【專題】斷路器的選型和整定

（1）框架式斷路器（ACB）

框架斷路器也稱為式斷路器，其所有零件都裝在一個(gè)絕緣的金屬框架內(nèi)，常為開啟式，可裝設(shè)多種附件，更換觸頭和部件較為方便，多用在電源端總開關(guān)。過電流脫扣器有電磁式，電子式和智能式脫扣器等幾種。斷路器具有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)及接地故障四段保護(hù)，每種保護(hù)整定值均根據(jù)其殼架等級(jí)在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

框架斷路器適用交流50Hz，額定電壓380V、660V，額定電流為200A-6300A的配電網(wǎng)絡(luò)中,主要用來分配電能和保護(hù)線路及電源設(shè)備免受過載、欠電壓、短路，單相接地等故障的危害，該斷路器具有多種智能保護(hù)功能，可做到選擇性保護(hù)。在正常的條件下，可作為線路的不頻繁轉(zhuǎn)換之用。1250A以下的斷路器在交流50Hz電壓380V 的網(wǎng)絡(luò)中可用作保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過載和短路。

框架式斷路器還經(jīng)常應(yīng)用于變壓器400V側(cè)出線總開關(guān)、母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)、大容量饋線開關(guān)和大型電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)。

（2）塑殼式斷路器（MCCB）

塑殼式斷路器也被稱為裝置式斷路器，其接地線端子外觸頭、滅弧室、脫扣器和操作機(jī)構(gòu)等都裝在一個(gè)塑料外殼內(nèi)。輔助觸點(diǎn)，欠電壓脫扣器以及分勵(lì)脫扣器等多采用模塊化，結(jié)構(gòu)非常緊湊，一般不考慮維修，適用于作支路的保護(hù)開關(guān)。塑殼斷路器通常含有熱磁跳脫單元，而大型號(hào)的塑殼斷路器會(huì)配備固態(tài)跳脫傳感器。

塑殼式斷路器過電流脫扣器有電磁式和電子式兩種，一般電磁式塑殼斷路器為非選擇性斷路器，僅有長(zhǎng)延時(shí)及瞬時(shí)兩種保護(hù)方式；電子式塑殼斷路器有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)和接地故障四種保護(hù)功能。部分電子式塑殼斷路器新推出的產(chǎn)品還帶有區(qū)域選擇性連鎖功能。 

塑殼式斷路器一般用于配電饋線控制和保護(hù)，小型配電變壓器的低壓側(cè)出線總開關(guān)，動(dòng)力配電終端控制，也可用于各種生產(chǎn)機(jī)械的電源開關(guān)。

（3）微型斷路器（MCB）

微型斷路器是建筑電氣終端配電裝置引中使用最廣泛的一種終端保護(hù)電器。用于125A以下的單相、三相的短路、過載、過壓等保護(hù)，包括單極1P，二極2P、三極3P、四極4P四種。

微型斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成。其主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。

在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，微型斷路器主要用于線路的過載、短路、過電流、失壓、欠壓、接地、漏電、雙電源自動(dòng)切換及電動(dòng)機(jī)的不頻繁起動(dòng)時(shí)的保護(hù)、操作等用途。

      （1）額定工作電壓Ue

額定工作電壓是指斷路器的標(biāo)稱電壓，在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行的電壓。

我國(guó)規(guī)定在220kV及以下電壓等級(jí)，系統(tǒng)額定電壓的1.15倍即為很高工作電壓；330kV及以上電壓等級(jí)是以額定電壓的1.1倍作為很高工作電壓。斷路器能在系統(tǒng)很高工作電壓下保持絕緣，并能按規(guī)定的條件進(jìn)行關(guān)合與開斷。

（2）額定電流In

   額定電流是指在環(huán)境溫度為40℃以下，脫扣器能長(zhǎng)期通過的電流。對(duì)帶可調(diào)式脫扣器的斷路器來說，則為脫扣器可長(zhǎng)期通過的最大電流。

當(dāng)使用在環(huán)境溫度超過40℃，但不高于60℃時(shí)，允許降低負(fù)荷長(zhǎng)期工作。

（3）過載脫扣器電流整定值Ir

電流超過脫扣器電流整定值Ir，斷路器延時(shí)跳閘。它還代表著斷路器不跳閘時(shí)所能承受的最大電流。該值必須大于最大負(fù)載電流Ib，但是小于線路所允許的最大電流Iz。

熱脫口繼電器Ir通常可在0.7～1.0In范圍內(nèi)調(diào)整，但是如果使用電子設(shè)備，其調(diào)整范圍會(huì)更大，通常為0.4～1.0In。對(duì)于配有不可調(diào)過電流脫口繼電器的斷路器，Ir=In。

（4）短路脫扣器電流整定值Im

短路脫扣繼電器（瞬時(shí)或短延時(shí)）用于高故障電流值出現(xiàn)時(shí)，使斷路器快速跳閘，其跳閘閾值為Im。

（5）額定短時(shí)間耐受電流Icw

指在約定的時(shí)間內(nèi)允許通過的電流值。該電流值在約定的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體，不會(huì)因過熱而引起導(dǎo)體的損壞。

