低壓斷路器的選擇淺析

劉春平

（上海寶秀房地產開發有限公司，上海 200442）

低壓斷路器的選擇淺析

劉春平

（上海寶秀房地產開發有限公司，上海 200442）

隨著我國現代化建設的飛速發展，新建住宅、商業、工業等項目越來越多，功能也越來越復雜，其對用電要求也越來越高。而對工程實際運用來說，低壓斷路器是直接保證供電回路安全的重要設備，低壓斷路器如何選用得安全、經濟、合理顯得尤為重要。

低壓斷路器；電子脫扣器；熱磁脫扣器；電磁脫扣器

斷路器是一種能夠接通、承載以及分段正常電路條件下的電流，也能在規定的非正常電路（例如短路）下接通、承載一定時間和分段電流的一種機械開關電器。低壓斷路器廣泛地應用于低壓配電系統各級饋電回路，各種機械設備的電源控制和用電終端的控制和保護。在使用低壓斷路器的過程中如何科學地選型，避免因斷路器選型不當及安裝不合理，造成其不能發揮應有控制與保護作用，并在運行中存在一定安全隱患，既降低系統保護運行的可靠性，又對使用人員的人身安全構成相應威脅。所以如何科學合理地選擇使用低壓斷路器是保證系統安全有效運行關鍵。

一、低壓斷路器的特性

1.低壓斷路器的基本特性主要體現在

（1）額定電壓Ue：這是斷路器在正常（不間斷的）的情況下工作的電壓；

（2）額定電流In：配有專門的過電流脫口繼電器的斷路器在制造廠家規定的環境溫度下所能無限承受的最大電流值，不會超過電流承受部件規定的溫度限值；

（3）額定極限短路分斷能力Icu：是斷路器能夠分斷而不被損害的最高（預期的）電流值；

（4）過載保護（Ir或Irth）和短路保護（Im）的脫扣電流整定范圍。

2.低壓斷路器的脫扣器類型有

（1）電磁脫扣器：只提供磁保護，也就是短路保護。

（2）熱磁脫扣器：提供磁保護和熱保護，熱保護也就是過載保護。一般來說，電路中都用熱磁脫扣器來提供短路和過載保護，只有一些特殊場合用電磁脫扣器提供短路保護，而由其他元件（如熱繼電器）來提供過載保護。但其只能提供二段保護；動作值誤差比較大，不可以調節。

（3）電子脫扣器可以有以上所有功能，并可以方便地進行整定，且能夠提供三段甚至四段保護，動作比較精準，可以調節。

二、低壓斷路器的選擇

低壓斷路器的選擇需要考慮如下因數：斷路器所在設備系統的電氣特性；斷路器的使用環境（如周圍環境溫度、罩棚或開關柜的外護物，當地氣候條件等）；短路電流分斷和接通能力；斷路器操作要求（如分級跳閘、遙控要求和指示及相關輔助觸點，輔助跳閘線圈以及它們間的連接要求）；安裝規定，特別是對人身的保護；負荷特性（如電動機、熒光燈、低壓變壓器等），本文主要從短路電流計算和熱穩定校驗等方面探討低壓斷路器的選擇。

《低壓配電設計規范》GB50054-2011第3.1.1條要求：“電器的額定電流不應小于所在回路的計算電流；電器應滿足短路條件下的動穩定與熱穩定的要求；用于斷開短路電流的電器應該滿足短路條件下的接通能力和分段能力”。第6.2.1條要求：“配電線路的短路保護電器，應在短路電流對導體和連接處產生的熱作用和機械作用造成危害之前切斷電源”。第6.2.4條要求：“當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍”。

下面通過案例進行相關分析：

圖1中電梯控制箱安裝負荷Pe=20kW，

計算電流Ijs=Pe*Kx/√3*Ue*COSΦ= 20*1/√3*0.38*0.55=55A，式中Kx為需要系數，Ue為額定電壓V，COSΦ為功率因數。

依據如上計算電流選擇配電電纜WDZN-YJY-5*16，其允許載流量Iz=I（允許載流量）*K（允許載流量的矯正系數）=96*0.7A=67A，從雙電源切換箱至電梯控制箱斷路器選擇為MCCB100，斷路器的長延時整定電流Ir1=63A，斷路器的瞬時整定電流Ir3=10*Ir1=630A。并且通過計算得出雙電源切換箱處的電壓損失為3.8%，滿足相關規范要求。

一般情況下，通過以上計算，同時也確定了雙電源切換箱的上一級即單元配電總箱的出線斷路器配置亦為MCCB100，Ir1=63A，饋電電纜WDZNYJY-5*16。至此本電梯回路的配電回路斷路器和電纜選擇就已完成。但通過更進一步計算可以得出單元配電總箱處的長延時脫扣Id1=2.11kA，瞬時脫扣電流整定值Id3=7.44kA，而雙電源切換箱處長延時脫扣Id1=0.48kA，瞬時脫扣電流整定值Id3=1.23kA。

在以上計算結論的前提下，現對單元配電總箱的出線開關進行校驗。由于通常甲方要求不標示所選斷路器型號，只用代號MCCB表示塑殼斷路器，現選取常熟開關廠和施耐德電氣有關產品進行有關計算。

