断路器的选型

1、低压断路器选型若干问题的讨论编者按：随着电气技术的发展，低压断路器的性能日益提高，已逐步实现了智能化、模块化和小型化，提高了配电系统的可靠性和安全性。但在使用低压断路器的过程中也存在一些容易忽视的问题，这些问题可能会造成断路器安装使用不合理或错误，不仅不能发挥其控制、测量与保护作用，反而存在一定的安全隐患，既降低了设备运行的可靠性，又对使用人员的人身安全构成威胁，同时也会造成一定的经济损失。如何合理地选择、使用低压断路器值得电气设计人员关注。本期“面对面”栏目邀请部分供电技术人员和专家，将围绕低压断路器通用选型原则和整定原则、低压断路器选型的级间配合以及安装方式等问题发表各自观点，希望能对配电

2、系统设计与选型工作有所促进。焦点议题通用选型原则和整定原则低压断路器选型的级间配合低压断路器的安装方式特约嘉宾（排名不分先后）聂玉安教授级高工/山东省建筑设计研究院电气总工程开嘉教授级高工/北京中联环建文建筑设计公司电气总工王殿光高级工程师/海格电气公司市场技术支持总工程师王卫国高级工程师/浙江天正电气股份有限公司技术中心主任焦点议题通用选型原则和整定原则必须通过认真的计算和校验合理选择聂玉安/教授级高工山东省建筑设计研究院电气总工低压断路器在设计选型时，需要考虑的通用性原则主要有：根据低压配电系统的负载性质、故障类别和对线路保护的要求，来确定选用的断路器类型，并符合国家现行的有关标准。断路器

3、的额定电压、额定频率应与所在回路的标称电压及标称频率相适应。断路器的额定电流不应小于所在回路的负载计算电流。断路器应适应所在场所的环境条件。断路器应满足短路条件下的动稳定和热稳定要求。用于断开短路电流时，应满足短路条件下的通断能力。低压断路器应根据不同故障类别和具体工程要求，选择相适应的保护形式。其整定原则一般来说主要包括：断路器在正常使用中和用电设备正常起动时，所装设的保护不应动作。断路器的最根本任务就是起到保护作用，必须在规定的时间内能有效地切断故障电路，满足规范最基本的要求。低压配电系统各级断路器的保护动作特性应能彼此协调配合，要有选择性的动作，即发生故障时，应使靠近故障点的断路器保护首

4、先切断，而其靠近电源侧的上一级保护不应动作，尽可能地缩小断电范围。在低压配电系统中，主要设计任务就是合理地选择保护电器，根据断路器的整定原则要求，通过正确的整定其参数来实现各种保护功能，但这些整定原则又可能相互发生矛盾。例如：断路器额定电流或整定电流大小受到整定原则第和第项的限定，而保护动作时间的快慢又受到整定原则第和第项的制约，所以必须经过准确的计算和认真的校验，协调相互之间的矛盾，实现对立的统一，以符合规范规定的动作特性、动作时间和有选择性保护的有关要求。从制造标准谈低压断路器选用原则王殿光/高级工程师海格电气公司市场技术支持总工程师低压断路器进行设计选型时，首先要遵照国家标准中对于电气设

5、计的规范如GB500541995低压配电设计规范及手册类如工业与民用配电设计手册等。海格电气作为低压断路器制造商，希望换个角度谈这个话题。低压断路器的制造是以国家标准GB14048-2（等同IEC609472）低压开关设备和控制设备低压断路器以及GB10963（等同IEC60898）家用及类似场所用过电流保护断路器为依据的，当设计师选用了我们的产品后，实际上就是承认了上述的两个国家产品标准。从这个角度看的话，设计师了解一下这两个标准非常有必要，简单介绍几点容易忽略的问题：1）用以上两个产品标准制造的低压断路器通俗地说即通用型断路器。我对产品标准中1.1条款适用范围：“对于某些特定用途（例如牵引

6、、轧钢机及船用）的断路器，可做一些必要的特殊规定和补充要求”及附录E“提交制造厂与用户协商的项目”这两条款的认识是，对于某些特殊用途的断路器超出产品标准时，需要用户与制造商共同协商确认断路器的性能及电气参数，来满足用户需求。2）断路器最重要的功能是在线路故障时提供及时的脱扣保护，设计师十分关心断路器是否能在选定的脱扣电流值发生时确保正确切断故障线路。这就需要了解按照GB140481第6.1.1条款标准制造的断路器出厂时脱扣值整定的环境温度：“周围空气温度不超过+40C,且其24h内的平均温度值不超过+35C',当设计师认定的断路器使用环境温度高于上述温度就需要做温度系数调整。断路器制造

