整理)各种断路器选择原则

　　(整理)各种断路器选择原则._物理_自然科学_专业资料。精品文档 断路器选择的原则 摘要：最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、 家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型 和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器

　　精品文档 断路器选择的原则 摘要：最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、 家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型 和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护 特性是不相同的。 关键词：断路器 选用原则 使用要点 一、不同的负载应选用不同类型的断路器 最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电 器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用 及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是 不相同的。 （一）、对配电型断路器而言，它有 A 类和 B 类之分：A 类为非选 择型，B 类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、 短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式（又称框架式） 断路器中的 DW15 系列、DW17（ME）系列、AH 系列和 DW40、DW45 系列中大部分是 B 型，而 DZ5、DZ15、 DZ20、TO、TG、CM1、TM30 及 HSM1 等系列和万能式 DW15、DW17 的某些规格因仅有过载长延时 、短路瞬时的 二段保护，它们是属于非选择型的 A 类断路器。选择性保护， 如图 1 所示。 精品文档 精品文档 图1 当 F 点短路时，只有靠近 F 点的 QF2 断路器动作，而上方位的 QF1 断路器不动作，这就是选择性保护（由于 QF1 不动作，就使未发生 故障的 QF3、QF4 支路保持供电）。 如果 QF2 和 QF1 都是 A 类断路器，则 F 点发生短路，短路电流值 达一定值时，QF1、QF2 同时动作 ，QF1 断路器回路及其下的支路 全部停电，就不是选择性保护了。 能够实现选择性保护的原因是，QF1 为 B 类断路器，它具有短路短 延时性能，当 F 点短路时， 短路电流流过 QF2 支路，也流过 QF1 回路，QF2 的瞬时动作脱扣器动作（通常它的全分断时间不大于 0.02s 即≤0.02s），因 QF1 的短延时，QF1 在 0.02s 内不会动作 （它的短延时≥0.1s 或 0.2、0.3 、0.4s）。在 QF2 动作切断故 障线路时，整个系统就恢复了正常。 精品文档 精品文档 可见，如果要达到选择性保护的要求，上一级的断路器应选用具有三 段保护的 B 型断路器。 （二）、对于直接保护电动机的电动机保护型断路器，它只要有过载 长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选 择 A 类断路器（包括塑壳式和万能式），DZ5、DZ15、TO、 TG、GM1 、TM30、HSM1 及 DW15 等系列除有配电保护 的性能外，它们的 630A 及以下规格均有保护电动机的功能。 （三）、家用和类似场所的保护（过去又称它为导线保护或照明保护）， 也是一种小型的 A 类断路器，其典型产品有 C45N、PX200C、 HSM8 等等。 配电（线路）、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象（如 变压器、电线电缆、电动机和家用电器等）的承受过载电流的能力（包 括电动机的起动电流和起动时间等）有差异， 因此，选用的断路器 的保护特性也是不同的。 （1）表 1 为配电保护型断路器的反时限断开特性 表1 通过电流 整定电 约定时间/h? 名称 流倍数 In≤63A In＞63A 精品文档 精品文档 约定不脱 1.05In ≥1 ≥2 扣电流 约定脱扣 1.30In ＜1 ＜2 电流 返回特性 电流 3.0In 可返回时间/s 5 8 12 注：可返回特性：考虑到配电线路内有电动机群，由于电动机仅是其 负载的一部分，且一群电动机不会同时起动，故确定为 3In（In 为 断路器的额定电流， In≥?IL，?IL 为线路额定电流），对断路器进 行试验，当试验电流为 3In 时保持 5s（In≤40 A 时），8s（40A ＜In＜250A 时），12s（In＞250A 时），然后将电流返回至 In ， 断路器应不动作，这就是返回特性。 （2）表 2 为电动机保护型断路器的反时限断开特性 表2 通过电流名称 整定电流倍数 约定时间 约定不脱扣电 流 1.0In ≥2h 精品文档 精品文档 1.2In 约定脱扣电流 1.5In 7.2In ＜2h * ** 注：*按电动机负载性质可以选 2、4、8、12min 之内动作，一般 的选 2～4min。