什么是斷路器

什么是斷路器

斷路器是指切斷電流的設備，就相當于水龍頭，它控制的水流，而斷路器控制的是電流。

斷路器，主要用于對電路出現短路電流的保護，當電路中出現短路時(shí)，立即斷開(kāi)電路，保護負載的安全。斷路器的額定分斷能力分為額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力兩種。

國標《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備低壓斷路器》(GB14048.2—94)對斷路器額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力作了如下的解釋?zhuān)?

(1)斷路器的額定極限短路分斷能力(Icn)：按規定的實(shí)驗程序所規定的條件，不包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力；

(2)斷路器的額定運行短路分斷能力(Icn)：按規定的實(shí)驗程序所規定的條件，包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力；

(3)額定極限短路分斷能力(Icn)的試驗程序為O—t—CO。 其具體試驗是：把線(xiàn)路的電流調整到預期的短路電流值(例如380V ，50kA)，而試驗按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗按鈕，斷路器通過(guò)50kA短路電流，斷路器立即開(kāi)斷(open簡(jiǎn)稱(chēng)O)，斷路器應完好，且能再合閘。t為間歇時(shí)間，一般為3min，此時(shí)線(xiàn)路仍處于熱備狀態(tài)，斷路器再進(jìn)行一次接通(close簡(jiǎn)稱(chēng)C)和緊接著(zhù)的開(kāi)斷(O)，(接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動(dòng)和熱穩定性)。此程序即為CO。斷路器能完全分斷，則其極限短路分斷能力合格。

(4)斷路器的額定運行短路分斷能力(Icn)的試驗程序為O—t—CO—t—CO。它比Icn的試驗程序多了一次CO，經(jīng)過(guò)試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，就認定它的額定運行短路分斷能力合格。 因此，可以看出，額定極限短路分斷能力Icn指的是低壓斷路器在分斷了斷路器出線(xiàn)端最大三相短路電流后還可再正常運行并再分斷這一短路電流一次，至于以后是否能正常接通及分斷，斷路器不予以保證；而額定運行短路分斷能力Ics指的是斷路器在其出線(xiàn)端最大三相短路電流發(fā)生時(shí)可多次正常分斷。

IEC947—2《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備低壓斷路器》標準規定：A類(lèi)斷路器(指僅有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路瞬動(dòng)的斷路器)的Ics可以是Ics的25％、50％、75％和100％。B類(lèi)斷路器(有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬動(dòng)的三段保護的斷路器)的Ics可以是Ics的50％、75％和100％。因此可以看出，額定運行短路分斷能力是一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值，Ics是Icu的一個(gè)百分數。 一般來(lái)說(shuō)，具有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)三段保護功能的斷路器，能實(shí)現選擇性保護，大多數主干線(xiàn)(包括變壓器的出線(xiàn)端)都采用它作主保護開(kāi)關(guān)。不具備短路短延時(shí)功能的斷路器(僅有過(guò)載長(cháng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護)，不能作選擇性保護，它們只能使用于支路。

IEC92《船舶電氣》指出：具有三段保護的斷路器，偏重于它的運行短路分斷能力值，而使用于分支線(xiàn)路的斷路器，應確保它有足夠的極限短路分斷能力值。 無(wú)論是哪種斷路器，雖然都具備Icu和Ics這兩個(gè)重要的技術(shù)指標。但是，作為支線(xiàn)上使用的斷路器，可以?xún)H滿(mǎn)足額定極限短路分斷能力即可?，F在出現的較普遍的偏頗是寧取大，不取正合適，認為取大保險。但取得過(guò)大，會(huì )造成不必要的浪費(同類(lèi)型斷路器，其H型—高分斷型，比S型—普通型的價(jià)格要貴1.3倍～1.8倍)。因此支線(xiàn)上的斷路器沒(méi)有必要一味追求它的運行短路分斷能力指標。而對于干線(xiàn)上使用的斷路器，不僅要滿(mǎn)足額定極限短路分斷能力的要求，同時(shí)也應該滿(mǎn)足額定運行短路分斷能力的要求，如果僅以額定極限短路分斷能力Icu來(lái)衡量其分斷能力合格與否，將會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)不安全的隱患。