7、厂商会在产品样本中提供“温度修正系数”作设计师设计时的参考。3）根据GB14048-1第6.1.2条款安装地点海拔要求为：“安装地点海拔不超过2000m”。如果安装地点超出2000m海拔要求，制造商可以根据与用户的协议来特殊制造或设计师根据工业与民用配电设计手册等手册指导的方法采取降容使用。4）按照国家产品标准要求，制造商在产品样本里还提供当多个断路器并联安装时的每个断路器选择修正系数，可供参考。5）制造商没有提供多根电缆并排敷设时的断路器降容修正系数，但设计师要考虑断路器保护多根电缆并排敷设时过热保护的要求，这已超出标准对制造商的要求。这方面要参考工业与民用配电设计手册或类似手册的指导方法对

8、断路器降容使用修正系数。6）约定的脱扣电流值误差也需提醒设计师注意，见GB140482第7.2.1.2.3条款规定“脱扣电流值士20%的准确度（简述）”。这就是为什么很多设计手册及论述里谈到过两个串联的上下级断路器通过同样负载电流，额定电流In选择时：如果都是同类断路器，上级断路器In要至少大于下级断路器1.6In倍的关系，才能有选择性脱扣。工程师都能够理解高精度在工业里含义是高成本，如果需要高精度的断路器也需要用户和制造商协商，产品的价格可能也会大幅提高。低压断路器选择的一般原则王卫国/高级工程师浙江天正电气股份有限公司技术中心主任一般低压断路器选择的通用原则：低压断路器的额定电压线路的额定

9、电压。低压断路器的额定电流线路的计算负载电流。低压断路器的极限通断能力线路中最大的短路电流。线路末端单相对地短路电流1.2倍低压断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流。脱扣器的额定电流线路的计算电流。欠电压脱扣器的额定电压=线路的额定电压。断路器的分励脱扣器额定电压二控制电源电压。电动传到机构的额定工作电压=控制电源电压。低压断路器的整定原则：1）正常工作和正常起动时，不应切断电路。关于起动时，断路器不动作，以具有代表性的笼型电动机为例，分别按以下要求进行计算和校验。断路器的长延时脱扣器整定电流Ir1,一般可不考虑电动机起动的影响。短延时脱扣器整定电流Ir2应躲开最大一台电动机的起动电流，用下式计

10、算Ir2>1.1（IL1.35KIMm）式中，IL为线路计算负荷电流，A;K为最大一台电动机的起动电流倍数；IMm为最大一台电动机的额定电流，Ao瞬时脱扣器整定电流Ir3应躲过最大一台电动机的全起动电流，用下式计算Ir3>1.1（ILKKIMm）式中，IL为线路计算负荷电流，A;K1为电动机起动电流的峰值系数，K1=1.72;K为最大一台电动机的起动电流倍数；IMm为最大一台电动机的额定电流，Ao2）线路故障时，应可靠切断故障电路。3）线路故障时，各级保护电器应该有选择性地切断电路。这三项要求常常是相互矛盾的，配电系统设计的任务就是要合理地选择保护电器，正确整定其参数，如保护电器额

11、定电流或整定电流大小受到第1）和第2）项的限定，而动作时间的快慢又受到第2）和第3）项的制约，必须仔细计算、校验，协调矛盾，实现对立的统符合规范的要求断路器的选用原则断路器的短路分断能力线路的预期短路电流。假设某电源（SL710/0.4kV变压器）的容量为1600kVA,二次电流为2312A,其出线端5m处的短路电流为42.96kA。某一支路的额定电流为125A,由于此支路离变压器很近，如在10m处，则此支路的断路器需要考虑采用HSM1_125H型塑壳式断路器（它的极限短路分断能力为400V、50kA）o但是离变压器50m处，由于汇流排等的电阻和电抗值影响，50m处的短路电流已经降到34.5k

12、A,而100m处，降为28.8kA。对此就可选择HSM1_125M型塑壳式断路器（它的极限短路分断能力为400V、35kA）。现在国内许多断路器生产厂家，对同一壳架等级电流的短路分断能力分为E、S、M、H、L（杭州之江开关厂的HSM1系列）或C、L、M、H（常熟开关厂的CM1系列）或S、H、R、U（天津低压电器公司的TM30系列）等级别。其中，E为经济型，S为标准型，M为中短路分断型，H为高分断型，L为限流型，C为经济型，L为低分断型；M为高分断型，H为超高分断型；S为标准型，H为高分断型，R为限流型，U为超高分断型。以HSM1_125型塑壳断路器为例，E型的极限短路分断能力为400V、15k

