高 三 陽

(深圳市市政設(shè)計研究院有限公司, 廣東 深圳 518029)

0 引 言

斷路器是指能夠接通、承載和分?jǐn)嗾；芈窏l件下的電流,并能接通、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和分?jǐn)喈惓；芈窏l件(包括短路條件)下的電流的開關(guān)裝置[1-3]。本文介紹了不同使用場合的低壓斷路器參數(shù)的整定及低壓斷路器分?jǐn)嗄芰Α㈧`敏度的校驗。

1 斷路器的分類

斷路器的分類:按使用類別,分為A類非選擇型、B類選擇型;按設(shè)計形式,分為萬能斷路器、塑殼斷路器、小型斷路器、直流斷路器等;按操作機構(gòu)的控制方法,分為人力操作斷路器、電動操作斷路器等;按是否具備隔離功能,分為適合隔離斷路器、不適合隔離斷路器;按安裝方式,分為固定式斷路器、插入式斷路器、抽屜式斷路器。

2 低壓斷路器的選擇

2.1 按正常工作條件選擇

(1) 電壓。斷路器的電壓應(yīng)與回路所在電壓相適應(yīng)。

(2) 電流。斷路器的額定電流應(yīng)大于所在回路的計算電流,小于所在回路線路的載流量。

(3) 頻率。斷路器的額定頻率應(yīng)符合所在回路的標(biāo)稱頻率。

2.2 按保護選擇性選擇

(1) 過電流選擇性。兩個串聯(lián)的過電流保護電器的過電流配合。在下級保護電器保護范圍內(nèi)發(fā)生過電流故障時,上下級保護電器均檢測到過電流信號,下級保護電器先于上級保護電器動作的過程[4-6]。

(2) 全選擇性。在兩臺串聯(lián)的過電流保護裝置的情況下,負(fù)荷側(cè)的保護裝置實行保護時而不導(dǎo)致另一臺保護裝置動作的過電流選擇性保護。

(3) 局部選擇性。在兩臺串聯(lián)的過電流保護裝置的情況下,負(fù)荷側(cè)的保護裝置在給定的過電流值及以下實行保護時而不導(dǎo)致另一臺保護裝置動作的過電流選擇性保護。

選擇性的原則是最靠近故障點的保護電器先動作,遠(yuǎn)離故障點的保護電器后動作。當(dāng)最靠近故障點的保護電器將故障切除時,配電系統(tǒng)的其他保護電器仍然正常工作,保證配電系統(tǒng)故障點波及的面最小。

2.3 按短路條件選擇

對配電系統(tǒng)進行預(yù)期短路電流計算,來確定斷路器在短路條件下的短時耐受電流(Icw)和額定運行短路分?jǐn)嗄芰?Ics)。

2.4 按使用環(huán)境選擇

斷路器在正常、化工腐蝕、高原地區(qū)、熱帶地區(qū)等環(huán)境下的各特性參數(shù)會受到相應(yīng)的影響。因此斷路器在不同工作環(huán)境下,需要適應(yīng)斷路器參與配電系統(tǒng)的構(gòu)建。例如,熱帶地區(qū),周圍空氣溫度相對較高,正常和短路條件下,斷路器的散熱就會有很大偏差,被保護線路的I2t電纜絕緣特性也會受到影響,會對斷路器的選擇產(chǎn)生影響。

3 低壓斷路器的整定

3.1 配電線路保護的低壓斷路器的整定

(1) 低壓斷路器的額定電流整定Irt:

IrQ≥Irt≥Ic

(1)

式中:IrQ——斷路器殼架等級的額定電流(塑殼式或開啟式中所能裝的最大過電流脫扣器的額定電流),A;

Irt——反時限過電流脫扣器的額定電流,A;

Ic——線路的計算負(fù)荷電流,A。

(2) 反時限過電流脫扣器的整定Iset1:

Iz≥Iset1≥Ic

(2)

式中:Iz——導(dǎo)體允許的持續(xù)載流量,A;

Ic——線路的計算負(fù)荷電流,A。

(3) 定時限過電流脫扣器的整定Iset2:

Iset2≥Kset2[IstM1+Ic(n-1)]

(3)

式中:Kset2——定時限過電流脫扣器的可靠系數(shù),可取1.2;

IstM1——線路最大一臺電動機的起動電流,A;

Ic(n-1)——除起動電流最大的一臺電動機以外的線路計算負(fù)荷電流,A。

定時限過電流脫扣器的整定時間通常有0.1 s(或0.2 s)、0.4 s、0.6 s、0.8 s等,根據(jù)需要確定。其整定時間要比下一級任一組熔斷器可能出現(xiàn)的最大熔斷時間大一個級量,上下級時間級差≥0.1～0.2 s(保證上下級的時間選擇性)。

