變電站低壓空氣開關選型

尹卓文 遼寧襄平電力勘測設計有限公司

一、前言

以前電氣工程和家庭裝潢一般使用熔絲作為電路過載保護裝置，它安全可靠，但實際應用不方便，須經常更換。現在普遍使用空氣開關（以下簡稱空開），其擁有以下優點：故障時空開會迅速斷開，查明原因后可重新閉合，可以無數次地反復使用。從長遠使用成本看，價格反而低于保險絲，而且方便、快捷、安全。

工作原理：空開的動作全靠脫扣，脫扣分為兩種：熱脫扣和電磁脫扣，只有滿足以上兩種條件之一空開方才動作。當線路發生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動杠桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分斷，切斷電源；當線路發生短路或嚴重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值，電磁脫扣器產生足夠大的吸力，將銜鐵吸合并撞擊杠桿，使搭鉤繞轉軸座向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分斷，切斷電源。

二、空開的選擇

空氣開關（簡稱MCB或微型斷路器）是建筑電氣終端配電裝置使用最廣泛的一種終端保護電器。空開的選擇需要考慮極數、脫扣特性、額定電流以及是否配置相關附件，下面我們分別介紹。

（一）空開按極數可分為

1）單極（1P）220V，切斷火線。

2）雙極（1+NA）220V，火線及零線都具有手動分斷能力，但只有火線上配置脫扣，即只有火線具備自動跳開能力。

3）雙極（2P）220V，同時切斷火線與零線

4）三極（3P）380V，同時切斷三相火線。

5）四極（4P）380V，同時切斷三相火線及中性線（零線）。

（二）空開具有以下脫扣特性

B特性——B脫扣特性微型斷路器負荷IEC60898-1（GB10963.1）標準，適用于為阻性負載或無沖擊電流的負載提供保護。

C特性——C脫扣特性微型斷路器負荷IEC60898-1（GB10963.1）標準，適用于為阻性負載和較低沖擊電流的感性負載提供保護。

D特性——D脫扣特性微型斷路器負荷IEC60898-1（GB10963.1）標準，適用于對線路接通時有較高沖擊電流的負載進行保護。

《GB 10963.1-2005 電氣附件--家用及類似場所用過電流保護斷路器 第1部分：用于交流的斷路器》中規定：

“瞬動保護的電流整定范圍分B、C、D三種特性：B特性為>3In~5In（含5In）；C特性為>5In~10In（含10In）；D特性為>10In~20In（含20In）。在動作電流的下限值，斷開時間應該大于0.1s；在動作電流的上限值，斷開時間應該小于0.1s。”

如圖1所示。

圖1

《GB 10963.1-2005 電氣附件--家用及類似場所用過電流保護斷路器 第1部分：用于交流的斷路器》中規定：

“斷路器冷態、施加1.13In時，對In> 63A，不脫扣約定時間為2h；對In≤63A，不脫扣約定時間為1h。斷路器熱態（在這里意味著做完1.13n的約定不脫扣時間后，緊接著進行過載脫扣）施加1.45In時，對In>63A及In≤63A的約定脫扣時間分別為2h和1h。”

“瞬動保護的電流整定范圍分B、C、D三種特性：B特性為>3In~5In（含5In）；C特性為>5In~10In（含10In）；D特性為>10In~20In（含20In）。在動作電流的下限值，斷開時間應該大于0.1s；在動作電流的上限值，斷開時間應該小于0.1s。”

本文側重點在于變電站內的空開選型，所以對于建筑行業情況不做分析。變電站內主要選擇C、D兩種脫扣特性。其中C特性可以躲過5~10In的瞬間啟動電流，故可用于照明回路及不帶電動機的動力回路，可滿足變電站內絕大多數負荷；而D特性適用于可能帶電動機的動力回路，其10In~20In的電磁脫扣特性可以用于保護起動電流大的沖擊性負載（如電動機，變壓器等）。

（三）額定電流的選擇

通過脫扣特性的介紹我們對微斷額定電流的選擇有了一些認識，結合《GB 50054-2011 低壓配電設計規范》中的規定：

6.3.3過負荷保護電器的動作特性，應符合下列公式的要求：

IB≤IN≤IZ

I2≤1.45IZ

式中：

IB——回路計算電流（A）

IN——熔斷器溶體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）

IZ——導體允許持續載流量（A）

I2——保證保護電器可靠動作的電流（A）。當保護電器為斷路器時，I2為約定時間內的約定動作電流；當為熔斷器時，I2為約定時間內的約定熔斷電流。”

我們可以得出如下結論：

空氣開關額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計算負荷電流。一般情況下，可以按照1.1~1.3倍線路額定電流選擇空開電流規格。

照明電路按1.1倍線路額定電流選擇空開額定電流；插座線路會有電動機類有短時大電流的電器設備，所以建議按照1.3倍確定。

（四）其他附件

一般空開具有以下保護形式：1.過載保護；2.短路保護；3.欠電壓保護；4.過電壓保護。其中欠電壓保護與過電壓保護需要配置單獨的附件（漏電保護也是一種附件）。實際應用中需視工程需要配套安裝相關附件，避免造成浪費。

