斷路器的選擇

施玉艷

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著經濟的發展，人民生活水平的提高，電氣用電設備越來越多，對電能的需求和依賴不斷增大。而如何選擇承擔電能的傳輸與分配、用電設備保護與控制任務的電器裝置顯得尤為重要。刀熔開關和瓷插式熔斷器作為一種電器保護裝置，由于具有熔體更換方便、操作簡單、符合要求的替代物多等特點，故常被應用在民用場所。但是，當熔體熔斷時，除大中型企事業單位有電氣專業技術人員操作外，一般的小型企業、個體工商業以及廣大農村地區等都是私自更換，有的還加大熔體規格甚至采用銅芯線替代，這些都可能導致當配電線路過載、短路或接地故障時無法切斷電源，從而引起線路過熱甚至發生火災。因此，照明、插座等末端配電線路不宜選用熔斷器以保護電器。

低壓斷路器，是低壓開關中性能最完善的開關，主要用于配電線路和電氣設備的剩余電流、過載、欠壓、失壓和短路保護。世界上最早的斷路器產生于1885年，它是一種刀開關和過電流脫扣器的組合。1905年具有自由脫扣裝置的空氣斷路器誕生。從1930年以來，電弧原理的發現和各種滅弧裝置的發明，逐漸形成了機構。20世紀50年代末，電子元件的興起又產生了電子脫扣器，到了今天計算機芯片的發展，又有了智能型斷路器。隨著技術的進步，低壓斷路器沿著體積小、模塊化、短路分斷能力高、功能齊全、安全可靠、智能化(可通訊)、節能化方向發展。

1 斷路器的分類

1.1 按電壓等級分類

(1)高壓斷路器，民用建筑電氣設計中常用的是10kV高壓真空斷路器。

(2)低壓斷路器(本文所涉及的斷路器為低壓斷路器)，用于三相交流380/220V供電系統中。

1.2 按保護性質分類

(1)只有短路保護的斷路器；

(2)有短路和過負荷保護的斷路器；

(3)有短路、過負荷和剩余電流保護的剩余電流斷路器。

1.3 按殼體型式分類

按殼體型式可分為：框架斷路器、塑殼斷路器、微型斷路器。

2 斷路器的選用

2.1 短路保護的斷路器的選用

該類型斷路器，只有在配電線路短路產生大電流時斷路器才動作跳閘切斷電源，而當配電線路過負荷時斷路器是不會動作跳閘切斷電源。因此，只能使用在不會過負荷的配電線路、或已有過負荷保護的配電線路、或即使過負荷也不能停電的配電線路。例如:①消防水泵、防排煙風機等消防配電分支干線和分支線路；②有熱繼電器保護的水泵、風機配電線路；③醫療建筑中的手術室、ICU等IT配電系統。

