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断路器选型原则与选择规范以及注意的问题

2017-08-17
类别:行业趋势
eye 581
文章创建人 拍明
  断路器根据其使用可分为配电型断路器、电机保护型断路器、家用保护型断路器、漏电断路器等,根据它们的保护特性不同,本文介绍如何选择适合的断路器,以便在选择断路器是作为依据。

  1、断路器额定电压≥线路额定电压;

  2、断路器额定电流≥线路计算负荷电流;

  3、断路器脱扣器额定电流≥线路计算负荷电流;

  4、断路器极限通断能力≥线路中最大短路电流;

  5、线路末端单相对地短路电流不小于1.25倍的自动开关瞬时(或短延时)脱扣整定电流;

  6、断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

  1.配电用断路器的选择。配电用断路器一般是用在低压电网中专门用于分配电能的断路器,包括电源总断路器和负载支路断路器。在选用这一类断路器时,需特别注意下列选用原则:

  1)线容许载流量不小于断路器的长延时动作电流整定值。如果是采用电线电缆的情况,断路器的长延时动作电流整定值可取电线电缆容许载流量的80%。2)线路中* 大起动电流的电动机的起动时间不大于3倍长延时动作电流整定值的可返回时间。3)瞬时电流整定值I1:I1=1.1(Ijx+klkIedm)。其中:kl为电动机起动电流的冲击系数,一般取kl=1.7~2;Iedm为* 大的一台电动机的额定电流。

  2.电机保护型断路器的选择。电动机有两个特点:一是起动电流通常是额定电流的几倍;二是具有一定的过载能力。所以,选择断路器来保护电动机时必须要注意到电动机的这两个特点,为保障电动机可靠地运行,在选择断路器时应注意以下几点:

  1)以电动机的额定电流来确定断路器的长延时动作电流整定值。2)断路器的6倍长延时动作电流整定值的可返回时间>电动机的实际起动时间。3)断路器的瞬时动作电流整定值:笼型电动机应为8~15倍脱扣器额定电流;绕线型电动机应为3~6倍脱扣器额定电流。

  3.家用保护型断路器的选择。在家庭供电中通常把断路器当作总电源保护开关或分支线保护开关用。如果线路或家用电器发生短路或过载时,断路器能自动跳闸,切断电源,从而有效的保护这些设备免受损坏,将事故缩减到* 小的范围之内。

  在家庭中一般用单极(1P)作分支保护;用二极(即2P)断路器作总电源保护。在家庭中选择断路器的额定容量电流大小很重要,因为断路器的额定电流如果选择过大,线路或家用电器发生短路或过载时,断路器不能自动跳闸,切断电源,如果选择的偏小,则断路器易频繁跳闸,引起不必要的停电,影响了正常的生活,造成不必要的麻烦。

断路器选型原则.jpg

  一般以额定电流区分般小型断路器规格,主要6A,10A,16A,20A,25A,32A,40A,50A,63A,80A,100A等;一般家庭在选择或验算总负荷电流的总值时要注意以下几点:

  1)各分支电流的值

  ① 纯电阻性负载用电器铭牌上注明功率直接除以电压即的,

  公式I=功率/200v;

  例如200w的灯泡,分支电流I=200W/220=0.9A

  阻性负载电器有灯泡、电热器、电风扇、电炒锅、电暖器、电熨斗、电热毯、电饭锅、吸尘器、电热水器、空调等。

  ② 感性负载计算稍微复杂,要考虑消耗的功率,具体计算还要考虑功率因数等,为便于估算,本人给出一个简单的计算方法,对于一般的感性负载,根据其注明负载计算出来的功率的二倍即可,例如注明200W的日光灯的分支电流I=200W/220v=0.9A,翻倍为0.9*2=1.8A(比精确计算值1.5A,多0.3A)。

  感性类电器有电视机、洗衣机、日光灯、电冰箱、荧光灯等。

  2)总负荷电流即为各分支电流之和

  知道了分支电流和总电流,就可以选择分支断路器及总闸断路器的规格,或者验算已设计的这些电气部件的规格是否符合安全要求;为了确保安全可靠,电气部件的额定工作电流一般应大于2倍所需的* 大负荷电流;另外在选择电气部件时,还要考虑到以后用电负荷增加的可能性,为以后需求留有余量。

  4.漏电断路器的选择

  漏电断路器一般分为二极、三极、四极,分别应用于不同的线路中。只有正确的选择与使用才能起到应有的作用,所以选择漏电断路器时要注意以下五点:

  1)过载脱扣器的额定电流≥线路的* 大负载电流;2)断路器的极限通断能力≥电路* 大短路电流;3)线路应保护的漏电电流应≤断路器的规定漏电保护电流;4)线路设备的正常工作电压和电流≤断路器的额定电压、电流;5)有较短的分断反应时间,能够起到保护线路和设备的作用。

