断路器的选择.docx

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断路器的选择

断路器的选择

断路器选择要点

　　不同的负载应选用不同类型的断路器

　　最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。

以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。

这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。

对配电型断路器而言，它有A类和B类之分：

A类为非选择型，B类为选择型。

所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。

万能式（又称框架式）断路器中的DW15系列、DW17（ME）系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段保护，它们是属于非选择型的A类断路器。

选择性保护，如图1所示。

当F点短路时，只有靠近F点的QF2断路器动作，而上方位的QF1断路器不动作，这就是选择性保护（由于QF1不动作，就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电）。

如果QF2和QF1都是A类断路器，则F点发生短路，短路电流值达一定值时，QF1、QF2同时动作，QF1断路器回路及其下的支路全部停电，就不是选择性保护了。

能够实现选择性保护的原因是，QF1为B类断路器，它具有短路短延时性能，当F点短路时，短路电流流过QF2支路，也流过QF1回路，QF2的瞬时动作脱扣器动作（通常它的全分断时间不大于0.02s），因QF1的短延时，QF1在0.02s内不会动作（它的短延时≥0.1s或0.2、0.3、0.4s）。

在QF2动作切断故障线路时，整个系统就恢复了正常。

可见，如果要达到选择性保护的要求，上一级的断路器应选用具有三段保护的B型断路器。

对于直接保护电动机的电动机保护型断路器，它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选择A类断路器（包括塑壳式和万能式），DZ5、DZ15、TO、TG、GM1、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外，它们的630A及以下规格均有保护电动机的功能。

家用和类似场所的保护（过去又称它为导线保护或照明保护），也是一种小型的A类断路器，其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。

配电（线路）、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象（如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等）的承受过载电流的能力（包括电动机的起动电流和起动时间等）有差异，因此，选用的断路器的保护特性也是不同的。

（1）表1为配电保护型断路器的反时限断开特性

表1

通过电流名称

整定电流倍数

约定时间/h

In≤63A

In＞63A

约定不脱扣电流

1.05In

≥1

≥2

约定脱扣电流

1.30In

＜1

＜2

返回特性电流

3.0In

可返回时间/s

5

8

12

注：

可返回特性：

考虑到配电线路内有电动机群，由于电动机仅是其负载的一部分，且一群电动机不会同时起动，故确定为3In（In为断路器的额定电流，In≥IL，IL为线路额定电流），对断路器进行试验，当试验电流为3In时保持5s（In≤40A时），8s（40A＜In＜250A时），12s（In＞250A时），然后将电流返回至In，断路器应不动作，这就是返回特性。

（2）表2为电动机保护型断路器的反时限断开特性

表2

通过电流名称整定电流倍数约定时间

约定不脱扣电流1.0In≥2h

约定脱扣电流1.2In＜2h

1.5In*

7.2In**

注：

*按电动机负载性质可以选2、4、8、12min之内动作，一般的选2～4min。

**7.2In也是一种可返回特性，它必须躲过电动机的起动电流（5～7倍In），Tp为延时时间，按电动机的负载性质可选动作时间Tp为2s＜Tp≤10s、4s＜Tp≤10s、6s＜Tp≤20s和9s＜Tp≤30s，一般选用2s＜Tp≤10s或4s＜Tp≤10s。

（3）配电保护型的瞬动整定电流为10In（误差为±20%）,In为400A及以上规格，可以在5In和10In中任选一种（由用户提出，制造厂整定）；电动机保护型的瞬动整定电流为12In,一般设计时In可以等于电动机的额定电流。