13、A,S型为400V、25kA,M型为400V、35kA,H型为400V、50kA。关于断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流极限短路分断能力（Icu）,是指在一定的试验参数（电压、短路电流、功率因数）条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，不再继续承载其额定电流的分断能力。它的试验程序为0t（线上）C0（“0”为分断，t为间歇时间，一般为3min,“C0表示接通后立即分断）。试检后要验证脱扣特性和工频耐压。运行短路分断能力（Ics）,是指在一定的试验参数（电压、短路电流和功率因数）条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，还要继续

14、承载其额定电流的分断能力，它的试验程序为ot（线上）cot（线上）co。短时耐受电流（Icw），是指在一定的电压、短路电流、功率因数下，忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力，Icw是在短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标，它是针对B类断路器的，通常lew的最小值是：当InW2500A时，它为121n或5kA,而In>2500A时，它为3okA（DW45_2ooo的Icw为4ooV、5okA,DW45_32oo的Icw为4ooV、65kA）。运行短路分断能力的试验条件极为苛刻（一次分断、二次通断），由于试后它还要继续承载额定电流（其次数为寿

15、命数的5%）,因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压，还要验证温升。IEc947_2（以及1997新版IEc60947_2）和我国国家标准GB140482规定，Ies可以是极限短路分断能力Ieu数值的25%、50%、75%和100%（B类断路器为50%、75%和100%,B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故）。上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力线路的预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。无论A类或B类断路器，它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Ieu的。A类：DZ20系列les=50%?77%lcu,CM1系列les=

16、58%?72%leu,TM30系列les=50%?75%lcu,（个别产品les=leu）。B类：DW15系列les=60%左右的leu,（个别的如630Ales=leu,但短路分断能力仅400V时30kA）,DW45系列les=62.5%?80%leu。不管是A类或B类断路器，只要它的les符合lEc947_2（或GB14048.2）标准规定的leu百分比值都是合格产品。用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力线路预期短路电流就能满足要求了，对线路本身来说，例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路，可能出现的短路电流约为43kA,它是仅计算离变压器距离为5m,且把刀开关、互感器

17、和断路器的内阻均看成零来计算的（短路电流因此比实际情况偏大）。这种短路的机率极小。在选用断路器时，只要它的极限短路分断能力43kA,譬如50kA就足够了。经过“0一次、"C0'一次就完成了它的使命，必须更换新的断路器，而运行短路分断能力，例如为50%的leu,也达到25kA,它既可以实现一次分断，二次通断（在25kA短路电流时）故障电流然后还要承载其额定电流，任务是非常艰巨的。有些使用者认定要按断路器的运行短路分断能力（les）线路预期短路电流来设计，其实是一种误解，也是不必要的。说明它有水份，不可全信，而且Ics=Icu的断路器，其售价要高很多，不合算应提到的是，所有断路器

18、的短路分断能力（无论是Icu还是Ics）都是周期分量有效值。在短路试验中的“C0的C（close接通）的电流是峰值电流Ich。在试验站进行短路分断试验时，电压、短路电流（有效值）和功率因数（cos）已调整好，它的接通电流也就被确定了。断路器选型应遵守的基本原则1 断路器的额定电压必须大于或等于线路的工作电压。负载或额定电源的电压要大于或等于开关的额定电压，因为这事关产品的安全性能。高于开关额定电压的电压有可能会使产品绝缘性能性能下降，存在事故隐。2 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。线路中发生相线与相线或相线与中性线之间的短路电流是很大的，越是接近电源分配端的电流就越大，因

19、为整个短路回路的阻抗小。因此要求断路器必须有一定的短路分断能力，当短路分断能力大于或等于线路中可能出现的最大短路电流时，在瞬时脱扣器的作用下，开关能瞬时熄弧断开。如开关的额定短路通断能力W线路中可能出现的最大短路电流因开关不能熄弧，由燃弧引起的过高温度使触点粘（短路）从而毁坏配电线路以致设备。3 断路器的额定电流线路的负载电流。负载的额定电流必须等于或小于开关的额定电流，一般情况下小于开关的额定电流，考虑到留有一定的裕度，一般选开关的额定电流比实际负载电流大20%£右，不要选得太大，必须考虑过载保护及短路保护都能动作，选取过大的额定电流，过载保护失去作用，由于线路的粗细及长短关系，负载端的短路电流达不到瞬时脱扣器的整定动作值，从而使短路保护失效。4漏电断路器的额定漏电动作电流必须2倍的线路业已存在的泄漏