低壓斷路器的設計選擇和未來發展

摘 要：低壓斷路器作為低壓配電回路、控制回路中頻繁使用最重要的保護電器元件之一，也是保護配電網安全、可靠、經濟運行和人身安全及人們生產生活用電的關鍵電器設備，結合低壓斷路器在設計中選型和實際運行，簡要闡述低壓斷路器選擇和未來發展。

關鍵詞：低壓斷路器； 脫扣器； 短路分段能力； 選擇； 發展

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）01-176-002

一、引言

低壓斷路器在低壓配電設計中用于交流50Hz，電壓380V及以下和直流電壓440V及以下的低壓配電系統中，用于分配電能和具備對配電線路、用電及電源設備的過載、短路、故障接地、失壓以及欠電壓保護功能，通常設計選用于低壓線路負載的不頻繁轉換，是低壓配電系統中重要的保護元件之一，是保護配電網安全、可靠、經濟運行和人身安全及生產、生活用電的關鍵設備，設計過程中選擇好低壓斷路器是確保低壓網和低壓電器設備安全運行的基礎。

二、低壓斷路器的選擇

1.斷路器的額定電流參數

國標中對斷路器的額定電流使用有兩個概念，斷路器的額定電流In和斷路器殼架等級額定電流Inm，給出的解釋是：

——斷路器的額定電流In是指脫扣器能長期通過的電流，也就是脫扣器額定電流。對帶可調式脫扣器的斷路器則為脫扣器可長期通過的最大電流。

——斷路器殼架等級額定電流Inm，用基本幾何尺寸相同和結構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。“斷路器殼架等級額定電流”是標明斷路器的框架通流能力的參數，主要由主觸頭通流能力決定，它也決定了所能安裝脫扣器的最大額定電流值。設計過程在選擇斷路器時，此參數是必須參考的。

例如：我們在設計中選擇TM30S—630W—200A或DZ20J—630W/3300—200A型斷路器時，其殼架等級額定電流Inm為630A，脫扣器的額定電流In為200A。

在設計選型中，這兩個參數概念往往是很多設計者容易混淆不清的關鍵點，甚至由于設計選型時的失誤，影響斷路器在實際使用中過載脫扣器動作準確性造成越級跳閘。

2.過電流脫扣器的電流參數

斷路器的脫扣器型式有過電流脫扣器、欠電壓脫扣器、分勵脫扣器等。過電流脫扣器還可分過載脫扣器和短路（電磁）脫扣器，并有長延時、短延時、瞬時之分。過電流脫扣器最為常用。

過電流脫扣器其動作電流整定值可以固定或可調的，調節時通常利用旋鈕或是調節杠桿。電磁式過流脫扣器既可以是固定的，也可以是可調的，而電子式過流脫扣器通常是可調的。

過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，產品出廠后，其脫扣器額定電流不可調節，如DZ20型；而模塊化安裝式脫扣器作為一個安裝模塊，可隨時調換，靈活性強，如施耐德公司的產品NS型斷路器。

標明過電流脫扣器的電流有以下幾個參數：

——脫扣器額定電流In，指脫扣器能長期通過的最大電流。

——長延時過載脫扣器動作電流整定值Ir，固定式脫扣器Ir＝In，可調式脫扣器其Ir為脫扣器額定電流In的倍數，如Ir＝0.4～1×In

——短延時電磁脫扣器動作電流整定值Im，為過載脫扣器動作電流整定值Ir的倍數，倍數固定或可調，如Im＝2～10Ir對不可調式可在設計中選擇其中一適當的整定值。

——瞬時電磁脫扣器動作電流額定值Im′，為脫扣器額定電流In的倍數，倍數固定或可調，如Im′＝1.5～11×In對不可調式可在設計中選擇其中一適當的整定值。

3.低壓斷路器電流參數的確定

3.1斷路器的額定電流確定。斷路器殼架等級額定電流Inm是指框架或塑料外殼中所裝的最大脫扣器額定電流，按等級選用。斷路器額定電流（過電流脫扣器額定電流）In≥Ic(線路計算電流)。

3.2瞬時電磁脫扣器動作電流額定值Im′。設計時低壓斷路器瞬時過電流脫扣器動作電流額定值Im′，需躲過線路正常工作時發生尖峰電流，即按Im′≥K3（Iqm′＋Ic（n_1）)確定。式中K3脫扣器可靠系數，取1.2；Iqm′為線路中最大一臺電動機全起動電流，其值按電動機全起動電流Iqm的2倍計算；Ic（n_1）為除起動電流最大一臺電動機以外線路負載計算電流。