  有时在应用中对于是否选用四极断路器很难做出判断,在此提出对于是否选择四极断路器需遵循的原则,在下列情况下应选择四极断路器:

  1)根据IEC465.1.5条规定,正常供电电源与备用发电机之间的转换断路器;2)带漏电保护的双电源转换断路器应采用四极断路器。两个上级断路器带漏电保护,其下级的电源转换断路器;3)在两种不同接地系统间电源切换断路器;4)TT系统的电源进线断路器;5)IT系统中当有中性线引出时采用的断路器。

  在下列情况下一般不需要使用四极断路器或禁止使用四极断路器:

  1)TN-S、TN-C-S系统一般不需要设置四极断路器;2)TN-C系统严禁使用四极断路器。

  5.断路器选择后在使用过程中的注意事项

  断路器选择后在使用过程中应注意以下内容:断路保护器的漏电、过载、短路保护特性是由制造厂设定的,在使用过程中不可随意调整,以免影响性能;电路接好后,应检查接线是否正确。可通过试验按钮加以检查。断路器因线路短路断开后,需检查触头,若主触头烧损严重或有凹坑时,需进行维修;如断路器不能分断,说明断路器或线路有故障,需进行检修;在漏电保护器投入运行后,每经过一段时间,用户应通过试验按钮检查断路器是否正常运行;漏电断路器的负载接线必须经过断路器的负载端,不允许负载的任一相线或零线不经过漏电断路器,否则将产生人为“漏电”而造成断路器合不上闸,造成“误动”。四极漏电断路器必须接入零线,以使电子线路正常工作;验按钮的作用在于断路器在新安装或运行一定时期后,在合闸通电的状态下对其运行状态进行检查。按动试验按钮,断路器能分断,说明运行正常,可继续使用;为了更加有效地保护线路和设备,可以将漏电断路器与熔断器配合使用。断路器因被保护电路发生故障而分断,则操作手柄处于脱扣位置。查明原因排除故障后,应先将操作手柄向下扳,使操作机构“再扣”后,才能进行合闸操作。


  断路器选择规范要求和方法


  断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。

  假设某电源(SL7 10/0.4kV变压器)的容量为1600kVA,二次电流为2312A,其出线端5m处的 短路电流为42.96kA。某一支路的额定电流为125A,由于此支路离变压器很近,如在10m处,则此支路的断路器需要考虑采用HSM1_125H型塑壳式断路器(它的极限短路分断能力为400 V、50kA)。但是离变压器50m处,由于汇流排等的电阻和电抗值影响,50m处的短路电流已经降到34.5kA,而100m处,降为28.8kA。对此就可选择HSM1_125M型塑壳式断路器(它的极 限短路分断能力为400V、35kA)。

  现在国内许多断路器生产厂家,对同一壳架等级电流的短路分断能力分为E、S、M、H、L或C、L、M、H(常熟开关厂的CM1系列)或S、H、R、U等级别。其中,E为经济型,S为标准型,M为中短路分断型,H为高分断型,L为限流型,C为经济型,L为低分断型;M为高分断型,H为超高分断型;S为标准型,H为高分断型,R为限流型,U为超高分断型。

  以HSM1_125型塑壳断路器为例,E型的极限短路分断能力为400V、15kA,S型为400V、25kA ,M型为400V、35kA,H型为400V、50kA。

  极限短路分断能力(Icu),是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因数) 条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,不再继续承载其额定电流的分断能力。它的试验程序为0—t(线上)C0 (“0”为分断,t 为间歇时间,一般为3min,“C0”表示接通后立即分断)。试检后要验证脱扣特性和工频耐压。

  运行短路分断能力(Ics),是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数)条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,还要继续承载其额定电流的分断能力,它的试验程序为0—t(线上)C0—t (线上)C0。

  短时耐受电流(Icw),是指在一定的电压、短路电流、功率因数下,忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力,Icw 是在短延时脱扣时,对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标,它是针对B类断路器的,通常Icw的最小值是:当In≤2500A时,它为12In或5kA,而In>2500A时,它为30kA( DW45_2000的Icw为 400V、50kA,DW45_3200的Icw为400V、65kA)。

断路器选择规范要求和方法.jpg

  运行短路分断能力的试验条件极为苛刻(一次分断、二次通断),由于试后它还要继续承载额定电流(其次数为寿命数的5%),因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压,还要验证温升。 IEC947_2(以及1997新版IEC60947_2)和我国国家标准GB14048 2规定,Ics可以是极限短路分断能力Icu 数值的25%、50%、75%和100%(B类断路器为50%、75%和 100%,B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故)。

  上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流,这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。

