斷路器的選擇與整定剖析.ppt

1、斷路器的選擇與整定,課程內容,斷路器的基礎知識 斷路器的選擇 斷路器的整定,斷路器基礎知識,計算負荷,工廠供電系統運行時的實際負荷并不等于所有用電設備額定功率之和。這是因為用電設備不可能全部同時運行，每臺設備也不可能全部滿負荷，各種用電設備的功率因數也不可能完全相同。因此，工廠供電系統在設計過程中，必須找出這些用電設備的等效負荷。 所謂等效是指這些用電設備在實際運行中所產生的最大熱效應與等效負荷產生的熱效應相等，產生的最大溫升與等效負荷產生的最高溫升相等。我們按照等效負荷，從滿足用電設備發(fā)熱的條件來選擇用電設備，用以計算的負荷功率或負荷電流稱為“計算負荷”。,發(fā)熱對電氣設備的影響,溫度升高，金

2、屬材料軟化，機械強度將明顯降低。銅材工作溫度不宜超過200，鋁材工作溫度溫度不宜超過90。,溫度升高，電接觸兩導體表面會急劇氧化，接觸電阻明顯增加，造成導體及其附件溫度升高，甚至使觸頭發(fā)生熔焊。 對于用彈簧壓緊的觸頭，溫度升高后，彈簧變軟，壓力降低，接觸電阻增大，觸頭發(fā)熱而造成觸頭損壞。 對于靠彈簧反作用力釋放的觸頭，溫度升高后，彈簧變軟，反作用力減小，滅弧能力變差而造成觸頭燒壞。,發(fā)熱對電氣設備的影響,如果運行溫度長期超過材料的極限工作溫度，則絕緣的老化加劇，壽命大大縮短。所以電機在運行中，溫度是壽命的主要因素之一。,絕緣8定律：有機絕緣材料的溫度每增加8，其使用壽命減半。 對電子元件的影響

3、,計算電流,在設計計算中我們是將“半小時最大負荷”作為計算負荷的，計算負荷用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。為什么用半小時最大負荷作為計算負荷的值呢?這是因為，中小截面(35mm2以下)的導線發(fā)熱常數T一般在10min以上，導體達到穩(wěn)定溫升的時間約為(34)T，即對于多數導體發(fā)熱并達到穩(wěn)定溫升所需時間約為30min。所以只有持續(xù)30min以上的平均最大負荷值才有可能構成導體的最高溫升，而時間很短的尖蜂電流是不能使導線達到最高溫度的，因為導線的溫度還未升高到相應負荷的溫度之前，尖蜂電流早己消失。 因此，計算負荷與穩(wěn)定在半小時以上的最大負荷是基本相當的，所以計算負荷就可以認為是“半小時最大負荷”，用

4、P30來表示有功計算負荷，用Q30表示無功計算負荷、用S30表示視在計算負荷，用I30表示計算電流。,計算負荷的確定方法,計算負荷的確定是工廠供電設計中很重要的一環(huán)，計算負荷的確定是否合理，直接影響到電氣設備選擇的合理性、經濟性。如果計算負荷確定的過大，將使電氣設備選得過大，造成投資利有色金屬的浪費；而計算負荷確定的過小，則電氣設備運行時電能損耗增加，并產生過熱，使其絕緣過于老化，甚至燒毀、造成經濟損失。因此，在供電設計巾，廢根據不向的情況，選擇正確的汁算入法來確定汁算負荷。 日前，經常采用確定計算負荷的方法柯：需要系數法、二項式系數法。,計算負荷的確定示例,尖峰電流,在電氣設備運行中，由于電

5、動機的起動、電壓波動等諸方面的因素會出現短時間的比計算電流大幾倍的電流，這種電流稱為尖峰電流，其持續(xù)時間一般為12s。 尖峰電流是選擇熔斷器、整定自動空氣開關、整定繼電保護裝置以及計算電壓波動時的重要依據。,尖峰電流的確定,1、單臺用電設備的尖峰電流就是其啟動電流,尖峰電流的確定,2、多臺用電設備的配電線路的尖峰電流的計算,最大負荷電流（計算電流）：IB,在最末級電路上，這一電流對應于負荷的額定功率 (kVA) 。對于頻繁啟動的負載必須要對過電流所積累的熱效應加以考慮。電纜和熱繼電器都會受到影響。 在整個上游電路中，這一電流對應于供電的功(kVA) ，且考慮同時 (不同時)與利用系數。,最大允

