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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/2/29 16:37:25
摘要:低压断路器在建筑低压配电系统中被广泛使用，是一种保护电器元件。在设计低压配电系统时，应注意低压断路器的选择性和级联保护性；对低压断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定，确保过电流脱扣器动作的灵敏度；当环境温度大于或小于校准温度值时，应根据制造商提供的温度与载流能力修正系数来调整低压断路器的额定电流值。 关键词:选择性脱扣器灵敏度级联保护环境温度 低压断路器具有断路保护、过载保护、控制和隔离的功能，适用于工业与民用建筑终端低压配电系统，在低压配电系统中广泛采用。低压断路器在配电系统中若设计不当，就会影响供电回路的正常工作。笔者借此谈一下低压断路器，在低压配电系统设计中应注意的一些问题。 1.低压断路器的选择性 为了保证低压配电系统的可靠性，低压断路器的选择性成为终端低压配电系统设计的一项重要内容。如图1所示在断路器所保护的配电系统中，当发生电气故障时，距故障点最近的断路器QF3动作将故障切除，而其他各级断路器不动作，从而将故障所造成断电限制在最小范围内，使其他无故障供电回路仍能保持正常供电，这就是对低压断路器所要求的选择性。非选择性低压断路器，是指当发生电气故障时，距故障点最近的低压断路器QF3动作将故障切除，而其他各级断路器QF1、QF2、QF4和QF5动作，均处于打开状态，不能保证使其他无故障回路正常供电。低压断路器的选择性在低压配电系统的设计中占有十分重要的位置，它可以给用户带来便利，并能保证供电回路工作的连续性。所以，家用电器在无选择性保护下，一旦发生电气故障，配电回路的连续性就不能得到保证，使家用电器如电冰箱、排油烟机等处于停机待启动状态，影响了用户的日常生活。 在低压配电系统中用的低压断路器按其保护性能可分为，选择性和非选择性两类。选择性低压断路器，有两段保护和三段保护两种。其中瞬时特性和短延时特性适用于短路动作，而长延时特性适用于过载保护。非选择性低压断路器，一般为瞬时动作，只做短路保护用。也有的为长延时动作，只做过负荷保护用。如图2所示低压断路器的三种保护特性曲线。 在低压配电系统中，如果上一级断路器采用选择性断路器，下一级断路器采用非选择性断路器或选择性断路器，主要是利用短延时脱扣器的延时动作或延时动作时间的不同，以获得选择性。通过上一级断路器的延时动作时，请注意以下几点问题： ⑴无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器，上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍； ⑵如果下一级是非选择性断路器，为防止在下一级断路器所保护回路发生短路电流时，因这一级瞬时动作灵敏度不够，而使上一级短延时过电流脱扣器首先动作，使其失去选择性。一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍； ⑶如果下一级也是选择性断路器，为保证选择性，上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1S。 一般来说，要保证上下两级低压断路器之间选择性动作，上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器，而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上，至少上一级的动作电流Iop.1不小于下一级动作电流Iop.2的1.2倍，即Iop.1≥1.2Iop.2。 2.低压断路器的级联保护性 在低压配电系统的设计中，低压断路器的上下两级之间的选择性配合，必须具有“选择性、快速性和灵敏性”。选择性则与上下两级低压断路器之间的配合有关，而快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关。上下两级断路器配合得当，则能有选择地将故障回路切除，保证配电系统的其它无故障回路继续正常工作。反之，则影响配电系统的可靠性。级联保护是断路器限流特性的具体应用，其主要原理是利用上级断路器的限流作用，在选择下级断路器时，可选择分断能力较低的断路器，以达到降低成本节约费用的目的。 上级的限流型断路器QF1能分断其安装处的最大预期短路电流，由于低压配电系统中上下级的低压断路器为串联安装，当下级低压断路器QF2出口处发生短路时，该短路电流由于上级低压断路器QF1的限流作用而使其实际值远小于该处的预期短路电流，也就是说，下级低压断路器QF2的分断能力在上级低压断路器QF1帮助下大大增强，超过了其额定分断能力。这种级联保护也是有一定的条件，譬如邻近的回路不能有重要负载因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电，同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬动整定值也要匹配得当等。级联数据只能由实验测定，上下级低压断路器的配合选择也只能由低压断路器制造商提供确定。如表1所示，譬如上级低压断路器C65H的分断能力为10KArms，则下级可选用分断能力为10KArms的C65N低压断路器。（＊表示上下级低压断路器之间无级联选择性） 3.