彭 衛(wèi) 民

(中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司, 湖北 武漢 430000)

0 引 言

在目前的雙碳戰(zhàn)略背景和滿足使用需求、安全性以及其他規(guī)定的前提下,合理的節(jié)約能帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益,減少碳排放,符合國(guó)家基本戰(zhàn)略。本文通過對(duì)一般民用及工業(yè)建筑230/400 V低壓配電系統(tǒng)斷路器的的參數(shù)進(jìn)行解析,并提出改進(jìn)建議。

1 塑殼斷路器的相關(guān)參數(shù)解析及優(yōu)化

1.1 斷路器參數(shù)解析

以常熟開關(guān)廠(簡(jiǎn)稱:常熟)CM3-400M/3300/315A型號(hào)為例,解析各數(shù)據(jù)的含義。

400—400 A,斷路器殼架電流。M—分?jǐn)嗄芰Υ?hào)。3300—第一個(gè)數(shù)字,代表3極斷路器;第二個(gè)數(shù)字3,代表脫扣器方式,3表示脫扣器為熱動(dòng)/電磁脫扣器;若為2表達(dá)電磁脫扣器;最后二個(gè)數(shù)字00,代表內(nèi)部附件代碼,其中00表示無附件。315A—斷路器額定電流。

1.2 合理選擇斷路器的額定電流

1.2.1 理論分析

采用斷路器作為導(dǎo)體的過負(fù)荷保護(hù)電器時(shí),須滿足公式要求

Ic≤Iset1≤Iz

式中:Ic——回路計(jì)算電流;

Iset1——長(zhǎng)延時(shí)過電流脫扣器整定電流;

Iz——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量。

對(duì)于固定式整定電流脫扣器的斷路器而言,其斷路器長(zhǎng)延時(shí)過電流脫扣器整定電流就是其額定電流,既Iset1=In。因此對(duì)于固定式整定電流脫扣器斷路器,滿足Ic≤In≤Iz[1]即可。一般設(shè)計(jì)過程中選擇斷路器的額定電流會(huì)在計(jì)算電流Ic乘一個(gè)系數(shù),建議取1.1[2](參考《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-電氣》2009版 式5.5.3-5)。

1.2.2 效益對(duì)比分析

施耐德電氣(中國(guó))iC65N-C型系列小型斷路器對(duì)比如表1所示,由表可見小型斷路器的額定電流的降低對(duì)斷路器造價(jià)影響不是很大。但是降低塑殼斷路器的額定電流,有時(shí)可以使所保護(hù)的線纜降低1～2個(gè)等級(jí)的截面,能帶來顯著效益。

1.2.3 案例簡(jiǎn)析

B1-APEZ(B)消防動(dòng)力配電總箱系統(tǒng)圖如圖1所示,線路的計(jì)算電流Ic=210.2 A,按1.1倍率考慮則為231.22 A,斷路器的額定電流可以選250 A,選315 A是偏大的。僅從過負(fù)荷保護(hù)角度出發(fā),斷路器可以優(yōu)化為CM3-250M/3200I-250A,若上口采用同級(jí)斷路器,此時(shí)不考慮其他因素,進(jìn)線電纜可以改為WDZN-YJY-4×150+1×70。

表1 施耐德電氣(中國(guó))iC65N-C型系列小型斷路器對(duì)比

1.3 合理選擇塑殼斷路器殼架電流

一般滿足斷路器殼架電流In大于等于其額定電流IN即可;某些設(shè)計(jì)中選用塑殼斷路器時(shí),斷路器的殼架電流會(huì)比額定電流大1～2的等級(jí),是出于后期增容改造的考慮,若不考慮后期增容,殼架電流可以等于額定電流。常熟開關(guān)CM3系列不同殼架電流三相交流塑殼斷路器價(jià)格如表2所示。

表2 常熟CM3系列不同殼架電流三相交流塑殼斷路器價(jià)格

如圖1中表示的W1～W8回路保護(hù)斷路器的殼架電流均可以從100 A優(yōu)化成63 A,CM3-100M單臺(tái)價(jià)格450元,CM3-63M單臺(tái)價(jià)格370元,每臺(tái)價(jià)格可以節(jié)約80元,該單個(gè)配電箱按此思路可以節(jié)約資金640元。