  无论A类或B类断路器,它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。

  A类:DZ20系列Ics=50%~77%Icu,CM1系列Ics=58%~7 2%Icu,TM30系列Ics=50%~75%Icu,(个别产品Ics=Icu)。

  B类:DW15系列Ics=60%左右的Icu,(个别的如630AIcs=Icu,但短路分断能力仅400V时30kA),DW45系列Ics=62.5%~80%Icu 。

  不管是A类或B类断路器,只要它的Ics符合IEC947_2(或GB14048.2)标准规定的 Icu 百分比值都是合格产品。

  用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力≥线路预期短路电流就能满足要求了,对线路本身来说,例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路,可能出现的短路电流约为43kA,它是仅计算离变压器距离为5m,且把刀开关、互感器和断路器的内阻均看成零来计算的(短路电流因此比实际情况偏大)。这种短路的机率极小。在选用断路器时,只要它的极限短路分断能力>43kA,譬如50kA就足够了。经过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使 命,必须更换新的断路器,而运行短路分断能力,例如为50%的Icu ,也达到25kA ,它既可以实现一次分断,二次通断(在25kA短路电流时)故障电流然后还要承载其额定电流 ,任务是非常艰巨的。有些使用者认定要按断路器的运行短路分断能力(Ics)≥ 线路预期短路电流来设计,其实是一种误解,也是不必要的。

  有些制造厂的样本里宣传,它的产品Ics=Icu ,如确实,说明它的I cu 指标有裕度,如不确实,说明它有水份,不可全信,而且Ics=Icu 的断路器 ,其售价要高很多,不合算。

  应提到的是,所有断路器的短路分断能力(无论是Icu 还是Ics )都是周期分量有效值。在短路试验中的“C0”的C(close接通)的电流是峰值电流Ich。在试验站进行短路分断试验时,电压、短路电流(有效值)和功率因数(cos)已调整好,它的接通电流也就被确定了。

  电流与要求相符,但额定短路通断能力小于断路器安装点的线路最大短路电流,必须提高选用断路器的额定电流,而按线路计算负载电流选择过电流脱扣器的额定电流。如果这样还不能满足要求,则可考虑下述三种方案解决:

  1)采用级联保护(或称串级保护)方式,利用上一级断路器和该断路器一起动作来提高短路分断能力。采用这种方案时,需将上一统断路器的脱扣器瞬动电流整定在下级断路器额定短路通断能力的80%左右。

  2)采用限流断路器。

  3)采用断路器加后备熔断器。

  (4) 线路末端单相对地短路电流大于或等于1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣器整定电流。这对负载电流较小,

  配电线路较长的情况尤为重要。因为线路较长时,末端短路电流较小,单相对地短路电流就更小。在三相四线制中相零短路时,对地短路电流还要小些,有时比道电流脱扣器整定的电流还要小,不能使过电流脱扣器动作,因而在单相对地时失去保护。在这种情况下,考虑在零线上装设电流互感器(其二次接电流继电器,对地短路时,继电器动作使断路器分断),或采用带零序电流互感器的线路(或漏电继电器)来解决。采用这些方法时,变压器中性点均应接地。

  (5) 断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

  是否需要欠电压保护,应按使用要求而定,并非所有断路器都需要带欠电压脱扣器。在某些供电质量较差的系统,选用带欠电压保护的断路器,反而会因为电压波动造成不希望的断电。如必须带欠电压脱扣器,则应考虑有适当的延时。

  (6)具有短延时的断路器,若带欠电压脱扣器,则欠电压脱扣器必须是延时的,其延时时间应大于或等于短路延时时间。

  (7)断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。

  (8)电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。


  断路器选型需要考虑的几个问题


  在配电线路发生故障时切断故障电路的器件主要是低压熔断器和低压断路器。如果选用不当,将导致故障时间延长,从而损坏电气设备,扩大事故停电范围。断路器一般选型主要考虑以下几点:

  (1) 根据用途选择断路器的型式及极数;

  根据最大工作电流选择断路器的额定电流;根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。具体要求是:

  ① 断路器的额定工作电压≥线路额定电压;

  ② 断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流,

  ③ 断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流(一般按有效值计算);

  ④ 线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣整定电流;

  ⑤ 断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压;

  ⑥ 断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压;

  ⑦ 电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压;

  ⑧ 断路器用于照明电路时,电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。

  (2) 采取断路器作为单台电动机的短路保护时,瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍或1.7倍。

  (3) 采用断路器作为多台电动机的短路保护时,瞬时脱扣器的整定电流为1.3倍,最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。

断路器选型需要考虑的几个问题.jpg

  (4) 采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时,其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值,脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流,短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍;过载保护的整定电流等于变压器的额定电流。

  (5) 初步选定断路器的类型和等级后,还要与上、下级开关的保护特性进行配合,以免越级跳闸,扩大事故范围。


责任编辑:Davia

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