工作电流：Imax=1.05Ins=1.05*350000/（1.714*110）=19.4A 。

（1）动稳定校验Imax=19.4A ，断路器的额定电流In=1260A ，所以Imax ＜In ，动稳定峰值Ies=80KA ，Ish=6.8KA,所以Ies ＞ Ish ，则稳定校验合格。

（2）热稳定校验短路点流的热效应（KA 2.S ），设继电保护时间tpr 为0.15秒，则短路：St t t t t t a in pr br pr K 226.006.0025.015.0=++=++=+=S KAt I Q k Z K ⋅=⨯=⨯=222''5.2226.032.3SKAt I Q t r ⋅=⨯=⋅=222101534.18；即k r Q Q > 满足要求。

断路器选型及短路分断能力ka计算方法1.概述在电气系统中，断路器是一种非常重要的电气设备，它主要用于在电路发生短路故障时迅速切断电路，保护电气设备和人身安全。

选择合适的断路器并正确计算其短路分断能力ka至关重要。

本文将对断路器选型和短路分断能力ka的计算方法进行探讨。

2.断路器选型当选择断路器时，首先需要考虑的是电路的额定电流。

额定电流是断路器能够正常运行的最大电流值，通常以安培（A）为单位。

在选择断路器时，需要确保其额定电流大于或等于电路的最大负荷电流，以保证正常运行。

还需要考虑到负载类型、电气设备的特性和系统的工作环境等因素。

3.短路分断能力ka的重要性短路故障是指电路中出现的异常高电流，它可能导致设备的烧毁、电路的损坏甚至是火灾等严重后果。

断路器的短路分断能力ka成为了一个至关重要的指标。

短路分断能力ka是指断路器能够在一定时间内将短路电流迅速切断的能力，通常以千安（kA）为单位。

选择合适的断路器短路分断能力ka能够有效地避免因短路故障而导致的安全事故。

4.短路分断能力ka的计算方法短路分断能力ka的计算方法通常分为两种：理论计算和实验测试。

在理论计算中，需要考虑电路的参数、电气设备的特性以及故障电流的大小等因素，根据一定的公式和标准来进行计算。

而实验测试则是通过对断路器进行实际测试，以确定其短路分断能力ka的数值。

一般情况下，实验测试得到的结果更为准确可靠，但在一些特殊情况下，理论计算也可以作为参考依据。

5.个人观点和总结作为一名电气工程师，我个人认为断路器选型和短路分断能力ka 的计算方法对于电气系统的安全性和可靠性至关重要。

在实际工程中，我们需要根据具体的电路参数和要求来选择合适的断路器，并通过严格的短路分断能力ka计算，确保断路器能够有效地保护电气设备和人身安全。

我也建议在进行断路器选型和计算时，可以根据不同的应用场景和要求，进行一定程度的过载试验和短路试验，以验证其性能和可靠性。