尹卓文 遼寧襄平電力勘測設(shè)計有限公司

一、前言

以前電氣工程和家庭裝潢一般使用熔絲作為電路過載保護(hù)裝置，它安全可靠，但實際應(yīng)用不方便，須經(jīng)常更換?，F(xiàn)在普遍使用空氣開關(guān)（以下簡稱空開），其擁有以下優(yōu)點：故障時空開會迅速斷開，查明原因后可重新閉合，可以無數(shù)次地反復(fù)使用。從長遠(yuǎn)使用成本看，價格反而低于保險絲，而且方便、快捷、安全。

工作原理：空開的動作全靠脫扣，脫扣分為兩種：熱脫扣和電磁脫扣，只有滿足以上兩種條件之一空開方才動作。當(dāng)線路發(fā)生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產(chǎn)生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動杠桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分?jǐn)啵袛嚯娫?；?dāng)線路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值，電磁脫扣器產(chǎn)生足夠大的吸力，將銜鐵吸合并撞擊杠桿，使搭鉤繞轉(zhuǎn)軸座向上轉(zhuǎn)動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分?jǐn)?，切斷電源?/p>

二、空開的選擇

空氣開關(guān)（簡稱MCB或微型斷路器）是建筑電氣終端配電裝置使用最廣泛的一種終端保護(hù)電器?？臻_的選擇需要考慮極數(shù)、脫扣特性、額定電流以及是否配置相關(guān)附件，下面我們分別介紹。

（一）空開按極數(shù)可分為

1）單極（1P）220V，切斷火線。

2）雙極（1+NA）220V，火線及零線都具有手動分?jǐn)嗄芰?，但只有火線上配置脫扣，即只有火線具備自動跳開能力。

3）雙極（2P）220V，同時切斷火線與零線

4）三極（3P）380V，同時切斷三相火線。

5）四極（4P）380V，同時切斷三相火線及中性線（零線）。

（二）空開具有以下脫扣特性

B特性——B脫扣特性微型斷路器負(fù)荷IEC60898-1（GB10963.1）標(biāo)準(zhǔn)，適用于為阻性負(fù)載或無沖擊電流的負(fù)載提供保護(hù)。

C特性——C脫扣特性微型斷路器負(fù)荷IEC60898-1（GB10963.1）標(biāo)準(zhǔn)，適用于為阻性負(fù)載和較低沖擊電流的感性負(fù)載提供保護(hù)。

D特性——D脫扣特性微型斷路器負(fù)荷IEC60898-1（GB10963.1）標(biāo)準(zhǔn)，適用于對線路接通時有較高沖擊電流的負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。

《GB 10963.1-2005 電氣附件--家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器 第1部分：用于交流的斷路器》中規(guī)定：

“瞬動保護(hù)的電流整定范圍分B、C、D三種特性：B特性為>3In~5In（含5In）；C特性為>5In~10In（含10In）；D特性為>10In~20In（含20In）。在動作電流的下限值，斷開時間應(yīng)該大于0.1s；在動作電流的上限值，斷開時間應(yīng)該小于0.1s?！?/p>

如圖1所示。

圖1

《GB 10963.1-2005 電氣附件--家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器 第1部分：用于交流的斷路器》中規(guī)定：

“斷路器冷態(tài)、施加1.13In時，對In> 63A，不脫扣約定時間為2h；對In≤63A，不脫扣約定時間為1h。斷路器熱態(tài)（在這里意味著做完1.13n的約定不脫扣時間后，緊接著進(jìn)行過載脫扣）施加1.45In時，對In>63A及In≤63A的約定脫扣時間分別為2h和1h?！?/p>

“瞬動保護(hù)的電流整定范圍分B、C、D三種特性：B特性為>3In~5In（含5In）；C特性為>5In~10In（含10In）；D特性為>10In~20In（含20In）。在動作電流的下限值，斷開時間應(yīng)該大于0.1s；在動作電流的上限值，斷開時間應(yīng)該小于0.1s?！?/p>