2.2 短路和過負荷保護的斷路器的選用

該類型斷路器，不僅在配電線路短路產生大電流時，會動作跳閘切斷電源，而且配電線路過負荷時斷路器也會動作跳閘切斷電源。因此，該類型斷路器廣泛應用于一般配電線路中。

2.3 剩余電流斷路器的選用

該類型斷路器，不僅在配電線路短路產生大電流或過負荷時斷路器會動作跳閘切斷電源，而且當配電線路產生剩余電流時，斷路器也會動作跳閘切斷電源。剩余電流斷路器，一般又分為電磁式和電子式。電磁式剩余電流斷路器剩余電流動作不受電源電壓、環境溫度、中性線斷線等的影響，可靠性高，可分為AC型、A型、B型等。根據《醫療建筑電氣設計規范》JGJG312-2013第9.3.7條規定：1類和2類醫療場所應選擇安裝A型或B型剩余電流保護器；第9.4.3條規定：在2類醫療場所區域內，TN系統僅可在下列回路中采用不超過30mA的額定剩余電流，并具有過流保護的剩余電流保護器(RCD)，且剩余電流動作保護器應采用電磁式：①手術臺驅動機構供電回路；②X射線設備供電回路；③額定功率大于5kVA的設備供電回路；④非生命支持系統的電氣設備供電回路[1]。《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008第7.7.10條第9款規定：用于電子信息設備、醫療電氣設備的剩余電流動作保護器應采用電磁式[2]。因此，醫療建筑、計算機網絡機房、安防機房等弱電中心，應選用電磁式剩余電流斷路器。另外，學校建筑、兒童活動場所、老人建筑、住宅建筑等，以及游泳池、帶淋浴或浴缸的衛生間、澡堂、桑拿等特殊場所，涉及到老年人和未成年人。由于老年人身體素質下降，未成年人身體發育尚未健全，一旦觸電比起對健康的成年人造成的傷害嚴重得多。而且人體一旦與水接觸，人體電阻將下降，一旦觸電也比正常環境下造成的傷害嚴重。因此，這些場所作為保護人身安全的剩余電流斷路器選用電磁式將更合適。

根據《住宅設計規范》GB50096-2011第8.7.2條第6款規定：每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警[3]。在住宅電氣設計中常常是在電表箱進線開關采用剩余電流斷路器，主要是為了防止電氣火災。

在TT配電系統中，由于接地故障電流小，例如：變壓器和設備接地電阻均為1Ω，不考慮變壓器和線路阻抗以及接觸電阻等單相AC220V的接地故障電流為110A，即使采用16A的塑殼斷路器保護，也無法可靠切除接地故障電流。因此只有采用剩余電流斷路器才能可靠動作。

3 斷路器的電流整定

斷路器的電流值有：剩余電流動作值(I△)、殼架電流(In)、脫扣器額定電流(In)、長延時電流脫扣器整定電流(I1)、短延時速斷電流(I2)、速斷電流(I3)。上述各種電流值的正確設定是非常重要的，若設置不當有可能引起電氣火災或造成人身傷害。

3.1 剩余電流動作值(I△)的設定

(1)用于保護人身安全時，I△≤30mA，對于AC220V的末端配電線路或插座回路切斷電源的動作時間不應大于0.4s；對于AC380V的末端配電線路或插座回路切斷電源的動作時間不應大于0.2s。

(2)用于防止電氣火災時，I△≤300mA，且應有選擇性。

(3)用于切除接地故障電流時，I△≥300mA，且應有選擇性。

3.2 長延時電流脫扣器(I1)的設定

(1)斷路器I1應大于被保護線路的計算電流或設備的運行額定電流Ijs，即I1≥KxIjs，Kx為可靠系數，對于一般配電線路或一般設備，宜不小于1.1，而對于消防配電線路或重要用電設備，可適當取大些。

(2)斷路器I1應不大于被保護線路導體的額定載流量Ie，即I1≤KxIe，Kx為可靠系數，對于一般配電線路或一般設備，宜不大于0.9，而對于消防配電線路或重要用電設備，可適當取小些。

(3)上級斷路器I1應大于下級斷路器I1；

(4)進線開關I1應不大于所有出線開關I1的總和。

(5)對于照明回路斷路器I1不宜大于16A。

(6)對于插座回路斷路器I1不宜大于20A。

3.3 速斷電流(I3)的設定

(1)微型斷路器以及部分塑殼斷路器只要設定了I1，那么I3就是固定值，不必設定；

(2)斷路器I3的設定應能保證配電線路末端單相短路能夠可靠動作；

(3)對于一般配電線路，I3=10I1即可；對于電動機直接啟動的末端配電線，I3=12I1即可；對于電動機降壓啟動的末端配電線路I3=10I1即可；

(4)上級斷路器的I3應大于下級斷路器的I3；

(5)為保證上、下級斷路器故障跳閘時有選擇性，即下級斷路器跳閘，上級斷路器不跳閘，一般采用關閉上級斷路器I3，設定I2并延時。微型斷路器或塑殼斷路器是無法保證選擇性的，最多也是部分選擇性，因此，上級開關選用微型斷路器，下級開關不應選用塑殼斷路器；上級開關選擇塑殼斷路器，下級開關不應選用框架斷路器。