(4) 瞬時過電流脫扣器的整定Iset3:

(4)

式中:Kset3——瞬時過電流脫扣器的的可靠系數(shù),可取1.2;

Ic(n-1)——除起動電流最大的一臺電動機以外的線路計算負(fù)荷電流,A。

為滿足各級間的選擇性要求,選擇低壓斷路器瞬時脫扣器的電流整定值還應(yīng)大于下一級保護電器所保護線路的故障電流。非選擇性低壓斷路器瞬時脫扣器的電流整定值在大于回路正常工作時的尖峰電流條件下,盡可能整定得小些。

以施耐德NSX630S Micrologic 5.3 A和6.3 A或6.3E-400 A和630 A配電保護用斷路器脫扣曲線為例[7],如圖1所示,塑殼斷路器殼架等級的額定電流為630 A,由脫扣曲線可知:

① 當(dāng)I/Ir≤1,即I≤630 A時,隨著時間t的增加,I≤630 A且垂直于電流比軸的直線是不會與脫扣曲線相交的,斷路器不會脫扣。

② 當(dāng)1≤I/Ir≤10,即I≥630 A時,隨著時間t的增加,I>630 A且垂直于電流比軸的直線會與脫扣曲線相交,電流越大,交點對應(yīng)的時間越短,這是脫扣器的反時限特性區(qū)間,此區(qū)間在線路出現(xiàn)短時過載時不至于經(jīng)常性動作。

③ 當(dāng)I/Ir>10,即I>6 300 A時,隨著時間t的增加,I>6 300 A且垂直于電流比軸的直線會與脫扣曲線相交,電流越大,交點對應(yīng)的時間保持不變且為恒定值,這是脫扣器的定時限特性區(qū)間(也稱短延時區(qū)間),見圖1中,短延時時間可以整定為0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s,此區(qū)間主要保證上下級斷路器之間的選擇性。

④ 當(dāng)電流I超過定時限特性區(qū)間進入瞬時脫扣區(qū)間時,斷路器的脫扣時間突變至極其短,此區(qū)間也成為能量脫扣區(qū)間。圖1中,瞬時脫扣時間<10 ms。此區(qū)間I2tR會瞬間釋放出大量的熱,如不以最短的時間斷開,電纜的絕緣會迅速損壞。

圖1 配電保護用斷路器脫扣曲線

3.2 照明線路保護的低壓斷路器過電流脫扣器的整定

(1) 反時限過電流脫扣器整定值Iset1:

Iset1≥Kset1Ic

(5)

式中:Ic——照明線路的計算負(fù)荷電流,A;

Kset1——可靠系數(shù)。

(2) 瞬時過電流脫扣器整定值Iset3:

Iset3≥Kset3Ic

(6)

式中:Ic——照明線路的計算負(fù)荷電流,A;

Kset3——可靠系數(shù)。

可靠系數(shù)值如表1所示。

照明線路保護的低壓斷路器一般不整定短延時。因照明線路一般為末端線路,為保證照明設(shè)備承受過電流的時間最短,保證設(shè)備不損壞,發(fā)生短路故障時,希望以最短時間切斷照明線路,所以通常不整定短延時[8]。

表1 可靠系數(shù)

3.3 電動機保護的低壓斷路器額定電流及脫扣器的整定值

(1) 過電流脫扣器的額定電流和可調(diào)范圍應(yīng)根據(jù)整定電流選擇;斷路器的額定電流應(yīng)不小于長延時脫扣器的額定電流。

(2) 瞬時過電流脫扣器的整定值Iset3:

Iset3=Kset3Ist

(7)

式中:Kset3——瞬時過電流脫扣器的的可靠系數(shù),一般取2.0～2.5;

Ist——電動機的起動電流,A。

(3) 用作后備保護的長延時脫扣器的整定值Iset4:

(8)

式中:Ksd——斷路器的瞬動電流倍數(shù)。

(4) 用作過載保護的長延時脫扣器的整定值應(yīng)接近但不小于電動機的額定電流,且在7.2倍整定電流下的動作時間應(yīng)大于電動機的起動時間。

以施耐德NSX630S Micrologic 6.3E-M-320A和500 A電動機保護用斷路器脫扣曲線為例,如圖2所示,曲線含義和配電保護用斷路器類似,只是瞬動電流倍數(shù)不同,同時需要考慮電動機的起動時間,保證電動機的起動電流-時間特性曲線始終在斷路器脫扣曲線的下方。

圖2 保護用斷路器脫扣曲線

4 低壓斷路器的校驗

(1) 按短路電流校驗低壓斷路器的分?jǐn)嗄芰?