斷路器的術(shù)語(yǔ)定義

1、斷路器的額定電流參數

國標《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備 低壓斷路器》GBl4048.2—94(等效采用IEC947—2)對斷路器的額定電流使用兩個(gè)概念，斷路器的額定電流1n和斷路器殼架等級額定電流1nm，并給出如下定義：

——斷路器的額定電流1n，是指脫扣器能長(cháng)期通過(guò)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(cháng)期通過(guò)的最大電流。

——斷路器殼架等級額定電流lnm，用基本幾何尺寸相同和結構相似的框架或塑料外殼中所裝的最大脫扣器額定電流表示。

國標GBl4048.2—94中對斷路器額定電流的定義與我們通常所說(shuō)的概念有些不同。當我們提及“斷路器額定電流”這一概念時(shí)，通常是指“斷路器殼架等級額定電流”而不是“脫扣器額定電流”。例如當我們選擇一只DZ20Y—100／3300—80A型斷路器時(shí)，通常我們簡(jiǎn)單地說(shuō)其額定電流為100A，脫扣器的額定電流為80A。多數低壓斷路器供應商所提供的產(chǎn)品資料中，也一般不提“斷路器殼架等級額定電流”這一復雜的說(shuō)法，而只給出“斷路器額定電流”這一參數，其實(shí)就是“斷路器額定電流”作為“斷路器殼架等級額定電流”的一種簡(jiǎn)稱(chēng)，似乎較為合適。也許標準中對額定電流的定義與平時(shí)使用的不一致是導致混亂的原因之一。

“斷路器殼架等級額定電流”是標明斷路器的框架通流能力的參數，主要由主觸頭的通流能力決定，它也決定了所能安裝的脫扣器的最大額定電流值。在選擇斷路器時(shí)，此參數是不可缺少的。

2、過(guò)電流脫扣器的電流參數

斷路器的脫扣器型式有過(guò)電流脫扣器、欠電壓脫扣器、分勵脫扣器等。過(guò)電流脫扣器還可分為過(guò)載脫扣器和短路(電磁)脫扣器，并有長(cháng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)之分。過(guò)電流脫扣器最為常用。

過(guò)電流脫扣器其動(dòng)作電流整定值可以是固定的或是可調的，調節時(shí)通常利用旋鈕或是調節杠桿。電磁式過(guò)流脫扣器既可以是固定的，也可以是可調的，而電子式過(guò)流脫扣器通?？偸强烧{的。

過(guò)電流脫扣器按安裝方式又可分為固定安裝式或模塊化安裝式。固定安裝式脫扣器和斷路器殼體加工為一體，一旦出廠(chǎng)，其脫扣器額定電流不可調節，如DZ20型；而模塊化安裝式脫扣作為斷路器的一個(gè)安裝模塊，可隨時(shí)調換，靈活性很強，如MerlinGerin公司的NS型。

標明過(guò)電流脫扣器的電流有以下幾個(gè)參數：

——脫扣器額定電流1n，指脫扣器能長(cháng)期通過(guò)的最大電流。

——長(cháng)延時(shí)過(guò)載脫扣器動(dòng)作電流整定值Ir，固定式脫扣器其1r=In，可調式脫扣器其Ir為脫扣器額定電流1n的倍數，如1r=0.4～1×1n。

——短延時(shí)電磁脫扣器動(dòng)作電流整定值Im，為過(guò)載脫扣器動(dòng)作電流整定值Ir的倍數，倍數固定或可調，如Im=2～10×Ir。對不可調式可在其中選擇一適當的整定值。

——瞬時(shí)電磁脫扣器動(dòng)作電流額定值Im′，為脫扣器額定電流In的倍數，倍數固定或可調，如Im′=1.5～11×In。對不可調式可在其中選擇一適當的整定值。

