談低壓斷路器的選擇和使用

1、談低壓斷路器的選擇和使用 最近幾年，與不少斷路器的使用者相互磋商、探討，并在專業(yè)刊物上閱讀了一些斷路器選用的文章，感到收益很大，但又覺(jué)得斷路器的設(shè)計(jì)、制造者與它的用戶之間由于溝通、交流和宣傳不夠，致使電器產(chǎn)品的用戶在選擇低壓斷路器上還存在一部分偏失。據(jù)此，筆者擬再次論述斷路器的選擇和應(yīng)用，以期拋磚引玉、去偽存真。1、按線路預(yù)期短路電流的計(jì)算來(lái)選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰_的線路預(yù)期短路電流的計(jì)算是一項(xiàng)極其繁瑣的工作。因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡(jiǎn)捷計(jì)算方法：(1)對(duì)于10/0.4KV電壓等級(jí)的變壓器，可以考慮高壓側(cè)的短路容量為無(wú)窮大(10KV側(cè)的短路容量一般為200400MVA甚至更大

2、，因此按無(wú)窮大來(lái)考慮，其誤差不足10%)。(2)GB50054-95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范的2.1.2條規(guī)定：“當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過(guò)短路電流的1%時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動(dòng)機(jī)的總功率約在150KW，且是同時(shí)啟動(dòng)使用時(shí)此時(shí)計(jì)入的反饋電流應(yīng)是6.5In。(3)變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接(路)，當(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當(dāng)原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就是它的預(yù)期短路電流。(4)變壓器的副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器的容量(KVA)，Ue為副邊額定電壓(空載

3、電壓)，在10/0.4KV時(shí)Ue=0.4KV因此簡(jiǎn)單計(jì)算變壓器的副邊額定電流應(yīng)是變壓器容量x1.441.50。(5)按(3)對(duì)Uk的定義，副邊的短路電流(三相短路)為I(3)對(duì)Uk的定義，副邊的短路電流(三相短路)為I(3)=Ite/Uk，此值為交流有效值。(6)在相同的變壓器容量下，若是兩相之間短路，則I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上計(jì)算均是變壓器出線端短路時(shí)的電流值，這是最嚴(yán)重的短路事故。如果短路點(diǎn)離變壓器有一定的距離，則需考慮線路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜)，容量為200KVA，變壓器出線端短路時(shí)，三相短路電流I(3

4、)為7210A。短路點(diǎn)離變壓器的距離為100m時(shí)，短路電流I(3)降為4740A；當(dāng)變壓器容量為100KVA時(shí)其出線端的短路電流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時(shí)，短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時(shí)短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)算安裝處(線路)的額定電流和該處可能出現(xiàn)的最大短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器的額定電流In線路的額定電流IL斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰€路的預(yù)期短路電流    因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過(guò)大，以免造成浪費(fèi)。    2、

5、斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?#160;   國(guó)際電工委員會(huì)的IEC947-2和我國(guó)等效采用IEC的GB4048.2低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓斷路器標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌亩x：    斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰?Icu)：按規(guī)定的試驗(yàn)程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Γ?#160;   斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)：按規(guī)定的試驗(yàn)程序所規(guī)定的條件，包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰Α?#1

6、60;   極限短路分?jǐn)嗄芰cu的試驗(yàn)程序?yàn)閛tco。    其具體試驗(yàn)是：把線路的電流調(diào)整到預(yù)期的短路電流值(例如380V，50KA)，而試驗(yàn)按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗(yàn)按鈕，斷路器通過(guò)50KA短路電流，斷路器立即開(kāi)斷(OPEN簡(jiǎn)稱O)并熄滅電弧，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為間歇時(shí)間(休息時(shí)間)，一般為3min，此時(shí)線路處于熱備狀態(tài)，斷路器再進(jìn)行一次接通(CLOSE簡(jiǎn)稱C)和緊接著的開(kāi)斷(O)(接通試驗(yàn)是考核斷路器在峰值電流下的電動(dòng)和熱穩(wěn)定性和動(dòng)、靜觸頭因彈跳的磨損)。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)啵?/p>

