劉春平

（上海寶秀房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，上海 200442）

低壓斷路器的選擇淺析

劉春平

（上海寶秀房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，上海 200442）

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，新建住宅、商業(yè)、工業(yè)等項(xiàng)目越來(lái)越多，功能也越來(lái)越復(fù)雜，其對(duì)用電要求也越來(lái)越高。而對(duì)工程實(shí)際運(yùn)用來(lái)說(shuō)，低壓斷路器是直接保證供電回路安全的重要設(shè)備，低壓斷路器如何選用得安全、經(jīng)濟(jì)、合理顯得尤為重要。

低壓斷路器；電子脫扣器；熱磁脫扣器；電磁脫扣器

斷路器是一種能夠接通、承載以及分段正常電路條件下的電流，也能在規(guī)定的非正常電路（例如短路）下接通、承載一定時(shí)間和分段電流的一種機(jī)械開(kāi)關(guān)電器。低壓斷路器廣泛地應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)各級(jí)饋電回路，各種機(jī)械設(shè)備的電源控制和用電終端的控制和保護(hù)。在使用低壓斷路器的過(guò)程中如何科學(xué)地選型，避免因斷路器選型不當(dāng)及安裝不合理，造成其不能發(fā)揮應(yīng)有控制與保護(hù)作用，并在運(yùn)行中存在一定安全隱患，既降低系統(tǒng)保護(hù)運(yùn)行的可靠性，又對(duì)使用人員的人身安全構(gòu)成相應(yīng)威脅。所以如何科學(xué)合理地選擇使用低壓斷路器是保證系統(tǒng)安全有效運(yùn)行關(guān)鍵。

一、低壓斷路器的特性

1.低壓斷路器的基本特性主要體現(xiàn)在

（1）額定電壓Ue：這是斷路器在正常（不間斷的）的情況下工作的電壓；

（2）額定電流In：配有專(zhuān)門(mén)的過(guò)電流脫口繼電器的斷路器在制造廠家規(guī)定的環(huán)境溫度下所能無(wú)限承受的最大電流值，不會(huì)超過(guò)電流承受部件規(guī)定的溫度限值；

（3）額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu：是斷路器能夠分?jǐn)喽槐粨p害的最高（預(yù)期的）電流值；

（4）過(guò)載保護(hù)（Ir或Irth）和短路保護(hù)（Im）的脫扣電流整定范圍。

2.低壓斷路器的脫扣器類(lèi)型有

（1）電磁脫扣器：只提供磁保護(hù)，也就是短路保護(hù)。

（2）熱磁脫扣器：提供磁保護(hù)和熱保護(hù)，熱保護(hù)也就是過(guò)載保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，電路中都用熱磁脫扣器來(lái)提供短路和過(guò)載保護(hù)，只有一些特殊場(chǎng)合用電磁脫扣器提供短路保護(hù)，而由其他元件（如熱繼電器）來(lái)提供過(guò)載保護(hù)。但其只能提供二段保護(hù)；動(dòng)作值誤差比較大，不可以調(diào)節(jié)。

（3）電子脫扣器可以有以上所有功能，并可以方便地進(jìn)行整定，且能夠提供三段甚至四段保護(hù)，動(dòng)作比較精準(zhǔn)，可以調(diào)節(jié)。

二、低壓斷路器的選擇

低壓斷路器的選擇需要考慮如下因數(shù)：斷路器所在設(shè)備系統(tǒng)的電氣特性；斷路器的使用環(huán)境（如周?chē)h(huán)境溫度、罩棚或開(kāi)關(guān)柜的外護(hù)物，當(dāng)?shù)貧夂驐l件等）；短路電流分?jǐn)嗪徒油芰?；斷路器操作要求（如分?jí)跳閘、遙控要求和指示及相關(guān)輔助觸點(diǎn)，輔助跳閘線(xiàn)圈以及它們間的連接要求）；安裝規(guī)定，特別是對(duì)人身的保護(hù)；負(fù)荷特性（如電動(dòng)機(jī)、熒光燈、低壓變壓器等），本文主要從短路電流計(jì)算和熱穩(wěn)定校驗(yàn)等方面探討低壓斷路器的選擇。

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-2011第3.1.1條要求：“電器的額定電流不應(yīng)小于所在回路的計(jì)算電流；電器應(yīng)滿(mǎn)足短路條件下的動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；用于斷開(kāi)短路電流的電器應(yīng)該滿(mǎn)足短路條件下的接通能力和分段能力”。第6.2.1條要求：“配電線(xiàn)路的短路保護(hù)電器，應(yīng)在短路電流對(duì)導(dǎo)體和連接處產(chǎn)生的熱作用和機(jī)械作用造成危害之前切斷電源”。第6.2.4條要求：“當(dāng)短路保護(hù)電器為斷路器時(shí)，被保護(hù)線(xiàn)路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時(shí)或短延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.3倍”。