3.3短延時過電流脫扣器的整定值Im。

3.3.1設計時低壓斷路器短延時過電流脫扣器動作電流額定值Im，需躲過線路正常工作時發生尖峰電流，即按Im≥K2（Iqm′＋Ic（n_1）)確定。式中K2脫扣器可靠系數，取1.2；Iqm為線路中最大一臺電動機全起動電流；Ic（n_1）為除起動電流最大一臺電動機以外線路負載計算電流。

3.3.2動作時間的確定：短延時主要用于保證保護裝置選擇性。低壓斷路器短延時的斷開時間通常有0.1、0.2、0.4、0.6、0.85、1.0等供選擇。

3.4長延時過電流脫扣器整定值Ir。配電設計中低壓斷路器長延時過電流脫扣器整定電流Ir，應大于線路計算電流Ic，并小于導體載流量Iz，即Iz≥Ir≥Ic。

3.5用于照明低壓斷路器過電流脫扣器整定值。照明設計中低壓斷路器長延時和瞬時過電流脫扣器整定電流分別：

——Ir≥K1rIc，Ic為照明線路計算電流，K1r為低壓斷路器長延時脫扣器可靠系數。

——Im′≥K1m′Ir，Ir為長延時整定電流，K1m′為低壓斷路器長延時脫扣器可靠系數。

可靠系數取決于電光源起動狀況和低壓斷路器特性。如下

長延時和瞬時過電流脫扣器可靠系數

過電流脫扣器種類 可靠系數 熒光燈 高壓熒光汞燈 高壓鈉燈

鹵鎢燈 金屬鹵化物燈

長延時脫扣器 K1r 1.0 1.1 1.0

瞬時脫扣器 K1m′ 4～7 4～7 4～7

4.斷路器的短路特性電流參數

4.1額定短路分斷能力Icn。斷路器的額定短路分斷能力Icn應采用Icu和Ius表示，可根據產品樣本標準，在設計中來確定。

4.2額定極限短路分斷能力Icu。額定極限短路分斷能力Icu是斷路器規定的試驗電壓及其它規定條件下的極限短路分段電流之值，它可以用預期短路電流表示。要按規定的試驗程序0—t—C0動作之后，不考慮斷路器繼續承載它的額定電流。

0—表示分斷操作；

C0—表示接通操作后緊接著分斷操作；

t—表示兩個相繼操作之間的時間間隔，一般不小于3min。

4.3額定運行短路分斷能力Ics。額定運行短路分斷能力Ics是指在規定的試驗電壓及其它規定條件下的一種比額定極限短路分斷小的分斷電流值，Ics是Icu的一個百分數。在按規定試驗程序0—t—C0—t—C0動作之后，斷路器應有繼續承載它的額定電流的能力。

對于額定短路分斷能力大于1500A的小型斷路器，國標《家用及類似場所用斷路器》GB10963（等效采用IECB98）規定應進行額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics試驗。當Icu≤6000A時，其Icu＝Ics，只需作Ics試驗。所以表明短路分斷能力4500A、6000A的小型斷路器，Icu＝Ics＝Icn，故一般只提及額定短路分斷能力Icn值。

4.4額定短時耐受電流Icw。額定短時耐受電流Icw是指斷路器在規定的試驗條件下短時間承受的電流值。對于交流電，此電流值是預期短路電流的周期分量有效值，與額定短時耐受電流有關的時間至少為0.05s。

5.標定斷路器的電流參數

斷路器的短路電流參數Icu、Ius、Icw在設計選定斷路器時需考慮，斷路器型號和殼架等級額定電流Inm選定后就確定了，而不需另外標明；而斷路器的額定電流參數和所選脫扣器的電流參數根據設計實際情況標明清楚。

5.1微型斷路器。對于塑殼和過電流脫扣器合為一體的微型斷路器而言，如施耐德公司的C45N系列、ABB公司S230系列、國產DXX19系列等，產品資料中一般只提供“斷路器的短路電流”一個值，此參數具有斷路器殼架等級額定電流Inm、脫扣器額定電流In、長延時過載脫扣器動作電流額定值Ir三重含義，也即Inm＝In＝Ir，而瞬時電磁脫扣器動作電流額定值Im′一般為固定值。因此在選擇微型斷路器時，只需給出一個電流值即可。