1.4 合理選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰?/h3>

1.4.1 理論分析

(1) 常熟CM3系列斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰θ绫?所示。

表3 常熟CM3系列斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰?/p>

(2) 變壓器0.4 kV低壓出口處短路電流參考19DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》表15.7,低壓銅芯交聯(lián)聚乙烯短路電流值參考19DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》表15.8[3]。以1 250 kVA容量、阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為6%的變壓器為例,16 mm2～240 mm2截面超過40 m線路長(zhǎng)度后,對(duì)稱三相穩(wěn)態(tài)短路電流下降至22 kA以下,低壓塑殼斷路器若選擇CM3系列,此處及后段均可選擇C型分?jǐn)嗄芰嗦菲鳌?/p>

1.4.2 常熟CM3系列不同分?jǐn)嗄芰嗦菲鲀r(jià)格對(duì)比

常熟CM3系列不同分?jǐn)嗄芰嗦菲鲀r(jià)格對(duì)比如表4所示。

表4 常熟CM3系列不同分?jǐn)嗄芰嗦菲鲀r(jià)格對(duì)比

1.4.3 案例分析

圖1所示低壓配電箱,其配電變壓器容量1 250 kVA,變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)6%,進(jìn)線電纜相線截面積185 mm2,長(zhǎng)度大約100 m左右。查19DX101-1 表15.8,配電箱入口處對(duì)稱三相穩(wěn)態(tài)短路電流大約為12.45 kA,總斷路器和分?jǐn)嗦菲骶蛇x擇C級(jí)斷路器。依據(jù)表4,此配電箱9個(gè)斷路器若從M級(jí)分?jǐn)嗄芰?yōu)化為C級(jí)分?jǐn)嗄芰?可以節(jié)約造價(jià)1 370元。

1.5 合理選擇斷路器的極數(shù)

1.5.1 規(guī)范援引及總結(jié)

(1) 剩余電流保護(hù)斷路器應(yīng)選用斷開所有極的斷路器。具體可參考GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》7.5.5及GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》6.4.3。

(2) 住宅建筑套內(nèi)家居配電箱電源進(jìn)線應(yīng)裝設(shè)斷開相線和中性線的開關(guān)電器,另江蘇省和上海市地區(qū)住宅套內(nèi)家居配電箱的配出回路應(yīng)斷開相線和中性線。具體可參考JGJ 242—2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》8.4.3、DGJ 32/J 26—2017《江蘇省住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》10.1.4-8.(11)、DGJ 08-20—2019《電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》12.4.4-1。

(3) 各種宿舍建筑(公共居住建筑)、老年人照料設(shè)施的居住單元配電箱的電源進(jìn)線開關(guān)電器應(yīng)選斷開相線和中性線的電源進(jìn)線開關(guān)電器。具體可參考GB 50099—2011《中小學(xué)校建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范》10.3.7-4、JGJ 36—2016《宿舍建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》7.3.3-4及JGJ 450—2018《老年人照料設(shè)施建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》7.3.9及JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.7-3。

(4) 爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境1區(qū)內(nèi)單相配電線路應(yīng)同時(shí)斷開相線和中性線。具體可參考GB 50058—2014《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》5.4.2。

綜上,為保證用電安全,特別是帶居住性質(zhì)的套內(nèi)場(chǎng)所的配電箱的總開關(guān),必要考慮斷中性線,是考慮到這些場(chǎng)所由非專業(yè)人士檢修維護(hù),安全是首要原則。但是采用斷開中性線的方式,會(huì)影響供電可靠性,特別是三相干線配電系統(tǒng)中,不應(yīng)主動(dòng)考慮選擇四極斷路器,詳細(xì)原理不再贅述,具體可以參考《建筑物電氣裝置600問》[4]第16～17章。

