断路器选型指南.docx

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断路器选型指南

断路器标准及描述

 [隐藏] 

∙1- 标准

∙2- 描述

工业用断路器必须符合IEC60947-1和60947-2标准或者其他等效标准。

家庭用的断路器应符合IEC60898标准或者其他等效的国家标准。

标准

对于工业用低压装置，相关的国际电工委员会（IEC）标准为：

▪60947-1:

第1部分：

总则;

▪60947-2,第2部分：

断路器;

▪60947-3,第3部分：

开关；隔离器；隔离开关和熔断器组合装置;

▪60947-4,第4部分：

接触器和电动机起动器;

▪60947-5,第5部分：

电路控制电器和开关元件;

▪60947-6,第6部分：

多功能开关电器;

▪60947-7,第7部分：

辅助电器.

对于家庭和类似的低压装置，适合的标准是IEC60898或等效的国家标准。

描述

图表H24 以示意图的方式显示了低压断路器的主要部分及其4个主要功能：

▪断路组件，包括固定的和活动的触头以及灭弧室.

▪发现异常电流时，脱扣器将触发栓锁机构成为释放状态。

图表H24:

 断路器的主要部分

该机构还与断路器的操作手柄相连。

▪脱扣机构操动装置是:

 - 热磁装置，由温度控制的双金属片检测过载情况，同时当电流水平达到短路条件时，电磁撞针动作；或由电流互感器供电的电子继电器，每相安装1个。

▪分配给各类接线端子的空间目前用于主回路接线。

家庭用符合IEC60898标准和国内类似标准的断路器（见下页图表H25）有以下基本功能：

▪隔离;

▪过电流保护.

图表H25:

 具有过电流保护和电路隔离功能的家用型的断路器

如图表H26 所示，通过附加一个功能模块，可以适配一些断路器以提供对地泄漏电流的灵敏检测（30mA）功能而使断路器跳闸，而其他的型式有（符合IEC61009标准的RCBO（剩余电流动作断路器）以及符合IEC60947-2标准（附录B）的CBR（剩余电流断路器）都有剩余电流特性。

除上述功能外，通过附加模块还能为基本断路器增添更多的功能，如图表H27 所示；特别是遥控和指示（分闸-合闸-故障）。

图表H26:

 附加一个模块能够给上述（图表H25）家用型断路器增加电击保护功能

图表H27:

 低压模块式开关设备组件“Multi9”系统

符合IEC60947-2标准的工业用塑壳断路器已问世，通过附加一些可适配的模块，可以为上述的断路器增加一些类似的辅助功能（见图表H28）。

符合IEC947-2标准、额定电流值较高的重工作制工业用空气断路器，具有多种内置的通信和电子功能（见图表H29）。

除保护功能外，Micrologic控制单元还具有最优化的功能，如测量（包括电能质量功能）、诊断、通信、控制和监视。

图表H28:

 具有多种辅助功能的工业用模块化断路器（CompactNSX）

图表H29:

 重工作制工业用空气断路器示例。

“Masterpact”空气断路器通过它的“Micrologic”脱扣单元提供各种自动化性能

断路器的基本特性

 [隐藏] 

∙1- 额定工作电压（Ue）

∙2- 额定电流（In）

∙3- 壳架等级额定值

∙4- 过载脱扣电流整定值（Irth或Ir）

∙5- 短路脱扣电流整定值（Im）

∙6- 隔离特性

∙7- 额定短路分断能力（Icu或Icn）

∙8- 备注

断路器的基本特性有:

▪额定电压Ue;

▪额定电流In;

▪过载保护（Ir[1] 或Irth[1]）和短路保护（Im）[1]的脱扣电流整定范围;

▪短路分断电流额定值（工业用断路器Icu；家用断路器Icn）。

额定工作电压（Ue）

这是断路器在正常（无扰动的）的情况下工作的电压。

断路器还有其他的电压值以应对骚扰，如断路器的其他特性所示。

额定电流（In）

这是配有专门的过电流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限期承受的最大电流值，而不会超过电流承受部件规定的温度限值。

例如

额定电流In=125A，在环境温度为40°C下的断路器会配备校准了的合适的过电流脱扣继电器（设定为125A）。

然而，如果适当地降低额定值，该断路器在更高的环境温度下也能使用。

这样，在规定的温度限值内，断路器在50°C的环境温度下只能无限期承受117A或者60°C环境温度下承受109A。

因此，可以通过降低过载的脱扣电流整定值，并相应作出标志可降低断路器的额定值。

使用耐高温的电子型脱扣器可以让断路器（如上所述降低额定值）在60°C（或者甚至70°C）的环境温度下工作。

备注:

 断路器（符合IEC60947-2标准）的In通常等于开关设备的Iu，Iu为额定持续电流。

壳架等级额定值

配备有不同电流整定值的过电流脱扣器的断路器，能够适应于承受最高的过电流脱扣器整定电流值。

例如:

一个NSX630N断路器能配备4个150~630A的电子脱扣器。

断路器的壳架电流为630A。

过载脱扣电流整定值（Irth或Ir）

除了易于更换的小型断路器，工业用断路器都配备有可移去的，即可更换的过电流脱扣继电器。

另外，为使断路器满足其所控制的电路的要求，以及避免安装粗电缆，通常脱扣继电器都是可调的。

电流超过脱扣电流整定值Ir或Irth（两个名称都经常使用），断路器就会跳闸。

它还代表着断路器不跳闸时所能承受的最大电流。

该值必须大于最大负载电流IB，但是小于电路Iz所允许的最大电流（见[[保护方案的实用值]]）。

热脱扣继电器通常可在0.7~1.0In范围内调整，但是如果使用电子设备，其调整范围会更大；通常为0.4~1.0In。

例 （见图表H30）:

配有一个整定为0.9，400ASTR23SE过电流脱扣继电器的NSX630N断路器，其脱扣电流整定值为:

Ir=400x0.9=360А.

备注:

 对于配有不可调过电流脱扣继电器的断路器，Ir=In。

实例：

对于iC65N20A断路器，Ir=In=20（A）。

图表H30:

 NSX630N断路器例，配有可以调节到0.9的STR23SE脱扣装置，可得Ir=360A

短路脱扣电流整定值（Im）

短路脱扣继电器（瞬时或短延时）用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸。

其跳闸阈值Im:

▪由家用型断路器的标准如IEC60898标准确定；或者;

▪依据相关标准，特别是IEC60947-2标准，由工业用断路器的制造厂标出。

近来的断路器，有许多脱扣器可选，用户可以利用它使断路器的保护功能满足负载的特殊要求（见图表H31、图表H32和图表H33）。

保护继电器的类型

过负荷保护

短路保护

家用型断路器 

IEC60898

热磁

Ir=In

低整定值类型B 

3In≤Im≤5In

标准整定值类型 

5In≤Im≤10In

高整定值类型D

10In≤Im≤20In [2]

工业用模块断路器 [3]

热磁

Ir=In 

固定值

低整定值类型B或Z

3.2In≤固定值≤4.8In

标准整定值类型C 

7In≤固定值≤10In

高整定值类型D或K 

10In≤固定值≤14In

工业用断路器IEC60947-2 [3]

热磁

Ir=In固定值

固定值:

Im=7-10In

可调范围:

0.7In≤Ir≤In

低整定值:

2-5In 

-标准整定值:

5-10In

电子

长延时 

0.4In≤Ir≤In

短延时，可调范围:

1.5Ir≤Im≤10Ir 

瞬时（I）固定值:

I=12-15In

图表H31:

 用于低压断路器的过负荷和短路保护装置的电流脱扣范围

图表H32:

 断路器热磁保护系统的性能曲线

Ir:

过载（热或长延时）继电器脱扣电流整定值； 

Im:

短路（电磁或短延时）继电器脱扣电流整定值； 

Ii:

短路瞬时继电器脱扣电流整定值； 

Icu:

分断能力。

图表H33:

 断路器电子保护系统的性能曲线

隔离特性

如果断路器达到相关标准中规定的隔离器（在其额定电压时）的所有条件，就适用于隔离电路（见低压开关的功能-隔离）。

这时候，它就被称作断路器隔离器，其面板上标有这样的标志

所有的梅兰日兰的产品Multi9、CompactNSX和Masterpact低压开关设备都属于这一类。

额定短路分断能力（Icu或Icn）

低压断路器短路脱扣特性（大致）与故障电流回路的cosφ有关。

这种关系的标准值已在某些标准中确定。

断路器的短路分断电流定额是断路器能够分断而不损害的最高（预期的）电流值。

标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值，即计算标准化值时直流暂态分量（总在最坏的情况短路下出现）假定为零。

