【分享】斷路器分斷能力的選擇和應用

最近幾年與斷路器的使用者相互磋商、探討，並在專業刊物上閱讀了一些斷路器選用的文章，感到收益很大，但又覺得斷路器的設計、製(zhi)造(zao)者(zhe)與(yu)用(yong)戶(hu)之(zhi)間(jian)由(you)於(yu)溝(gou)通(tong)和(he)宣(xuan)傳(chuan)不(bu)夠(gou)，致(zhi)使(shi)用(yong)戶(hu)在(zai)選(xuan)擇(ze)低(di)壓(ya)斷(duan)路(lu)器(qi)上(shang)還(hai)存(cun)在(zai)一(yi)部(bu)分(fen)偏(pian)失(shi)。據(ju)此(ci)，筆(bi)者(zhe)擬(ni)再(zai)次(ci)論(lun)述(shu)斷(duan)路(lu)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)和(he)應(ying)用(yong)，以(yi)期(qi)拋(pao)磚(zhuan)引(yin)玉(yu)



、去偽存真。

精確的線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捷計算方法：

(1)、對於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窮大(10kV側的短路容量一般為200~400MVA甚至更大，因此按無窮大來考慮
，其誤差不足10%)。

(2)、GB50054-95《低壓配電設計規範》的2.1.2條規定：“當短路點附近所接電動機的額定電流之和超過短路電流的1%時
，應計入電動機反饋電流的影響”
，若短路電流為30kA
，取其1%，應是300A，電動機的總功率約在150kW，且是同時啟動使用時此時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，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
，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/(1.732*Ue)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Ue=0.4kV因此簡單計算變壓器的副邊額定電流應是變壓器容量×(1.44～1.50)。

(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，若兩相間短路，則I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)

(7)
、以yi上shang計ji算suan均jun是shi變bian壓ya器qi出chu線xian端duan短duan路lu時shi的de電dian流liu值zhi，這zhe是shi最zui嚴yan重zhong的de短duan路lu事shi故gu。如ru果guo短duan路lu點dian離li變bian壓ya器qi有you一yi定ding的de距ju離li
，則ze需xu考kao慮lv線xian路lu阻zu抗kang，因yin此ci短duan路lu電dian流liu將jiang減jian小xiao。

例如SL7係列變壓器(配導線為三芯鋁線電纜)，容量為200kVA，變壓器出線端短路時，三相短路電流I(3)為7210A。短路點離變壓器的距離為100m時，短路電流I(3)降為4740A；當變壓器容量為100kVA時其出線端的短路電流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時
，短路電流為2440A。遠離100m時短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶在設計時，應計算安裝處(線路)的額定電流和該處可能出現的最大短路電流。並按以下原則選擇斷路器：斷路器的額定電流In≥線路的額定電流IL；斷路器的額定短路分斷能力≥線路的預期短路電流。因此，在選擇斷路器上，不必把餘量放得過大
，以免造成浪費。

二
、斷路器的極限短路分斷能力和運行短路分斷能力。

國際電工委員會的IEC947-2和我國等效采用IEC的GB4048.2《低壓開關設備和控製設備 低壓斷路器》標準
，對斷路器極限短路分斷能力和運行短路分斷能力作了如下的定義：

斷路器的額定極限短路分斷能力(Icu)：按規定的試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；

斷路器的額定運行短路分斷能力(Ics)：按規定的試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。

極限短路分斷能力Icu的試驗程序為o­-t-co
，具體試驗是：把線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，被試斷路器處於合閘位置
，按下試驗按鈕，斷路器通過50kA短路電流

，斷路器立即開斷(OPEN簡稱O)並熄滅電弧，斷路器應完好

，且能再合閘。t為間歇時間(休息時間)，一般為3min，此時線路處於熱備狀態，斷路器再進行一次接通(CLOSE簡稱C)和緊接著的開斷(O)(接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩定性和動
、靜觸頭因彈跳的磨損)。此程序即為CO。斷路器能完全分斷
，熄滅電弧，並無超出規定的損傷
，就認定它的極限分斷能力試驗成功。

斷路器的運行短路分斷能力(Ics)的試驗程序為o-t-co-t-co
，它比Icu的試驗程序多了一次co。經過試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，並無超出規定的損傷，就認定它的額定進行短路分斷能力試驗通過。

Icu和Ics短路分斷試驗後，還要進行耐壓
、保護特性複校等試驗。由於運行短路分斷後
，還要承載額定電流，所以Ics短路試驗後還需增加一項溫升的複測試驗。Icu和Ics短路或實際考核的條件不同，後者比前者更嚴格、更困難
，因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個或三個值，分別是25%、50%、75%和100%Icu(對A類斷路器，即塑殼式)或50%、75%