Ics≥Ib3

(9)

若滿足式(9)有困難時,至少應(yīng)保證

Icu≥Ib3

(10)

式中:Ics——斷路器在規(guī)定的工作條件下應(yīng)能分?jǐn)嗟念~定運行短路分?jǐn)嗄芰χ?用預(yù)期分?jǐn)嚯娏鞅硎?相當(dāng)于額定極限短路分?jǐn)嗄芰σ?guī)定的百分?jǐn)?shù)的一檔,并化整到最接近的整數(shù),kA;

Ib3——被保護線路最大三相短路電流有效值,kA;

Icu——斷路器在規(guī)定的工作條件下應(yīng)能分?jǐn)嗟念~定極限短路分?jǐn)嗄芰χ?用預(yù)期分?jǐn)嚯娏鞅硎?在交流情況下用交流分量的有效值表示),kA。

(2) 按短路電流校驗低壓斷路器動作的靈敏性:

Idmin≥KrelIset3或Idmin≥KrelIset2

(11)

式中:Idmin——被保護線路末端最小接地故障電流,A;

Iset3——低壓斷路器瞬時過電流脫扣器的整定值,A;

Iset2——低壓斷路器定時限過電流脫扣器的整定值,A;

Krel——低壓斷路器瞬時或定時限過電流脫扣器動作可靠系數(shù),均取1.3。

5 低壓斷路器的應(yīng)用

低壓斷路器應(yīng)用(一)如圖3所示,線路末端負(fù)載為熒光燈照明負(fù)載,有功功率Pc=10 kW,功率因數(shù)取0.9,不考慮需要系數(shù)的影響。導(dǎo)線采用ZR-BV-5×10,穿SC32的焊接鋼管,斷路器QF1出線端最大三相短路電流有效值為5 kA。

圖3低壓斷路器應(yīng)用(一)

斷路器QF1選型整定校驗過程如下:

(1) 由Pc=10 kW,cosφ=0.9,可計算得出線路計算電流Ic=16.88 A。

(2) 查文獻[1],導(dǎo)線ZR-BV-5×10穿SC32焊接鋼管載流量為32 A。

(3) 選型整定。QF1采用小型斷路器,脫扣器可靠系數(shù)取1.0時,反時限過電流脫扣器整定值為16.88 A≤Iset1≤32 A,Iset1取20 A、25 A均可;瞬時過電流脫扣器整定值為Iset3≥(4～7)Ic,當(dāng)Kset3取4時,Iset3≥67.52 A。

(4) 校驗。① QF1在保證發(fā)生多次短路后,斷路器不出現(xiàn)損壞現(xiàn)象,則QF1的額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs必須大于5 kA;② QF1靈敏度校驗,Idmin≥Iset3=67.52 A,當(dāng)線路末端最小接地故障電流不滿足此式的要求時,則需要調(diào)整Iset3或瞬時多電流脫扣器的可靠系數(shù)。

低壓斷路器應(yīng)用(二)如圖4所示,線路末端負(fù)載為電動機負(fù)載,有功功率Pc=10 kW,功率因數(shù)cosφ取0.8,電動機起動電流Ist為190 A,導(dǎo)線采用ZR-BV-5×10,穿SC32焊接鋼管。

圖4低壓斷路器應(yīng)用(二)

斷路器QF2選型整定校驗過程如下:

(1) 由Pc=10 kW,cosφ=0.8,可計算得出線路計算電流Ic=18.99 A。

(2) 查文獻[1],導(dǎo)線ZR-BV-5×10穿SC32焊接鋼管載流量為32 A。

(3) 選擇整定。QF2采用電動機保護專用斷路器,瞬時過電流脫扣器可靠系數(shù)取2.2時,

反時限過電流脫扣器整定值為18.99 A≤Iset1≤32 A,Iset1可取25 A;瞬時過電流脫扣器整定值為Iset3≥2.2Ist=418 A,Iset3可取500 A;用作后備保護的長延時脫扣器整定值(Ksd=10)為Iset4≥2.2×190/10 A=41.8 A,Iset4可取50 A。

6 結(jié) 語

分析了不同使用場合的低壓斷路器參數(shù)的整定及低壓斷路器分?jǐn)嗄芰?、靈敏度校驗,結(jié)合廠家斷路器,進行更詳細(xì)和深入的探究,可為低壓斷路器的選型提供參考。