低压断路器的选择和使用

线路保护用的断路器与电机保护用的断路器选型问题

线路保护用的断路器与电机保护用的断路器是两种不同应用下的断路器。对于线路保护用的断路器由于多数用于电源的主干上，所以它一般为选择型（B型）断路器，它除了包括有短路瞬时速断、过载长延时保护之外还有一个短路短延时速断，这3套保护构成了传统意义上所讲的3段保护，当在分支电源上出现短路或接地情况时，在分支上的断路器由于短路瞬时速断的作用会马上跳闸，同时由于断路器在判别短路与否及机械动作的时候，往往会存在一个延时，这样就导致，在主干电源上的断路器也会检测到线路短路或接地的异常，但是对于主干电源而言，即使在某一分支电源出现短路情况，它也不能将整个主干电源切除，影响其他分支电源的供电，这样就有必要设计有一个短暂的时延，让断路器躲过因分支电源短路而造成的误动作。 所以，线路保护的断路器是比分支电源上的断路器要多一个短时限速断的保护。而对于电机保护用的断路器由于是分支电源用的断路器，往往只需要用二段保护即短路瞬时速断、过载长延时保护就可满足电动机的保护需要了。

既然，在开关特性及功能上仅仅是因为保护的功能相差一种保护类型，那么为什么不能将所有的断路器做成同一种类呢。

下面就让我试图去分析一下出现这种设计情况的原因吧。。。首先，我认为是一个经济性的原因，对于线路保护用的断路器由于它比电机保护用的断路器多了一套保护，并且通常都具有远控、接地等功能，所以其造价往往比电机保护用的断路器高出许多。。其次，在机械性

能的原因，由于线路保护用的断路器其设计初衷是用以完成线路电源的配送，并不需要频繁的开断，所以它的机械检修周期就如您所说的大约为1000次。但是对于某些电机而言，是需要频繁的启停，如果采用线路保护用的断路器，就无形的加重了检修的任务量。。第三，我个人认为也是最重要的一个原因，就是对于短时的启动冲击电流的承受能力，对于电机保护用的断路器它的躲电机启动电流整定值一般是按照电机额定电压的7～12倍来整定的，所以在电机保护用的断路器，它的启动调节值范围是较为阔的；而对于线路保护用的断路器，由于它的安装位置为主干电源，下游接有大量的分支电源，考虑到分支电源的启动冲击并非完全同期的因数，所以，在主干电源上的断路器躲避启动电流的整定值一般为断路器的3倍左右，这样的原因就使得线路保护用的断路器的启动调节值分为稍为狭窄。。

谈低压断路器的选择和使用

最近几年，与不少断路器的使用者相互磋商、探讨，并在专业刊物上阅读了一些断路器选用的文章，感到收益很大，但又觉得断路器的设计、制造者与它的用户之间由于沟通、交流和宣传不够，致使电器产品的用户在选择低压断路器上还存在一部分偏失。据此，笔者拟再次论述断路器的选择和应用，以期抛砖引玉、去伪存真。 1、按线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力精确的线路预期短路电流的计算是一项极其繁琐的工作。因此便有一些误差不很大而工程上可以被接受的简捷计算方法：(1)对于10/0.4KV电压

等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大(10KV侧的短路容量一般为200~400MVA甚至更大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%)。(2)GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5∑In。(3)变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分值。因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预期短路电流。(4)变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器的容量(KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量x1.44～1.50。(5)按(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)=Ite/Uk，此值为交流有效值。(6)在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则

I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事故。如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电流将减小。例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。

远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。所以，用户在设计时，应计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器的额定电流In≥线路的额定电流IL断路器的额定短路分断能力≥线路的预期短路电流 因此，在选择断路器上，不必把余量放得过大，以免造成浪费。 2、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力 国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下的定义： 断路器的额定极限短路分断能力(Icu)：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力； 断路器的额定运行短路分断能力(Ics)：按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。 极限短路分断能力Icu的试验程序为otco。 其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V，50KA)，而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间(休息时间)，一般为3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。此程序即为CO。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超妯规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功； 断路器的运行短路分断能力(Icu)的试验

程序为otco t co，它比Icu的试验程序多了一次co。经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的额定进行短路分断能力试验通过。 Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。 Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难，因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器，即万能式或称框架式)。断路器的制造厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。 万能式(框架式)断路器，绝大部分(不是所有规格)都具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线(包括变压器的出线端)都采用它作主(保护)开关，而塑壳式断路器一般不具备短路短延时功能(仅有过载长延时和短路瞬动二段保护)，不能作选择性保护，它们只能使用于支路。 由于使用(适用)的情况不同，IEC92《船舶电气》建议：具有三段保护的万能式断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够的极限短路能力值。我们对此的理解是：主干线切除故障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时要求两个CO，而且要求继续承载一段时间的额定电流，而在支路，经过极限短路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新

三、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GB140482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%～7 2%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。

图 2

有些制造厂的样本里宣传，它的产品Ics=Icu，如确实，说明它的I cu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5 0kA），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 功率因数cos 接通电峰值系数 流 短路分断电流Ic （周期分量有效值）/kA （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 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 Ic＞50 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。 四、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）；

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