、100%Icu(對B類斷路器，即萬能式或稱框架式)。斷路器的製造廠所確定的Ics值
，凡符合上述標準規定的Icu百分值都是有效的
、合格的產品。

我們對此的理解是：主幹線切除故障電流後更換斷路器要慎重，主幹線停電要影響一大片用戶
，所以發生短路故障時要求兩個CO

，而且要求繼續承載一段時間的額定電流
，而在支路
，經過極限短路電流的分斷和再次的合、分後，已完成其使命，它不再承載額定電流，可以更換新的(停電的影響較小)。但是，無論是萬能式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩個重要的技術指標。隻有Ics值在兩類斷路器上表現略有不同，塑殼式的最小允許Ics可以是25%Icu，萬能式最小允許Ics是50%的，Ics=Icu的斷路器是很少的，即使萬能式也少有Ics=100%Icu的。（國外有一種采用旋轉雙分斷(點)技術的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分斷能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但價格很高）。

我國的DW45智能型萬能式斷路器的Ics為62.5%～65%Icu
，國際上
，ABB公司的F係列，施耐德的M係列也不過是70%左右，而塑殼式斷路器
，國內各種新型號，Ics大抵在50%～75%Icuzhijian。youxieduanluqiyingyongdeshejirenyuan，anqisuojisuandexianluyuqiduanludianliuxuanzeduanluqishi，yiduanluqideedingyunxingduanlufenduannenglilaihengliang，youcipandingmouzhongduanluqi（此斷路器的極限短路能力大於線路預期短路電流，而運行短路分斷能力則低於計算電流）為不合格。這是一個誤解。

例如一台容量為1600kVA的變壓器
，其副邊的額定電流為2312A，阻抗電壓百分數Uk取6%
，最大預期短路電流應為38.5kA，作保護用的斷路器額定短路分斷能力應是40kA，若選DW15 -2500Y的2500A或DW45 - 3200的2500A作主開關是能勝任的。由於現代的動力中心的變壓器與配電櫃相距很近，甚至安裝在一起，因此即使是支路
，額定電流在100A
，它的預期短路電流也是很大的。因此
，也要求線路中的塑殼斷路器的短路分斷能力應達到380V
、40kA。有文章斷定某一新型塑殼式斷路器（殼架等級電流160A
，Icu380V、50kA，Ics380V、35kA）不能選用，理由是它的Ics僅35kA，小於線路預期電流38.5kA。這是一種誤解。該型號斷路器使用於支路
，即使通過支路的短路電流為38.5kA
，但此斷路器Icu大50kA，完全可以勝任。因此判斷塑殼式斷路器能否勝任某一線路保護開關，是看它的Icu能否大於線路的預期短路電流。而它的Ics即使小一點
，也無礙於它的作用的發揮。因為短路事故多種多樣
，例如兩相短路（其短路電流為三相短路值的二分之根號三），或者離電源較遠的地方，如50m
、100m，即使是三相短路，由於阻抗的原因，三相短路時，事故電流大約是50%～60%的三相最大預期值。

quedingdianqichanpindedianqijianxi，bixuyijudiyaxitongdejueyuanpeihe，erjueyuanpeihezeshijianlizaishunshiguodianyabeixianzhizaiguidingdechongjinaishoudianya，erxitongzhongdedianqihuoshebeichanshengdeshunshiguodianyayebixudiyudianyuanxitongguidingdechongjidianya。yinci：

(1)電器的額定絕緣電壓應≥電源係統的額定電壓 

(2)電器的額定衝擊耐受電壓應≥電源係統的額定衝擊耐受電壓 

(3)電器產生的瞬態過電壓應≤電源係統的額定衝擊耐受電壓。

基於以上三原則，電器的額定衝擊耐受電壓(優先值)Uimp就與電源係統的額定電壓所確定的相對地電壓的最大值和電器的安裝類別(過電壓類別)等有很大的關係：相對地電壓值越大
，安裝類別越高【分為I(信號水平級)、Ⅱ(負載水平級)、Ⅲ(配電水平級)、Ⅳ(電源水平級)】，額定衝擊電壓就越大。

例如相對地電壓為220V
，安裝類別為Ⅲ時，Uimp為4.0kV，要是安裝類別為Ⅳ
，Uimp為6.0kV。電器產品(例如斷路器)的Uimp為6.0kV汙染等級3級或4級，其最小的電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1係列塑殼斷路器的電氣間隙均為5.5mm(安裝類別Ⅲ)
，隻是用於電源級安裝，如DZ20係列的800以上規格，Uimp為8.0kV，電氣間隙才提高到≥8mm。而產品的實際的電氣間隙
，如HSM1係列，Inm(殼架等級電流)=125A時，電氣間隙為11mm，160A為16mm，250A為15mm，400A為18.75mm
，630和800A均為300mm