5.2塑殼式斷路器。塑殼式斷路器種類較多，標定其電流復雜。如DZ20系列、ABB、西門子、施耐德公司等均為常用的塑殼式斷路器。

當斷路器配裝固定式的過流脫扣器時，脫扣器額定電流In和長延時過載脫扣器動作電流整定值Ir相同，即In＝Ir如DZ20系列、TC系列、H系列斷路器屬此種情況。設計時標定兩個電流值，斷路器殼架等級額定電流Inm，脫扣器額定電流In(或長延時過載脫扣器動作電流整定值Ir)。瞬時電磁脫扣器動作電流額定值Im′為固定值，一般不需在圖上標明。

當斷路器配裝可調模塊式的過流脫扣器時，脫扣器的各個電流均需在設計圖上明確標定，首先標明斷路器殼架等級額定電流Inm，另外標明所選擇的脫扣器型號和脫扣器的各個電流整定值。如設計選擇施耐德公司的CompactNS系列斷路器時，因給出以下完整參數。

NS100H型，Inm＝100A，配STR22SE-40A 型電子脫扣器

In＝40A，Ir＝0.8I(32A)，Im＝5Ir(160A)，Im′≤11In(固定值)

5.3框架式斷路器。框架式斷路器功能完善，多配裝可調模塊式過電流脫扣器，如ME、DW15、DW17型，施耐德公司系列、ABB公司的SACE-Emax、上海人民電器的RMW1、常熟開關廠的CW1系列等。設計圖上標注電流參數時，除標明斷路器殼架等級額定電流Inm，還要標明選擇脫扣器各個電流整定值。

6.低壓斷路器設計選用原則

斷路器選用原則：斷路器的短路分斷能力≥線路的預期短路電流。這個斷路器的短路分斷能力通常是指它的極限短路分段能力而非運行短路分段能力。

無論塑殼或框架式受總斷路器，其運行短路分斷能力絕大多數是小于它的極限短路分斷能力Icu的。

如：塑殼空開：DZ20系列Ics＝50％～77％Icu；TM30系列Ics＝50％～78％Icu

框架式受總斷路器：TW30系列Ics＝60％左右Icu

DW45系列Ics＝62％～80％Icu

不管是塑殼空開或框架式受總斷路器，只要它的Ics符合IEC947—2（或GB14048.2）標準規定的Icu百分比值是合格產品。設計在選用時只要符合斷路器的極限短路分斷能力≥線路預期短路電流就能滿足要求了。對于新型斷路器的運行分斷能力都能滿足短路電流的要求。

四.低壓斷路器的未來發展

隨著新技術、新工藝的不斷出現，未來低壓斷路器在技術上和功能上都有很大的發展。從斷路器普遍采用電子和智能控制，完善保護功能，以及帶通訊接口與現場總線通訊等，發展到具有完整理論體系和多學科交叉的電器智能化系統，成為電氣工程領域中電力開關設備、電力系統繼電保護、配電系統和控制網絡技術新的發展趨勢。

1.高性能、高可靠、小型化

新型低壓斷路器除提高主要技術性能外，重點追求綜合技術經濟指標，如低壓萬能式斷路器，塑殼斷路器除提高短路分斷能力外，特別關注斷路器飛弧距離的減小，同時要求斷路器小型化，這對發展新一代緊湊低壓成套設備，便于設計選型十分重要。

2.斷路器智能化

未來斷路器脫扣器智能化不僅體現在可實現長延時、短延時、瞬時過流保護、接地、接地、欠保護功能，可顯示電壓、電流、頻率有功功率、無功功率、功率因數等系統運行參數，而且具備更強的分析能力和綜合能力。

3.低壓斷路器的功能擴展

由于低壓斷路器的智能脫扣器以微處理為基礎，并且有通信功能，所以讓新一代智能斷路器兼有供電質量監控功能是非常經濟有效的功能，并且它在低壓網絡的各個供電端，通過與中央控制計算機通信可獲得配電網各端點的供電質量信息。

五、結語

4.1未來的低壓斷路器發展趨于智能化功能更加完善，性能更加優良，可靠性更高，更便于設計選用。

4.2智能化斷路器將使配電系統和自動化系統的管理更加完善，極大提高供電系統的可靠性和用電設備的安全性，并促進設計水平上一個臺階。

4.3設計過程中完整準確地選擇低壓斷路器，清楚地理解和標定斷路器的各個電流參數，是保證設計質量和實現安全運行的基礎。

參考文獻：

[1]低壓電器應用技術，機械工業出版社

[2]GB14048.2—2001，低壓斷路器，標準

[3] IEC947.2，低壓開關柜設備和控制設備斷路器