6、許電流：Iz,這是電路電纜允許無限期通過的且不會降低其正常預期壽命的電流的最大值。對于給定的導線截面積，電流的大小取決于以下幾個參數： 電纜及電纜通道的內部構造 ( 銅或鋁導線；PVC 或 EPR 等絕緣方式；有效導線的根數)。 周圍環(huán)境溫度。 安裝方式。 鄰近線路的影響。,過電流,過負荷電流 這種過電流會出現在正常的電力線路中，例如，由于一些小的短時工作制的負荷偶然地同時工作、電機啟動負荷等等。如果這些情況持續(xù)的時間超過了給定的時間 ( 根據保護繼電器的整定或熔斷器額定值) ，電路就會被自動切斷。 短路電流 這種電流是由于帶電導體之間和帶電導體與大地之間 ( 具有低阻抗接地中性線的系統) 以

7、任意種組合由于絕緣失效而導致的，即,三相短路 兩相短路 單相對中性線短路,斷路器電纜保護原理,斷路器被安裝在相關電路的電源側 由電路電纜敷設中的 I2t特性所給定的時間以內動作以切斷電流； 但允許最大負荷電流 IB在任意時長內流過。,最大允許電流：Iz,斷路器的標準,工業(yè)用斷路器必須符合 IEC 60947-1 和 60947-2標準或者其他等效標準。 家庭用的斷路器應符合 IEC 60898 標準或者其他等效的國家標準。,斷路器的基本特性參數：,殼架等級額定值； 額定電壓 Ue ； 額定電流 In ； 過載保護 Ir 脫扣電流整定范圍 短路保護 Im 的脫扣電流整定范圍； 額定極限短路分斷能

8、力Icu 額定運行短路分斷能力Ics,殼架等級額定值,配備有不同電流整定值的過電流脫扣器的斷路器，能夠適應于承受最高的過電流脫扣器整定電流值。 例如NS100，配熱磁脫扣器16、25、32、40、50、63、80、100A；配電子脫扣器40、100A.,額定工作電壓 ( Ue),額定電壓是指斷路器的標稱電壓，在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運行的電壓。斷路器并能在系統最高工作電壓下保持絕緣；并能按規(guī)定的條件進行關合與開斷。 我國規(guī)定在220KV及以下電壓等級，系統額定電壓的1.15倍即為最高電壓;330KV及以上電壓等級是以額定電壓的1.1倍作為最高工作電壓。,額定電流( In),是指在

9、環(huán)境溫度為 40 C下，脫扣器能長期通過的電流，也就是脫扣器額定電流。對帶可調式脫扣器的斷路器則為脫扣器可長期通過的最大電流。 當使用在周圍空氣溫度高于40（但不高于60時，在符合標準規(guī)定的最高允許溫度下，允許降低負荷長期工作。,過載脫扣器電流整定值 Ir,電流超過脫扣電流整定值Ir，斷路器延時跳閘（反時限或定時限）。它還代表著斷路器不跳閘時所能承受的最大電流。該值必須大于最大負載電流 IB，但是小于電路 Iz所允許的最大電流 。 熱脫扣繼電器通?？稍?0.7 1.0 In范圍內調整，但是如果使用電子設備，其調整范圍會更大；通常為 0.4 1.0 In。 對于配有不可調過電流脫扣繼電器的斷路器

10、，Ir = In。,短路脫扣器電流整定值 Im,短路脫扣繼電器 ( 瞬時或短延時)用于高故障電流值出現時，使斷路器快速跳閘。其跳閘閾值 Im： 由家用型斷路器的標準如 IEC 60898 標準確定；或者依據相關標準，特別是 IEC 60947-2 標準，由工業(yè)用斷路器的制造廠標出。,低壓斷路器的過負荷和短路保護裝置的電流脫扣范圍,短路分斷能力,額定極限短路分斷能力Icu： 其試驗順序是o-t-co(o表示分斷操作，co表示接通操作后緊接著分斷操作，t表示時間間隔，一般為3min)，在按規(guī)定的試驗順序動作后，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流； 額定運行短路分斷能力Ics： 其試驗操作順序是o-t