工业用断路器额定值（Icu）和家用断路器额定值（Icn）通常以kA均方根值的形式给出。

IEC60947-2标准定义了Icu（额定极限短路分断能力）和Ics（额定运行短路分断能力），以及一个有关Ics和Icu在不同使用类别A（瞬时脱扣）和B（延时脱扣）的表格，如 断路器的其他特性 所述。

在标准的指导下进行断路器额定短路分断能力的测试，包括:

▪操作顺序，包括一系列的操作，如短路下的闭合和断开;

▪电流和电压相位。

电流与电源电压同相时（电路的cosφ=1），电流的遮断要比在其他功率因数条件下容易些。

将电流在滞后cosφ低值时进行遮断是相当困难的；零功率因数（理论上）也是不易达到的。

实际上，所有的电力系统短路故障电流（或多或少）都存在滞后功率因数，而标准是基于通常情况下大多数电力系统有代表性的数值。

一般而言，故障电流（特定的电压情况下）越高，故障电流回路中的功率因数就越低，如临近发电机或大型变压器。

下面的图表H34 是从IEC60947-2标准中摘选出的，根据其额定Icu将cosφ标准值同工业用断路器联系起来。

▪按照断开－延时－闭合/断开的顺序来试验断路器的Icu能力，作进一步试验以保证:

 - 电介质耐受能力; 

 - 隔离（绝缘）性能; 

 - 过载保护的正确动作不会因为试验而受损。

Icu

cosφ

6kA

0.5

10kA

0.3

20kA

0.25

50kA

0.2

图表H34:

 与故障电流电路的功率因数（cosϕ）相关的Icu（符合IEC60947-2标准）

备注

1.^ a b c 电流整定值是指用于过负荷和短路保护的热脱扣装置和“瞬时”电磁脱扣装置的动作电流。

2.^ 大多欧洲制造商认为IEC60898标准中的50In高得不合实际（M-G=10~14In）。

3.^ a b 对于工业用途，IEC标准没有规定值。

上述值仅为通常使用的值。

断路器的其他特性

 [隐藏] 

∙1- 额定绝缘电压（Ui）

∙2- 额定冲击耐压（Uimp）

∙3- （A或B）类和额定短时耐受电流（Icw）

∙4- 额定接通能力（Icm）

∙5- 额定运行短路分断能力（Ics）

∙6- 故障电流限制

∙7- 电流限制的优点

∙8- 备注

在做最后选择时，熟悉下列低压断路器的其它的特性通常也是有必要的。

额定绝缘电压（Ui）

这是电介质试验电压（通常大于2Ui）和爬电距离所涉及的电压数值。

额定工作电压的最大值绝不可超过额定绝缘电压，即Ue≤Ui。

额定冲击耐压（Uimp）

该特征表现为试验条件下设备能够承受而不出失效的kV电压峰值（规定的形式和极性）。

通常，用于工业用断路器Uimp=8kV和家用型Uimp=6kV。

（A或B）类和额定短时耐受电流（Icw）

如上简述（断路器的基本特性），依照IEC60947-2标准，工业用低压开关设备有两类，A和B:

▪A类通常为塑壳断路器，在“瞬时”短路电磁脱扣装置（见图表H35）动作时不会有意延迟.

▪为了从时间上同其他断路器有选择性，B类可能会延迟断路器的跳闸，这时的故障电流要低于断路器额定短时耐受电流（Icw）（见图表H36）。

这通常应用于大型开启式断路器以及某些重载塑壳型断路器。

Icw是B类断路器是在制造商给定的时间内，能够承受热和电动力而不会造成持久损害的最大电流。

图表H35:

 A类断路器

图表H36:

 B类断路器

额定接通能力（Icm）

Icm–为断路器在指定条件下及额定电压上能建立的最高电流瞬时值。

在交流系统中瞬时峰值为k倍的Icu（即额定分断电流），该系数由短路电流回路（见图表H37）的功率因数（cosφ）决定。

Icu

cosφ

Icm=kIcu

6kA

0.5

1.7xIcu

10kA

0.3

2xIcu

20kA

0.25

2.1xIcu

50kA≤Icu

0.2

2.2xIcu

图表H37:

 IEC60947-2规定对不同的短路电流功率因数值与额定分断能力Icu以及额定接通能力Icm之间的关系

例:

 MasterpactNW08H2断路器具有Icu为100kA的额定分断能力。

其额定接通能力的峰值Icm将为100x2.2=220（kA）。

额定运行短路分断能力（Ics）

在正确设计的装置中，不能要求断路器在最大分断电流Icu下动作。

基于此，引入了一种新的特性Ics。

在IEC60947-2标准中以Icu的百分数来表示（25%,50%,75%,100%）。

额定分断能力（Icu）或（Icn）是断路器能成功分断而不会被损害的最高故障电流。

产生这种电流的可能性非常低，正常环境下，故障电流比断路器额定分断能力（Icu）低得多。

另一方面，大电流（可能性较低）在良好状态下被分断非常重要，这样在故障电路被修复以后，断路器能够立即重合闸。

正是由于这些原因，工业用断路器确立了一种新的特性Ics，以Icu的百分数表示，即：

25%,50%,75%,100%。

标准试验顺序如下:

▪O-CO-CO[1]（在Ics上）;

▪按照上述顺序进行的测试旨在验证断路器处于良好状态，可在正常运行中使用。

对于家用断路器，Ics=kIcn。

系数k值在IEC60898标准的第14号表格中给出。

在欧洲，工业上实际使用100%的k系数，因此Ics=Icu。

故障电流限制

低压断路器的许多设计都有短路电流限制能力，因而减小短路电流，防止达到其（其他方法就可能）最高峰值（见图表H38）。

这些断路器的电流限制性能以图的形式列出，见图表H39a）。

断路器的限流能力能够有效地阻止预期最大故障电流的通过，仅允许限定数值的电流通过，见图表H38。

图表H38:

 预期和实际电流

断路器的制造商将限流性能以曲线的形式列出（见图表H39）。

▪图表H39a）是限制峰值与预期故障电流交流元件的均方根值的坐标图。

（“预期”故障电流指在断路器没有限流能力时，可能通过的故障电流）。

▪限流极大地减少了热应力（与I2t数值成比例）还在图表H39b）中以曲线的形式表示，这是它和预期故障电流交流分量的均方根值的坐标图。

家用低压断路器以及类似的装置根据某些标准（特别是欧洲标准EN60898）分类。

限流断路器的一类由该类中规定的允许通过的极限I2t确定。

这时，制造商正常不会提供特征性能曲线。

图表H39:

 典型低压限流断路器性能曲线

电流限制的优点

限流从电流回路减小了所有有电流通过的电路元件所承受的热应力和电动应力，因此延长了这些元件的使用寿命。

另外，限流功能也让“级联”技术得到了应用（见 断路器间的配合），因此明显的降低了设计和安装成本。

使用限流断路器具有许多优点:

▪电气装置，网络有更大的富裕能力：

限流断路器极大地削弱了短路电流带来的有害效应。

▪减小热效应：

极大地减少了导体（绝缘）发热，因此线缆的寿命也相应的增加了。

▪减小机械应力：

降低电动斥力，降低变形、可能的破裂以及触点过多的烧损等风险。

▪减小电磁干扰效应:

 - 减小对测量仪器以及有关的电路、电信系统等的影响。

因此，限流断路器可以改善以下各项应用:

▪线缆和布线;

▪预制线缆主干系统;

▪开关设备，从而延缓装置的老化。

例如

在预期短路电流为150kA均方根值的系统中，CompactL断路器将峰值电流限制为低于计算的预期峰值的10%，热效应低于计算值的1%。

在一个装置中，将限流断路器下游的几级配电实施级联，可以极大的节约。

断路器间的配合中描述的级联技术能够大幅度的节约开关设备（断路器下游可允许有较低性能的断路器）和设计研究成本，高达20%（总体上）。

CompactNSX断路器的所有规格开关设备的直到全短路分断能力的选择性保护方案和级联技术都是重要的。

备注

1.^ O代表断开操作。

CO代表一次闭合操作后跟随一次断开操作。

断路器的选择

 [隐藏] 

