摘要：最近幾年，與不少斷路器的使用者相互磋商、探討，并在專業(yè)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(shè)計、制造者與它的用戶之間由于溝通、交流和宣傳不夠，致使電器產(chǎn)品的用戶在選擇低壓斷路器上還存在一部分偏失。據(jù)此，筆者擬再次論述斷路器的選擇和應(yīng)用，以期拋磚引玉、去偽存真。 關(guān)鍵詞：斷路器 選用 1、按線路預期短路電流的計算來選擇斷路器的分斷能力 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）對于10/0.4KV電壓等級的變壓器，可以考慮高壓側(cè)的短路容量為無窮大（10KV側(cè)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(shè)計規(guī)范》的2.1.2條規(guī)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(yīng)計入電動機反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)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(yīng)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/1.732U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(yīng)是變壓器容量x1.44～1.50。 （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，若是兩相之間短路，則I（2）=1.732I（3）/2=0.866I（3）（7）以上計算均是變壓器出線端短路時的電流值，這是最嚴重的短路事故。如果短路點離變壓器有一定的距離，則需考慮線路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器（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(shè)計時，應(yīng)計算安裝處（線路）的額定電流和該處可能出現(xiàn)的最大短路電流。并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，不必把余量放得過大，以免造成浪費。 2、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(guān)設(shè)備和控制設(shè)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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件，包括斷路器繼續(xù)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otco。 其具體試驗是：把線路的電流調(diào)整到預期的短路電流值（例如380V，50KA），而試驗按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，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）并熄滅電弧，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為間歇時間（休息時間），一般為3min，此時線路處于熱備狀態(tài)，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(wěn)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，并無超妯規(guī)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（Icu）的試驗程序為otco t co，它比Icu的試驗程序多了一次co。經(jīng)過試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，并無超出規(guī)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短路分斷試驗后，還要進行耐壓、保護特性復校等試驗。由于運行短路分斷后，還要承載額定電流，所以Ics短路試驗后還需增加一項溫升的復測試驗。 Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核的條件不同，后者比前者更嚴格、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）。斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標準規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。 萬能式（框架式）斷路器，絕大部分（不是所有規(guī)格）都具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護功能，能實現(xiàn)選擇性保護，因此大多數(shù)主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主（保護）開關(guān)，而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能（僅有過載長延時和短路瞬動二段保護），不能作選擇性保護，它們只能使用于支路。 由于使用（適用）的情況不同，IEC92《船舶電氣》建議：具有三段保護的萬能式斷路器，偏重于它的運行短路分斷能力值，而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。 我們對此的理解是：主干線切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線停電要影響一大片用戶，所以發(fā)生短路故障時要求兩個CO，而且要求繼續(xù)承載一段時間的額定電流，而在支路，經(jīng)過極限短路電流的分斷和再次的合、分后，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這兩面三刀個重要的技術(shù)指標。只有Ics值在兩類斷路器上表現(xiàn)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%[國外有一種采用旋轉(zhuǎn)雙分斷（點）技術(shù)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系列，施耐德的M系列也不過是70%左右，而塑殼式斷路器，國內(nèi)各種新型號，Ics大抵在50%～75%Icu之間。 有些斷路器應(yīng)用的設(shè)計人員，按其所計算的線路預期短路電流選擇斷路器時，以斷路器的額定運行短路分斷能力來衡量，由此判定某種斷路器（此斷路器的極限短路能力大于線路預期短路電流，而運行短路分斷能力則低于計算電流）為不合格。這是一個誤解。　 3、斷路器的電氣間隙與爬電距離 確定電器產(chǎn)品的電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)的絕緣配合，而絕緣配合則是建立在瞬時過電壓被限制在規(guī)定的沖擊耐受電壓，而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時過電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。因此： （1）電器的額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定電壓 （2）電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓 （3）電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓 基于以上三原則，電器的額定沖擊耐受電壓（優(yōu)先值）Uimp就與電源系統(tǒng)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(guān)系：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）]，額定沖擊電壓就越大。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(chǎn)品（例如斷路器）的Uimp為6.0KV污染等級3級或4級，其最小的電氣間隙是5.5mm。DZ20、CM1和我廠的HSM1系列塑殼斷路器的電氣間隙均為5.5mm（安裝類別Ⅲ），只是用于電源級安裝，如DZ20系列的800以上規(guī)格，Uimp為8.0KV，電氣間隙才提高到≥8mm。而產(chǎn)品的實際的電氣間隙，如HSM1系列，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，都大于5.5mm。 關(guān)于爬電距離，GB/T14048.1《低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備 總則》規(guī)定：電器（產(chǎn)品）的最小爬電距離與額定絕緣電壓（或?qū)嶋H工作電壓）、電器產(chǎn)品使用場所的污染等級以及產(chǎn)品本身使用的絕緣材料的性質(zhì)（絕緣組別）有關(guān)。例如：額定絕緣電壓為660（690）V，污染等級為3，產(chǎn)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(shù)），最小爬電距離為10mm。上面所提到塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過規(guī)定的數(shù)值。 綜上所述，如果電器產(chǎn)品的電氣間隙和漏電距離，達到絕緣配合要求，就不會因為外來過電壓或線路設(shè)備本身的操作過電壓造成設(shè)備的介質(zhì)電擊穿。 GB7251.1-1997《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備》（等郊于IEC439-1：1992），對絕緣配合的要求與GB/T14048.1是完全一樣的。 有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排，其相與相之間的（空氣）距離應(yīng)大于12mm，有的甚至提出斷路器的電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理的，它已經(jīng)超出了絕緣配合的要求。 對于大電流規(guī)格，為了避免在出現(xiàn)短路電流時產(chǎn)生電動斥力，或是大電流時導體發(fā)熱，為了增加散熱空間，因而適當加寬相間的空間距離也是可以的。此時無論是達到12mm或20mm，都可由成套電器制造廠自行解決，或請電器元件廠提供有彎頭的接線端子或聯(lián)結(jié)板（片）來實現(xiàn)。 一般斷路器出廠時，都提供電源端相間的隔弧板，以防止電弧噴出時造成相間短路。零飛弧的斷路器為防開斷短路電流時有電離分子逸出，也安裝這種隔弧板。如果沒有隔弧板，則對裸銅排可包扎絕緣帶，其距離應(yīng)不小于100mm。 4、四極斷路器的應(yīng)用 關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用，目前國內(nèi)還沒能對國家標準或規(guī)程之類作硬性的使用要求的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器（斷路器）的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)出臺，但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進行中，某些地區(qū)的使用近年來出現(xiàn)一窩蜂的趨勢，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)計，制造各種型號的四極斷路器投放市場。 筆者同意一種意見，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準，因此大體上是： （1）TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)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系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)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系統(tǒng)，斷路器的N極只能接N線，而不能接PEN或PE線； （3）裝設(shè)雙電源切換的場所，由于系統(tǒng)中所有的中性線（N線）是通聯(lián)的，為了確保被切換的電源開關(guān)（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(guān)，宜選用帶N極的二極斷路器（檢修時作隔離器之用） （5）用于380/220V系統(tǒng)的剩余電流保護器（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(yīng)選用四極或帶中性線的二極剩余電流保護器。