1.5.2 不同極數(shù)斷路器價(jià)格參考

常熟CM3系列和施耐德電氣(中國(guó))iC65N-C型系列不同極數(shù)斷路器價(jià)格參考如表5、表6所示。

表5 常熟CM3系列不同極數(shù)斷路器價(jià)格

表6 施耐德電氣(中國(guó))iC65N-C型系列不同極數(shù)小型斷路器價(jià)格

由表5、表6所示,斷路器斷開中性線與否,對(duì)斷路器造價(jià)節(jié)約較大,創(chuàng)效百分比范圍為26%～59%。

1.5.3 案例解析

某宿舍樓項(xiàng)目套內(nèi)及上級(jí)表箱配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示,按前文分析,這個(gè)建筑物宿舍套內(nèi)進(jìn)線開關(guān)采用斷開中性線的2P斷路器,但是2AWh02箱W1～W15出線回路的2P斷路器可以改為1P斷路器。業(yè)界有一種觀點(diǎn)認(rèn)為套內(nèi)配電箱采用斷開中性線的斷路器,其上一級(jí)斷路器亦必須采用斷開中性線的斷路器,這種觀點(diǎn)有待商榷。此場(chǎng)景下,本文總結(jié):a.三相配電系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置4P斷路器,因?yàn)椤皵嗔恪蔽：^大;b.單相配電系統(tǒng)可以設(shè)置2P斷路器,更利用檢修安全,亦可設(shè)置1P斷路器,較為經(jīng)濟(jì)節(jié)約。居住建筑內(nèi)套內(nèi)配電箱會(huì)由居住的非專業(yè)人士操作,出于安全目的考慮,規(guī)范規(guī)定須采用斷開中性線的斷路器,但是上一級(jí)斷路器是設(shè)置在專用房間(如電井、配電間內(nèi))或掛鎖處理,由專業(yè)人士維護(hù)、檢修,所以規(guī)范在此處并沒有強(qiáng)行規(guī)定須采用斷開中性線的斷路器,若出于保證供電可靠性和節(jié)約造價(jià)投資的角度可以用1P斷路器。

圖2案例為18層宿舍,總建筑面積24 376.14 m2,共有558個(gè)房間,以施耐德小型斷路器為例,將這558個(gè)表箱出線回路斷路器優(yōu)化成單相斷路器,可以節(jié)約資金約3.5萬元。

2 部分?jǐn)嗦菲骺梢詢?yōu)化成隔離開關(guān)

在很多項(xiàng)目中,各級(jí)配電箱的進(jìn)線開關(guān)均采用帶隔離功能的斷路器,比較浪費(fèi),且不利于保護(hù)級(jí)數(shù)的有效配合,可以將其優(yōu)化成隔離開關(guān)。某項(xiàng)目層配電箱系統(tǒng)圖如圖3所示:A1AL1為層配電箱,由首層配電間總配電箱放射式配電引至,進(jìn)線開關(guān)選用NSX250N/TM 225A/3P 型號(hào)斷路器,可以優(yōu)化成不帶保護(hù)功能的隔離開關(guān)。

參考05SDX006 P44頁(yè)[5]、12DX011 P60頁(yè)[6]及GB 51348—2019 7.1.4-4[7],圖3所示配電箱進(jìn)線開關(guān)可以從隔離功能的斷路器改為普通隔離開關(guān);一般放射式配電的配電箱受電電器可以采用隔離開關(guān),不必采用帶隔離功能的斷路器,但是必須注意以下情況必須采用帶隔離功能的斷路器,不得采用普通隔離開關(guān):

(1) 配電箱的進(jìn)線電源線路由建筑物外引入時(shí),其受電開關(guān)需采用帶隔離及保護(hù)功能的電器,詳見GB 51348—2019-7.1.4-3條規(guī)定。

(2) 樹干式及鏈?zhǔn)脚潆娤到y(tǒng)的配電回路,各受電端應(yīng)采用帶隔離及保護(hù)功能的電器,詳見GB 51348—2019-7.1.4-4條規(guī)定。

圖3中,進(jìn)線斷路器NSX250N/TM 225A/3P價(jià)格大約為2 068元,可以優(yōu)化為施耐德INV-250/3型號(hào)隔離開關(guān),價(jià)格約為1 147元,單臺(tái)斷路器可以節(jié)約造價(jià)921元。對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目來說,有幾十臺(tái)、上百臺(tái)此類的情況,創(chuàng)效還是比較可觀的。

3 將塑殼斷路器優(yōu)化為小型斷路器

低壓斷路器按結(jié)構(gòu)大小、用途和所具備的功能分類,一般分為萬能式斷路器(ACB)、塑殼斷路器(MCCB)和小型斷路器(MCB)。所以塑殼斷路器(MCCB)和小型斷路器(MCB)是根據(jù)不同的制造標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出來的,小型斷路器和塑殼斷路器對(duì)比如表7所示。