3、斷路器的短路特性電流參數

3.1 額定短路分斷能力Icn

斷路器的額定短路分斷能力Icn應采用Icu、Ics表示，在具體產(chǎn)品標準中確定。

3.2 額定極限短路分斷能力Icu

額定極限短路分斷能力Icu是斷路器規定的試驗電壓及其它規定條件下的極限短路分斷電流之值，它可以用預期短路電流表示。要按規定的試驗程序o—t—co動(dòng)作之后，不考慮斷路器繼續承載它的額定電流。

o—表示分斷操作；

co—表示接通操作后緊接著(zhù)分斷操作；

t—表示兩個(gè)相繼操作之間的時(shí)間間隔，一般不小于3min。

3.3 額定運行短路分斷能力Ics

額定運行短路分斷能力Ics是指斷路器在規定的試驗電壓及其它規定條件下的一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值，Ics是Icu的一個(gè)百分數。在按規定的試驗程序o—t—co—t—co動(dòng)作之后，斷路器應有繼續承載它的額定電流的能力。

對于額定短路分斷能力大于1500A的小型斷路器，國標《家用及類(lèi)似場(chǎng)所用斷路器》GBl0963(等效采用IECB98)規定應進(jìn)行額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics試驗。當Icu≤6000A時(shí)，Icu=Ics，故只需作Ics試驗。所以標明短路分斷能力為4500A、6000A的小型斷路器，其Icu=Ics=Icn，故一般只提及其額定短路分斷能力Icn值。

3.4 額定短時(shí)耐受電流Icw

額定短時(shí)耐受電流Icw是指斷路器在規定的試驗條件下短時(shí)間承受的電流值。對于交流，此電流值是預期短路電流的周期分量有效值，與額定短時(shí)耐受電流有關(guān)的時(shí)間至少為0.05s。

4、標定斷路器的電流參數

斷路器的短路電流參數Icu、Ics、Icw在選定斷路器時(shí)需考慮，斷路器型號和殼架等級額定電流Inm選定后就已確定，故不需另外標明；而斷路器的額定電流參數和所選脫扣器的電流參數需根據實(shí)際情況標明清楚。

如何選用斷路器

1．按線(xiàn)路預期短路電流的計算來(lái)選擇斷路器的分斷能力精確的線(xiàn)路預期短路電流的計算是一項極其繁瑣的工作。因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡(jiǎn)捷計算方法：

（1）對于10/0.4KV電壓等級的變壓器，可以考慮高壓側的短路容量為無(wú)窮大（10KV側的短路容量一般為200～400MVA甚至更大，因此按無(wú)窮大來(lái)考慮，其誤差不足10%）。

（2）GB50054-95《低壓配電設計規范》的2.1.2條規定：“當短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機的額定電流之和超過(guò)短路電流的1%時(shí)，應計入電動(dòng)機反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應是300A，電動(dòng)機的總功率約在150KW，且是同時(shí)啟動(dòng)使用時(shí)此時(shí)計入的反饋電流應是6.5∑In。

（3）變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接（路），當副邊達到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就是它的預期短路電流。

（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（空載電壓），在10/0.4KV時(shí)Ue=0.4KV因此簡(jiǎn)單計算變壓器的副邊額定電流應是變壓器容量x1.44～1.50。
(5）按（3）對Uk的定義，副邊的短路電流（三相短路）為I（3）對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）以上計算均是變壓器出線(xiàn)端短路時(shí)的電流值，這是最嚴重的短路事故。如果短路點(diǎn)離變壓器有一定的距離，則需考慮線(xiàn)路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器（配導線(xiàn)為三芯鋁線(xiàn)電纜），容量為200KVA，變壓器出線(xiàn)端短路時(shí)，三相短路電流I（3）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；當變壓器容量為100KVA時(shí)其出線(xiàn)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。遠離100m時(shí)短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶(hù)在設計時(shí)，應計算安裝處（線(xiàn)路）的額定電流和該處可能出現的最大短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器的額定電流In≥線(xiàn)路的額定電流IL斷路器的額定短路分斷能力≥線(xiàn)路的預期短路電流因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過(guò)大，以免造成浪費。

