什么是斷路器

什么是斷路器

斷路器是指切斷電流的設(shè)備，就相當(dāng)于水龍頭，它控制的水流，而斷路器控制的是電流。

斷路器，主要用于對(duì)電路出現(xiàn)短路電流的保護(hù)，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路時(shí)，立即斷開(kāi)電路，保護(hù)負(fù)載的安全。斷路器的額定分?jǐn)嗄芰Ψ譃轭~定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰煞N。

國(guó)標(biāo)《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》(GB14048.2—94)對(duì)斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌慕忉專?

(1)斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰?Icn)：按規(guī)定的實(shí)驗(yàn)程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?/FONT>

(2)斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Icn)：按規(guī)定的實(shí)驗(yàn)程序所規(guī)定的條件，包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?

(3)額定極限短路分?jǐn)嗄芰?Icn)的試驗(yàn)程序?yàn)镺—t—CO。 其具體試驗(yàn)是：把線路的電流調(diào)整到預(yù)期的短路電流值(例如380V ，50kA)，而試驗(yàn)按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗(yàn)按鈕，斷路器通過(guò)50kA短路電流，斷路器立即開(kāi)斷(open簡(jiǎn)稱O)，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為間歇時(shí)間，一般為3min，此時(shí)線路仍處于熱備狀態(tài)，斷路器再進(jìn)行一次接通(close簡(jiǎn)稱C)和緊接著的開(kāi)斷(O)，(接通試驗(yàn)是考核斷路器在峰值電流下的電動(dòng)和熱穩(wěn)定性)。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)?，則其極限短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/FONT>

(4)斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Icn)的試驗(yàn)程序?yàn)镺—t—CO—t—CO。它比Icn的試驗(yàn)程序多了一次CO，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，斷路器能完全分?jǐn)?、熄滅電弧，就認(rèn)定它的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰细瘛?因此，可以看出，額定極限短路分?jǐn)嗄芰cn指的是低壓斷路器在分?jǐn)嗔藬嗦菲鞒鼍€端最大三相短路電流后還可再正常運(yùn)行并再分?jǐn)噙@一短路電流一次，至于以后是否能正常接通及分?jǐn)?，斷路器不予以保證；而額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs指的是斷路器在其出線端最大三相短路電流發(fā)生時(shí)可多次正常分?jǐn)唷?/FONT>

IEC947—2《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：A類斷路器(指僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬動(dòng)的斷路器)的Ics可以是Ics的25％、50％、75％和100％。B類斷路器(有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬動(dòng)的三段保護(hù)的斷路器)的Ics可以是Ics的50％、75％和100％。因此可以看出，額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰κ且环N比額定極限短路分?jǐn)嚯娏餍〉姆謹(jǐn)嚯娏髦?，Ics是Icu的一個(gè)百分?jǐn)?shù)。 一般來(lái)說(shuō)，具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)三段保護(hù)功能的斷路器，能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，大多數(shù)主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主保護(hù)開(kāi)關(guān)。不具備短路短延時(shí)功能的斷路器(僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護(hù))，不能作選擇性保護(hù)，它們只能使用于支路。

IEC92《船舶電氣》指出：具有三段保護(hù)的斷路器，偏重于它的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ?，而使用于分支線路的斷路器，應(yīng)確保它有足夠的極限短路分?jǐn)嗄芰χ怠?無(wú)論是哪種斷路器，雖然都具備Icu和Ics這兩個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。但是，作為支線上使用的斷路器，可以僅滿足額定極限短路分?jǐn)嗄芰纯伞，F(xiàn)在出現(xiàn)的較普遍的偏頗是寧取大，不取正合適，認(rèn)為取大保險(xiǎn)。但取得過(guò)大，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)(同類型斷路器，其H型—高分?jǐn)嘈停萐型—普通型的價(jià)格要貴1.3倍～1.8倍)。因此支線上的斷路器沒(méi)有必要一味追求它的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ笜?biāo)。而對(duì)于干線上使用的斷路器，不僅要滿足額定極限短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?，同時(shí)也應(yīng)該滿足額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?，如果僅以額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu來(lái)衡量其分?jǐn)嗄芰细衽c否，將會(huì)給用戶帶來(lái)不安全的隱患。