（4）表3为家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性

表3

脱扣器型式断路器的脱扣器额定电流In通过电流规定时间

（脱扣或不脱扣极限时间）

预期结果

B、C、D≤631.13In≥1h不脱扣

＞63≥2h

B、C、D≤631.45In＜1h脱扣

＞63＜2h

B、C、D≤322.55In1s～60s脱扣

＞321s～120s

B所有值3In≥0.1s不脱扣

C5In

D10In

B所有值5In＜0.1s脱扣

C10In

D50In

注：

B、C、D型是瞬时脱扣器的型式：

B型脱扣电流＞3～5In，C型脱扣电流＞5～10In，D型脱扣电流＞10～50In。

用户可根据保护对象的需要，任选它们中的一种。

（5）B类断路器的短路短延时特性

DW15型断路器：

3～10In（Inm为1600A时，Inm为壳架等级电流），3～6In（Inm为2500A、4000A时），短延时时间为0.2或0.5s。

ME型断路器：

3～12In，短延时时间0～0.3s可调。

DW45型断路器：

0.4～15In，短延时时间0.1、0.2、0.3和0.4s可调。

在进行工程设计时，应根据不同的负载对象来选择不同保护特性（如上所述）的断路器，以免因选用不当造成严重后果。

在实践中最容易混淆的是电动机负载保护误选为配电保护型或家用保护型。

小型断路器（MCB）也有电动机保护型，如天津梅兰日兰的C45AD等，它们的保护特性应符合表2。

2、选择不同类型短路分断能力的断路器来适应不同的线路预期短路电流（当I在相同的情况时）的需要

断路器的选用原则是：

断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。

假设某电源（SL710/0.4kV变压器）的容量为1600kVA，二次电流为2312A，其出线端5m处的短路电流为42.96kA。

某一支路的额定电流为125A，由于此支路离变压器很近，如在10m处，则此支路的断路器需要考虑采用HSM1_125H型塑壳式断路器（它的极限短路分断能力为400V、50kA）。

但是离变压器50m处，由于汇流排等的电阻和电抗值影响，50m处的短路电流已经降到34.5kA，而100m处，降为28.8kA。

对此就可选择HSM1_125M型塑壳式断路器（它的极限短路分断能力为400V、35kA）。

现在国内许多断路器生产厂家，对同一壳架等级电流的短路分断能力分为E、S、M、H、L（杭州之江开关厂的HSM1系列）或C、L、M、H（常熟开关厂的CM1系列）或S、H、R、U（天津低压电器公司的TM30系列）等级别。

其中，E为经济型，S为标准型，M为中短路分断型，H为高分断型，L为限流型，C为经济型，L为低分断型；M为高分断型，H为超高分断型；S为标准型，H为高分断型，R为限流型，U为超高分断型。

以HSM1_125型塑壳断路器为例，E型的极限短路分断能力为400V、15kA，S型为400V、25kA，M型为400V、35kA，H型为400V、50kA。

它们的价格也相差很大，如以E型为1，则S型为1.2，M型为1.4，H型为2，即购买一台H型的断路器的钱，可以购买二台E型。

用户在设计选用时，不必人为地加上所谓保险系数，以免造成浪费。

3、关于断路器的极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流

极限短路分断能力（Icu），是指在一定的试验参数（电压、短路电流、功率因数）条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，不再继续承载其额定电流的分断能力。

它的试验程序为0—t（线上）C0（“0”为分断，t为间歇时间，一般为3min，“C0”表示接通后立即分断）。

试检后要验证脱扣特性和工频耐压。

运行短路分断能力（Ics），是指在一定的试验参数（电压、短路电流和功率因数）条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，还要继续承载其额定电流的分断能力，它的试验程序为0—t（线上）C0—t（线上）C0。

短时耐受电流（Icw）,是指在一定的电压、短路电流、功率因数下，忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力，Icw是在短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标，它是针对B类断路器的，通常Icw的最小值是：

当In≤2500A时，它为12In或5kA，而In＞2500A时，它为30kA（DW45_2000的Icw为400V、50kA，DW45_3200的Icw为400V、65kA）。

运行短路分断能力的试验条件极为苛刻（一次分断、二次通断），由于试后它还要继续承载额定电流（其次数为寿命数的5%），因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压，还要验证温升。

IEC947_2（以及1997新版IEC60947_2）和我国国家标准GB140482规定，Ics可以是极限短路分断能力Icu数值的25%、50%、75%和100%（B类断路器为50%、75%和100%，B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故）。

上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。

无论A类或B类断路器，它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。

A类：

DZ20系列Ics＝50%～77%Icu，CM1系列Ics＝58%～72%Icu，TM30系列Ics＝50%～75%Icu，（个别产品Ics＝Icu）。

B类：

DW15系列Ics＝60%左右的Icu，（个别的如630AIcs＝Icu，但短路分断能力仅400V时30kA），DW45系列Ics＝62.5%～80%Icu。

不管是A类或B类断路器，只要它的Ics符合IEC947_2（或GB14048.2）标准规定的Icu百分比值都是合格产品。

用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力≥线路预期短路电流就能满足要求了，对线路本身来说，例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路，可能出现的短路电流约为43kA,它是仅计算离变压器距离为5m，且把刀开关、互感器和断路器的内阻均看成零来计算的（短路电流因此比实际情况偏大）。

这种短路的机率极小。

在选用断路器时，只要它的极限短路分断能力＞43kA，譬如50kA就足够了。

经过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使命，必须更换新的断路器，而运行短路分断能力，例如为50%的Icu，也达到25kA，它既可以实现一次分断，二次通断（在25kA短路电流时）故障电流然后还要承载其额定电流，任务是非常艰巨的。

有些使用者认定要按断路器的运行短路分断能力（Ics）≥线路预期短路电流来设计，其实是一种误解，也是不必要的。

有些制造厂的样本里宣传，它的产品Ics=Icu，如确实，说明它的Icu指标有裕度，如不确实，说明它有水份，不可全信，而且Ics=Icu的断路器，其售价要高很多，不合算。