7、滅電弧，并無(wú)超妯規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的極限分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)成功；    斷路器的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Icu)的試驗(yàn)程序?yàn)閛tco t co，它比Icu的試驗(yàn)程序多了一次co。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，斷路器能完全分?jǐn)?、熄滅電弧，并無(wú)超出規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的額定進(jìn)行短路分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)通過(guò)。    Icu和Ics短路分?jǐn)嘣囼?yàn)后，還要進(jìn)行耐壓、保護(hù)特性復(fù)校等試驗(yàn)。由于運(yùn)行短路分?jǐn)嗪?，還要承載額定電流，所以Ics短路試驗(yàn)后還需增加一項(xiàng)溫升的復(fù)測(cè)試驗(yàn)。    Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核

8、的條件不同，后者比前者更嚴(yán)格、更困難，因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個(gè)或三個(gè)值，分別是25%、50%、75%和100%Icu(對(duì)A類斷路器即塑殼式)或50%、75%、100%Icu(對(duì)B類斷路器，即萬(wàn)能式或稱框架式)。斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。    萬(wàn)能式(框架式)斷路器，絕大部分(不是所有規(guī)格)都具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)的三段保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，因此大多數(shù)主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主(保護(hù))開(kāi)關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時(shí)功能

9、(僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護(hù))，不能作選擇性保護(hù)，它們只能使用于支路。    由于使用(適用)的情況不同，IEC92船舶電氣建議：具有三段保護(hù)的萬(wàn)能式斷路器，偏重于它的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ?，而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。我們對(duì)此的理解是：主干線切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線停電要影響一大片用戶，所以發(fā)生短路故障時(shí)要求兩個(gè)CO，而且要求繼續(xù)承載一段時(shí)間的額定電流，而在支路，經(jīng)過(guò)極限短路電流的分?jǐn)嗪驮俅蔚暮稀⒎趾?，已完成其使命，它不再承載額定電流，可以更換新的(停電的影響較小)。但是，無(wú)論是萬(wàn)能式或塑殼式斷路器，都有必

10、須具備Icu和Ics這兩面三刀個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。只有Ics值在兩類斷路器上表現(xiàn)略有不同，塑殼式的最小允許Ics可以是25%Icu，萬(wàn)能式最小允許Ics是50%的Ics=Icu的斷路器是很少的，即使萬(wàn)能式也少有Ics=100%國(guó)外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分?jǐn)?點(diǎn))技術(shù)的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分?jǐn)嗄芰Φ脑６群艽?，可做到Ics=Icu，但價(jià)格很高。我國(guó)的DW45智能型萬(wàn)能式斷路器的Ics為62.5%65%Icu，國(guó)際上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不過(guò)是70%左右，而塑殼式斷路器，國(guó)內(nèi)各種新型號(hào)，Ics大抵在50%75%Icu之間。    有些斷路器

11、應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員，按其所計(jì)算的線路預(yù)期短路電流選擇斷路器時(shí)，以斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?lái)衡量，由此判定某種斷路器(此斷路器的極限短路能力大于線路預(yù)期短路電流，而運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰t低于計(jì)算電流)為不合格。這是一個(gè)誤解。3、斷路器的電氣間隙與爬電距離     確定電器產(chǎn)品的電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)的絕緣配合，而絕緣配合則是建立在瞬時(shí)過(guò)電壓被限制在規(guī)定的沖擊耐受電壓，而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。因此：    (1)電器的額定絕緣電壓應(yīng)電源系統(tǒng)的額定電壓 &

12、#160;  (2)電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓    (3)電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓應(yīng)電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓。    基于以上三原則，電器的額定沖擊耐受電壓(優(yōu)先值)Uimp就與電源系統(tǒng)的額定電壓所確定的相對(duì)地電壓的最大值和電器的安裝類別(過(guò)電壓類別)等有很大的關(guān)系：相對(duì)地電壓值越大，安裝類別越高分為I(信號(hào)水平級(jí))、(負(fù)載水平級(jí))、(配電水平級(jí))、(電源水平級(jí))，額定沖擊電壓就越大。例如相對(duì)地電壓為220V，安裝類別為時(shí)，Uimp為4.0KV，要是安裝類別為，Uimp為

