低压断路器若干参数的应用分析

1、低压断路器若干参数的应用分析低压断路器，最常用的保护电器之一，又称为低压空气开关、低压自动开关，在建筑电气各系统中，主要用于配电线路的过载、短路、逆电流、欠压、失压和漏电等保护，也可以用于不频繁起动的电动机的保护及操作或转换电路。低压断路器（以下简称断路器）的选择，除了要满足额定电压等级、额定电流、额定频率、场所环境等要求外，还要满足短路条件下的通断能力、动、热稳定等要求。断路器有诸多电气参数，下面就其中几个参数的意义及其在断路器选型中的应用，谈谈笔者的观点，供同行参考。1断路器的分断能力选择断路器有两个分断能力参数：额定极限短路分断能力（Icu）和额定运行分断能力（Ics）。额定极限短路分断

2、能力（Icu）是断路器在规定的试验电压及其他规定的条件下可分断的最大短路电流值，其试验顺序是o-t-co；额定运行分断能力（Ics）是在同等试验条件下比额定极限短路分断能力要小的分断电流值，其试验顺序是o-t-co-t-co。其中，o表示分断操作，co表示接通操作后紧接着分断操作，t表示两个相继操作之间的时间间隔，一般为3miu，如果脱扣器来不及再扣，则延时至能再扣为止。断路器分断能力的校验是选择断路器的重要依据。对于分断时间在0.02s以上的断路器，其极限断路电流Idl（或idl）应不小于通过它的三相短路电流周期分量有效值Id，即：IdlId（1）或idl2Id（2）式中：Idl（或idl）

3、断路器极限断路电流（或峰值）（kA）；Id三相短路电流周期分量有效值（kA）。对于分断时间在0.02s以下的断路器，其极限断路电流Idl（或idl）应不小于通过它的三相短路冲击电流有效值Icj（或icj），即：IdIcj（3）或idlicj（4）式中：Idl（或idl）断路器极限断路电流（或峰值）（kA）；Icj（或icj）三相短路冲击电流有效值（或峰值）（kA）。上述公式中的断路器极限断路电流即断路器的极限分断能力（Icu）。一直以来，大家都是依据式（1）式（4），按照断路器的极限分断能力（Icu）选择断路器的分断能力。这样，断路器在分断了线路上的短路电流后，只可再正常分断该短路电流一次，此

4、时及时的更换断路器，可确保断路器正常的电气性能。一般的，额定极限短路分断能力（Icu）和额定运行分断能力（Ics）存在如表1所列的标准比例关系。Ics/Icu比例百分数的大小可以反映出制造厂在断路器分断能力上的制造水平高低，Ics/Icu比例百分数越接近100，断路器制造水平越高。表1Ics与Icu的标准比例表使用类别无选择型（A类）有选择型（B类）Ics/Icu比例百分数（）2550507575100100目前，也有人建议按照断路器额定运行分断能力（Ics）选择断路器的分断能力，依据断路器分断能力的试验程序，断路器在分断了线路上的短路电流后，还可多次分断该短路电流，以期达到延长使用断路器的目

5、的。这一观点固然有其有道理的一面，可是这样也会给断路器及其保护的设施的定期维护和检修带来不确定性；而且线路出现短路之后，断路器的触头已经有所损伤，再继续使用，影响线路供电连续可靠性的同时，将带来一定的安全隐患。再者，据此参数选择断路器，就要选择极限分断能力更大的断路器，也意味着投资的增加。综上述针对断路器两种分断能力的应用观点，笔者认为可以有更适当的选择。对于一些不重要的负荷，由于这类负荷的供电可靠性要求不高，可采用断路器额定运行分断能力（Ics）选择断路器，虽然一次投资较高，而断路器在短路之后可再次使用，运行成本较低，使用时间可以延长，直至不能使用之后，再行更换。这对于一些供电可靠度要求不高

6、的负荷，是完全可行的。对于一些重要的负荷，比如消防负荷等，由于这类负荷的供电可靠性要求高，确保断路器正常的电气性能是必须的，就应按照断路器的极限分断能力（Icu）选择断路器，在通过一次短路电流之后，及时更换断路器，以确保线路持续供电的可靠性。另外，低压断路器按结构型式分为两大类：框架式断路器(ACB)和塑壳式断路器(MCCB)，配电线路终端常用的微型断路器(MCB)是塑壳式断路器(MCCB)中一种。不同结构型式的断路器分断能力不尽相同，造成断路器价格上区别同时，其在短路条件下的电气性能也有较大差别。这也使得断路器在配电网络中的安装场所必须有所区分，据此选择断路器的类型，可以达到较匹配的经济性能