国外几十年来盛行一种级联（cascade）保护（也称后备保护），如图2所选QF2断路器的极限短路分断能力小于其线路的预期短路分断能力（例如线路额定电流为250A，而预期短路电流为50kA），则QF2选择的是HSM1_250S断路器（Icu为400V、35kA），当F处出现线路短路（短路电流达50kA）时，由QF1（设QF1处的额定电流为400A，QF1选HSM1_400H，其Icu为400V、65kA）和QF2一起分断，QF2仅承受一部分短路电流的分断，其余部分由QF1承担），而对QF2处线路绝大部分小于35kA的故障电流，就由QF2来承担。

这种级联保护也有一定的条件，譬如邻近的支路不是重要负载（因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电），同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬定值也要协调等，这种级联保护主要目的也是为了节约投资。

应提到的是，所有断路器的短路分断能力（无论是Icu还是Ics）都是周期分量有效值。

在短路试验中的“C0”的C（close接通）的电流是峰值电流Ich。

在试验站进行短路分断试验时，电压、短路电流（有效值）和功率因数（cos）已调整好，它的接通电流也就被确定了。

接通电流试验（“C”试验），是以峰值电流来考核触头和其他导电体承受的电动斥力和热稳定性的能力，有什么样的有效值电流（分断电流），在其相应的功率因数下，便有什么样的峰值电流，使用者毋须去考虑峰值电流这个参数。

为帮助使用者了解，现将峰值电流与周期分量有效值电流列于表4。

表4

短路分断电流Ic

（周期分量有效值）/kA

功率因数cos

峰值系数

接通电流

（峰值电流）

Ic≤1.5

1.5＜Ic≤3.0

3.0＜Ic≤4.5

4.5＜Ic≤6.0

6.0＜Ic≤10

10＜Ic≤20

20＜Ic≤50

Ic＞50

0.95

0.9

0.8

0.7

0.5

0.3

0.25

0.2

1.41

1.42

1.47

1.53

1.70

2.0

2.1

2.2

1.4Ic

1.42Ic

1.47Ic

1.53Ic

1.70Ic

2.0Ic

2.1Ic

2.2Ic

峰值电流（冲击电流）ich＝kch（根号）2Ic，

Ic为周期分量有效值，kch为冲击系数1＜kch＜2，

kch×2为峰值系数。

4四极断路器的选用

对于下列情况，有必要选用四极断路器：

1）有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足整个系统的维护、测试和检修时的隔离需要；2）住宅每户单相总开关应选用带N极的二极开关（可用四极断路器）；3）剩余电流动作保护器（漏电开关），必须保证所保护的回路中的一切带电导线断开，因此，对具有剩余电流动作保护要求的回路，均应选用带N极（如四极）的漏电断路器。

目前，国内市场供应的四极塑料外壳式断路器有六种型式：

1）断路器的N极不带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路；2）断路器的N极不带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开；3）断路器N极带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路；4）断路器的N极带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开；5）断路器的N极装设中性线断线保护器，N极与其他三个相线极一起合分电路；6）断路器的N极装设中性线断线保护器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开。

1）和2）型式适用于中性线电流不超过相线电流的25%的正常状态（变压器联结组标号为Yyno），其中2）型适用于TN_C系统（PEN线不允许断开）；3）和4）型式适用于三相负载不平衡，且负载中有大量电子设备（谐波成份很大），导致N线的电流等于或大于相线电流，N线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障的情况；4）型适合TN_C系统；5）和6）型式适合于在中性线断线时，切断三相及中线以保护单相设备避免损毁和间接触电事故的发生，6）型适合于TN_C系统。

微型断路器的选择使用

MCB的常用电气参数，提出应当像选用塑壳断路器和框架断路器一样，计算最大短路容量后再选择；对于不同性质的线路，一定要选用‘不同保护特性的MCB；MCB的设计和使用是针对50—60Hz交流电网的，如用于直流电路，应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流同电源频率变化系数来换算；当环境温度大于或小于校准温度值时，必须根据制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值；设计人员应根据制造厂商提供的匹配表选用上下级MCB。

最后指出MCB的附件选用时的注意事项。

   微型断路器（以下简称MCB）是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。

MCB虽然是一种终端电器。

但它量大面广，若选用了不合适的MCB，造成的损失也是惨重的。

本文根据MCB的常用电气参数谈MCB的正确选用方法。

   McB的额定分断能力额定分断能力就是在保证断路器不受任何损坏的前提下能分断的最大短路电流值。

现在市场上见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料和设计手册，一般有4．5kA、6kA、10kA等几种额定分断能力。