∙1- 断路器的选择

∙2- 不同环境温度情况下断路器额定电流的选择

∙3- 无补偿型热磁脱扣器

∙4- 补偿型热磁脱扣器

∙5- 电子脱扣器

∙6- 瞬时或短延时脱扣阈值的选择

∙7- 根据短路分断能力要求选择断路器

∙8- 总断路器和主断路器的选择

∙9- 馈线断路器和终端断路器的选择

断路器的选择取决于以下因素：

装置的电气特性、环境条件、负荷及遥控要求以及所采用的通信系统类型。

断路器的选择

断路器的选择需要考虑以下几个因素：

▪断路器所在装置的电气特性；

▪断路器的使用环境：

周围环境温度、位于配电亭或开关柜的外壳中、气候条件等；

▪短路电流分断和接通能力；

▪断路器操作要求：

选择性脱扣、遥控要求和指示及相关辅助触点，辅助脱扣线圈以及它们之间连线的要求；

▪安装规定，特别是对人身的保护；

▪负荷特性，例如电动机、荧光灯、LV/LV变压器等。

以下是关于配电系统中使用的低压断路器的相关说明。

不同环境温度情况下断路器额定电流的选择

断路器的额定电流取决于其给定的工作环境温度，一般情况下为：

▪家用型断路器为30°C；

▪工业型断路器为40°C。

不同环境温度情况下断路器的性能与断路器的脱扣器的结构有密切的关系（见图表H40）。

图表H40:

 环境温度

无补偿型热磁脱扣器

配有无补偿型热脱扣器的断路器，其脱扣电流值与环境温度有密切的关系。

配有无补偿型热脱扣器的断路器，其脱扣电流值取决于环境温度。

如果断路器安装在外壳内或者高温环境（如锅炉房等）下，引起断路器过负荷脱扣的电流值将明显降低。

一般情况下，当断路器的工作环境温度超过参考温度值时，断路器的脱扣电流额定值将明显降低。

因此，断路器制造商常常提供相关表格来说明不同温度情况下断路器的参数变化情况。

从典型例可知（见图表H41），环境温度降低，断路器的额定电流可能升高。

图表H27 显示的并排安装的小型模块化断路器，通常安装在小型封闭式金属外壳配电箱内，由于散热产生的相互温度影响，当带上正常负荷时，断路器的额定电流值通常需要乘以一个系数0.8。

例如

iC65N应该选择多大的定额？

▪为了保护电路，预期最大负荷电流为34A；

▪与其他断路器紧靠安装在封闭的配电箱内；

▪环境温度为50°C。

50°C时iC65N额定电流值将由40A降为35.6A见图表H41。

考虑到断路器安装在封闭空间中的相互散热问题，应该乘以0.8的系数，即35.6×0.8=28.5（A），该电流值与负荷电流值34A不匹配。

因此，应该选择额定电流为50A的断路器，考虑温度因素后其电流额定值为

44×0.8=35.2（A）。

补偿型热磁脱扣器

这种类型的脱扣装置包括一个补偿用的双金属片，它允许将断路器的过负荷脱扣电流值可调在一个指定的范围内，该范围不受环境温度的影响。

例如:

▪在某些国家，低压配电系统标准为TT系统，家用和类似装置由授权供电的进线处的断路器实行保护。

该断路器除了能够提供间接接触人身保护外，还能够在用户负荷电流超过供方协议要求的电流值时，用于过载保护脱扣；断路器（i60A）的温度补偿范围为－5°C~+40°C。

▪电流定额i630A的低压断路器一般都配有范围为－5°C～+40°C的温度补偿脱扣器。

iC65NiC65H：

曲线CiC65N：

曲线B和C（参考温度：

30°C）

定额（A）

20°C

25°C

30°C

35°C

40°C

45°C

50°C

55°C

60°C

1

1.05

1.02

1.00

0.98

0.95

0.93

0.90

0.88

0.85

2

2.08

2.04

2.00

1.96

1.92

1.88

1.84

1.80

1.74

3

3.18

3.09

3.00

2.91

2.82

2.70

2.61

2.49

2.37

4

4.24

4.12

4.00

3.88

3.76

3.64

3.52

3.36

3.24

6

6.24

6.12

6.00

5.88

5.76

5.64

5.52

5.40

5.30

10

10.6

10.3

10.0

9.70

9.30

9.00

8.60

8.20

7.80

16

16.8

16.5

16.0

15.5

15.2

14.7

14.2

13.8

13.5

20

21.0

20.6

20.0

19.4

19.0

18.4

17.8

17.4

16.8

25

26.2

25.7

25.0

24.2

23.7

23.0

22.2

21.5

20.7

32

33.5

32.9

32.0

31.4

30.4

29.8

28.4

28.2

27.5

40

42.0

41.2

40.0

38.8

38.0

36.8

35.6

34.4

33.2

50

52.5

51.5

50.0

48.5

47.