下面通過(guò)案例進(jìn)行相關(guān)分析：

圖1中電梯控制箱安裝負(fù)荷Pe=20kW，

計(jì)算電流Ijs=Pe*Kx/√3*Ue*COSΦ= 20*1/√3*0.38*0.55=55A，式中Kx為需要系數(shù)，Ue為額定電壓V，COSΦ為功率因數(shù)。

依據(jù)如上計(jì)算電流選擇配電電纜WDZN-YJY-5*16，其允許載流量Iz=I（允許載流量）*K（允許載流量的矯正系數(shù)）=96*0.7A=67A，從雙電源切換箱至電梯控制箱斷路器選擇為MCCB100，斷路器的長(zhǎng)延時(shí)整定電流Ir1=63A，斷路器的瞬時(shí)整定電流Ir3=10*Ir1=630A。并且通過(guò)計(jì)算得出雙電源切換箱處的電壓損失為3.8%，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。

一般情況下，通過(guò)以上計(jì)算，同時(shí)也確定了雙電源切換箱的上一級(jí)即單元配電總箱的出線(xiàn)斷路器配置亦為MCCB100，Ir1=63A，饋電電纜WDZNYJY-5*16。至此本電梯回路的配電回路斷路器和電纜選擇就已完成。但通過(guò)更進(jìn)一步計(jì)算可以得出單元配電總箱處的長(zhǎng)延時(shí)脫扣Id1=2.11kA，瞬時(shí)脫扣電流整定值Id3=7.44kA，而雙電源切換箱處長(zhǎng)延時(shí)脫扣Id1=0.48kA，瞬時(shí)脫扣電流整定值Id3=1.23kA。

在以上計(jì)算結(jié)論的前提下，現(xiàn)對(duì)單元配電總箱的出線(xiàn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)。由于通常甲方要求不標(biāo)示所選斷路器型號(hào)，只用代號(hào)MCCB表示塑殼斷路器，現(xiàn)選取常熟開(kāi)關(guān)廠和施耐德電氣有關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

1.選用常熟開(kāi)關(guān)廠的熱磁脫扣器，時(shí)間/電流特性曲線(xiàn)如圖2所示。

過(guò)載保護(hù)：對(duì)于全系列產(chǎn)品，額定電流In=10～800A時(shí)，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作特性按I2t動(dòng)作；

短路保護(hù)：對(duì)于殼架等級(jí)為100L/M/ N的產(chǎn)品，額定電流In=10～100A時(shí)，短路保護(hù)電流設(shè)定值為Ir=10In；動(dòng)作時(shí)間為瞬時(shí)動(dòng)作。

（1）選用常熟開(kāi)關(guān)廠的單電磁脫扣器

短路保護(hù)瞬動(dòng)電流Ir3=10In=10* 63A=630A；

按《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.4條要求，末端短路電流≥630*1.3=819A，根據(jù)圖2的動(dòng)作曲線(xiàn)計(jì)算，斷路器瞬動(dòng)范圍為8～12*（63）=504～756A，而預(yù)期末端單相短路電流為480A，瞬時(shí)脫扣器不可能動(dòng)作。如果選取16mm2銅芯線(xiàn)，滿(mǎn)足不了《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.1條的要求。

（2）選用常熟開(kāi)關(guān)廠的熱磁脫扣器

預(yù)期末端單相短路電流為：

480/63In =7.6In

查CM3-100L/M/H時(shí)間/電流特性曲線(xiàn)：脫扣時(shí)間：～6s

熱穩(wěn)定校驗(yàn)：（為簡(jiǎn)化，按＜5s的公式校驗(yàn)）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（6）=8（交聯(lián)聚乙烯）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（6）=10（PVC）

式中：

S—絕緣導(dǎo)體的線(xiàn)芯截面（mm2）。

I—短路電流有效值（均方根值A(chǔ)）。

t—在已達(dá)到允許最高持續(xù)工作溫度的導(dǎo)體內(nèi)短路電流持續(xù)作用的時(shí)間（t）。

k—不同絕緣、線(xiàn)芯的計(jì)算系數(shù)。

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，選取16mm2銅芯線(xiàn)能夠滿(mǎn)足《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.1條的要求。

2.選用施耐德的產(chǎn)品，時(shí)間/電流特性曲線(xiàn)如圖3所示。

（1）選用施耐德的單電磁脫扣器

短路保護(hù)瞬動(dòng)電流：

Ir3=8In=8*63A= 504A

按《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.4條要求，末端短路電流≥504*1.3=655A，根據(jù)動(dòng)作曲線(xiàn)計(jì)算，斷路器瞬動(dòng)范圍＞8*（63）=504A，而預(yù)期末端單相短路電流480A，瞬時(shí)脫扣器不可能動(dòng)作。如果選取16mm2銅芯線(xiàn)，滿(mǎn)足不了《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.1條要求。