，都大於5.5mm。

關於爬電距離，GB/T14048.1《低壓開關設備與控製設備 總則》規定：電器(產品)的最小爬電距離與額定絕緣電壓(或實際工作電壓)

、電器產品使用場所的汙染等級以及產品本身使用的絕緣材料的性質(絕緣組別)有關。例如：額定絕緣電壓為660(690)V
，汙染等級為3，產品使用的絕緣材料組別為Ⅲa(175≤cti〈400
，CTI為絕緣材料的漏電起痕指數〉
，最小爬電距離為10mm。上麵所提到塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過規定的數值。

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，如(ru)果(guo)電(dian)器(qi)產(chan)品(pin)的(de)電(dian)氣(qi)間(jian)隙(xi)和(he)爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)，達(da)到(dao)絕(jue)緣(yuan)配(pei)合(he)要(yao)求(qiu)，就(jiu)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)外(wai)來(lai)過(guo)電(dian)壓(ya)或(huo)線(xian)路(lu)設(she)備(bei)本(ben)身(shen)的(de)操(cao)作(zuo)過(guo)電(dian)壓(ya)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)的(de)介(jie)質(zhi)電(dian)擊(ji)穿(chuan)。GB7251.1-1997《低壓成套開關設備和控製設備 第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設備》(等效於IEC439-1：1992)，對絕緣配合的要求與GB/T14048.1是完全一樣的。 

有一些成套電器製造廠提出斷路器接線用銅排，其相與相之間的(空氣)距離應大於12mm，有的甚至提出斷路器的電氣間隙應大於20mm。這zhe種zhong要yao求qiu是shi不bu合he理li的de，它ta已yi經jing超chao出chu了le絕jue緣yuan配pei合he的de要yao求qiu。對dui於yu大da電dian流liu規gui格ge
，為wei了le避bi免mian在zai出chu現xian短duan路lu電dian流liu時shi產chan生sheng電dian動dong斥chi力li，或huo是shi大da電dian流liu時shi導dao體ti發fa熱re，為wei了le增zeng加jia散san熱re空kong間jian，因yin而er適shi當dang加jia寬kuan相xiang間jian的de空kong間jian距ju離li也ye是shi可ke以yi的de。此ci時shi無wu論lun是shi達da到dao12mm或20mm，都可由成套電器製造廠自行解決，或請電器元件廠提供有彎頭的接線端子或聯結板(片)laishixian。yibanduanluqichuchangshi

，doutigongdianyuanduanxiangjiandegehuban，yifangzhidianhupenchushizaochengxiangjianduanlu。lingfeihudeduanluqiweifangkaiduanduanludianliushiyoudianlifenziyichu，yeanzhuangzhezhonggehuban。ruguomeiyougehuban
，zeduiluotongpaikebaozhajueyuandai，qijuliyingbuxiaoyu100mm。

關於四極斷路器的應用，目前國內還沒能對國家標準或規程之類作硬性的使用要求的規定，雖然地區性四極電器(斷路器)的de設she計ji規gui範fan已yi經jing出chu台tai
，但dan安an裝zhuang與yu不bu安an裝zhuang四si極ji電dian器qi的de爭zheng論lun還hai在zai進jin行xing中zhong，某mou些xie地di區qu的de使shi用yong近jin年nian來lai出chu現xian一yi窩wo蜂feng的de趨qu勢shi，各ge斷duan路lu器qi製zhi造zao廠chang也ye紛fen紛fen設she計ji，製zhi造zao各ge種zhong型xing號hao的de四si極ji斷duan路lu器qi投tou放fang市shi場chang。筆bi者zhe同tong意yi一yi種zhong意yi見jian，就jiu是shi用yong或huo不bu用yong應ying以yi是shi否fou能neng確que保bao供gong電dian的de可ke靠kao性xing、安全性為準，因此大體上是：

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

(2)TT係統、TN-C-S係統和TN-S係統可使用四極斷路器
，以便在維修時保障檢修者的安全，但是TN-C-S和TN-S係統，斷路器的N極隻能接N線，而不能接PEN或PE線；

(3)裝設雙電源切換的場所，由於係統中所有的中性線(N線)是通聯的，為了確保被切換的電源開關(斷路器)的檢修安全，必須采用四極斷路器；   

(4)進入住宅的單相總開關
，宜選用帶N極的二極斷路器(檢修時作隔離器之用)
；

(5)用於380/220V係統的剩餘電流保護器(漏電斷路器)，中性線必須穿越保護器的零序電流互感器(鐵心)
，防止無中性線的穿過，使220V的負載有泄漏電流而誤動作
，此時應選用四極或帶中性線的二極剩餘電流保護器。

（來源：網絡，版權歸原作者）