本文側(cè)重點在于變電站內(nèi)的空開選型，所以對于建筑行業(yè)情況不做分析。變電站內(nèi)主要選擇C、D兩種脫扣特性。其中C特性可以躲過5~10In的瞬間啟動電流，故可用于照明回路及不帶電動機(jī)的動力回路，可滿足變電站內(nèi)絕大多數(shù)負(fù)荷；而D特性適用于可能帶電動機(jī)的動力回路，其10In~20In的電磁脫扣特性可以用于保護(hù)起動電流大的沖擊性負(fù)載（如電動機(jī)，變壓器等）。

（三）額定電流的選擇

通過脫扣特性的介紹我們對微斷額定電流的選擇有了一些認(rèn)識，結(jié)合《GB 50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定：

6.3.3過負(fù)荷保護(hù)電器的動作特性，應(yīng)符合下列公式的要求：

IB≤IN≤IZ

I2≤1.45IZ

式中：

IB——回路計算電流（A）

IN——熔斷器溶體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）

IZ——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量（A）

I2——保證保護(hù)電器可靠動作的電流（A）。當(dāng)保護(hù)電器為斷路器時，I2為約定時間內(nèi)的約定動作電流；當(dāng)為熔斷器時，I2為約定時間內(nèi)的約定熔斷電流。”

我們可以得出如下結(jié)論：

空氣開關(guān)額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計算負(fù)荷電流。一般情況下，可以按照1.1~1.3倍線路額定電流選擇空開電流規(guī)格。

照明電路按1.1倍線路額定電流選擇空開額定電流；插座線路會有電動機(jī)類有短時大電流的電器設(shè)備，所以建議按照1.3倍確定。

（四）其他附件

一般空開具有以下保護(hù)形式：1.過載保護(hù)；2.短路保護(hù)；3.欠電壓保護(hù)；4.過電壓保護(hù)。其中欠電壓保護(hù)與過電壓保護(hù)需要配置單獨(dú)的附件（漏電保護(hù)也是一種附件）。實際應(yīng)用中需視工程需要配套安裝相關(guān)附件，避免造成浪費(fèi)。

三、空開的極數(shù)選擇

問題1：三相進(jìn)線開關(guān)配置3P還是4P？

目前國內(nèi)還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程之類做很詳細(xì)的使用要求的規(guī)定，而且兩種配置方式均有利弊。

兩種方式的區(qū)別在于是否斷開中性線。

1）斷開

優(yōu)點：檢修時不會產(chǎn)生危險電壓，保證人身安全。

缺點：存在斷“零”風(fēng)險，在中性線上增加一對觸頭，由于老化及故障原因，增大中性線斷線的概率，造成三相負(fù)載不平衡，嚴(yán)重時會燒壞電器。

2）不斷

優(yōu)點：減少斷“零”風(fēng)險。

缺點：檢修時可能存在危險電壓對人生造成損害。

再加一條理論，PE線不允許斷開，如斷開則有使設(shè)備外殼失去接地保護(hù)的危險。

我們試著就用這三條理論分析后面的問題。

針對這條問題我們分情況討論。

（一）TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁采用4P開關(guān)

分析：TN-C系統(tǒng)中，由于N線與PE線是合并的，采用4P開關(guān)在回路故障空開跳閘時，PEN線也被斷開，此時設(shè)備的外露導(dǎo)電部分與電力系統(tǒng)接地點失去連接，致使設(shè)備外殼可能存在危險電壓對人身造成傷害（見圖2、圖3）。

圖2 TN-C系統(tǒng)

圖3 TN-S系統(tǒng)

（二）TN-S系統(tǒng)中不需裝設(shè)4P開關(guān)

分析：TN-S系統(tǒng)中，因為有等電位聯(lián)結(jié)（N線與PE線相連），發(fā)生單相短路故障時N線雖然可能存在對地電壓，但N線與PE線同電位，人即使到N線也不會發(fā)生觸電，可不必為檢修安全配置4P開關(guān)。

（三）TN-C-S系統(tǒng)中不需裝設(shè)4P開關(guān)

分析：同TN-S系統(tǒng)，且須強(qiáng)調(diào)的是，TN-C-S系統(tǒng)兼具TN-C系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)的特點，判斷其是否需要采用4P空開要視其處于何種階段。