** 7.2In 也是一种可返回特性，它必须躲过电动 机的起动电流（5～7 倍 In），Tp 为延时时间，按电动机的负载性 质可选动作时间 Tp 为 2s＜Tp≤ 10s、4s＜Tp≤10s、6s＜Tp≤20s 和 9s＜Tp≤30s，一般选用 2s＜Tp≤10s 或 4s＜Tp≤10s。 （3）配电保护型的瞬动整定电流为 10In（误差为±20%）,In 为 400A 及以上规格， 可以在 5In 和 10In 中任选一种（由用户 提出，制造厂整定）；电动机保护型的瞬动整定电流为 12In,一般 设计时 In 可以等于电动机的额定电流。 精品文档 精品文档 （4）表 3 为家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性 表3 脱扣 器型 式 断路器的脱扣 器额定电流 In 通过 电流 规定时间 （脱扣或不脱扣 极限时间） 预期 结果 B、C、≤63 D ＞63 B、C、≤63 D ＞63 1.13I ≥1h n ≥2h 1.45I ＜1h n ＜2h 不脱 扣 脱扣 B、C、≤32 D ＞32 2.55I 1s～60s n 1s～120s 脱扣 B C 所有值 D 3In 5In ≥0.1s 10In 不脱 扣 B C 所有值 5In 10In ＜0.1s 脱扣 D 50In 精品文档 精品文档 注：B、C、D 型是瞬时脱扣器的型式：B 型脱扣电流＞3～5In，C 型脱扣电 流＞5～10In，D 型脱扣电流＞10～50In。用户可根据保 护对象的需要，任选它 们中的一种。 （5）B 类断路器的短路短延时特性 DW15 型断路器：3～10In （Inm 为 1600A 时，Inm 为壳架等级 电流），3～6In（Inm 为 2500A、4000A 时），短延时时间为 0.2 或 0.5s。ME 型 断路器：3～12In，短延时时间 0～0.3s 可调。DW45 型断路器：0.4～15In ，短延时时间 0.1、0.2、0.3 和 0.4s 可调。 在进行工程设计时，应根据不同的负载对象来选择不同保护特性（如 上所述）的断路器，以免 因选用不当造成严重后果。在实践中最容 易混淆的是电动机负载保护误选为配电保护型或家用保护型。小型断 路器（MCB）也有电动机保护型，如天津梅兰日兰的 C45AD 等，它 们的保护 特性应符合表 2。 二、选择不同类型短路分断能力的断路器来适应不同的线路预期短路 电流（ 当 I 在相同的情况时）的需要 断路器的选用原则是：断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电 流。 假设某电源（SL7 10/0.4kV 变压器）的容量为 1600kVA，二次电 流为 2312A，其出线m 处的 短路电流为 42.96kA。某一支路 精品文档 精品文档 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 400 V、50kA）。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 34.5kA，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、15kA，S 型为 400V、25kA ，M 型为 400V、35kA，H 型为 400V、50kA。它们的价格也相差很大，如以 E 型为 1，则 S 型为 1. 2，M 型为 1.4，H 型为 2，即购买一台 H 型的断路器的钱， 可以购买二台 E 型。用户在设计选 用时，不必人为地加上所谓保险 系数，以免造成浪费。 三、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 精品文档 精品文档 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 0—（t 线”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，还要继续承载其额定电流的分断能力，它的试验 程序为 0—t（线—t （线。 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 Icw 的最小值是：当 In≤2500A 时， 它为 12In 或 5kA，而 In＞2500A 时，它为 30kA（ DW45_2000 的 Icw 为 400V、50kA，DW45_3200 的 Icw 为 400V、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， Ics 可以是极限短路分断能力 Icu 数值的 25%、50%、75%和 精品文档 精品文档 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：断路器的极限短路分断能 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 Icu 的。 A 类：DZ20 系列 Ics＝50%～77%Icu，CM1 系列 Ics＝58%～7 2%Icu，TM30 系列 Ics＝50%～75%Icu，（个别产品 Ics＝Icu）。 