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技術(shù)文章
配電系統(tǒng)中使用低壓斷路器應注意的問題
點擊次數(shù)：1852 發(fā)布時間：2012-9-20
低壓斷路器在建筑低壓配電系統(tǒng)中被廣泛使用，是一種保護電器元件。在設計低壓配電系統(tǒng)時，應注意低壓斷路器的選擇性和級聯(lián)保護性；對低壓斷路器過流脫扣器額定電流進行選擇和整定，確保過電流脫扣器動作的靈敏度；當環(huán)境溫度大于或小于校準溫度值時，應根據(jù)制造商提供的溫度與載流能力修正系數(shù)來調(diào)整低壓斷路器的額定電流值。
低壓斷路器具有斷路保護、過載保護、控制和隔離的功能，適用于工業(yè)與民用建筑終端低壓配電系統(tǒng)，在低壓配電系統(tǒng)中廣泛采用。低壓斷路器在配電系統(tǒng)中若設計不當，就會影響供電回路的正常工作。筆者借此談一下低壓斷路器，在低壓配電系統(tǒng)設計中應注意的一些問題。
1.低壓斷路器的選擇性
為了保證低壓配電系統(tǒng)的可靠性，低壓斷路器的選擇性成為終端低壓配電系統(tǒng)設計的一項重要內(nèi)容。如圖1所示在斷路器所保護的配電系統(tǒng)中，當發(fā)生電氣故障時，距故障點zui近的斷路器QF3動作將故障切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成斷電限制在zui小范圍內(nèi)，使其他*供電回路仍能保持正常供電，這就是對低壓斷路器所要求的選擇性。非選擇性低壓斷路器，是指當發(fā)生電氣故障時，距故障點zui近的低壓斷路器QF3動作將故障切除，而其他各級斷路器QF1、QF2、QF4和QF5動作，均處于打開狀態(tài)，不能保證使其他*回路正常供電。低壓斷路器的選擇性在低壓配電系統(tǒng)的設計中占有十分重要的位置，它可以給用戶帶來便利，并能保證供電回路工作的連續(xù)性。所以，家用電器在無選擇性保護下，一旦發(fā)生電氣故障，配電回路的連續(xù)性就不能得到保證，使家用電器如電冰箱、排油煙機等處于停機待啟動狀態(tài)，影響了用戶的日常生活。
在低壓配電系統(tǒng)中用的低壓斷路器按其保護性能可分為，選擇性和非選擇性兩類。選擇性低壓斷路器，有兩段保護和三段保護兩種。其中瞬時特性和短延時特性適用于短路動作，而長延時特性適用于過載保護。非選擇性低壓斷路器，一般為瞬時動作，只做短路保護用。也有的為長延時動作，只做過負荷保護用。如圖2所示低壓斷路器的三種保護特性曲線。
在低壓配電系統(tǒng)中，如果上一級斷路器采用選擇性斷路器，下一級斷路器采用非選擇性斷路器或選擇性斷路器，主要是利用短延時脫扣器的延時動作或延時動作時間的不同，以獲得選擇性。通過上一級斷路器的延時動作時，請注意以下幾點問題：
?、艧o論下一級是選擇性斷路器還是非選擇性斷路器，上一級斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流一般不得小于下一級斷路器出線端的zui大三相短路電流的1.1倍；
⑵如果下一級是非選擇性斷路器，為防止在下一級斷路器所保護回路發(fā)生短路電流時，因這一級瞬時動作靈敏度不夠，而使上一級短延時過電流脫扣器首先動作，使其失去選擇性。一般上一級斷路器的短延時過電流脫扣器的整定電流不小于下一級瞬時過電流脫扣器的1.2倍；
⑶如果下一級也是選擇性斷路器，為保證選擇性，上一級斷路器的短延時動作時間至少比下一級斷路器的短延時動作時間長0.1S。
一般來說，要保證上下兩級低壓斷路器之間選擇性動作，上一級斷路器宜選擇帶短延時的過流脫扣器，而且其動作電流要大于下一級過流脫扣器動作電流一級以上，至少上一級的動作電流Iop.1不小于下一級動作電流Iop.2的1.2倍，即Iop.1≥1.2Iop.2。
2.低壓斷路器的級聯(lián)保護性
在低壓配電系統(tǒng)的設計中，低壓斷路器的上下兩級之間的選擇性配合，必須具有“選擇性、快速性和靈敏性”。選擇性則與上下兩級低壓斷路器之間的配合有關(guān)，而快速性和靈敏性分別與保護電器本身特點和線路運行方式有關(guān)。上下兩級斷路器配合得當，則能有選擇地將故障回路切除，保證配電系統(tǒng)的其它*回路繼續(xù)正常工作。反之，則影響配電系統(tǒng)的可靠性。級聯(lián)保護是斷路器限流特性的具體應用，其主要原理是利用上級斷路器的限流作用，在選擇下級斷路器時，可選擇分斷能力較低的斷路器，以達到降低成本節(jié)約費用的目的。