我们在选用MCB时，应当像选用MCCB（塑壳断路器）、ACB（框架式断路器）一样，计算在该使用场合的最大短路容量，再选择MCB。

如果MCB的额定分断能力小于被保护范围内的短路故障电流，则在发生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它电气设备线路的安全运行。

   低压配电线路的短路电流与该供电线路的导线截面、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。

一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为0．23／O．4LV，变压器容量大多为1600kVA及以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。

对于不同容量的配变，低压馈线端短路电流是不同的。

一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于由当地供电部门的低压电网供电，供电线路的电缆或架空导线截面较细，用电设备距供电电源距离较远，选用4．5kA及以上分断能力的MCB即可。

对于有专供或有10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆萍面较粗，供电距离较短，应选用6kA及以上额定分断能力的MCB。

而对于如变配电站（站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排）以及大容量车间变配电站（供车间用电设备）等供电距离较短的类似场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。

此外，特别要注意的三点是：

   1．随着现代建筑物中配变容量的增大；大容量母线槽的使用以及用电设备与电源间的距离在缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。

   2．MCB有两个产品标准：

一个是IEC898《家用装置及类似装置用断路器》（GBl0963—1999）；另一个是IEC947—2《低压开关设备及控制设备低压断路器》。

!

EC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC947—2是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。

两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。

若按IEC947—2的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中，这些使用对象都是一般的工作人员。

因此在选用MCB时一定要注意加以区别，不能混淆。

   3．一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。

在工程中若遇到特殊情况下要求下端子进线、上端子出线，由于开断故障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。

现在有些厂商制造的MCB，上下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但笔者认为，在非万不得已的情况下，宜以上进下出为妥。

MCB的保护特性根据IEC898，MCB分为人、B、C、D四种特性供用户选用：

A．特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流／n的2—3倍），以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护；B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A特性相比较，B特性允许通过的峰值电流＜3In一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护；C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而MCB不动作，C特性允许通过的峰值电流＜5In一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护；D特性一般适用于很高的峰值电流（<10In）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下的控制变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。

   从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的MCB。

如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择MCB，则往往在开灯瞬间导致MCB的误脱扣。

   在保护特性方面，瓜C898标准内明确规定，MCB不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。

在这方面，设计人员往往容易忽视，并且在一些生产厂商的样本和设计资料手册上也有一些误导的地方。

大家知道，电动机在起动瞬间有一个5—7In持续时间为10s的起动电流，即使C特性在电磁脱扣电流设定为（5—lO）In，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流；但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1．45Jn，也就是说电动机要承受45％以上的过载电流时MCB才能脱扣，这对于只能承受＜20％过载的电机定子绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受的。

因此，在某些场合如确需用MCB对电机进行保护，可选用ABB公司特有的符合IEC947—2标准中K特性的MCB，或采用MCB外加热继电器的方式，对电动机进行过载和短路保护。

   McB的使用频率

  MCB的设计和使用是针对50~60Hz交流电网的，由于磁脱扣器的电磁力与电源频率、动作电流有关，因此对于在交流电压下使用的MCB用于直流电路或其它电源频率场合的保护时，磁脱扣器的动作电流是不同的。

一般应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流同电源频率变化系数来换算。

当交流用MCB用于直流电路的保护时，由于灭弧的原因，应选用类似西门子的5SX5直流专用MCB。

  McB的使用环境温度

   MCB的过载保护依靠热脱扣器，通常，现有MCB的热脱扣器额定电流是生产厂家根据IEC898标准在基准温度为30C条件下整定的，MCB的工作温度一般推荐为—25C—十55C。

热脱扣器由一种双金属片组成，当通过的电流达到某设定值并维持一定时间后使MCB脱扣。

因此，热脱扣器与温度是息息相关的。

如环境温度变化将导致MCB的工作温度变化，使热脱扣器的工作特性相应变化。

由于MCB通常安装于配电箱内，使用环境温度也不可能恒定为30C，实际使用时，终端配电箱内的MCB是紧密无间地安装在一起的，且大多数场合又是嵌在、墙内安装，导致散热效果差，使配电路内的温升上升很大，故MCB的实际工作温度总比环境温度高10C~15C左右。

因此，当环境温度大于或小于校准温度值时，我们必须根据有关制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值。

一般来说，当环境温度大于或低于校正值10C时，MCB，的额定电流值须减小或增加5%左右。

   MCB的前后级选择性配合

   大家知道，在供配电线路中，对于保护电器必须达到“三性——选择性、快速性、灵敏性”。

快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关，而选择性则与上下级保护电器之间的配合有关。

配合恰当，则能有选择地将事故回路切除，保证供电系统的其它无故障部分继续正