（2）選用施耐德的熱磁脫扣器

預(yù)期末端單相短路電流：

480/63In= 7.6In

查T(mén)M80D/TM100D時(shí)間/電流特性曲線(xiàn)：脫扣時(shí)間：3～30s。

熱穩(wěn)定校驗(yàn)：（為簡(jiǎn)化，按＜5s的公式校驗(yàn)）

S≥I/K*√（t）=I/K*√（30）=18（交聯(lián)聚乙烯143）

16mm2銅芯線(xiàn)不能夠滿(mǎn)足要求。

S≥I/K*√（t）=I/K*√（30）=23（PVC115）

16mm2銅芯線(xiàn)不能夠滿(mǎn)足要求。

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，選取16mm2銅芯線(xiàn)不能夠滿(mǎn)足《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.1條要求。

根據(jù)以上對(duì)常熟開(kāi)關(guān)及施耐德產(chǎn)品的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，不難看出，如果設(shè)計(jì)時(shí)僅僅標(biāo)示MCCB，且選用單電磁脫扣器或熱磁脫扣器，其供電回路的可靠性有較大的不確定性，必須對(duì)低壓系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算。因?yàn)檫x擇MCCB時(shí)，往往忽略了所選廠家的斷路器的規(guī)格、型號(hào)、附件等其他電氣參數(shù)，特別是對(duì)一些新型斷路器的電氣參數(shù)理解不透，標(biāo)注不全、應(yīng)用類(lèi)別、使用場(chǎng)合及用途等考慮不周。選用了不合適的斷路器，導(dǎo)致成套廠訂貨困難，保護(hù)的選擇性變差，靈敏性，合理性不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，不但使斷路器沒(méi)有物盡所用，反而造成了浪費(fèi)，降低了配電系統(tǒng)的可靠性。

對(duì)于短路電流計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析：為使斷路器能夠正常脫扣，有如下解決措施：

（1）提高短路電流，從I=U/R不難看出，減小回路阻抗，增大導(dǎo)體截面（會(huì)增加成本），減少導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度（變電站設(shè)置位置相關(guān)）；

（2）減小短路保護(hù)開(kāi)關(guān)的整定電流，而通常熱磁脫扣器的短路保護(hù)為定值，不可調(diào)。對(duì)于常熟開(kāi)關(guān)廠殼架等級(jí)為63A～250A的斷路器，其短路保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作值為定值（300A或10In），殼架等級(jí)為400A～800A的斷路器，其短路保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作值可調(diào)（10In或5In）；對(duì)于施耐德殼架等級(jí)16A～160A的斷路器，其短路保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作值為定值，殼架等級(jí)200A～250A的斷路器，其短路保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作值可調(diào)（5In～10In）。所以當(dāng)熱磁脫扣器無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)選用可調(diào)整整定電流的電子脫扣器（短延時(shí)動(dòng)作值1.5In～10In可調(diào)，瞬時(shí)動(dòng)作值1.5In～15In可調(diào)）。且需要注意：

選擇動(dòng)作電流可調(diào)的短延時(shí)脫扣器整定值時(shí)，應(yīng)躲開(kāi)線(xiàn)路的短時(shí)負(fù)荷尖峰電流——考慮線(xiàn)路總最大一臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)電流因素；

選擇動(dòng)作電流可調(diào)的瞬時(shí)脫扣器整定值時(shí)，應(yīng)躲開(kāi)線(xiàn)路的尖峰電流——考慮線(xiàn)路總最大一臺(tái)電機(jī)的因素全啟動(dòng)電流因素，同時(shí)要考慮可靠系數(shù)1.2。

（3）改變保護(hù)裝置，而由于成本問(wèn)題，無(wú)法改變開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，可考慮改變保護(hù)裝置或增加后備保護(hù)裝置，如：

（a）選擇帶熔絲的斷路器；

（b）在斷路器前（或后）加裝合適的熔絲；

（c）直接改為熔斷器保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

新形勢(shì)下，要做好低壓配電線(xiàn)路斷路器的選擇，需要全面、準(zhǔn)確地理解相關(guān)規(guī)范中的各項(xiàng)要求，并正確選擇斷路器的形式及參數(shù)等。只有全面、完整、系統(tǒng)地對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行科學(xué)分析和計(jì)算，才能正確選擇斷路器，確保低壓配電線(xiàn)路的安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

［1］任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005：123.

［2］連理枝.低斷路器及其應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002：87.

［3］唐海.筑電氣設(shè)計(jì)與施工［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005：151.

［4］戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010：357.

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