舉例說明：變電站采用TN-C-S系統(tǒng)，兩臺站用變分別給交流屏提供電源，在交流屏進(jìn)線處設(shè)的總開關(guān)不能采用4P，因為此時站用變進(jìn)線電纜為4芯，正處于TN-C系統(tǒng)中，PEN線尚未分開，此時采用4P空開會造成斷PE線的惡果（見圖4、圖5）。

圖4 TN-S系統(tǒng)

圖5 TN-S系統(tǒng)

（四）TT系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)4P開關(guān)

分析：與3.2及3.3類似，由于TT系統(tǒng)不存在等電位聯(lián)結(jié)（N線與PE線未聯(lián)通），故故障狀態(tài)下N線與PE線存在電位差，電位差將對電氣檢修人員構(gòu)成電擊危險。

（五）配置漏電保護(hù)器時

分析：依據(jù)《GB 50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范》中3.1.11的規(guī)定：

“除在TN-S系統(tǒng)外，當(dāng)中性導(dǎo)體為可靠地點位時可不斷開外，應(yīng)能斷開所保護(hù)的賄賂的所有帶電導(dǎo)體”。

除TN-S系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)當(dāng)空開采用漏電保護(hù)器時需配置4P開關(guān)，斷N線。

問題2：1P、1P+NA與2P有什么區(qū)別，如何選擇？

首先介紹1P、1P+NA與2P空開的區(qū)別：

1）1P 220V，切斷火線

2）1+NA 220V，火線及零線都具有手動分?jǐn)嗄芰?，但只有火線上配置脫扣，即只有火線具備自動跳開能力。此外需注意的是1+NA與2P模數(shù)相等，ABB為例均為35mm寬。

3）2P 220V，火線零線均配置脫扣。

我們分析的前提條件如下：

1）為了減少斷零風(fēng)險，盡量不要在中性極配置空開。

2）依據(jù)《GB 50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范》中3.1.11的規(guī)定：

“除在TN-S系統(tǒng)外，當(dāng)中性導(dǎo)體為可靠地點位時可不斷開外，應(yīng)能斷開所保護(hù)的賄賂的所有帶電導(dǎo)體”。

分析如下：

?照明分支回路中不配置漏電保護(hù)器微斷可以采用1P或1P+NA（2P增加斷零風(fēng)險）。但存在一個問題，如果分支回路零線漏電用1P微斷無法斷開零線，即無法查找具體哪條回路零線漏電，所以推薦采用1P+NA。

?照明總回路配置可選擇3P或4P微斷。

TN-C系統(tǒng)：由于N線與PE線合并，不允許斷開PE線，故應(yīng)選用3P。

TT系統(tǒng)：由于N線與PE線沒有等電位聯(lián)結(jié)，所以需采用4P微斷保證檢修時人身安全。

TN-C-S系統(tǒng)：有等電位聯(lián)結(jié)，考慮到照明總回路需配置漏電保護(hù)器，故應(yīng)選用4P。

TN-S系統(tǒng)：有等電位聯(lián)結(jié)，當(dāng)我們采用專門的PE線與N線連接時，可認(rèn)為是可靠的地電位，這樣即使配置漏電保護(hù)器，也可不斷開N線，故僅需配置3P。

?動力分支回路中需配置漏電保護(hù)器，故除TN-S系統(tǒng)外，均需配置2P。

?動力總回路，不需配置漏電保護(hù)器。

TN-C系統(tǒng)：同照明，3P。

TT系統(tǒng)：同照明，4P。

TN-C-S系統(tǒng)：有等電位聯(lián)結(jié)，不需配置漏電保護(hù)器，故可選用3P。

TN-S系統(tǒng)：同照明，3P。

四、結(jié)語

電源進(jìn)線開關(guān)N線是否斷開應(yīng)區(qū)別不同接地系統(tǒng)，切勿混淆引發(fā)事故。為減少斷“零”風(fēng)險，應(yīng)在滿足檢修人員安全的前提下盡量減少N線開關(guān)的使用。