4 斷路器型號規格的標注

根據《建筑工程設計文件編制深度規定》(2016年版)第4.5.7條第1款規定：配電箱(或控制箱)應標注各元器件型號、規格、整定值。同時應計算斷路器所處位置配電系統中最大短路電流，斷路器的短路分斷能力應大于斷路器所處位置最大短路電流。因此，在電氣配電系統圖設計中，斷路器的型號、規格應明確下列主要技術參數：極數、殼架或脫扣器的額定電流(In)、額定極限短路分斷電流容量(Icu)、額定運行短路分斷電流容量(Ics)、額定短時耐受電流容量(Icw)、過載長延時電流整定(I1)、短路短延時電流整定(I2)及延時時間(t)、短路瞬動電流整定(I3)、接地故障電流整定(I4)及延時時間、電流脫扣器的型號、欠壓脫扣器(AC380V)、分勵脫扣器(AC220V)、電動操作等。

由于國產斷路器與進口斷路器產品參數的差異(例如國產斷路器通常沒有I1值，只有In值)，所以在工程實際中，如果設計圖上是按進口斷路器為參考依據進行設計，而實際施工產品選的是國產斷路器，就容易造成實際訂貨的電流整定值與設計不符。正是由于斷路器的參數繁多，容易混淆不清，所以在設計文件中，應該清楚地標定斷路器的每個參數。在實際產品訂貨時，如果施工方對參數有疑義，應及時與設計單位溝通，這樣才能避免由于斷路器參數標注不明確給工程施工及訂貨造成混亂，影響工程質量。

(1)框架斷路器的型號、規格的標注

框架斷路器的電流脫扣器的型式一般為智能型脫扣器，各種保護型式完善，主要用于變電所和630A以上的大電流配電回路中，特別是要求上、下級應配合的重要負荷，采用框架斷路器更適合。例如：2000kVA干式變壓器低壓側出線斷路器型號為E4S4000 T-LISG 3P，In：4000A，I1：3200A，I2：5 In t：0.4S，I3：OFF，I4：0.3 In t：0.4S，分勵AC220V，延時失壓AC380V，電動操作。斷路器的分斷能力可以忽略不標注，因為型號已體現明確，如E4S中的“S”就是表示分斷能力，根據產品樣本可知：Icu：75kA，Ics：75kA，Icw：75kA。

(2)塑殼斷路器的型號、規格的標注

塑殼斷路器大量用于400A及以下的配電線路中，例如某配電線路計算電流Ijs：106A，保護線路的斷路器型號為：T2N160 TMDR160 3P I1:125A, I3:10 In,根據產品樣本可知：Icu：36kA，Ics：36kA，電流脫扣器TMDR160為熱磁式，In ：160A。

(3)微型斷路器的型號、規格的標注

微型斷路器大量用于末端配電線路和63A及以下配電線路中，例如某走道照明配電線路的微型斷路器型號為iC65N/1P C10，根據產品樣本可知：Icu：6kA，I1：10A，I3：5～10I1。

(4)剩余電流斷路器的型號、規格的標注

剩余電流斷路器，主要用于防止電氣火災、TT配線系統和保護人身安全的末端配電線路中。例如：某辦公室插座回路剩余斷路器型號為iC65N/2P Vigi iC65N/2P ELM C16，30mA，根據產品樣本可知：Icu：6kA，I1：16A，I3：5～10I1，I△：30mA，電磁式。

5 結語

建筑電氣設計是一個復雜的系統工程，而斷路器的選擇又是建筑電氣設計中必不可少的一個環節，在符合國家政策、地方法規和滿足規范、標準的前提下，只有精心設計每一分部、優化方案、嚴把質量關、以人為本，才能做到安全可靠、節省投資、節約能源、更好地為社會創造效益，增添人們生命財產的安全和保障。