11、-co-t-co，在按規(guī)定的試驗順序動作后，需考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流，即分斷幾次短路故障后，還能保證其正常工作。 額定短時耐受電流 Icw： Icw 是 B 類斷路器是在制造商給定的時間內，能夠承受熱和電動力而不會造成持久損害的最大電流。,Icu=Ics=Icw (1s),Ics 100 Icu ，即使用分斷能力等同于極限分斷能力，系統經歷故障電流后無需更換元器件，滿足系統對分斷能力和供電連續(xù)性方面更嚴格的要求。 Icu=Ics=Icw (1s)，具有更高的短時耐受能力，充分滿足選擇性要求。,按規(guī)定塑殼式斷路器的Ics只要大于25%Icu就算合格。而目前市場上斷路器的Ics大多數在(5

12、075%)Icu之間，所以對供電要求不高的配電系統，只須考慮Icu。,斷路器的分類-按結構分,萬能式（ACB、空氣斷路器、框架式、）,塑料外殼式（MCCB、MCB、模塊化斷路器、裝置式）,斷路器的分類-按保護對象分,脫扣器的型式,有兩種型式的脫扣器: 熱磁式脫扣器 電子式脫扣器 兩種脫扣器用于相同的主要功能: 構成過流保護 使電流過載的回路斷開,示意的熱脫扣曲線,Ir = k x In Ir- 熱保護整定值 k 取決于斷路器,Int = k1 x Ir 約定不脫扣電流 k1=1.05(MCCB)/1.13(MCB) 1 小時 In 63A 2 小時 In 63A,It = k2 x Ir 約定

13、脫扣電流 k2=1.3(MCCB)/1.4(MCB),在過電流持續(xù)一段時間后 雙金屬片的彎曲足以引起脫扣,必定不脫扣區(qū)域,可能 脫扣 區(qū)域,必定脫扣區(qū)域,Ir,Int,It,1h,雙金屬片原理,過載保護的脫扣曲線,t,I,MCBMCCB,Im Imnt Imt,固定 k1*Ir k2*Ir,固定或可調 STR -15% /TMD -20% STR+15% /TMD+20%,示意的磁脫扣曲線,利用電磁原理，認為電流是短路電流,Im 短路脫扣電流整定值 Imnt / Imt 為動作精度,必定脫扣區(qū)域,可能脫扣 區(qū)域,必定不脫扣 區(qū)域,Imnt,Im,Imt,I,time,短路保護的脫扣曲線,熱磁脫

14、扣器的脫扣曲線,NSX100至250 TM80D/100D,熱磁脫扣器的脫扣曲線（續(xù)）,C65N, C型曲線,電子式脫扣器的工作原理,在電子式斷路器中，傳統的熱磁脫扣器由一個電子控制器所替代,電子式脫扣器的脫扣曲線,Masterpact MT Micrologic 5.0,6.0,7.0,電子式脫扣器的脫扣曲線,NSX100 至250 MIC2.2 250,熱磁式斷路器保護特性曲線簡圖,電子式斷路器保護特性曲線簡圖,Ir : 過載 (熱或長延時) 繼電器脫扣電流設定值 Im : 短路 (磁或短延時) 繼電器脫扣電流設定值 Ii : 短路瞬動繼電器脫扣電流設定值 Icu : 分斷能力,t (s)

15、,兩段保護,三段保護,熱磁式和電子式保護曲線之間的差別,為什么要設 置短延時？,斷路器的選擇,斷路器一般選用的原則為：, 斷路器額定電流（殼架電流）負載工作電流（計算電流）； 斷路器額定電壓電源和負載的額定電壓； 斷路器脫扣器額定電流負載工作電流（計算電流）； 斷路器極限通斷能力電路最大短路電流； 斷路器欠電壓脫扣器額定電壓=線路額定電壓。,斷路器選擇還需考慮的因素,結構形式的選擇 負荷特性，例如電動機、熒光燈、LV/LV 變壓器等。 斷路器的使用環(huán)境：周圍環(huán)境溫度、位于配電亭或開關柜的外殼中、氣候條件等； 斷路器操作要求：選擇性脫扣、遙控要求和指示及相關輔助觸點，輔助脫扣線圈以及它們之間連線

