直流断路器选型

5 选择断路器几个要点
5. 1 直流整流电路过流保护
直流整流电路的过流保护一般考虑采用在交流侧的熔断器或断路器的保护方案，可根据整流电路、负载和直流侧工作电流来选择交流断路器的额定电流、额定电压和分断能力。

5. 2 电池组直流电源的过流保护
举例说明：一电池组的容量为500 Ah 。

最大放电电压240 V (110 块2. 2 V 的电池串联) 。

每块电池内阻为0. 5 mΩ(电池组内阻Ri = 55 mΩ) 。

电源在选择断路器时应考虑以下3 点：
(1) 选择断路器的工作电流。

I = U/ Z ，Z为电路和设备阻抗，Z = Ri + R = U/ I ，当R mRi ，Ri 可忽略不计。

R = 20 Ω 时，I = 240 V/ 20Ω= 12 A。

断路器额定工作电流可选择16 A。

(2) 选择断路器的额定短路能力。

Icu =U/ Ri = 240 V/ 0. 05 Ω= 4 kA。

可选择具有6 kA或10 kA 的直流短路保护能力的断路器。

如果电池组的内阻未知，可近似计算所选用的断路器的
短路保护能力，用公式Ics = KC ，C 为电池容量，单位为Ah ，K 为系数，10 ≤K < 20 ，一般选择10 ，但不超过20 (如，Ics = 5 kA) 。

交流断路器可采用多极串联的方式来提高其直流分断能力。

(3) 选择断路器的工作电压。

可根据电池的放电电压(也认为是直流电路的电源电压) 决定所
选择断路器的工作电压。

断路器的额定工作电压要大于电池组的放电电压。

6 交流断路器在直流电路中的串联使用
电路中，单相交流电压为220 (230) V、440V ;而直流电路电压为24 、48 、60 、125 、220 (250) 、440 V。

交流断路器在直流电路中应用时重点要考虑直流电路的电压问题。

直流电路的电压越高，电弧电压大于电源电压的熄弧条件越难满足，电弧越不容易熄灭，故交流断路器分断直流短路电流越困难。

交流断路器在直流电路应用中要提高其直流分断能力问题，尤其对于电压较高的直流电路电压，简单有效的办法是将多极断路器串联使用。

多极交流断路器串联有以下两个作用：
(1) 在分断直流短路电流时，相当在电路中串联若干个电弧动态电阻，增加电弧电阻起到对短路电流的限流作用，同时也提高电弧的燃弧电压和减小电路的时间常数，从而可提高断路器的直流分断能力。

(2) 降低每一弧隙电压。

例如，两极断路器串联在250 V 的直流电源中，每弧隙电压为125V ，减少了1/ 2 电压，即燃弧时，弧隙电弧减少了1/ 2 的能量，这样有利与电弧的熄灭。

7 直流应用电路
在直流应用时是否将交流断路器串联使用取决于直流工作电压和直流供电系统。

首先要考虑的是直流电路电源电压但同时也要考虑直流供电系统的形式。

IEC60898 ：222002 规定额定电压为230V 小型交流单极断路器在直流电路中使用时直流电源电压一般不能超过220 V ，> 220 V 直流电压应考虑断路器的二极串联使用。

从更安全的角度上讲建议当直流电压为125 V 时使用二极串联使
用，> 125 V 时，可考虑三极和四极断路器串联，以提高断路器的分断能力。

表2 为交流断路器多极串联时的直流分断能力。

由表2 可见：①串联的极数和直流电源电压成正比，直流电压越高，需要交流断路器的串联极数越多; ②同一直流电源电压下，串联的极数越多，断路器的直流分断能力越高; ③一般直流电源电压在60 V 及以下时，选择单极断路器即可，在125 V 时可以选择使用2 极串联，在250 V 及以上时可以选择3 极或4 极串联使用; ④表2 给出的是在时间常数τ= 15 ms 条件下的试验参数，τ对断路器分断能力的影响见第3 节的叙述; ⑤从表2 的数据可见，串联后的直流短路分断能力要远高于交流断路器本身的分断能力。

若无需过高分断能力可根据负载和电路电压的情况减少断路器的串联极数。

参考IEC6089822∶2000 ，提出常用几种直流电路应用见表3 。

小型断路器应用
小型断路（以下简称MCB）是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。

MCB虽然
是一种终端电器，但其应用量大而且面广，若选用了不合适的MCB，由其造成的损失是不可忽视的。

额定分断选择
MCB的额定分断能力是在保证断路器不受任何损坏的前提下，能分断的最大短路电流值。

现在市场上
见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料和设计手册，一般有各.skA、6hA、10hA等几种额定分断能力。

我们在选用 MCB时，应当像选用 MCCB （塑壳断路器）、ACB（框架式断路器）一样，计算在该使用场合的最大短路容量，再选择MCB。

如果MCB的额定分断能力小平被保护范围内的短路故障电流，则在发
生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB 的爆炸，危及人身和其它电气设备线路的安全运行。

低压配电线路的短路电流与该供电线路的导线截面、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。

一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为0.23/0.4kV，变压器容量大多为1600kVA及以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。

对于不同容量的配电变压器，低压馈线端短路电流是不同的。

一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于当地供电部门采用高压深入符合中。

动的配电网络结线，其配电变压器的容量都控制在 1600kVA以下，并采取单母线分段运行方式的低压电网供电，用电设备距供电电源距离较远（大干250米），选用4.skV及以上分断能力的MCB即可。

对于专供或10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆截面较粗，供电距离较短，应选用6hA及以上额定分断能力的MCB。

而对于如变配电站（站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排）以及大容量车间变配电站（供车间用电设备）等供电距离较短的类似场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。

此外，特别要注意的三点是：
随着现代建筑物中配变容量的增大，大容量母线槽的使用以及用电设备与电源问的距离缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。

MCB产品有两个标准：一个是IEC898《家用装置及类似装置用断路器》（GB10963—1999）；另一个是IEC947—2（低压开关设备及控制设备低压断路器》。

IEC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC947—2是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。

两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。

若按IEC947—2的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并
由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中.这些使用对象都是一般的工作人员。

因此在选用MCB时，一定要注意加以区别，不能混淆。

一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。

在工程中若遇到特殊情况下要求下端子进线、上端子出线，由于开断故障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。

现在有些厂商制造的MCB，上下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但笔者认为，在实际应用中，应以上进下出为妥。

MCB的保护特性根据IEC898规定，可分为A、B、C、D四种特性供用户选用：
A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流In的2—3倍），以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护。

B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A 特性相比较，B特性允许通过的峰值电流<引n，一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护。

C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而MCB不动作，C特性允许通过的峰值电流<5In，一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护。

D特性一般适用于很高的峰值电流（<10In）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下控制的变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。

从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的MCB。

如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择MCB，往往在开灯瞬间导致MCB的误脱扣。

在保护特性方面，IEC898标准中明确规定：MCB不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。

在这方面，设计人员往往容易忽视，并且在一些生产厂商的样本和设计资料手册中也有一些误导的地方。

因电动机在起动瞬间有一个5～ 7In持续时间为10s的起动电流，即使C
特性在电磁脱扣电流设定为（5—10）In，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流；但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1.45In，也就是说，电动机要承受45%以上的过载电流时MCB才能脱扣，这对于只能承受<20%过载的电机定于绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受的。

因此，在某些场合如确需用 MCB对电机进行保护，可选用ABB公司专用的符合IEC947—2标准中K特性的MCB，或采用MCB外加热继电器的方式，对电动机进行过载和短路保护。