論述斷路器的選擇和應(yīng)用 *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。
1、按線路預(yù)期短路電流的計算來選擇斷路器的分?jǐn)嗄芰?*的線路預(yù)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(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動機(jī)的額定電流之和超過短路電流的1%時，應(yīng)計入電動機(jī)反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1%，應(yīng)是300A，電動機(jī)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(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時，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，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。短路點(diǎn)離變壓器的距離為100m時，短路電流I(3)降為4740A；當(dāng)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(yuǎn)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*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?jǐn)嗄芰?ge;線路的預(yù)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(fèi)。
2、斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰H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(biāo)準(zhǔn)，對斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌亩x：斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰?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?jǐn)嗄芰Γ粩嗦菲鞯念~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?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?jǐn)嗄芰ΑO限短路分?jǐn)嗄芰cu的試驗程序為otco。其具體試驗是：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(jìn)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?jǐn)啵珉娀。o超妯規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的極限分?jǐn)嗄芰υ囼灣晒Γ粩嗦菲鞯倪\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?Icu)的試驗程序為otcotco，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?jǐn)唷⑾珉娀。o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囼炌ㄟ^。Icu和Ics短路分?jǐn)嘣囼灪螅€要進(jìn)行耐壓、保護(hù)特性復(fù)校等試驗。由于運(yùn)行短路分?jǐn)嗪螅€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(fù)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(yán)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(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(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(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(保護(hù))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(hù))，偏重于它的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰χ担罅渴褂糜诜种Ь€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?jǐn)嗪驮俅蔚暮稀⒎趾螅淹瓿善涫姑挥蠭cs值在兩類斷路器上表現(xiàn)略有不同，塑殼式的*小允許Ics可以是25%Icu，萬能式*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?jǐn)?點(diǎn))技術(shù)的塑殼式斷路器，它的限流性能極好，分?jǐn)嗄芰Φ脑６群艽螅勺龅絀cs=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(yù)期短路電流選擇斷路器時，以斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰砗饬浚纱伺卸撤N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*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(fù)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*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(shí)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*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))，*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(dá)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**部分：型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備》(等郊于IEC439-1：1992)，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(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，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(biāo)準(zhǔn)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(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，制造各種型號的四極斷路器投放市常筆者同意一種意見，就是用或不用應(yīng)以是否能確保供電的可靠性、**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**，任何時候不允許斷開PEN線，因此**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**，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**，必須采用四極斷路器；(4)進(jìn)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(hù)器(漏電斷路器)，中性線必須穿越保護(hù)器的零序電流互感器(鐵心)，防止無中性線的穿過，使220V的負(fù)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(hù)器。