表7 小型斷路器和塑殼斷路器的對(duì)比

目前市面上還存在部分?jǐn)嗦菲?是按GB 14048.2或GB/T 14048.4標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),但其外觀特征、安裝方式和小型斷路器一致,價(jià)格也相對(duì)較低,如ABB品牌S200M系列K、Z特性的斷路器,ABB品牌的M200M-K系列,施耐德的iC60LMA系列,正泰品牌DZ47-60M系列等,這些斷路器的生產(chǎn)廠家將其歸為小型斷路器。

3.1 需要重點(diǎn)注意的幾個(gè)性能參數(shù)

低壓配電系統(tǒng)中塑殼斷路器是否能優(yōu)化成小型斷路器,需要注意小型斷路器的以下參數(shù)必須滿足要求:

(1) 額定電流:依據(jù)GB 10963.1[8]生產(chǎn)制造的小型斷路器最大額定電流為125 A,另外市場(chǎng)上主流廠家、主流品牌也有最大額定電流為100、63、40、32 A類目的斷路器。

(2) 額定電壓:依據(jù)GB/T 10963.1生產(chǎn)制造的小型斷路器額定電壓為230/400 V。

(3) 短路電流分?jǐn)嗄芰?依據(jù)GB/T 10963.1生產(chǎn)制造的小型斷路器額定極限分?jǐn)嗄芰ψ畲鬄?5 kA,市面上主流廠家生產(chǎn)的小型斷路器的額定短路極限分?jǐn)嗄芰ΤＲ姷挠?0 kA和6 kA,分?jǐn)嗄芰^小?？拷娫刺?變壓器處)或干線電纜處低壓配電系統(tǒng)的短路電流可能會(huì)大于小型斷路器的分?jǐn)嗄芰?所以這些地方不能用小型斷路器。

(4) 污染等級(jí)。污染等級(jí)分為4級(jí),具體規(guī)定如下:

無污染或僅有干燥的非導(dǎo)電性污染;

一般情況僅有非導(dǎo)電性污染,但是必須考慮到偶然由于凝露造成短暫的導(dǎo)電性;

有導(dǎo)電性污染,或由于凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變成導(dǎo)電性的。

造成持續(xù)性的導(dǎo)電性污染,例如由于導(dǎo)電塵?；蛴暄┧斐傻奈廴尽?/p>

依據(jù)GB 10963.1生產(chǎn)制造的小型斷路器只適用于污染等級(jí)1及2場(chǎng)所,污染等級(jí)3只能用塑殼斷路器。

(5) 額定耐沖擊電壓。

GB 10963.1生產(chǎn)制造的小型斷路器一般有2.5 kV和4 kV兩個(gè)等級(jí);依GB 14048.2生產(chǎn)的塑殼斷路器一般有6 kV和8 kV兩個(gè)等級(jí)。具體可參考GB/T 16895.10—2010表44.B[10]。按GB 10963.1生產(chǎn)的小型斷路器的額定沖擊耐受電壓為4 kV,部分型號(hào)的小型斷路器為2.5 kV,此類小型斷路器在230/400 V低壓配電系統(tǒng)中只能用于直接向終端用電設(shè)備配電用的斷路器,不能替代配電干線保護(hù)用的塑殼斷路器。

(6) 脫扣特性。

配電型、電動(dòng)機(jī)保護(hù)型塑殼斷路器的脫扣特性如表8所示,動(dòng)作特性詳細(xì)要求見GB/T 14048.2、GB/T 14048.4的規(guī)定。小型斷路器的時(shí)間電流特性詳見GB/T 10963.1—2020表7規(guī)定。

斷路器的優(yōu)化選擇需考慮其動(dòng)作特性是否與被保護(hù)的設(shè)備的的要求相匹配,普通小型斷路器的反時(shí)限脫扣特性不能滿足電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)要求,其無法為電動(dòng)機(jī)提供有效的過負(fù)荷保護(hù)。

