低压配电系统中正确使用断路器

低压配电系统中正确使用断路器
断路器广泛应用于低压配电系统中，是一种保护电器元件。

在设计低压配电系统时，应注意断路器的选择性，对断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定，确保充分发挥过电流脱扣器的作用；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。

一、断路器的几种电流参数
断路器的额定电流In，是指脱扣器能长期通过的电流，也就是脱扣器额定电流。

断路器壳架等级额定电流Inm，用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。

它决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。

例如,DW15—1600 额定电流800A的断路器，1600 A是断路器的壳架等级额定电流Inm，断路器的额定电流In为800A。

过电流脱扣器可分为过载脱扣器和短路(电磁)脱扣器，有长延时动作电流（Ir1）、短延时动作电流（Ir2）和瞬时动作电流（Ir3）之分。

如正泰产DW15—1600的Ir1为（0.7～1）In，Ir3为（1～3）In，没有短延时脱扣器；常熟产CW2—1600A 的Ir1为（0.4～1）In，Ir2为（0.4～15）In＋OFF，短延时时间0.1s—0.4s，共4级，Ir3为1.6KA～35 KA＋OFF。

断路器的额定极限短路分断能力(Icu)：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；也就是断路器规定的试验电压及其它规定条件下的极限短路分断电流值，不考虑断路器继续承载它的额定电流。

极限短路分断能力Icu的试验程序为O—t—CO。

其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V，50KA)，而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA的短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。

t为间歇时间，一般为3min，此时线路处于热备状态(试验按钮仍在按下状态)，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。

此程序即为CO。

断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功。

额定运行短路分断能力Ics ，是指断路器在规定的试验电压及其它规定条件下的一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值，在按规定的试验程序O—t—CO—t—CO动作之后，断路器应有继续承载它的额定电流的能力。

它比Icu 的试验程序多了一次CO。

Ics是Icu的一个百分数。

对于万能式和塑壳式断路器，Ics值略有不同，塑壳式允许Ics最小可以是25%Icu，万能式允许Ics最小是50%的Icu ，Ics=Icu的断路器是很少的。

我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%～65%Icu，国际上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不过是70%左右。

二、断路器的电流整定
低压断路器过流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即
In≥Ijs (Ijs为所保护配电线路的计算电流)。

断路器的长延时动作电流（Ir1）主要是用来保护过负荷，一般情况，Ir1取线路计算电流的1.1倍，即
Ir1≥1.1×Ijs (Ijs为所保护的配电线路的计算电流)
短延时过流脱扣器动作电流（Ir2）应躲过线路的尖峰电流Ipk，通常按下式确定：
Ir2≥1.2×（Ipk+ Ijs’）
其中：
Ipk为保护线路中最大1台电机的起动电流
Ijs’为除起动电流最大的1台电机以外的线路计算电流
断路器短延时动作的整定时间通常分：0.1s、0.2s、0.3s、0.4s。

为保证保护装置动作的选择性，上下2级断路器的级差通常取0.1～0.2 s，动作时间还应满足被保护线路的热效应要求。

断路器瞬时动作电流Ir3应满足Ir3≥1.3×（Ipk+ Ijs’），为满足被保护线路的断路器之间的选择性，还要求Ir3大于下一级断路器所保护的线路发生故障时的短路电流的1.1倍。

三、断路器过电流保护动作的选择性
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，使其它无故障供电回路仍能保持正常供电，这就是对断路器所要求的选择性。

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。

在低压配电系统中使用的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，其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。

在低压配电系统中，要保证上、下两级断路器之间选择性动作，一般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。

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。

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。

四、选择满足分断能力的断路器
我们一般根据线路预期短路电流来选择满足分断能力的断路器，但线路预期短路电流的计算是一项非常繁琐的工作。

下面，我们采用一种工程上可以接受的简捷估算方法：
1.对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以认为高压侧的短路容量为无穷大
2.变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分值。

因此当原边电压为额定电压时，副边电流就可以认为接近它的预期短路电流。

I≈1.44×P/UK（P为变压器功率）
3.如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电流将减小。

例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流为7210A。

短路点离变压器的距离为100m时，短路电流降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A，离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。

远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。

所以，用户在设计时，应根据安装处可能出现的最大短路电流选择断路器，不必把余量放得过大，以免造成浪费。

五、环境温度对断路器过载脱扣电流的影响
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，过载电流加热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。

因此当环境温度大于或小于校准温度值时，我们应考虑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。

六、实际使用情况
我公司生产二部低压配电情况：
变压器型号： S7—800／10 一次侧额定电流46.2A 二次侧额定电流1154A 阻抗电压4.5％
通过以上估算二次侧预期短路电流：1154÷4.5％＝25644 A≈26KA
实际使用的断路器为常安产DW15-1600断路器，额定运行短路分断能力Ics 为40 KA，所配过电流脱扣器为选择型，长延时可调值范围为1120～1600A，短延时可调值范围为4800～16000A，短延时时间为0.2秒，瞬断电流可调值范围为16000～32000A。

再次评估我公司低压配电系统：
首先，断路器的运行短路分断能力40 KA>26KA，可见，该断路器用于800KVA 变压器二次侧主进，完全满足运行短路分断能力。

二次侧主母线采用100×10mm铜排，额定载流量1600A，考虑变压器的最大负荷电流，我们把长延时整定为1100A，保证变压器不长时间过载运行。

低压最大功率的电机是280KW 6极电机（80型空气压缩机），起动电流499A，采用电抗降压起动，以4倍计算，起动电流为2000A，再加正常负荷电流1000A，共计3000A，可见，短延时的电流必须大于3000×1.2＝3600 A，我们实际整定为4000 A。

短延时时间为0.2秒。

由于变压器的二次侧预期短路电流是26KA，可见瞬断电流必须小于26KA，考虑成本，下一级配电用断路器都采用非选择性电流脱扣器。

为了保证过电流保护系统的选择性，我们把瞬断电流值整定为16 KA（断路器瞬时过电流整定可调最小值），既能保证二次侧主回路发生短路断路器可靠动作，又能躲过一些较小的（小于16 KA）短路故障电流，尽可能保证系统的选择性。

七、结束语
研究断路器过电流保护在低压配电系统中有着重要意义，正确地使用断路器可以有效地提高低压配电系统的运行性能，尤其对于停电对生产影响较大的企业，更应该注意断路器的科学选型，电流参数合理整定，保证低压配电系统的稳定运行。

参考文献：
《电工技术》伍爱莲高等教育出版社
《万能式断路器DW15—1000、1600、2500、4000安装使用说明书》
中国常安集团有限公司
《DW15—1600.2500.6300系列万能式断路器使用说明书》
浙江正泰电器股份有限公司
《CW2系列智能型万能式断路器使用说明书》常熟开关制造有限公司。