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斷路器選用原則分析
斷路器選用原則分析
最近幾年，與不少斷路器使用者相互磋商、探討，并專業(yè)刊物上閱讀了一些斷路器選用文章，感到收益很大，但又覺斷路器設(shè)計、制造者與它用戶之間溝通、交流和宣傳不夠，致使電器產(chǎn)品用戶選擇低壓斷路器上還存一部分偏失。據(jù)此，筆者擬再次論述斷路器選擇和應(yīng)用，以期拋磚引玉、去偽存真。
1、按線路預期短路電流計算來選擇斷路器分斷能力精確線路預期短路電流計算是一項極其繁瑣工作。便有一些誤差不很大而工程上可以被接
受簡捷計算方法：(1)10/0.4KV電壓等級變壓器，可以考慮高壓側(cè)短路容量為無窮大(10KV側(cè)短路容量一般為200~400MVA更大，按無窮大來考慮，其
誤差不足10%)。(2)GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》2.1.2條規(guī)定：“當短路點附近所接電動機額定電流之和超過短路電流1%時，應(yīng)計入電動機反
饋電流影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動機總功率約150KW，且是同時啟動使用時此時計入反饋電流應(yīng)是6.5ΣIn。(3)變壓器
阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接(路)，當副邊達到其額定電流時，原邊電壓為其額定電壓百分值。當原邊電壓為額定電壓時，副邊電流就是它預期
短路電流。(4)變壓器副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器容量(KVA)，Ue為副邊額定電壓(空載電壓)，10/0.4KV時Ue=0.4KV簡單計算變
壓器副邊額定電流應(yīng)是變壓器容量x1.44～1.50。(5)按(3)對Uk定義，副邊短路電流(三相短路)為I(3)對Uk定義，副邊短路電流(三相短路)為I(3)=
Ite/Uk，此值為交流有效值。(6)相同變壓器容量下，若是兩相之間短路，則I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上計算均是變壓器出線端短路時電
流值，這是最嚴重短路事故。短路點離變壓器有一定距離，則需考慮線路阻抗，短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導線為三芯鋁線電纜)，
容量為200KVA，變壓器出線端短路時，三相短路電流I(3)為7210A。短路點離變壓器距離為100m時，短路電流I(3)降為4740A；當變壓器容量為100K
VA時其出線端短路電流為3616A。離變壓器距離為100m處短路時，短路電流為2440A。遠離100m時短路電流分別為0m65.74%和67.47%。，用戶設(shè)計
時，應(yīng)計算安裝處(線路)額定電流和該處可能出現(xiàn)最大短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器額定電流In≥線路額定電流IL斷路器額定短路
分斷能力≥線路預期短路電流，選擇斷路器上，不必把余量放過大，以免造成浪費。
2、斷路器極限短路分斷能力和運行短路分斷能力國際電工委員會IEC947-2和我國等效采用IECGB4048.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路
器》標準，對斷路器極限短路分斷能力和運行短路分斷能力作了如下定義：斷路器額定極限短路分斷能力(Icu)：按規(guī)定試驗程序所規(guī)定條件，不
包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力分斷能力；斷路器額定運行短路分斷能力(Ics)：按規(guī)定試驗程序所規(guī)定條件，包括斷路器繼續(xù)承載其額定電
流能力分斷能力。極限短路分斷能力Icu試驗程序為otco。其具體試驗是：把線路電流調(diào)整到預期短路電流值(例如380V，50KA)，而試驗按鈕未
合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗按鈕，斷路器50KA短路電流，斷路器立即開斷(OPEN簡稱O)并熄滅電弧，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為
間歇時間(休息時間)，一般為3min，此時線路處于熱備狀態(tài)，斷路器再進行一次接通(CLOSE簡稱C)和緊接著開斷(O)(接通試驗是考核斷路器峰值電