3.2 實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景及案例

3.2.1 消防配電線路采用小型斷路器

許多項(xiàng)目消防動(dòng)力線路從首端至末端均采用塑殼斷路器,其主要觀點(diǎn)是因?yàn)橄阑芈窋嗦菲餍枞∠^負(fù)荷保護(hù),市場(chǎng)上的小型斷路器做不到這點(diǎn),只有塑殼斷路器可以做到。目前有一些廠家生產(chǎn)的小型斷路器可以做到單磁保護(hù),如ABB的M201M-K1系列、施耐德的IC60LMA系列以及德力西DZ47MA單磁系列微型斷路器。

表8 配電型和電動(dòng)機(jī)保護(hù)型塑殼斷路器的脫扣特性

某項(xiàng)目消防動(dòng)力配電箱圖4所示。項(xiàng)目電房位于負(fù)一層,變壓器容量為1 000 kVA,阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為6%,從電房饋線柜至配電箱采用BTLY-3×25+2×16電纜,電纜距離約為110 m,設(shè)計(jì)院配電箱饋線斷路器選用NDM2-125M系列單磁斷路器。查19DX101-1 P15-14頁(yè)可知,1 000 kVA 6%變壓器饋線電纜25 mm2的110 m處三相穩(wěn)態(tài)短路電流為2.86 kA,此處3臺(tái)NDM2-125M/50A/3200斷路器可以優(yōu)化為德力西DZ47MA/50C/3P型號(hào)小型斷路器。DZ47MA/50C/3P斷路器價(jià)格為44元/臺(tái),NDM2-125M/50A/3200系列斷路器為461元/臺(tái)。

同等品牌、參數(shù)小型斷路器造價(jià)一般比塑殼斷路器節(jié)約很多,滿足條件的情況下使用小型斷路器取消塑殼斷路器可以帶來一些直接的經(jīng)濟(jì)效益,另外采用小型斷路器取代塑殼斷路器可以減小配電箱的尺寸和配電間的面積,間接創(chuàng)造一些其他效益價(jià)值。

3.2.2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路采用小型斷路器

有些項(xiàng)目電動(dòng)機(jī)的配電回路均采用塑殼斷路器,若滿足一定要求可以優(yōu)化為滿足要求的小型斷路器:

(1) 可以采用單磁式小型斷路器僅用于短路保護(hù)(需躲開電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)電流),和熱繼電器組合使用,熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。當(dāng)小型斷路器與熱繼電器組合在一起用于電動(dòng)機(jī)回路時(shí),在短路分?jǐn)嗄芰投搪繁Ｗo(hù)靈敏度滿足的前提下,還需要綜合考慮該小型斷路器的沖擊耐壓水平、污染等級(jí)水平以及反時(shí)限脫扣曲線交叉等因素是否滿足安裝處的使用要求;依據(jù)GB 14048.2設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的單磁式小型斷路器,在短路分?jǐn)嗄芰捅Ｗo(hù)靈敏度滿足的前提下,可以與熱繼電器組合在一起,用于電動(dòng)機(jī)過載和短路保護(hù)。

(2) 采用依據(jù)GB/T 14048.2、GB/T 14048.4設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的熱磁式小型斷路器,在短路分?jǐn)嗄芰捅Ｗo(hù)靈敏度滿足的前提下,可以用作電動(dòng)機(jī)過載和短路保護(hù)。

3.2.3 其他

某項(xiàng)目配電箱系統(tǒng)圖如圖5所示,該配電箱位于每層電井內(nèi),進(jìn)線總斷路器選用NDM2系列塑殼斷路器,按前文思路驗(yàn)證,可以修改為滿足要求小型斷路器。

4 其他降本創(chuàng)效的措施

合理選擇塑殼斷路器的過電流脫扣器類型很重要。電子脫扣器類別的斷路器價(jià)格高,但是電子脫扣器更加智能化,目前節(jié)能創(chuàng)效已成為用戶選擇產(chǎn)品的重要因素,電子脫扣單元在提供更為先進(jìn)的保護(hù)功能同時(shí),還能提供各種電力參數(shù)的測(cè)量功能,并可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理。熱磁脫扣單元造價(jià)低,從單純降低工程造價(jià)出發(fā)考慮斷路器造價(jià)因數(shù),可以考慮選用熱磁脫扣單元。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從實(shí)際項(xiàng)目案例出發(fā),分析、歸納了常見斷路器優(yōu)化創(chuàng)效的幾種思路,在這過程中同時(shí)闡明了一般建筑中低壓配電系統(tǒng)斷路器的設(shè)計(jì)選擇原則。