斷路器的術(shù)語(yǔ)定義

1、斷路器的額定電流參數(shù)

國(guó)標(biāo)《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓斷路器》GBl4048.2—94(等效采用IEC947—2)對(duì)斷路器的額定電流使用兩個(gè)概念，斷路器的額定電流1n和斷路器殼架等級(jí)額定電流1nm，并給出如下定義：

——斷路器的額定電流1n，是指脫扣器能長(zhǎng)期通過(guò)的電流，也就是脫扣器額定電流。對(duì)帶可調(diào)式脫扣器的斷路器則為脫扣器可長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流。

——斷路器殼架等級(jí)額定電流lnm，用基本幾何尺寸相同和結(jié)構(gòu)相似的框架或塑料外殼中所裝的最大脫扣器額定電流表示。

國(guó)標(biāo)GBl4048.2—94中對(duì)斷路器額定電流的定義與我們通常所說(shuō)的概念有些不同。當(dāng)我們提及“斷路器額定電流”這一概念時(shí)，通常是指“斷路器殼架等級(jí)額定電流”而不是“脫扣器額定電流”。例如當(dāng)我們選擇一只DZ20Y—100／3300—80A型斷路器時(shí)，通常我們簡(jiǎn)單地說(shuō)其額定電流為100A，脫扣器的額定電流為80A。多數(shù)低壓斷路器供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品資料中，也一般不提“斷路器殼架等級(jí)額定電流”這一復(fù)雜的說(shuō)法，而只給出“斷路器額定電流”這一參數(shù)，其實(shí)就是“斷路器額定電流”作為“斷路器殼架等級(jí)額定電流”的一種簡(jiǎn)稱，似乎較為合適。也許標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)額定電流的定義與平時(shí)使用的不一致是導(dǎo)致混亂的原因之一。

“斷路器殼架等級(jí)額定電流”是標(biāo)明斷路器的框架通流能力的參數(shù)，主要由主觸頭的通流能力決定，它也決定了所能安裝的脫扣器的最大額定電流值。在選擇斷路器時(shí)，此參數(shù)是不可缺少的。

2、過(guò)電流脫扣器的電流參數(shù)

斷路器的脫扣器型式有過(guò)電流脫扣器、欠電壓脫扣器、分勵(lì)脫扣器等。過(guò)電流脫扣器還可分為過(guò)載脫扣器和短路(電磁)脫扣器，并有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)之分。過(guò)電流脫扣器最為常用。

過(guò)電流脫扣器其動(dòng)作電流整定值可以是固定的或是可調(diào)的，調(diào)節(jié)時(shí)通常利用旋鈕或是調(diào)節(jié)杠桿。電磁式過(guò)流脫扣器既可以是固定的，也可以是可調(diào)的，而電子式過(guò)流脫扣器通?？偸强烧{(diào)的。

過(guò)電流脫扣器按安裝方式又可分為固定安裝式或模塊化安裝式。固定安裝式脫扣器和斷路器殼體加工為一體，一旦出廠，其脫扣器額定電流不可調(diào)節(jié)，如DZ20型；而模塊化安裝式脫扣作為斷路器的一個(gè)安裝模塊，可隨時(shí)調(diào)換，靈活性很強(qiáng)，如MerlinGerin公司的NS型。

標(biāo)明過(guò)電流脫扣器的電流有以下幾個(gè)參數(shù)：

——脫扣器額定電流1n，指脫扣器能長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流。

——長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載脫扣器動(dòng)作電流整定值Ir，固定式脫扣器其1r=In，可調(diào)式脫扣器其Ir為脫扣器額定電流1n的倍數(shù)，如1r=0.4～1×1n。

——短延時(shí)電磁脫扣器動(dòng)作電流整定值Im，為過(guò)載脫扣器動(dòng)作電流整定值Ir的倍數(shù)，倍數(shù)固定或可調(diào)，如Im=2～10×Ir。對(duì)不可調(diào)式可在其中選擇一適當(dāng)?shù)恼ㄖ怠?

——瞬時(shí)電磁脫扣器動(dòng)作電流額定值Im′，為脫扣器額定電流In的倍數(shù)，倍數(shù)固定或可調(diào)，如Im′=1.5～11×In。對(duì)不可調(diào)式可在其中選擇一適當(dāng)?shù)恼ㄖ怠?

