低壓交流斷路器的選擇與應用

(德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253002)

0 引言

低壓交流斷路器是接通和分斷正常負荷電流和過負荷電流，并可分斷線路故障短路電流的開關電器。在運行電路中起到控制接通作用，并且具有過負荷、短路、欠壓和漏電保護等功能。低壓交流斷路器按使用類別可分為保護裝置參數可調的選擇型和保護裝置參數不可調的非選擇型。按滅弧介質分為空氣式和真空式。按其使用類別可分為配電型斷路器、電機保護型斷路器、家用保護型斷路器、漏電斷路器。按結構形式可分為萬能式(DW系列)和塑殼式(DZ系列)。低壓斷路器容量范圍很大，最小為4A，最大5000A。既可用在主電路中，也可用在控制電路中。在配電動力電路中可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電器設備實行保護，當它控制的線路或電氣設備發生嚴重的過載、短路、欠壓等故障時能自動切斷電源，斷開故障電路。故障排除后，不需要變更零部件，即可重新接通電源線路。廣泛用于低壓配電系統各級輸出線路，各種機械設備的電源控制和用電終端的控制和保護。

1 低壓斷路器的基本結構和參數

低壓斷路器主要由觸頭系統、保護裝置、滅弧裝置、操作機構組成。觸頭系統一般由主觸頭、弧觸頭和輔加觸頭組成。滅弧裝置采用柵片滅弧方法，即一般由長短不同的鋼片交叉組成滅弧柵，放置在絕緣材料的滅弧室內構成滅弧裝置，其結構原理示意圖如圖1所示。

圖1 低壓斷路器結構原理圖

圖中，L1、L2、L3端為負載接線端。手動合閘后，動、靜觸點閉合，脫扣連桿被鎖扣的鎖鉤鉤住，它又將合閘連桿鉤住，將觸點保持在閉合狀態。發熱元件與主電路串聯，有電流流過時發出熱量，使熱脫扣器的下端向左彎曲。發生過載時，熱脫扣器彎曲到將脫扣鎖鉤推離脫扣連桿，從而松開合閘連桿，動、靜觸點受彈簧的作用而迅速分開。電磁脫扣器有一個匝數很少的線圈與主電路串聯。發生短路時，電磁脫扣器使鐵心脫扣器上部的吸力大于彈簧的反力，脫扣鎖鉤向左轉動，最后也使觸點斷開。同時，電磁脫扣器兼有欠壓保護功能，這樣斷路器在電路發生過載、短路和欠壓時起到保護作用。如果要求手動脫扣時，按下按鈕2就可使觸點斷開。脫扣器的脫扣量值都可以進行整定，只要改變熱脫扣器所需要的彎曲程度和電磁脫扣器鐵心機構的氣隙大小就可以了。當低壓斷路器由于過載而斷開后，應等待2～3min才能重新合閘，以保證熱脫扣器回復原位。保護裝置由過電流脫扣器、熱脫扣器和失壓脫扣器完成短路、過載、失壓等保護功能。

低壓斷路器的主要技術參數包括額定電壓，額定電流，故障短路時的分斷電流。額定電壓又分為額定工作電壓和額定絕緣電壓，額定工作電壓與通斷能力及使用類別有關，同一臺斷路器可以有幾個額定工作電壓和相對應的通斷能力使用類別；額定絕緣電壓是斷路器的最大額定工作電壓值，電氣間隙和爬電距離應參照這些值確定，在任何情況下，斷路器的最大額定工作電壓不超過額定絕緣電壓。額定電流是斷路器殼架等級額定電流，指框架或塑料外殼中能裝進的最大脫扣器額定電流，對帶可調式脫扣器的斷路器是可長期通過的最大電流。例如DZ10-100/3300型低壓斷路器殼架額定電流為100A，脫扣器額定電流等級有15A，20A，25A，30A，40A，50A，60A，80A，100A等九種。其中最大的額定電流100A與殼架等級額定電流一致。額定短路分斷能力，是指斷路器在規定條件下所能分斷的最大短路電流值。

2 低壓斷路器的工作原理

低壓斷路器的工作原理如圖2所示。

圖2 斷路器工作原理示意圖

圖2中為低壓斷路器的三副主觸頭，串聯在被保護的三相主電路中。當按下綠色按鈕時，主電路中三副主觸頭，由鎖鏈鉤住搭鉤，克服彈簧的拉力，保持在閉合狀態。 當線路正常工作時，電磁脫扣器中線圈所產生的吸力不能將它的銜鐵吸合。如果線路發生短路和產生較大過電流時，電磁脫扣器的吸力增大，將銜鐵吸合，并撞擊杠桿，把搭鉤頂上去，切斷主觸點。如果線路上電壓下降或是去電壓時，欠電壓脫扣器的吸力減小或失去吸力，銜鐵被彈簧拉開，撞擊杠桿，把搭鉤頂開，切斷主觸頭。

3 低壓斷路器選擇的主要要素和注意事項

低壓斷路器的選擇需要考慮：斷路器所控制設備的電氣特性；斷路器的使用環境，包括周圍環境溫度，氣候條件；短路電流分斷和接通能力；斷路器操作要求，如分級跳閘、遙控要求和指示及相關輔助觸點，輔助跳閘線圈以及它們間的連接要求；安裝規定，特別是對人身的保護；負荷特性，如電動機、熒光燈、低壓變壓器等。下面主要從電氣特性和短路電流保護方面說明低壓斷路器的選擇。

