低压断路器的设计选择和未来发展

摘 要：低压断路器作为低压配电回路、控制回路中频繁使用最重要的保护电器元件之一，也是保护配电网安全、可靠、经济运行和人身安全及人们生产生活用电的关键电器设备，结合低压断路器在设计中选型和实际运行，简要阐述低压断路器选择和未来发展。

关键词：低压断路器； 脱扣器； 短路分段能力； 选择； 发展

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）01-176-002

一、引言

低压断路器在低压配电设计中用于交流50Hz,电压380V及以下和直流电压440V及以下的低压配电系统中，用于分配电能和具备对配电线路、用电及电源设备的过载、短路、故障接地、失压以及欠电压保护功能，通常设计选用于低压线路负载的不频繁转换，是低压配电系统中重要的保护元件之一，是保护配电网安全、可靠、经济运行和人身安全及生产、生活用电的关键设备，设计过程中选择好低压断路器是确保低压网和低压电器设备安全运行的基础。

二、低压断路器的选择

1.断路器的额定电流参数

国标中对断路器的额定电流使用有两个概念，断路器的额定电流In和断路器壳架等级额定电流Inm,给出的解释是：

——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。对带可调式脱扣器的断路器则为脱扣器可长期通过的最大电流。

——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。“断路器壳架等级额定电流”是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头通流能力决定，它也决定了所能安装脱扣器的最大额定电流值。设计过程在选择断路器时，此参数是必须参考的。

例如：我们在设计中选择TM30S—630W—200A或DZ20J—630W/3300—200A型断路器时，其壳架等级额定电流Inm为630A，脱扣器的额定电流In为200A。

在设计选型中，这两个参数概念往往是很多设计者容易混淆不清的关键点，甚至由于设计选型时的失误，影响断路器在实际使用中过载脱扣器动作准确性造成越级跳闸。

2.过电流脱扣器的电流参数

断路器的脱扣器型式有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器等。过电流脱扣器还可分过载脱扣器和短路（电磁）脱扣器，并有长延时、短延时、瞬时之分。过电流脱扣器最为常用。

过电流脱扣器其动作电流整定值可以固定或可调的，调节时通常利用旋钮或是调节杠杆。电磁式过流脱扣器既可以是固定的，也可以是可调的，而电子式过流脱扣器通常是可调的。

过电流脱扣器按安装方式又可分为固定安装式或模块化安装式。固定安装式脱扣器和断路器壳体加工为一体，产品出厂后，其脱扣器额定电流不可调节，如DZ20型；而模块化安装式脱扣器作为一个安装模块，可随时调换，灵活性强，如施耐德公司的产品NS型断路器。

标明过电流脱扣器的电流有以下几个参数：

——脱扣器额定电流In，指脱扣器能长期通过的最大电流。

——长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir,固定式脱扣器Ir＝In，可调式脱扣器其Ir为脱扣器额定电流In的倍数，如Ir＝0.4～1×In

——短延时电磁脱扣器动作电流整定值Im，为过载脱扣器动作电流整定值Ir的倍数，倍数固定或可调，如Im＝2～10Ir对不可调式可在设计中选择其中一适当的整定值。

——瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′，为脱扣器额定电流In的倍数，倍数固定或可调，如Im′＝1.5～11×In对不可调式可在设计中选择其中一适当的整定值。

3.低压断路器电流参数的确定

3.1断路器的额定电流确定。断路器壳架等级额定电流Inm是指框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流，按等级选用。断路器额定电流（过电流脱扣器额定电流）In≥Ic(线路计算电流)。

3.2瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′。设计时低压断路器瞬时过电流脱扣器动作电流额定值Im′，需躲过线路正常工作时发生尖峰电流，即按Im′≥K3（Iqm′＋Ic（n_1）)确定。式中K3脱扣器可靠系数，取1.2；Iqm′为线路中最大一台电动机全起动电流，其值按电动机全起动电流Iqm的2倍计算；Ic（n_1）为除起动电流最大一台电动机以外线路负载计算电流。

3.3短延时过电流脱扣器的整定值Im。

3.3.1设计时低压断路器短延时过电流脱扣器动作电流额定值Im，需躲过线路正常工作时发生尖峰电流，即按Im≥K2（Iqm′＋Ic（n_1）)确定。式中K2脱扣器可靠系数，取1.2；Iqm为线路中最大一台电动机全起动电流；Ic（n_1）为除起动电流最大一台电动机以外线路负载计算电流。