3、斷路器的短路特性電流參數(shù)

3.1 額定短路分?jǐn)嗄芰cn

斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰cn應(yīng)采用Icu、Ics表示，在具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中確定。

3.2 額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu

額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu是斷路器規(guī)定的試驗(yàn)電壓及其它規(guī)定條件下的極限短路分?jǐn)嚯娏髦?，它可以用預(yù)期短路電流表示。要按規(guī)定的試驗(yàn)程序o—t—co動(dòng)作之后，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流。

o—表示分?jǐn)嗖僮鳎?

co—表示接通操作后緊接著分?jǐn)嗖僮鳎?

t—表示兩個(gè)相繼操作之間的時(shí)間間隔，一般不小于3min。

3.3 額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs

額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs是指斷路器在規(guī)定的試驗(yàn)電壓及其它規(guī)定條件下的一種比額定極限短路分?jǐn)嚯娏餍〉姆謹(jǐn)嚯娏髦担琁cs是Icu的一個(gè)百分?jǐn)?shù)。在按規(guī)定的試驗(yàn)程序o—t—co—t—co動(dòng)作之后，斷路器應(yīng)有繼續(xù)承載它的額定電流的能力。

對(duì)于額定短路分?jǐn)嗄芰Υ笥?500A的小型斷路器，國(guó)標(biāo)《家用及類似場(chǎng)所用斷路器》GBl0963(等效采用IECB98)規(guī)定應(yīng)進(jìn)行額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu和額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs試驗(yàn)。當(dāng)Icu≤6000A時(shí)，Icu=Ics，故只需作Ics試驗(yàn)。所以標(biāo)明短路分?jǐn)嗄芰?500A、6000A的小型斷路器，其Icu=Ics=Icn，故一般只提及其額定短路分?jǐn)嗄芰cn值。

3.4 額定短時(shí)耐受電流Icw

額定短時(shí)耐受電流Icw是指斷路器在規(guī)定的試驗(yàn)條件下短時(shí)間承受的電流值。對(duì)于交流，此電流值是預(yù)期短路電流的周期分量有效值，與額定短時(shí)耐受電流有關(guān)的時(shí)間至少為0.05s。

4、標(biāo)定斷路器的電流參數(shù)

斷路器的短路電流參數(shù)Icu、Ics、Icw在選定斷路器時(shí)需考慮，斷路器型號(hào)和殼架等級(jí)額定電流Inm選定后就已確定，故不需另外標(biāo)明；而斷路器的額定電流參數(shù)和所選脫扣器的電流參數(shù)需根據(jù)實(shí)際情況標(biāo)明清楚。

如何選用斷路器

1．按線路預(yù)期短路電流的計(jì)算來(lái)選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰_的線路預(yù)期短路電流的計(jì)算是一項(xiàng)極其繁瑣的工作。因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡(jiǎn)捷計(jì)算方法：

（1）對(duì)于10/0.4KV電壓等級(jí)的變壓器，可以考慮高壓側(cè)的短路容量為無(wú)窮大（10KV側(cè)的短路容量一般為200～400MVA甚至更大，因此按無(wú)窮大來(lái)考慮，其誤差不足10%）。

（2）GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的2.1.2條規(guī)定：“當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過(guò)短路電流的1%時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動(dòng)機(jī)的總功率約在150KW，且是同時(shí)啟動(dòng)使用時(shí)此時(shí)計(jì)入的反饋電流應(yīng)是6.5∑In。

（3）變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接（路），當(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當(dāng)原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就是它的預(yù)期短路電流。

（4）變壓器的副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器的容量（KVA），Ue為副邊額定電壓（空載電壓），在10/0.4KV時(shí)Ue=0.4KV因此簡(jiǎn)單計(jì)算變壓器的副邊額定電流應(yīng)是變壓器容量x1.44～1.50。(5）按（3）對(duì)Uk的定義，副邊的短路電流（三相短路）為I（3）對(duì)Uk的定義，副邊的短路電流（三相短路）為I（3）=Ite/Uk，此值為交流有效值。