7、和电气性能。建筑电力系统中，10/0.4kV电力变压器二次侧及低压配电网络首端由于短路电流较大，对断路器的分断能力要求高，则应采用框架(ACB)或塑壳断路器(MCCB)，若采用微型断路器(MCB)，由于其分断能力低，则将影响配电网络的电气安全可靠性。而配电网络的终端短路电流较小，对断路器的分断能力要求较低，可以采用微型断路器(MCB)，若采用塑壳(MCCB)甚至框架断路器(ACB)，则配电网络经济合理性就受到影响。2断路器的动稳定校核断路器额定短路接通能力（icm）指的是在规定的电压、额定频率以及一定的功率因数（或时间常数）下，断路器能够接通的电流值，即能够通过预期短路冲击电流（icj）。一般

8、的，断路器额定接通能力icm要小于额定动稳定电流idw，即idwicm；若有icmicj，则有idwicmicj，这实际上就是校核了断路器的动稳定。发生短路时，短路后经过半个周期（0.01s），短路电流瞬时值达到最大，这一电流叫做短路冲击电流icj。它包含了短路电流的周期分量iz(0.01)和非周期分量if-z(0.01)，即：icjiz(0.01if-z(0.01)Kcj2I”（5）式中：I”短路次暂态电流的有效值，短路第一个周期的有效值（kA）；Kcj短路电流冲击系数，用下式计算：Kcj11（6）当R0，则Kcj2；当L0，则Kcj1。所以，1Kcj2。短路电流全电流的最大有效值是短路后第

9、一个周期的短路电流有效值，用Icj表示，也就是短路冲击电流有效值，用下式计算：Icj（7）在1000kVA及以下的变压器二次侧及低压电网中发生三相短路时，一般可概略地取Kcj1.3，因此有：”（8）”（9）在高压电网中发生三相短路时，一般可概略地取Kcj1.8，因此有：Icj1.52 I”（10）icj2.55 I”（11）在高压电网中，Kcj的取值还有如下特性：短路发生在发电机端电压母线时，可概略地取Kcj1.9；短路发生在发电厂高压侧母线时，可概略地取Kcj1.85；短路发生在高压电网其他地点时，方概略地取Kcj1.8。建筑电气的供电系统电源进线电压等级一般不超过10kV，通常遇到更多的是

10、计算10/0.4kV电力变压器二次侧及低压电网短路电流值。建筑电气的供电系统容量远比城市电网系统容量要小，阻抗较城市电网系统阻抗却大得多，且网络中阻抗特点是阻性明显，存在R1/3L特性，发生短路时电流非周期分量衰减较快。因此，选择低压断路器的短路接通能力时，应当按照低压电网的参数，取Kcj1.3，采用式（8）和式（9），来计算断路器将会通过的预期短路冲击电流。取其余值做出的计算，都是不准确的，直接影响断路器的正确选择；Kcj取值的提高，会提高对断路器短路接通能力的要求，直接影响断路器选型的经济性能。3断路器的热稳定校核断路器额定短时耐受电流（Icw）指的是断路器在规定试验条件下短时间承受的电流

11、值。与额定短时耐受电流有关的短时至少为0.05s，其优先值为：0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s等。断路器按照使用类别分为A类和B类，A类为非选择型断路器，其脱扣器无人为短延时，因而无额定短时耐受电流要求，通常采用普通热磁脱扣器；B类为选择型断路器，其脱扣器有人为短延时，因而有额定短时耐受电流要求，通常采用电子脱扣器。可见额定短时耐受电流是B类断路器的特有参数，反映了此类断路器的时间电流保护特性，也反映出此类断路器短路时的热效特性，因此，可以用额定短时耐受电流Icw来校核断路器的热稳定。对于断路器，一般采用下式校验短路热稳定度：ItIcw（14）I2tt=I2tjx（15）式中：

12、It电器的热稳定试验电流（kA）；Icw断路器额定短时耐受电流（kA）；t断路器的热稳定试验时间（s），一般为0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s等，由产品样本给出；I短路稳态电流（kA），即在假想时间tjx内的短路稳态电流；tjx假想时间或热效时间（s）。在无限大容量系统中，假想时间：（16）式中：td短路时间（s）。当td1s时，可以认为tjx=td。短路时间td为继电保护装置整定的动作时间tj与断路器的断路时间tdl之和，即：td=tjtdl（17）式中：tj继电保护装置整定的动作时间（s）；tdl断路器的断路时间（s），是断路器的固有分闸时间与其电弧延续时间之和。对于一般断路器，可取0.2s；对于高速断路器，可取0.10.15s。采用式（15）式（17）计算出电器的热稳定试验电流It，用式（14）进行校核，结果就是断路器的热稳定度。4结语断路器做为线路或电气设备的一种很重要的保护