13、6.0KV。電器產(chǎn)品(例如斷路器)的Uimp為6.0KV污染等級(jí)3級(jí)或4級(jí)，其最小的電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1和我廠的HSM1系列塑殼斷路器的電氣間隙均為5.5mm(安裝類別)，只是用于電源級(jí)安裝，如DZ20系列的800以上規(guī)格，Uimp為8.0KV，電氣間隙才提高到8mm。而產(chǎn)品的實(shí)際的電氣間隙，如HSM1系列，Inm(殼架等級(jí)電流)=125A時(shí)，電氣間隙為11mm，160A為16mm，250A為15mm，400A為18.75mm，630和800A均為300mm，都大于5.5mm。    關(guān)于爬電距離，GB/T14048.1低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備與控

14、制設(shè)備 總則規(guī)定：電器(產(chǎn)品)的最小爬電距離與額定絕緣電壓(或?qū)嶋H工作電壓)、電器產(chǎn)品使用場(chǎng)所的污染等級(jí)以及產(chǎn)品本身使用的絕緣材料的性質(zhì)(絕緣組別)有關(guān)。例如：額定絕緣電壓為660(690)V，污染等級(jí)為3，產(chǎn)品使用的絕緣材料組別為a(175cti400，CTI為絕緣材料的漏電起痕指數(shù))，最小爬電距離為10mm。上面所提到塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過(guò)規(guī)定的數(shù)值。    綜上所述，如果電器產(chǎn)品的電氣間隙和漏電距離，達(dá)到絕緣配合要求，就不會(huì)因?yàn)橥鈦?lái)過(guò)電壓或線路設(shè)備本身的操作過(guò)電壓造成設(shè)備的介質(zhì)電擊穿。   

15、0;GB7251.1-1997低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第一部分：型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備(等郊于IEC439-1：1992)，對(duì)絕緣配合的要求與GB/T14048.1是完全一樣的。    有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排，其相與相之間的(空氣)距離應(yīng)大于12mm，有的甚至提出斷路器的電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理的，它已經(jīng)超出了絕緣配合的要求。    對(duì)于大電流規(guī)格，為了避免在出現(xiàn)短路電流時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)斥力，或是大電流時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱，為了增加散熱空間，因而適當(dāng)加寬相間的空間距離也是可以

16、的。此時(shí)無(wú)論是達(dá)到12mm或20mm，都可由成套電器制造廠自行解決，或請(qǐng)電器元件廠提供有彎頭的接線端子或聯(lián)結(jié)板(片)來(lái)實(shí)現(xiàn)。    一般斷路器出廠時(shí)，都提供電源端相間的隔弧板，以防止電弧噴出時(shí)造成相間短路。零飛弧的斷路器為防開(kāi)斷短路電流時(shí)有電離分子逸出，也安裝這種隔弧板。如果沒(méi)有隔弧板，則對(duì)裸銅排可包扎絕緣帶，其距離應(yīng)不小于100mm。4、四極斷路器的應(yīng)用    關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)能對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程之類作硬性的使用要求的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器(斷路器)的設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)出臺(tái)，但安裝與不安裝四極電器的爭(zhēng)

17、論還在進(jìn)行中，某些地區(qū)的使用近年來(lái)出現(xiàn)一窩蜂的趨勢(shì)，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計(jì)，制造各種型號(hào)的四極斷路器投放市場(chǎng)。筆者同意一種意見(jiàn)，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準(zhǔn)，因此大體上是：    (1)TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中，N線與保護(hù)線PE合二為一(PEN線)，考慮安全，任何時(shí)候不允許斷開(kāi)PEN線，因此絕對(duì)禁用四極斷路器；    (2)TT系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)可使用四極斷路器，以便在維修時(shí)保障檢修者的安全，但是TN-C-S和TN-S系統(tǒng)，斷路器的N極只能接N線，而不能接PEN或PE線；    (3)裝設(shè)雙