首先進行額定電壓的選擇，低壓斷路器的額定電壓≥線路的額定電壓；再是額定電流的選擇，低壓斷路器的額定電流﹥線路的計算負載電流。一般斷路器的額定電流比實際負載電流大20%左右，考慮到過載保護和短路保護，如果選擇過大的額定電流，過載保護有可能失去作用，受負載線路的粗細及長短的影響，負載端的短路電流可能達不到瞬時脫扣器的整定電流動作值，使短路保護失效。

其次是斷路器的額定短路分斷能力，是斷路器選擇時需要考慮的最主要因素，低壓斷路器的極限通斷能力≥線路中最大的短路電流。線路末端單相對地短路電流≥1.25倍低壓斷路器瞬時或短延時脫扣整定電流。斷路器是用來保護電纜線路，防止發生火災，所以要根據所用電氣設備來選擇電纜，根據電纜來選擇斷路器，如果斷路器選擇過大，將起不到保護電纜的作用，電纜超載斷路器不會斷開，就會燒壞電路。所以選擇低壓斷路器時要注意以下因素：(1) 低壓斷路器的額定電流和額定電壓應不小于線路的正常工作電壓和計算負荷電流，所有負載工作時的總電流，根據實際情況乘以經驗系數。(2) 熱脫扣器的整定電流應等于所控制負載的額定電流。(3)電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應大于負載正常工作時可能出現的峰值電流。用于控制電動機的斷路器，其順時脫扣整定電流應大于或等于(1.5～1.7)倍的電動機啟動電流。(4)欠壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。(5)斷路器的極限通斷能力應不小于電路最大短路電流，如果通斷能力小于電路最大短路電流，會導致短路時沒能及時斷開而使觸點燒死或引起線路火災。

4 低壓斷路器過流保護的整定原則

低壓斷路器過流保護的整定原則是：用電設備正常工作和正常起動時，所裝設的斷路器不應切斷電路，設備正常起動時，斷路器不會跳閘。線路故障時，各級保護電器應選擇性地切斷電路。斷路器過流脫扣器的保護特性分為長延時特性，短延時特性和瞬時特性。長延時型脫扣器主要是保護過負荷，整定電流應大于或等于線路的計算負載電流，可按計算負載電流的1～1.1倍確定，同時應不大于線路導體長期允許電流的0.8～1倍；選擇動作電流可調的短延時脫扣器整定值時，應躲開線路的短時負荷尖峰電流，根據線路最大一臺電機的啟動電流計算峰值電流；選擇動作電流可調的瞬時脫扣器整定值時，應躲開線路的尖峰電流，考慮線路最大一臺電機全啟動電流因素，同時要考慮可靠系數1.2。《低壓配電設計規范》GB 50054—2011第3．1．1條要求：“電器的額定電流不應小于所在回路的計算電流；電器應滿足短路條件下的動穩定和熱穩定的要求；用于斷開短路電流的電器應該滿足短路條件下的接通能力和分斷能力”。第6．2．1條要求：“配電線路的短路保護電器，應在短路電流對導體和連接處產生的熱作用和機械作用造成危害之前切斷電源”。第6．2．4條要求：“當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍”。

5 電機用低壓斷路器保護分斷電流的計算與選擇

電機保護型斷路器的選擇。電動機有兩個特點：一是起動電流通常是額定電流的幾倍；二是具有一定的過載能力。所以，選擇斷路器保護電動機時必須要注意到電動機的這兩個特點，為保障電動機可靠運行，在選擇斷路器時應注意以下幾點：(1)以電動機的額定電流來確定斷路器的長延時動作電流整定值。(2)斷路器的6倍長延時動作電流整定值的可返回時間>電動機的實際起動時間，一般為15s。(3)斷路器的瞬時動作電流整定值：籠型電動機應為8～15倍脫扣器額定電流；繞線型電動機應為3～6倍脫扣器額定電流。通常籠型三相異步電動機的短路電流是額定電流的十幾到幾十倍不等，受負載線路的粗細及長短的影響較大，籠型三相異步電動機的短路電流分為三相短路，兩相短路和單相接地短路，其中三相短路電流最大，一般為電機額定電流的20～35倍，兩相短路電流一般為電機額定電流的20倍左右，單相接地短路電流最小，一般為額定電流的8～15倍，三相短路電流發生的概率最小，單相接地短路電流產生的概率最大。在“斷路器+接觸器”的電動機控制電路中，斷路器的額定電流選擇一般為1．5～2倍電動機的額定電流，這樣能躲過電動機的起動電流。這與配電用的斷路器選型不同，配電用一般為1～1．2倍回路電流即可。

6 結語

在使用低壓斷路器的過程中如何科學地選型，避免因斷路器選型不當，安裝不合理，造成不能發揮應有的控制與保護作用，在運行中造成一定安全隱患，既降低系統保護運行的可靠性，又對使用人員的人身安全構成威脅。所以如何科學合理地選擇使用低壓斷路器是保證系統安全有效運行的關鍵。要做好低壓配電線路斷路器的選擇，需要全面、準確地理解相關規范中的各項要求。并正確選擇斷路器的形式及參數。只有全面、完整、系統地對保護電路進行科學分析和計算，才能正確選擇斷路器，確保低壓配電線路安全、穩定、可靠地運行。