上級的限流型斷路器QF1能分斷其安裝處的zui大預期短路電流，由于低壓配電系統(tǒng)中上下級的低壓斷路器為串聯(lián)安裝，當下級低壓斷路器QF2出口處發(fā)生短路時，該短路電流由于上級低壓斷路器QF1的限流作用而使其實際值遠小于該處的預期短路電流，也就是說，下級低壓斷路器QF2的分斷能力在上級低壓斷路器QF1幫助下大大增強，超過了其額定分斷能力。這種級聯(lián)保護也是有一定的條件，譬如鄰近的回路不能有重要負載因為一旦QF1跳閘QF3回路也停電，同時QF1的瞬動整定值與QF2的瞬動整定值也要匹配得當?shù)?。級?lián)數(shù)據(jù)只能由實驗測定，上下級低壓斷路器的配合選擇也只能由低壓斷路器制造商提供確定。如表1所示，譬如上級低壓斷路器C65H的分斷能力為10KArms，則下級可選用分斷能力為10KArms的C65N低壓斷路器。（＊表示上下級低壓斷路器之間無級聯(lián)選擇性）
3.低壓斷路器的靈敏度
為了保證低壓斷路器的瞬時或短延時過流脫扣器在系統(tǒng)zui小運行方式下，在其保護范圍內(nèi)發(fā)生zui輕微的短路故障時能可靠動作。低壓斷路器保護的靈敏度必須滿足《低壓配電設計規(guī)范》（GB50054－95）規(guī)定其靈敏度應不小于1.3，即SP=Ik.min/Iop≥1.3，式中Iop—瞬時或短延時過流脫扣器的動作電流，Ik.min—斷路器保護的線路末端在系統(tǒng)zui小運行方式下的單相短路電流或兩相短路電流，SP--低壓斷路器的靈敏度。
在選用低壓斷路器時，還應注意對其靈敏度的校驗，對于同時具有短延時和瞬時過電流脫扣器的選擇性斷路器，只需要校驗短延時過電流脫扣器的動作靈敏度，不需要校驗瞬時過電流脫扣器動作的靈敏度。
4.低壓斷路器的環(huán)境溫度
低壓斷路器的過載保護依靠熱脫扣器來完成，通常低壓斷路器的熱脫扣器額定電流是制造商依據(jù)IEC898標準，在基準溫度為30℃條件下整定的。熱脫扣器是由一組雙金屬片制成，當線路發(fā)生過載，過載電流流過加熱電阻絲而使雙金屬片發(fā)熱變形彎曲，將搭鉤頂開，使低壓斷路器觸點斷開。低壓斷路器的熱脫扣器與環(huán)境溫度是有直接的關(guān)系，若環(huán)境溫度發(fā)生變化就會導致低壓斷路器的額定電流值發(fā)生變化，如表2所示。低壓斷路器一般是排列有序地固定在配電盤上，再安裝在配電箱內(nèi)。配電箱的安裝方式分為明裝和暗裝兩種，明裝配電箱的散熱效果優(yōu)于暗裝配電箱，暗裝配電箱內(nèi)的空氣不宜對流，其散熱效果較差，造成配電箱內(nèi)因低壓斷路器的溫升使周圍環(huán)境的空氣溫度上升。所以，低壓斷路器的實際工作溫度比周圍環(huán)境的溫度高出10℃～15℃左右。因此當環(huán)境溫度大于或小于校準溫度值時，我們必須根據(jù)制造商提供的溫度與載流能力修正系數(shù)表，來修正低壓斷路器的額定電流值。
以C65N/H為例，如果低壓斷路器C65N/H單個安裝，其周圍環(huán)境為30℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為20A；如果低壓斷路器C65N/H單個安裝，其周圍環(huán)境為40℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為18.97A；如果多個C65N/H安裝在配電箱內(nèi)，其周圍環(huán)境為30℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為16A；如果多個C65N/H安裝在配電箱內(nèi)，其周圍環(huán)境為40℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為15.18A。由此我們可以看出，不同的環(huán)境溫度和不同的安裝方式對于低壓斷路器的實際工作電流值是有一定的影響。