斷路器的制造廠(chǎng)所確定的Ics值，凡符合上述標準規定的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（不是所有規格）都具有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)的三段保護功能，能實(shí)現選擇性保護，因此大多數主干線(xiàn)（包括變壓器的出線(xiàn)端）都采用它作主（保護）開(kāi)關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時(shí)功能（僅有過(guò)載長(cháng)延時(shí)和短路瞬動(dòng)二段保護），不能作選擇性保護，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：具有三段保護的萬(wàn)能式斷路器，偏重于它的運行短路分斷能力值，而大量使用于分支線(xiàn)塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。我們對此的理解是：主干線(xiàn)切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線(xiàn)停電要影響一大片用戶(hù)，所以發(fā)生短路故障時(shí)要求兩個(gè)CO，而且要求繼續承載一段時(shí)間的額定電流，而在支路，經(jīng)過(guò)極限短路電流的分斷和再次的合、分后，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?。?。

但是，無(wú)論是萬(wàn)能式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩面三刀個(gè)重要的技術(shù)指標。只有Ics值在兩類(lèi)斷路器上表現略有不同，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%[國外有一種采用旋轉雙分斷（點(diǎn)）技術(shù)的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分斷能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但價(jià)格很高。我國的DW45智能型萬(wàn)能式斷路器的Ics為62.5%～65%Icu，國際上，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，國內各種新型號，Ics大抵在50%～75%Icu之間。

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，必須依據低壓系統的絕緣配合，而絕緣配合則是建立在瞬時(shí)過(guò)電壓被限制在規定的沖擊耐受電壓，而系統中的電器或設備產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓也必須低于電源系統規定的沖擊電壓。因此：

（1）電器的額定絕緣電壓應≥電源系統的額定電壓

（2）電器的額定沖擊耐受電壓應≥電源系統的額定沖擊耐受電壓

（3）電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓應≤電源系統的額定沖擊耐受電壓。

四極斷路器的應用關(guān)于四極斷路器的應用，目前國內還沒(méi)能對國家標準或規程之類(lèi)作硬性的使用要求的規定，雖然地區性四極電器（斷路器）的設計規范已經(jīng)出臺，但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進(jìn)行中，某些地區的使用近年來(lái)出現一窩蜂的趨勢，各斷路器制造廠(chǎng)也紛紛設計，制造各種型號的四極斷路器投放市場(chǎng)。筆者同意一種意見(jiàn)，就是用或不用應以是否能確保供電的可靠性、安全性為準，因此大體上是：

（1）TN-C系統。TN-C系統中，N線(xiàn)與保護線(xiàn)PE合二為一（PEN線(xiàn)），考慮安全，任何時(shí)候不允許斷開(kāi)PEN線(xiàn)，因此絕對禁用四極斷路器；

（2）TT系統、TN-C-S系統和TN-S系統可使用四極斷路器，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，斷路器的N極只能接N線(xiàn)，而不能接PEN或PE線(xiàn)；

（3）裝設雙電源切換的場(chǎng)所，由于系統中所有的中性線(xiàn)（N線(xiàn)）是通聯(lián)的，為了確保被切換的電源開(kāi)關(guān)（斷路器）的檢修安全，必須采用四極斷路器；

（4）進(jìn)入住宅的單相總開(kāi)關(guān)，宜選用帶N極的二極斷路器（檢修時(shí)作隔離器之用）

（5）用于380/220V系統的剩余電流保護器（漏電斷路器），中性線(xiàn)必須穿越保護器的零序電流互感器（鐵心），防止無(wú)中性線(xiàn)的穿過(guò)，使220V的負載有泄漏電流而誤動(dòng)作，此時(shí)應選用四極或帶中性線(xiàn)的二極剩余電流保護器。