（6）分?jǐn)嗄芰?/span>

斷路器的分?jǐn)嗄芰κ侵冈摂嗦菲靼踩袛喙收想娏鞯哪芰?，與其額定電流無必然聯(lián)系目，前有36KA、50KA等規(guī)格。一般分為極限短路分?jǐn)嗄芰cu和運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs。

首先根據(jù)用途選擇斷路器的型式及極數(shù)；   根據(jù)最大工作電流選擇斷路器的額定電流；根據(jù)需要選擇脫扣器的類型、附件的種類和規(guī)格。具體要求如下。

  1）斷路器的額定工作電壓≥線路額定電壓。

  2）斷路器的額定短路通斷能力≥線路計(jì)算負(fù)載電流。

  3）斷路器的額定短路通斷能力≥線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流（一般按有效值計(jì)算）。  

  4）線路末端單相對(duì)地短路電流≥1.25倍斷路器瞬時(shí)（或短延時(shí)）脫扣整定電流 。

  5）斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。

  6）斷路器的分勵(lì)脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。

  7）電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的額定工作電壓等于控制電源電壓。 

  8）斷路器用于照明電路時(shí)，電磁脫扣器的瞬時(shí)整定電流一般取負(fù)載電流的6倍。   

 9）采取斷路器作為單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)時(shí)，瞬時(shí)脫扣器的整定電流為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的1.35倍（DW系列斷路器）或1.7倍（DZ系列斷路器）。  

10）采用斷路器作為多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)時(shí)，瞬時(shí)脫扣器的整定電流為1.3倍最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流再加上其余電動(dòng)機(jī)的工作電流。

 11）采用斷路器作為配電變壓器低壓側(cè)總開關(guān)時(shí)，其分?jǐn)嗄芰?yīng)大于變壓器低壓側(cè)的短路電流值，脫扣器的額定電流不應(yīng)小于變壓器的額定電流，短路保護(hù)的整定電流一般為變壓器額定電流的6-10倍；過載保護(hù)的的整定電流等于變壓器的額定電流。

 12）初步選定斷路器的類型和等級(jí)后，還要與上、下級(jí)開關(guān)的保護(hù)特性進(jìn)行配合，以免越級(jí)跳閘，擴(kuò)大事故范圍。

在配電系統(tǒng)中用的斷路器按其保護(hù)性能可分為，選擇性和非選擇性兩類。選擇性低壓斷路器，有兩段保護(hù)和三段保護(hù)兩種。其中瞬時(shí)特性和短延時(shí)特性適用于短路動(dòng)作，而長(zhǎng)延時(shí)特性適用于過載保護(hù)。非選擇性斷路器，一般為瞬時(shí)動(dòng)作，只做短路保護(hù)用。也有的為長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作，只做過負(fù)荷保護(hù)用。 在配電系統(tǒng)中，如果上一級(jí)斷路器采用選擇性斷路器，下一級(jí)斷路器采用非選擇性斷路器或選擇性斷路器，主要是利用短延時(shí)脫扣器的延時(shí)動(dòng)作或延時(shí)動(dòng)作時(shí)間的不同，以獲得選擇性。通過上一級(jí)斷路器的延時(shí)動(dòng)作時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)問題。

1）無論下一級(jí)是選擇性斷路器還是非選擇性斷路器，上一級(jí)斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流一般不得小于下一級(jí)斷路器出線端的最大三相短路電流的1.1倍。

2）如果下一級(jí)是非選擇性斷路器，為防止在下一級(jí)斷路器所保護(hù)回路發(fā)生短路電流時(shí)，因這一級(jí)瞬時(shí)動(dòng)作靈敏度不夠，而使上一級(jí)短延時(shí)過電流脫扣器首先動(dòng)作，使其失去選擇性。一般上一級(jí)斷路器的短延時(shí)過電流脫扣器的整定電流不小于下一級(jí)瞬時(shí)過電流脫扣器的1.2倍。

3）如果下一級(jí)也是選擇性斷路器，為保證選擇性，上一級(jí)斷路器的短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間至少比下一級(jí)斷路器的短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)0.1s。 一般來說，要保證上下兩級(jí)低壓斷路器之間選擇性動(dòng)作，上一級(jí)斷路器宜選擇帶短延時(shí)的過流脫扣器，而且其動(dòng)作電流要大于下一級(jí)過流脫扣器動(dòng)作電流一級(jí)以上，至少上一級(jí)的動(dòng)作電流Iop.1不小于下一級(jí)動(dòng)作電流Iop.2的1.2倍，即Iop1≥1.2Iop.2。

在配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，斷路器的上下兩級(jí)之間的選擇性配合，必須具有“選擇性、快速性和靈敏性”。

選擇性則與上下兩級(jí)斷路器之間的配合有關(guān)，而快速性和靈敏性分別與保護(hù)電器本身特點(diǎn)和線路運(yùn)行方式有關(guān)。

上下兩級(jí)斷路器配合得當(dāng)，則能有選擇地將故障回路切除，保證配電系統(tǒng)的其它無故障回路繼續(xù)正常工作。反之，則影響配電系統(tǒng)的可靠性。