5.低壓斷路器脫扣器的選擇與整定
?、诺蛪簲嗦菲鬟^流脫扣器額定電流的選擇低壓斷路器過流脫扣器的額定電流IN.OR不小于線路的計算電流I30，即IN.OR≥I30。
?、频蛪簲嗦菲鬟^流脫扣器動作電流的整定
?、偎矔r過電流脫扣器動作電流的整定。低壓斷路器所保護的對象中，有某些電器設備，這些電器設備在啟動過程中，會在短時間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)倍于其額定電流的高峰值電流，從而使低壓斷路器在短時間內(nèi)承受較大的尖峰電流。瞬時過電流脫扣器的動作電流Iopo必須躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iopo≥Krel·Ipk，式中Krel為可靠系數(shù)。在選用斷路器時，應注意使低壓斷路器的瞬時過電流脫扣器的整定電流躲過尖峰電流，以免引起低壓斷路器的誤動作；
?、诙萄訒r過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。短延時過流脫扣器的動作電流Iops，也應躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iops≥Krel·Ipk，式中Krel為可靠系數(shù)。短延時過流脫扣器的動作時間一般分0.2S、0.4S和0.6S三種，按前后保護裝置的保護選擇性來確定，應使前一級保護的動作時間比后一級保護的動作時間長一個時間級差；
?、坶L延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。長延時過流脫扣器主要是用來保護過負荷，因此其動作電流Iopl只需要躲過線路的zui大負荷電流即計算電流I30，即Iopl≥Krel.I30，式中Krel為可靠系數(shù)。長延時過流脫扣器的動作時間應躲過允許短時過負荷的持續(xù)時間，以免引起低壓斷路器的誤動作；
?、苓^流脫扣器的動作電流與被保護線路的配合要求。為了不致線路因出現(xiàn)過負荷或短路引起絕緣線纜過熱受損甚至失火，而其低壓斷路器不跳閘事故的發(fā)生，低壓斷路器過流脫扣器的動作電流Iop應符合公式的要求，Iop≤Kol.Ial，式中Ial—絕緣線纜的允許載流量；Kol—絕緣線纜的允許短時過負荷系數(shù)，對瞬時和短延時過流脫扣器，一般取4.5；對長延時過流脫扣器，做短路保護時取1.1，只做過負荷保護時取1。
如果不滿足以上配合要求，則應改選脫扣器動作電流，或適當加粗導線或電纜線芯的截面積。
低壓斷路器具有斷路保護、過載保護、控制和隔離的功能，適用于工業(yè)與民用建筑終端低壓配電系統(tǒng)，在低壓配電系統(tǒng)中廣泛采用。低壓斷路器在配電系統(tǒng)中若設計不當，就會影響供電回路的正常工作。筆者借此談一下低壓斷路器，在低壓配電系統(tǒng)設計中應注意的一些問題。
1.低壓斷路器的選擇性
為了保證低壓配電系統(tǒng)的可靠性，低壓斷路器的選擇性成為終端低壓配電系統(tǒng)設計的一項重要內(nèi)容。如圖1所示在斷路器所保護的配電系統(tǒng)中，當發(fā)生電氣故障時，距故障點zui近的斷路器QF3動作將故障切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成斷電限制在zui小范圍內(nèi)，使其他*供電回路仍能保持正常供電，這就是對低壓斷路器所要求的選擇性。非選擇性低壓斷路器，是指當發(fā)生電氣故障時，距故障點zui近的低壓斷路器QF3動作將故障切除，而其他各級斷路器QF1、QF2、QF4和QF5動作，均處于打開狀態(tài)，不能保證使其他*回路正常供電。低壓斷路器的選擇性在低壓配電系統(tǒng)的設計中占有十分重要的位置，它可以給用戶帶來便利，并能保證供電回路工作的連續(xù)性。所以，家用電器在無選擇性保護下，一旦發(fā)生電氣故障，配電回路的連續(xù)性就不能得到保證，使家用電器如電冰箱、排油煙機等處于停機待啟動狀態(tài)，影響了用戶的日常生活。
