談低壓斷路器的選用
時(shí)間：2008-05-12 10:04:00來源：fenghy
導(dǎo)語：?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。
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選用的文章，感到收益很大，但又覺得斷路器的設(shè)計(jì)、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。
一、按線路預(yù)期短路電流的計(jì)算來選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰?/b>
精確的線路預(yù)期短路電流的計(jì)算是一項(xiàng)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(jì)算方法：
1．對于10/0.4KV電壓等級(jí)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(jì)規(guī)范》的2.1.2條規(guī)定：“當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過短路電流的1%時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動(dòng)機(jī)的總功率約在150KW，且是同時(shí)啟動(dòng)使用時(shí)此時(shí)計(jì)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(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當(dāng)原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就是它的預(yù)期短路電流。
4．變壓器的副邊額定電流=Se/1.732U式中Se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(shí)Ue=0.4KV因此簡單計(jì)算變壓器的副邊額定電流應(yīng)是:1.44～.50Se。
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）=Ie/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）
以上計(jì)算均是變壓器出線端短路時(shí)的電流值，這是最嚴(yán)重的短路事故。如果短路點(diǎn)離變壓器有一定的距離， 考慮到線路阻抗，短路電流將減小。例如SL7系列變壓器（配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜），容量為200KVA，變壓器出線端短路時(shí)，三相短路電流I（3）為7210A。短路點(diǎn)離變壓器的距離為100m時(shí)，短路電流I（3）降為4740A； 當(dāng)變壓器容量為100KVA時(shí)其出線端的短路電 流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時(shí)， 短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時(shí)短路電流分別 為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)計(jì)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： 因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過大，以免造成浪費(fèi)。
二、斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?/b>
斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰EC947-2和GB4048.2，對斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦?的定義：斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu）：按規(guī)定的試驗(yàn)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?jǐn)嗄芰?；斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cs）：按規(guī)定的試驗(yàn)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?jǐn)嗄芰Α?
極限短路分?jǐn)嗄芰cu的試驗(yàn)程序?yàn)镺TCO。 其具體試驗(yàn)是：把線路的電流調(diào)整到預(yù)期的短 路電流值（例如380V，50KA），而試驗(yàn)按鈕未 合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗(yàn)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(shí)間（休息時(shí)間），一般為 3min，此時(shí)線路處于熱備狀態(tài)，斷路器再進(jìn)行一次接通（CLOSE簡稱C）和緊接著的開斷（O）（接通試驗(yàn)是考核斷路器在峰值電流下的電動(dòng)和熱穩(wěn)定性和動(dòng)、靜觸頭因彈跳的磨損）。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)?，熄滅電弧，并無超出規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的極限分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)成功；斷路器的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?（Icu）的試驗(yàn)程序?yàn)镺TCOTCO，它比Icu的試驗(yàn)程序多了一次CO。經(jīng)過試驗(yàn)，斷路器能完全分?jǐn)唷⑾珉娀?，并無超出規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的額定進(jìn)行短路分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)通過。Icu和Ics短路分?jǐn)嘣囼?yàn)后，還要進(jìn)行耐壓、保護(hù)特性復(fù)校等試驗(yàn)。由于運(yùn)行短路分?jǐn)嗪?，還要承載額定電流，所以Ics短路試驗(yàn)后還需增加一項(xiàng)溫升的復(fù)測試驗(yàn)。 Icu和Ics短路或?qū)嶋H考核的條件不同，后者比前者更嚴(yán)格、更困難，因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個(gè)或三個(gè)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，即萬能式或框架式）。斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。
萬能式斷路器，絕大部分都具有過載長延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)的三段保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，因此大多數(shù)主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主開關(guān)，因?yàn)橹鞲删€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(shí)要求兩個(gè)CO，而且要求繼續(xù)承載一段時(shí)間的額定電流，因此萬能式斷路器偏重于它的Icu值；而使用在支路上的塑殼式斷路器，經(jīng)過極限短路電流的分?jǐn)嗪驮俅蔚暮?、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），一般只注重其Ics值。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(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。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%Icu， 有些斷路器應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員，按其所計(jì)算的線路預(yù)期短路電流選擇斷路器時(shí)，以斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰砗饬?，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(yù)期短路電流，而運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰t低于計(jì)算電流）為不合格。這是一個(gè)誤解。
三、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(shí)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(shí)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)的相對地電壓和電器的安裝類別等有很大的關(guān)系：相對地電壓值越大，安裝類別越高[分為I（信號(hào)水平級(jí)）、Ⅱ（負(fù)載水平級(jí)）、Ⅲ（配電水平級(jí)）、Ⅳ（電源水平級(jí)）]，要求額定沖擊耐受電壓就越大。例如相對地電壓為220V，安裝類別為Ⅲ時(shí)，Uimp為4.0KV，要是安裝類別為Ⅳ，Uimp為6.0KV。一般塑殼式斷路器的Uimp為6.0KV污染等級(jí)3級(jí)或4級(jí)，其最小的電氣間隙是5.5mm。而產(chǎn)品的實(shí)際的電氣間隙，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(jí)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(jí)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。一般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)品的電氣間隙和爬電距離，達(dá)到絕緣配合要求，就不會(huì)因?yàn)橥鈦磉^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(yàn)和部分型式試驗(yàn)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(shí)產(chǎn)生電動(dòng)斥力，或是大電流時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱，為了增加散熱空間，因而適當(dāng)加寬相間的空間距離也是可以的。此時(shí)無論是達(dá)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(shí)現(xiàn)。一般斷路器出廠時(shí)，都提供電源端相間的隔弧板，以防止電弧噴出時(shí)造成相間短路。零飛弧的斷路器為防開斷短路電流時(shí)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100mm。
四、四極斷路器的應(yīng)用
關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用，目前國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程還沒有對是否使用做出硬性的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器的設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)出臺(tái)，但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進(jìn)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(jì)，制造各種型號(hào)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(zhǔn)，因此大體上是：
1．TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)中，N線與保護(hù)線PE合二為一（PEN線），考慮安全，任何時(shí)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(shí)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．用于380V系統(tǒng)的應(yīng)選用四極 剩余電流保護(hù)器（漏電斷路器）。
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