級(jí)聯(lián)保護(hù)是斷路器限流特性的具體應(yīng)用，其主要原理是利用上級(jí)斷路器的限流作用，在選擇下級(jí)斷路器時(shí)，可選擇分?jǐn)嗄芰^低的斷路器，以達(dá)到降低成本節(jié)約費(fèi)用的目的。 上級(jí)的限流型斷路器QF1能分?jǐn)嗥浒惭b處的最大預(yù)期短路電流，由于配電系統(tǒng)中上下級(jí)的斷路器為串聯(lián)安裝，當(dāng)下級(jí)，斷路器QF2出口處發(fā)生短路時(shí)，該短路電流由于上級(jí)斷路器QF1的限流作用而使其實(shí)際值遠(yuǎn)小于該處的預(yù)期短路電流，也就是說，下級(jí)斷路器QF2的分?jǐn)嗄芰υ谏霞?jí)斷路器QF1幫助下大大增強(qiáng)，超過了其額定分?jǐn)嗄芰Α＿@種級(jí)聯(lián)保護(hù)也是有一定的條件，譬如鄰近的回路不能有重要負(fù)載(因?yàn)橐坏㏎F1跳閘QF3回路也停電)，同時(shí)QF1的瞬動(dòng)整定值與QF2的瞬動(dòng)整定值也要匹配得當(dāng)?shù)?。?jí)聯(lián)數(shù)據(jù)只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上下級(jí)斷路器的配合選擇也只能由斷路器制造商提供確定。

為了保證斷路器的瞬時(shí)或短延時(shí)過流脫扣器在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，在其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生最輕微的短路故障時(shí)能可靠動(dòng)作。斷路器保護(hù)的靈敏度必須滿足《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 (CB50054-95)規(guī)定其靈敏度應(yīng)不小于1.3，即Sp=lk.min/Iop≥1.3。式中，lop為瞬時(shí)或短延時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作電流，Ik.Min為斷路器保護(hù)的線路末端在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的單相短路電流或兩相短路電流，Sp為斷路器的靈敏度。

 在選用斷路器時(shí)，還應(yīng)注意對(duì)其靈敏度的校驗(yàn)，對(duì)于同時(shí)具有短延時(shí)和瞬時(shí)過電流脫扣器的選擇性斷路器，只需要校驗(yàn)短延時(shí)過電流脫扣器的動(dòng)作靈敏度，不需要校驗(yàn)瞬時(shí)過電流脫扣器動(dòng)作的靈敏度。

（1）瞬時(shí)過電流脫扣器動(dòng)作電流的整定

斷路器所保護(hù)的對(duì)象中，有某些電器設(shè)備，這些電器設(shè)備在啟動(dòng)過程中，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)倍于其額定電流的高峰值電流，從而使斷路器在短時(shí)間內(nèi)承受較大的尖峰電流。瞬時(shí)過電流脫扣器的動(dòng)作電流lop(o)必須躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iop(o)≥Krel·Ipk。式中，Krel為可靠系數(shù)。在選用斷路器時(shí)，應(yīng)注意使斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器的整定電流躲過尖峰電流，以免引起斷路器的誤動(dòng)作。

 （2）短延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的整定

短延時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作電流lop(s)，也應(yīng)躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iop(s)≥Krel·Ipk。式中，Krel為可靠系數(shù)。短延時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作時(shí)間一般分0.2s、0.4s和0.6s三種，按前后保護(hù)裝置的保護(hù)選擇性來確定，應(yīng)使前一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間比后一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)一個(gè)時(shí)間級(jí)差。

 （3）長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的整定

長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器主要是用來保護(hù)過負(fù)荷，因此其動(dòng)作電流Iop(l)只需要躲過線路的最大負(fù)荷電流即計(jì)算電流I30，即Iop(l)≥Krel·I30。式中，Krel為可靠系數(shù)。長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)躲過允許短時(shí)過負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間，以免引起低壓斷路器的誤動(dòng)作。

（4）過流脫扣器的動(dòng)作電流與被保護(hù)線路的配合要求

為了不致線路因出現(xiàn)過負(fù)荷或短路引起絕緣線纜過熱受損甚至失火，而其斷路器不跳閘事故的發(fā)生，斷路器過流脫扣器的動(dòng)作電流lop應(yīng)符合公式的要求，lop≤Kol·Ial。式中，Ial為絕緣線纜的允許載流量；Kol為絕緣線纜的允許短時(shí)過負(fù)荷系數(shù)，對(duì)瞬時(shí)和短延時(shí)過流脫扣器，一般取4.5;對(duì)長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器，做短路保護(hù)時(shí)取1.1，只做過負(fù)荷保護(hù)時(shí)取1。 如果不滿足以上配合要求，則應(yīng)改選脫扣器動(dòng)作電流，或適當(dāng)加粗導(dǎo)線或電纜線的截面積。