在低壓配電系統(tǒng)中用的低壓斷路器按其保護性能可分為，選擇性和非選擇性兩類。選擇性低壓斷路器，有兩段保護和三段保護兩種。其中瞬時特性和短延時特性適用于短路動作，而長延時特性適用于過載保護。非選擇性低壓斷路器，一般為瞬時動作，只做短路保護用。也有的為長延時動作，只做過負荷保護用。如圖2所示低壓斷路器的三種保護特性曲線。
在低壓配電系統(tǒng)中，如果上一級斷路器采用選擇性斷路器，下一級斷路器采用非選擇性斷路器或選擇性斷路器，主要是利用短延時脫扣器的延時動作或延時動作時間的不同，以獲得選擇性。通過上一級斷路器的延時動作時，請注意以下幾點問題：
?、艧o論下一級是選擇性斷路器還是非選擇性斷路器，上一級斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流一般不得小于下一級斷路器出線端的zui大三相短路電流的1.1倍；
⑵如果下一級是非選擇性斷路器，為防止在下一級斷路器所保護回路發(fā)生短路電流時，因這一級瞬時動作靈敏度不夠，而使上一級短延時過電流脫扣器首先動作，使其失去選擇性。一般上一級斷路器的短延時過電流脫扣器的整定電流不小于下一級瞬時過電流脫扣器的1.2倍；
⑶如果下一級也是選擇性斷路器，為保證選擇性，上一級斷路器的短延時動作時間至少比下一級斷路器的短延時動作時間長0.1S。
一般來說，要保證上下兩級低壓斷路器之間選擇性動作，上一級斷路器宜選擇帶短延時的過流脫扣器，而且其動作電流要大于下一級過流脫扣器動作電流一級以上，至少上一級的動作電流Iop.1不小于下一級動作電流Iop.2的1.2倍，即Iop.1≥1.2Iop.2。
2.低壓斷路器的級聯(lián)保護性
在低壓配電系統(tǒng)的設計中，低壓斷路器的上下兩級之間的選擇性配合，必須具有“選擇性、快速性和靈敏性”。選擇性則與上下兩級低壓斷路器之間的配合有關(guān)，而快速性和靈敏性分別與保護電器本身特點和線路運行方式有關(guān)。上下兩級斷路器配合得當，則能有選擇地將故障回路切除，保證配電系統(tǒng)的其它*回路繼續(xù)正常工作。反之，則影響配電系統(tǒng)的可靠性。級聯(lián)保護是斷路器限流特性的具體應用，其主要原理是利用上級斷路器的限流作用，在選擇下級斷路器時，可選擇分斷能力較低的斷路器，以達到降低成本節(jié)約費用的目的。
上級的限流型斷路器QF1能分斷其安裝處的zui大預期短路電流，由于低壓配電系統(tǒng)中上下級的低壓斷路器為串聯(lián)安裝，當下級低壓斷路器QF2出口處發(fā)生短路時，該短路電流由于上級低壓斷路器QF1的限流作用而使其實際值遠小于該處的預期短路電流，也就是說，下級低壓斷路器QF2的分斷能力在上級低壓斷路器QF1幫助下大大增強，超過了其額定分斷能力。這種級聯(lián)保護也是有一定的條件，譬如鄰近的回路不能有重要負載因為一旦QF1跳閘QF3回路也停電，同時QF1的瞬動整定值與QF2的瞬動整定值也要匹配得當?shù)?。級?lián)數(shù)據(jù)只能由實驗測定，上下級低壓斷路器的配合選擇也只能由低壓斷路器制造商提供確定。如表1所示，譬如上級低壓斷路器C65H的分斷能力為10KArms，則下級可選用分斷能力為10KArms的C65N低壓斷路器。（＊表示上下級低壓斷路器之間無級聯(lián)選擇性）
3.低壓斷路器的靈敏度
為了保證低壓斷路器的瞬時或短延時過流脫扣器在系統(tǒng)zui小運行方式下，在其保護范圍內(nèi)發(fā)生zui輕微的短路故障時能可靠動作。低壓斷路器保護的靈敏度必須滿足《低壓配電設計規(guī)范》（GB50054－95）規(guī)定其靈敏度應不小于1.3，即SP=Ik.min/Iop≥1.3，式中Iop—瞬時或短延時過流脫扣器的動作電流，Ik.min—斷路器保護的線路末端在系統(tǒng)zui小運行方式下的單相短路電流或兩相短路電流，SP--低壓斷路器的靈敏度。
在選用低壓斷路器時，還應注意對其靈敏度的校驗，對于同時具有短延時和瞬時過電流脫扣器的選擇性斷路器，只需要校驗短延時過電流脫扣器的動作靈敏度，不需要校驗瞬時過電流脫扣器動作的靈敏度。
4.低壓斷路器的環(huán)境溫度