流下電動和熱穩(wěn)定性和動、靜觸頭因彈跳磨損)。此程序即為CO。斷路器能完全分斷，熄滅電弧，并無超妯規(guī)定損傷，就認定它極限分斷能力試驗
成功；斷路器運行短路分斷能力(Ics)試驗程序為otcotco，它比Icu試驗程序多了一次co。試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，并無超出規(guī)定損
傷，就認定它額定進行短路分斷能力試驗。Icu和Ics短路分斷試驗后，還要進行耐壓、保護特性復校等試驗。運行短路分斷后，還要承載額定電
流，Ics短路試驗后還需增加一項溫升復測試驗。Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核條件不同，后者比前者更嚴格、更困難，IEC947-2和GB14048.2確定Icu
有四個或三個值，分別是25%、50%、75%和100%Icu(對A類斷路器即塑殼式)或50%、75%、100%Icu(對B類斷路器，即萬能式或稱框架式)。斷路器制
造廠所確定Ics值，凡符合上述標準規(guī)定Icu百分值都是有效、合格產(chǎn)品。萬能式(框架式)斷路器，絕大部分所有規(guī)格)都具有過載長延時、短路短
延時和短路瞬動三段保護功能，能實現(xiàn)選擇性保護，大多數(shù)主干線(包括變壓器出線端)都采用它作主(保護)開關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路
短延時功能(僅有過載長延時和短路瞬動二段保護)，不能作選擇性保護，它們只能使用于支路。使用(適用)情況不同，IEC92《船舶電氣》建議：
具有三段保護萬能式斷路器，偏重于它運行短路分斷能力值，而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠極限短路能力值。我們對此理解是：主
干線切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線停電要影響一大片用戶，發(fā)生短路故障時要求兩個CO，要求繼續(xù)承載一段時間額定電流，而支路，
極限短路電流分斷和再次合、分后，已完成其使命，它不再承載額定電流，可以更換新(停電影響較小)。，是萬能式或塑殼式斷路器，都有必須具
備Icu和Ics這兩面三刀個重要技術(shù)指標。Ics值兩類斷路器上表現(xiàn)略有不同，塑殼式最小允許Ics可以是25%Icu，萬能式最小允許Ics是50%Ics=Icu
斷路器是很少，萬能式也少有Ics=100%[國外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分斷(點)技術(shù)塑殼式斷路器，它限流性能極好，分斷能力裕度很大，可做到Ics=Ic
u，但價格很高]。我國DW45智能型萬能式斷路器Ics為62.5%～65%Icu，國際上，ABB公司F系列，施耐德M系列也是70%左右，而塑殼式斷路器，國內(nèi)
各種新型號，Ics大抵50%～75%Icu之間。有些斷路器應(yīng)用設(shè)計人員，按其所計算線路預期短路電流選擇斷路器時，以斷路器額定運行短路分斷能力
來衡量，由此判定某種斷路器(此斷路器極限短路能力大于線路預期短路電流，而運行短路分斷能力則低于計算電流)為不合格。這是一個誤解。
3、斷路器電氣間隙與爬電距離確定電器產(chǎn)品電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)絕緣配合，而絕緣配合則是建立瞬時過電壓被限制規(guī)定沖擊耐受電
壓，而系統(tǒng)中電器或設(shè)備產(chǎn)生瞬時過電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定沖擊電壓。：(1)電器額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)額定電壓(2)電器額定沖擊耐受
電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)額定沖擊耐受電壓(3)電器產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)額定沖擊耐受電壓。基于以上三原則，電器額定沖擊耐受電壓(優(yōu)先值)U