三、空開的極數選擇

問題1：三相進線開關配置3P還是4P？

目前國內還沒有國家標準或規程之類做很詳細的使用要求的規定，而且兩種配置方式均有利弊。

兩種方式的區別在于是否斷開中性線。

1）斷開

優點：檢修時不會產生危險電壓，保證人身安全。

缺點：存在斷“零”風險，在中性線上增加一對觸頭，由于老化及故障原因，增大中性線斷線的概率，造成三相負載不平衡，嚴重時會燒壞電器。

2）不斷

優點：減少斷“零”風險。

缺點：檢修時可能存在危險電壓對人生造成損害。

再加一條理論，PE線不允許斷開，如斷開則有使設備外殼失去接地保護的危險。

我們試著就用這三條理論分析后面的問題。

針對這條問題我們分情況討論。

（一）TN-C系統嚴禁采用4P開關

分析：TN-C系統中，由于N線與PE線是合并的，采用4P開關在回路故障空開跳閘時，PEN線也被斷開，此時設備的外露導電部分與電力系統接地點失去連接，致使設備外殼可能存在危險電壓對人身造成傷害（見圖2、圖3）。

圖2 TN-C系統

圖3 TN-S系統

（二）TN-S系統中不需裝設4P開關

分析：TN-S系統中，因為有等電位聯結（N線與PE線相連），發生單相短路故障時N線雖然可能存在對地電壓，但N線與PE線同電位，人即使到N線也不會發生觸電，可不必為檢修安全配置4P開關。

（三）TN-C-S系統中不需裝設4P開關

分析：同TN-S系統，且須強調的是，TN-C-S系統兼具TN-C系統與TN-S系統的特點，判斷其是否需要采用4P空開要視其處于何種階段。

舉例說明：變電站采用TN-C-S系統，兩臺站用變分別給交流屏提供電源，在交流屏進線處設的總開關不能采用4P，因為此時站用變進線電纜為4芯，正處于TN-C系統中，PEN線尚未分開，此時采用4P空開會造成斷PE線的惡果（見圖4、圖5）。

圖4 TN-S系統

圖5 TN-S系統

（四）TT系統應裝設4P開關

分析：與3.2及3.3類似，由于TT系統不存在等電位聯結（N線與PE線未聯通），故故障狀態下N線與PE線存在電位差，電位差將對電氣檢修人員構成電擊危險。

（五）配置漏電保護器時

分析：依據《GB 50054-2011 低壓配電設計規范》中3.1.11的規定：

“除在TN-S系統外，當中性導體為可靠地點位時可不斷開外，應能斷開所保護的賄賂的所有帶電導體”。

除TN-S系統外，其他系統當空開采用漏電保護器時需配置4P開關，斷N線。

問題2：1P、1P+NA與2P有什么區別，如何選擇？

首先介紹1P、1P+NA與2P空開的區別：

1）1P 220V，切斷火線

2）1+NA 220V，火線及零線都具有手動分斷能力，但只有火線上配置脫扣，即只有火線具備自動跳開能力。此外需注意的是1+NA與2P模數相等，ABB為例均為35mm寬。

3）2P 220V，火線零線均配置脫扣。

我們分析的前提條件如下：

1）為了減少斷零風險，盡量不要在中性極配置空開。

2）依據《GB 50054-2011 低壓配電設計規范》中3.1.11的規定：

“除在TN-S系統外，當中性導體為可靠地點位時可不斷開外，應能斷開所保護的賄賂的所有帶電導體”。

分析如下：

?照明分支回路中不配置漏電保護器微斷可以采用1P或1P+NA（2P增加斷零風險）。但存在一個問題，如果分支回路零線漏電用1P微斷無法斷開零線，即無法查找具體哪條回路零線漏電，所以推薦采用1P+NA。

?照明總回路配置可選擇3P或4P微斷。

TN-C系統：由于N線與PE線合并，不允許斷開PE線，故應選用3P。

TT系統：由于N線與PE線沒有等電位聯結，所以需采用4P微斷保證檢修時人身安全。

TN-C-S系統：有等電位聯結，考慮到照明總回路需配置漏電保護器，故應選用4P。

TN-S系統：有等電位聯結，當我們采用專門的PE線與N線連接時，可認為是可靠的地電位，這樣即使配置漏電保護器，也可不斷開N線，故僅需配置3P。

?動力分支回路中需配置漏電保護器，故除TN-S系統外，均需配置2P。

?動力總回路，不需配置漏電保護器。

TN-C系統：同照明，3P。

TT系統：同照明，4P。

TN-C-S系統：有等電位聯結，不需配置漏電保護器，故可選用3P。

TN-S系統：同照明，3P。

四、結語

電源進線開關N線是否斷開應區別不同接地系統，切勿混淆引發事故。為減少斷“零”風險，應在滿足檢修人員安全的前提下盡量減少N線開關的使用。