1.選用常熟開關廠的熱磁脫扣器，時間/電流特性曲線如圖2所示。

過載保護：對于全系列產品，額定電流In=10～800A時，過載保護動作特性按I2t動作；

短路保護：對于殼架等級為100L/M/ N的產品，額定電流In=10～100A時，短路保護電流設定值為Ir=10In；動作時間為瞬時動作。

（1）選用常熟開關廠的單電磁脫扣器

短路保護瞬動電流Ir3=10In=10* 63A=630A；

按《低壓配電設計規范》第6.2.4條要求，末端短路電流≥630*1.3=819A，根據圖2的動作曲線計算，斷路器瞬動范圍為8～12*（63）=504～756A，而預期末端單相短路電流為480A，瞬時脫扣器不可能動作。如果選取16mm2銅芯線，滿足不了《低壓配電設計規范》第6.2.1條的要求。

（2）選用常熟開關廠的熱磁脫扣器

預期末端單相短路電流為：

480/63In =7.6In

查CM3-100L/M/H時間/電流特性曲線：脫扣時間：～6s

熱穩定校驗：（為簡化，按＜5s的公式校驗）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（6）=8（交聯聚乙烯）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（6）=10（PVC）

式中：

S—絕緣導體的線芯截面（mm2）。

I—短路電流有效值（均方根值A）。

t—在已達到允許最高持續工作溫度的導體內短路電流持續作用的時間（t）。

k—不同絕緣、線芯的計算系數。

從以上計算結果可以看出，選取16mm2銅芯線能夠滿足《低壓配電設計規范》第6.2.1條的要求。

2.選用施耐德的產品，時間/電流特性曲線如圖3所示。

（1）選用施耐德的單電磁脫扣器

短路保護瞬動電流：

Ir3=8In=8*63A= 504A

按《低壓配電設計規范》第6.2.4條要求，末端短路電流≥504*1.3=655A，根據動作曲線計算，斷路器瞬動范圍＞8*（63）=504A，而預期末端單相短路電流480A，瞬時脫扣器不可能動作。如果選取16mm2銅芯線，滿足不了《低壓配電設計規范》第6.2.1條要求。

（2）選用施耐德的熱磁脫扣器

預期末端單相短路電流：

480/63In= 7.6In

查TM80D/TM100D時間/電流特性曲線：脫扣時間：3～30s。

熱穩定校驗：（為簡化，按＜5s的公式校驗）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（30）=18（交聯聚乙烯143）

16mm2銅芯線不能夠滿足要求。

S≥I/K*√（t）=I/K*√（30）=23（PVC115）

16mm2銅芯線不能夠滿足要求。

從以上計算結果可以看出，選取16mm2銅芯線不能夠滿足《低壓配電設計規范》第6.2.1條要求。

根據以上對常熟開關及施耐德產品的相關計算結果，不難看出，如果設計時僅僅標示MCCB，且選用單電磁脫扣器或熱磁脫扣器，其供電回路的可靠性有較大的不確定性，必須對低壓系統進行短路計算。因為選擇MCCB時，往往忽略了所選廠家的斷路器的規格、型號、附件等其他電氣參數，特別是對一些新型斷路器的電氣參數理解不透，標注不全、應用類別、使用場合及用途等考慮不周。選用了不合適的斷路器，導致成套廠訂貨困難，保護的選擇性變差，靈敏性，合理性不符合設計規范要求，不但使斷路器沒有物盡所用，反而造成了浪費，降低了配電系統的可靠性。

對于短路電流計算的結果進行分析：為使斷路器能夠正常脫扣，有如下解決措施：

（1）提高短路電流，從I=U/R不難看出，減小回路阻抗，增大導體截面（會增加成本），減少導線長度（變電站設置位置相關）；

（2）減小短路保護開關的整定電流，而通常熱磁脫扣器的短路保護為定值，不可調。對于常熟開關廠殼架等級為63A～250A的斷路器，其短路保護瞬時動作值為定值（300A或10In），殼架等級為400A～800A的斷路器，其短路保護瞬時動作值可調（10In或5In）；對于施耐德殼架等級16A～160A的斷路器，其短路保護瞬時動作值為定值，殼架等級200A～250A的斷路器，其短路保護瞬時動作值可調（5In～10In）。所以當熱磁脫扣器無法滿足要求時，應選用可調整整定電流的電子脫扣器（短延時動作值1.5In～10In可調，瞬時動作值1.5In～15In可調）。且需要注意：

選擇動作電流可調的短延時脫扣器整定值時，應躲開線路的短時負荷尖峰電流——考慮線路總最大一臺電機的啟動電流因素；

選擇動作電流可調的瞬時脫扣器整定值時，應躲開線路的尖峰電流——考慮線路總最大一臺電機的因素全啟動電流因素，同時要考慮可靠系數1.2。

（3）改變保護裝置，而由于成本問題，無法改變開關和導線時，可考慮改變保護裝置或增加后備保護裝置，如：

（a）選擇帶熔絲的斷路器；

（b）在斷路器前（或后）加裝合適的熔絲；

（c）直接改為熔斷器保護。

結語

新形勢下，要做好低壓配電線路斷路器的選擇，需要全面、準確地理解相關規范中的各項要求，并正確選擇斷路器的形式及參數等。只有全面、完整、系統地對保護電路進行科學分析和計算，才能正確選擇斷路器，確保低壓配電線路的安全、穩定、可靠地運行。

［1］任元會.工業與民用配電設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005：123.

［2］連理枝.低斷路器及其應用［M］.北京：中國電力出版社，2002：87.

［3］唐海.筑電氣設計與施工［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005：151.

［4］戴瑜興.民用建筑電氣設計數據手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010：357.

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