（6）在相同的變壓器容量下，若是兩相之間短路，則I（2）=1.732I（3）/2=0.866I（3）

（7）以上計(jì)算均是變壓器出線端短路時(shí)的電流值，這是最嚴(yán)重的短路事故。如果短路點(diǎn)離變壓器有一定的距離，則需考慮線路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器（配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜），容量為200KVA，變壓器出線端短路時(shí)，三相短路電流I（3）為7210A。短路點(diǎn)離變壓器的距離為100m時(shí)，短路電流I（3）降為4740A；當(dāng)變壓器容量為100KVA時(shí)其出線端的短路電流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時(shí)，短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時(shí)短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)算安裝處（線路）的額定電流和該處可能出現(xiàn)的最大短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器的額定電流In≥線路的額定電流IL斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰Α菥€路的預(yù)期短路電流因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過(guò)大，以免造成浪費(fèi)。

斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。萬(wàn)能式（框架式）斷路器，絕大部分（不是所有規(guī)格）都具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)的三段保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，因此大多數(shù)主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主（保護(hù)）開(kāi)關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時(shí)功能（僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護(hù)），不能作選擇性保護(hù)，它們只能使用于支路。由于使用（適用）的情況不同，IEC92《船舶電氣》建議：具有三段保護(hù)的萬(wàn)能式斷路器，偏重于它的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ?，而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。我們對(duì)此的理解是：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，所以發(fā)生短路故障時(shí)要求兩個(gè)CO，而且要求繼續(xù)承載一段時(shí)間的額定電流，而在支路，經(jīng)過(guò)極限短路電流的分?jǐn)嗪驮俅蔚暮?、分后，已完成其使命，它不再承載額定電流，可以更換新的（停電的影響較?。?

但是，無(wú)論是萬(wàn)能式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩面三刀個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。只有Ics值在兩類斷路器上表現(xiàn)略有不同，塑殼式的最小允許Ics可以是25%Icu，萬(wàn)能式最小允許Ics是50%的Ics=Icu的斷路器是很少的，即使萬(wàn)能式也少有Ics=100%[國(guó)外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分?jǐn)啵c(diǎn)）技術(shù)的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分?jǐn)嗄芰Φ脑６群艽?，可做到Ics=Icu，但價(jià)格很高。我國(guó)的DW45智能型萬(wàn)能式斷路器的Ics為62.5%～65%Icu，國(guó)際上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不過(guò)是70%左右，而塑殼式斷路器，國(guó)內(nèi)各種新型號(hào)，Ics大抵在50%～75%Icu之間。

斷路器的電氣間隙與爬電距離確定電器產(chǎn)品的電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)的絕緣配合，而絕緣配合則是建立在瞬時(shí)過(guò)電壓被限制在規(guī)定的沖擊耐受電壓，而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。因此：

（1）電器的額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定電壓

（2）電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓

（3）電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓。

四極斷路器的應(yīng)用關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)能對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程之類作硬性的使用要求的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器（斷路器）的設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)出臺(tái)，但安裝與不安裝四極電器的爭(zhēng)論還在進(jìn)行中，某些地區(qū)的使用近年來(lái)出現(xiàn)一窩蜂的趨勢(shì)，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計(jì)，制造各種型號(hào)的四極斷路器投放市場(chǎng)。筆者同意一種意見(jiàn)，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準(zhǔn)，因此大體上是：

（1）TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中，N線與保護(hù)線PE合二為一（PEN線），考慮安全，任何時(shí)候不允許斷開(kāi)PEN線，因此絕對(duì)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，以便在維修時(shí)保障檢修者的安全，但是TN-C-S和TN-S系統(tǒng)，斷路器的N極只能接N線，而不能接PEN或PE線；

（3）裝設(shè)雙電源切換的場(chǎng)所，由于系統(tǒng)中所有的中性線（N線）是通聯(lián)的，為了確保被切換的電源開(kāi)關(guān)（斷路器）的檢修安全，必須采用四極斷路器；

（4）進(jìn)入住宅的單相總開(kāi)關(guān)，宜選用帶N極的二極斷路器（檢修時(shí)作隔離器之用）

（5）用于380/220V系統(tǒng)的剩余電流保護(hù)器（漏電斷路器），中性線必須穿越保護(hù)器的零序電流互感器（鐵心），防止無(wú)中性線的穿過(guò)，使220V的負(fù)載有泄漏電流而誤動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)選用四極或帶中性線的二極剩余電流保護(hù)器。