imp就與電源系統(tǒng)額定電壓所確定相對電壓最大值和電器安裝類別(過電壓類別)等有很大關(guān)系：相對電壓值越大，安裝類別越高[分為I(信號水平級)、Ⅱ(負載水平級)、Ⅲ(配電水平級)、Ⅳ(電源水平級)額定沖擊電壓就越大。例如相對電壓為220V，安裝類別為Ⅲ時，Uimp為4.0KV，安裝類別為Ⅳ，Uimp為6.0KV。電器產(chǎn)品(例如斷路器)Uimp為6.0KV污染等級3級或4級，其最小電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1和我廠HSM1系列塑殼斷路器電氣間隙均為5.5mm(安裝類別Ⅲ)，用于電源級安裝，如DZ20系列800以上規(guī)格，Uimp為8.0KV，電氣間隙才提高到≥8mm。而產(chǎn)品實際電氣間隙，如HSM1系列，Inm(殼架等級電流)=125A時，電氣間隙為11mm，160A為16mm，250A為15mm，400A為18.75mm，630和800A均為300mm，都大于5.5mm。爬電距GB/T14048.1《低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備總則》規(guī)定：電器(產(chǎn)品)最小爬電距離與額定絕緣電壓(或?qū)嶋H工作電壓)、電器產(chǎn)品使用場所污染等級以及產(chǎn)品本身使用絕緣材料性質(zhì)(絕緣組別)有關(guān)。
例如：額定絕緣電壓為660(690)V，污染等級為3，產(chǎn)品使用絕緣材料組別為Ⅲa(175≤cti〈400，CTI為絕緣材料漏電起痕指數(shù))，最小爬電距離為1
0mm。上面所提到塑殼式斷路器爬電距離都大大超過規(guī)定數(shù)值。綜上所述，電器產(chǎn)品電氣間隙和漏電距離，達到絕緣配合要求，就不會外來過電壓
或線路設(shè)備本身操作過電壓造成設(shè)備介質(zhì)電擊穿。GB7251.1-1997《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備》
(等郊于IEC439-1：1992)，對絕緣配合要求與GB/T14048.1是完全一樣。有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排，其相與相之間(空氣)距離
應(yīng)大于12mm，有提出斷路器電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理，它已經(jīng)超出了絕緣配合要求。大電流規(guī)格，避免出現(xiàn)短路電流時產(chǎn)生電動斥
力，或是大電流時導體發(fā)熱，增加散熱空間，適當加寬相間空間距離也是可以。此時是達到12mm或20mm，都可由成套電器制造廠自行解決，或請電
器元件廠提供有彎頭接線端子或聯(lián)結(jié)板(片)來實現(xiàn)。一般斷路器出廠時，都提供電源端相間隔弧板，止電弧噴出時造成相間短路。零飛弧斷路器為
防開斷短路電流時有電離分子逸出，也安裝這種隔弧板。沒有隔弧板，則對裸銅排可包扎絕緣帶，其距離應(yīng)不小于100mm。
4、四極斷路器應(yīng)用四極斷路器應(yīng)用，目前國內(nèi)還沒能對國家標準或規(guī)程之類作硬性使用要求規(guī)定，區(qū)性四極電器(斷路器)設(shè)計規(guī)范已經(jīng)出
臺，但安裝與不安裝四極電器爭論還進行中，某些區(qū)使用近年來出現(xiàn)一窩蜂趨勢，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計，制造各種型號四極斷路器投放市
場。筆者同意一種意見，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電可靠性、安全性為準，大體上是：(1)TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中，N線與保護線PE合二為一
(PEN線)，考慮安全，任何時候不允許斷開PEN線，絕對禁用四極斷路器；(2)TT系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)可使用四極斷路器，維修時保障檢修
者安全，TN-C-S和TN-S系統(tǒng)，斷路器N極只能接N線，而不能接PEN或PE線；(3)裝設(shè)雙電源切換場所，系統(tǒng)中所有中性線(N線)是通聯(lián)，確保被切換
電源開關(guān)(斷路器)檢修安全，必須采用四極斷路器；(4)進入住宅單相總開關(guān)，宜選用帶N極二極斷路器(檢修時作隔離器之用)(5)用于380/220V系
統(tǒng)剩余電流保護器(漏電斷路器)，中性線必須穿越保護器零序電流互感器(鐵心)，防止無中性線穿過，使220V負載有泄漏電流而誤動作，此時應(yīng)選
用四極或帶中性線二極剩余電流保護器。