B 类：DW15 系列 Ics＝60%左右的 Icu，（个别的如 630AIcs＝ Icu，但短路分断能力仅 400V 时 30kA），DW45 系列 Ics＝ 62.5%～80%Icu?。 不管是 A 类或 B 类断路器，只要它的 Ics 符合 IEC947_2（或 GB14048.2）标准规定的 Icu 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,它是仅离 变压器距离为 5m，且把刀开关、互感器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 精品文档 精品文档 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 Icu，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（Ics）≥ 线路预期短路电流来设计， 其实是一种误解，也是不必要的。 图2 有些制造厂的样本里宣传，它的产品 Ics=Icu，如确实，说明它的 Icu 指标有裕度，如不确实，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。 国外几十年来盛行一种级联保护（也称后备保护），如图 2 所选 QF2 断路器的极限短路分断能力小于其线路的预期短路分断能力（例如线A，而预期短路电流为 5 0kA），则 QF2 选择的 是 HSM1_250S 断路器（Icu 为 400V、35kA），当 F 处出现线路 精品文档 精品文档 短路（短路电流达 50kA）时，由 QF1（设 QF1 处的额定电流为 400A， QF1 选 HSM1_400H，其 Icu 为 400V、65kA）和 QF2 一起分断， QF2 仅承受一部分短路电流的分断，其余部分由 QF1 承担），而对 QF2 处线kA 的故障电流，就由 QF2 来承担。这 种级联保护也有一定的条件，譬如邻近的支路不是重要负载（因为一 旦 QF1 跳闸 QF3 回路也停电），同时 QF1 的 瞬动整定值与 QF2 的瞬定值也要协调等，这种级联保护主要目的也是为了节约投资。 应提到的是，所有断路器的短路分断能力（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。接通电流试验（“C”试验），是以峰值电流来考核触头和其他 导电体承受的电动斥力和热稳定性的能力，有什么样的有效值电流 （分断电流），在其相应的功率因数下，便有什么样的峰值电流，使 用者毋须去考虑峰值电流这个参数。 为帮助使用者了解，现将峰值电流与周期分量有效值电流列于表 4。 表4 短路分断电流 Ic 接通电 功率因数 （周期分量有效值） 峰值系数 流 cos /kA （峰值 精品文档 精品文档 Ic≤1.5 1.5＜Ic≤3.0 3.0＜Ic≤4.5 4.5＜Ic≤6.0 6.0＜Ic≤10 10＜Ic≤20 20＜Ic≤50 Ic＞50 0.95 0.9 0.8 0.7 0.5 0.3 0.25 0.2 1.41 1.42 1.47 1.53 1.70 2.0 2.1 2.2 电流） 1.4Ic 1.42I c 1.47I c 1.53I c 1.70I c 2.0Ic 2.1Ic 2.2Ic 峰值电流（冲击电流）?ich＝kch（根号）2Ic，Ic 为周期分量有效 值，kch 为冲击系数 1＜kch＜2，kch×2 为峰值系数。 四、四极断路器的选用 对于下列情况，有必要选用四极断路器： 1、有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足整个系统 的维护、测试和检修时的隔离需要； 2、住宅每户单相总开关应选用带 N 极的二极开关（可用四极断路器）； 精品文档 精品文档 3、剩余电流动作保护器（漏电开关），必须保证所保护的回路中的 一切带电导线断开，因此，对具有剩余电流动作保护要求的回路，均 应选用带 N 极（如四极）的漏电断路器。 目前，国内市场供应的四极塑料外壳式断路器有六种型式： 1、断路器的 N 极不带过电流脱扣器，N 极与其他三个相线、断路器的 N 极不带过电流脱扣器，N 极始终接通，不与其他三个 相线、断路器 N 极带过电流脱扣器，N 极与其他三个相线、断路器的 N 极带过电流脱扣器，N 极始终接通，不与其他三个相 线、断路器的 N 极装设中性线断线保护器，N 极与其他三个相线极一 起合分电 路； 6、断路器的 N 极装设中性线断线保护器，N 极始终接通，不与其他 三个相线 型式适用于中性线电流不超过相线%的正常状态（变 压器联结组标号为 Yyno），其中 2 型适用于 TN_C 系统（PEN 线 精品文档 精品文档 不允许断开）；3 和 4 型式适用于三相负载不平衡，且负载中有大量 设备（谐波成份很大），导致 N 线的电流等于或大于相线电流，N 线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障 的情况；4 型适合 TN_C 系统 ；5 和 6 型式适合于在中性线断线时， 切断三相及中线以保护单相设备避免损毁和间接触电事故的发生，6 型适合于 TN_C 系统。 精品文档