低壓斷路器的過載保護依靠熱脫扣器來完成，通常低壓斷路器的熱脫扣器額定電流是制造商依據(jù)IEC898標準，在基準溫度為30℃條件下整定的。熱脫扣器是由一組雙金屬片制成，當線路發(fā)生過載，過載電流流過加熱電阻絲而使雙金屬片發(fā)熱變形彎曲，將搭鉤頂開，使低壓斷路器觸點斷開。低壓斷路器的熱脫扣器與環(huán)境溫度是有直接的關(guān)系，若環(huán)境溫度發(fā)生變化就會導致低壓斷路器的額定電流值發(fā)生變化，如表2所示。低壓斷路器一般是排列有序地固定在配電盤上，再安裝在配電箱內(nèi)。配電箱的安裝方式分為明裝和暗裝兩種，明裝配電箱的散熱效果優(yōu)于暗裝配電箱，暗裝配電箱內(nèi)的空氣不宜對流，其散熱效果較差，造成配電箱內(nèi)因低壓斷路器的溫升使周圍環(huán)境的空氣溫度上升。所以，低壓斷路器的實際工作溫度比周圍環(huán)境的溫度高出10℃～15℃左右。因此當環(huán)境溫度大于或小于校準溫度值時，我們必須根據(jù)制造商提供的溫度與載流能力修正系數(shù)表，來修正低壓斷路器的額定電流值。
以C65N/H為例，如果低壓斷路器C65N/H單個安裝，其周圍環(huán)境為30℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為20A；如果低壓斷路器C65N/H單個安裝，其周圍環(huán)境為40℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為18.97A；如果多個C65N/H安裝在配電箱內(nèi)，其周圍環(huán)境為30℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為16A；如果多個C65N/H安裝在配電箱內(nèi)，其周圍環(huán)境為40℃，C65N/H的額定電流20A，則其實際工作電流為15.18A。由此我們可以看出，不同的環(huán)境溫度和不同的安裝方式對于低壓斷路器的實際工作電流值是有一定的影響。
5.低壓斷路器脫扣器的選擇與整定
?、诺蛪簲嗦菲鬟^流脫扣器額定電流的選擇低壓斷路器過流脫扣器的額定電流IN.OR不小于線路的計算電流I30，即IN.OR≥I30。
?、频蛪簲嗦菲鬟^流脫扣器動作電流的整定
?、偎矔r過電流脫扣器動作電流的整定。低壓斷路器所保護的對象中，有某些電器設備，這些電器設備在啟動過程中，會在短時間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)倍于其額定電流的高峰值電流，從而使低壓斷路器在短時間內(nèi)承受較大的尖峰電流。瞬時過電流脫扣器的動作電流Iopo必須躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iopo≥Krel·Ipk，式中Krel為可靠系數(shù)。在選用斷路器時，應注意使低壓斷路器的瞬時過電流脫扣器的整定電流躲過尖峰電流，以免引起低壓斷路器的誤動作；
?、诙萄訒r過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。短延時過流脫扣器的動作電流Iops，也應躲過線路的尖峰電流Ipk，即Iops≥Krel·Ipk，式中Krel為可靠系數(shù)。短延時過流脫扣器的動作時間一般分0.2S、0.4S和0.6S三種，按前后保護裝置的保護選擇性來確定，應使前一級保護的動作時間比后一級保護的動作時間長一個時間級差；
?、坶L延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。長延時過流脫扣器主要是用來保護過負荷，因此其動作電流Iopl只需要躲過線路的zui大負荷電流即計算電流I30，即Iopl≥Krel.I30，式中Krel為可靠系數(shù)。長延時過流脫扣器的動作時間應躲過允許短時過負荷的持續(xù)時間，以免引起低壓斷路器的誤動作；
?、苓^流脫扣器的動作電流與被保護線路的配合要求。為了不致線路因出現(xiàn)過負荷或短路引起絕緣線纜過熱受損甚至失火，而其低壓斷路器不跳閘事故的發(fā)生，低壓斷路器過流脫扣器的動作電流Iop應符合公式的要求，Iop≤Kol.Ial，式中Ial—絕緣線纜的允許載流量；Kol—絕緣線纜的允許短時過負荷系數(shù)，對瞬時和短延時過流脫扣器，一般取4.5；對長延時過流脫扣器，做短路保護時取1.1，只做過負荷保護時取1。
如果不滿足以上配合要求，則應改選脫扣器動作電流，或適當加粗導線或電纜線芯的截面積。