低压断路器的灵敏度 为了保证低压断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统最小运行方式下，在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠动作。低压断路器保护的灵敏度必须满足《低压配电设计规范》（GB50054－95）规定其灵敏度应不小于1.3，即SP=Ik.min/Iop≥1.3，式中Iop—瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流，Ik.min—断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流或两相短路电流，SP－－低压断路器的灵敏度。 在选用低压断路器时，还应注意对其灵敏度的校验，对于同时具有短延时和瞬时过电流脱扣器的选择性断路器，只需要校验短延时过电流脱扣器的动作灵敏度，不需要校验瞬时过电流脱扣器动作的灵敏度。 4.低压断路器的环境温度 低压断路器的过载保护依靠热脱扣器来完成，通常低压断路器的热脱扣器额定电流是制造商依据IEC898标准，在基准温度为30℃条件下整定的。热脱扣器是由一组双金属片制成，当线路发生过载，过载电流流过加热电阻丝而使双金属片发热变形弯曲，将搭钩顶开，使低压断路器触点断开。低压断路器的热脱扣器与环境温度是有直接的关系，若环境温度发生变化就会导致低压断路器的额定电流值发生变化，如表2所示。低压断路器一般是排列有序地固定在配电盘上，再安装在配电箱内。配电箱的安装方式分为明装和暗装两种，明装配电箱的散热效果优于暗装配电箱，暗装配电箱内的空气不宜对流，其散热效果较差，造成配电箱内因低压断路器的温升使周围环境的空气温度上升。所以，低压断路器的实际工作温度比周围环境的温度高出10℃～15℃左右。因此当环境温度大于或小于校准温度值时，我们必须根据制造商提供的温度与载流能力修正系数表，来修正低压断路器的额定电流值。 以C65N/H为例，如果低压断路器C65N/H单个安装，其周围环境为30℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为20A；如果低压断路器C65N/H单个安装，其周围环境为40℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为18.97A；如果多个C65N/H安装在配电箱内，其周围环境为30℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为16A；如果多个C65N/H安装在配电箱内，其周围环境为40℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为15.18A。由此我们可以看出，不同的环境温度和不同的安装方式对于低压断路器的实际工作电流值是有一定的影响。 5.低压断路器脱扣器的选择与整定 ⑴低压断路器过流脱扣器额定电流的选择 低压断路器过流脱扣器的额定电流IN.OR不小于线路的计算电流I30，即IN.OR≥I30。 ⑵低压断路器过流脱扣器动作电流的整定 ①瞬时过电流脱扣器动作电流的整定。低压断路器所保护的对象中，有某些电器设备，这些电器设备在启动过程中，会在短时间内产生数倍于其额定电流的高峰值电流，从而使低压断路器在短时间内承受较大的尖峰电流。瞬时过电流脱扣器的动作电流Iopo必须躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iopo≥Krel·Ipk，式中Krel为可靠系数。在选用断路器时，应注意使低压断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流躲过尖峰电流，以免引起低压断路器的误动作； ②短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。短延时过流脱扣器的动作电流Iops，也应躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iops≥Krel·Ipk，式中Krel为可靠系数。短延时过流脱扣器的动作时间一般分0.2S、0.4S和0.6S三种，按前后保护装置的保护选择性来确定，应使前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差； ③长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。长延时过流脱扣器主要是用来保护过负荷，因此其动作电流Iopl只需要躲过线路的最大负荷电流即计算电流I30，即Iopl≥Krel.I30，式中Krel为可靠系数。长延时过流脱扣器的动作时间应躲过允许短时过负荷的持续时间，以免引起低压断路器的误动作； ④过流脱扣器的动作电流与被保护线路的配合要求。为了不致线路因出现过负荷或短路引起绝缘线缆过热受损甚至失火，而其低压断路器不跳闸事故的发生，低压断路器过流脱扣器的动作电流Iop应符合公式的要求，Iop≤Kol.Ial，式中Ial—绝缘线缆的允许载流量；Kol—绝缘线缆的允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，做短路保护时取1.1，只做过负荷保护时取1。 如果不满足以上配合要求，则应改选脱扣器动作电流，或适当加粗导线或电缆线芯的截面积。(
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