16、的要求； 安裝規(guī)定，特別是對人身的保護；,1、結構形式,各種結構斷路器的用途,框架式斷路器： 一般用于變壓器400V側出線總開關、母線聯絡開關或大容量饋線開關和大型電動機控制開關。,塑殼斷路器： 一般用于配電饋線控制和保護、小型配電變壓器的低壓側出線總開關、動力配電終端控制，也可用于各種生產機械的電源開關。,小型斷路器： 照明、家電等小容量設備,2、負載特性,（1）照明（白熾燈）、電熱器回路 屬于電阻負載，宜選用的是小型斷路器。,In 選為（ 1.11.15 ）IL,（2）高壓汞燈、鈉燈及金屬鹵化燈等的回路,（In 為斷路器額定電流，IL 為線路或電氣設備的額定電流）,高壓汞燈、鈉燈及金屬鹵化

17、燈等回路使用的小型斷路器 In （1.21.4）IL 。,（3）用于配電脫扣器類型選擇 （以施耐德Compact NSX斷路器為例）,熱磁脫扣器TM: ( NSX100, 160, 250) 電子脫扣器：MIC2.2, MIC5.2A, MIC5.2E, MIC6.2A, MIC6.2E( NSX100,160,250) MIC2.3,MIC5.3A,MIC5.3E,MIC6.3A, MIC6.3E,( NSX400,630),（4）用于電動機脫扣器類型選擇 （以施耐德Compact NSX斷路器為例）,熱磁脫扣器：MA( 適用于 NSX100-250) 電子脫扣器：MIC2.2M, MIC6

18、.2E-M ( 用于NSX100-250) MIC1.3M,MIC2.3M,MIC6.3E-M 用于NSX400-630),（5）焊接機（點焊機、電弧焊機）回路,交流電弧焊機、鋼板點焊機及儲能點焊機等焊接機的工作電流是間斷的、脈沖的，一般選擇斷路器的額定電流 In= (1.2 1.3) Ie,（6）可控硅整流回路,斷路器的額定電流 1.4IL,（7）變流器回路,斷路器的額定電流In (1.4 2)IL,3、不同環(huán)境溫度情況下斷路器額定電流的選擇,斷路器的額定電流取決于其給定的工作環(huán)境溫度，一般情況下為： 家用型斷路器為 30 C 工業(yè)型斷路器為 40 C,2. 安裝在小型封閉式金屬外殼配電箱內

19、的斷路器，由于散熱產生的相互溫度影響，當帶上正常負荷時，斷路器的額定電流值通常需要乘以一個系數 0.8,C60N 應該選擇多大的定額？ 為了保護電路，預期最大負荷電流為 34 A ； 與其他斷路器緊靠安裝在封閉的配電箱內； 環(huán)境溫度為 50 C。,50 C 時 C60N 額定電流值將由 40 A 降為 35.6 A 。考慮到斷路器安裝在封閉空間中的相互散熱問題，應該乘以 0.8 的系數，即 35.60.8 = 28.5 (A)，該電流值與負荷電流值 34 A 不匹配。 選擇額定電流為 50 A 的斷路器，考慮溫度因素后其電流額定值為 440.8 = 35.2 (A)。,4、選擇性脫扣,在斷路器所保護的配電系統中，當發(fā)生電氣故障時，距故障點最近的斷路器動作將故障切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成斷電限制在最小范圍內，使其他無故障供電回路仍能保持正常供電，這就是對低壓斷路器所要求的選擇性。,其他出線回路的供電不受影響,CB1,只有CB2 脫扣,CB2,各種選擇性技術,電流選擇性: 基于保護設備電流設定值的不同; 時間選擇性: 基于保護響應時間設定值的不同; 邏輯選擇性: 根據故障位置，緊靠故障的上級斷路器