3.3.2动作时间的确定：短延时主要用于保证保护装置选择性。低压断路器短延时的断开时间通常有0.1、0.2、0.4、0.6、0.85、1.0等供选择。

3.4长延时过电流脱扣器整定值Ir。配电设计中低压断路器长延时过电流脱扣器整定电流Ir，应大于线路计算电流Ic,并小于导体载流量Iz,即Iz≥Ir≥Ic。

3.5用于照明低压断路器过电流脱扣器整定值。照明设计中低压断路器长延时和瞬时过电流脱扣器整定电流分别：

——Ir≥K1rIc，Ic为照明线路计算电流，K1r为低压断路器长延时脱扣器可靠系数。

——Im′≥K1m′Ir，Ir为长延时整定电流，K1m′为低压断路器长延时脱扣器可靠系数。

可靠系数取决于电光源起动状况和低压断路器特性。如下

长延时和瞬时过电流脱扣器可靠系数

过电流脱扣器种类 可靠系数 荧光灯 高压荧光汞灯 高压钠灯

卤钨灯 金属卤化物灯

长延时脱扣器 K1r 1.0 1.1 1.0

瞬时脱扣器 K1m′ 4～7 4～7 4～7

4.断路器的短路特性电流参数

4.1额定短路分断能力Icn。断路器的额定短路分断能力Icn应采用Icu和Ius表示，可根据产品样本标准，在设计中来确定。

4.2额定极限短路分断能力Icu。额定极限短路分断能力Icu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段电流之值，它可以用预期短路电流表示。要按规定的试验程序0—t—C0动作之后，不考虑断路器继续承载它的额定电流。

0—表示分断操作；

C0—表示接通操作后紧接着分断操作；

t—表示两个相继操作之间的时间间隔，一般不小于3min。

4.3额定运行短路分断能力Ics。额定运行短路分断能力Ics是指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小的分断电流值，Ics是Icu的一个百分数。在按规定试验程序0—t—C0—t—C0动作之后，断路器应有继续承载它的额定电流的能力。

对于额定短路分断能力大于1500A的小型断路器，国标《家用及类似场所用断路器》GB10963（等效采用IECB98）规定应进行额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics试验。当Icu≤6000A时，其Icu＝Ics,只需作Ics试验。所以表明短路分断能力4500A、6000A的小型断路器，Icu＝Ics＝Icn,故一般只提及额定短路分断能力Icn值。

4.4额定短时耐受电流Icw。额定短时耐受电流Icw是指断路器在规定的试验条件下短时间承受的电流值。对于交流电，此电流值是预期短路电流的周期分量有效值，与额定短时耐受电流有关的时间至少为0.05s。

5.标定断路器的电流参数

断路器的短路电流参数Icu、Ius、Icw在设计选定断路器时需考虑，断路器型号和壳架等级额定电流Inm选定后就确定了，而不需另外标明；而断路器的额定电流参数和所选脱扣器的电流参数根据设计实际情况标明清楚。

5.1微型断路器。对于塑壳和过电流脱扣器合为一体的微型断路器而言，如施耐德公司的C45N系列、ABB公司S230系列、国产DXX19系列等，产品资料中一般只提供“断路器的短路电流”一个值，此参数具有断路器壳架等级额定电流Inm、脱扣器额定电流In、长延时过载脱扣器动作电流额定值Ir三重含义，也即Inm＝In＝Ir,而瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′一般为固定值。因此在选择微型断路器时，只需给出一个电流值即可。

5.2塑壳式断路器。塑壳式断路器种类较多，标定其电流复杂。如DZ20系列、ABB、西门子、施耐德公司等均为常用的塑壳式断路器。

当断路器配装固定式的过流脱扣器时，脱扣器额定电流In和长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir相同，即In＝Ir如DZ20系列、TC系列、H系列断路器属此种情况。设计时标定两个电流值，断路器壳架等级额定电流Inm，脱扣器额定电流In(或长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir)。瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′为固定值，一般不需在图上标明。

当断路器配装可调模块式的过流脱扣器时，脱扣器的各个电流均需在设计图上明确标定，首先标明断路器壳架等级额定电流Inm，另外标明所选择的脱扣器型号和脱扣器的各个电流整定值。如设计选择施耐德公司的CompactNS系列断路器时，因给出以下完整参数。

NS100H型，Inm＝100A,配STR22SE-40A 型电子脱扣器

In＝40A，Ir＝0.8I(32A),Im＝5Ir(160A),Im′≤11In(固定值)

5.3框架式断路器。框架式断路器功能完善，多配装可调模块式过电流脱扣器，如ME、DW15、DW17型，施耐德公司系列、ABB公司的SACE-Emax、上海人民电器的RMW1、常熟开关厂的CW1系列等。设计图上标注电流参数时，除标明断路器壳架等级额定电流Inm，还要标明选择脱扣器各个电流整定值。

6.低压断路器设计选用原则

断路器选用原则：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段能力而非运行短路分段能力。

无论塑壳或框架式受总断路器，其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。

如：塑壳空开：DZ20系列Ics＝50％～77％Icu；TM30系列Ics＝50％～78％Icu

框架式受总断路器：TW30系列Ics＝60％左右Icu

DW45系列Ics＝62％～80％Icu

不管是塑壳空开或框架式受总断路器，只要它的Ics符合IEC947—2（或GB14048.2）标准规定的Icu百分比值是合格产品。设计在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。对于新型断路器的运行分断能力都能满足短路电流的要求。

四.低压断路器的未来发展

随着新技术、新工艺的不断出现，未来低压断路器在技术上和功能上都有很大的发展。从断路器普遍采用电子和智能控制，完善保护功能，以及带通讯接口与现场总线通讯等，发展到具有完整理论体系和多学科交叉的电器智能化系统，成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、配电系统和控制网络技术新的发展趋势。

1.高性能、高可靠、小型化

新型低压断路器除提高主要技术性能外，重点追求综合技术经济指标，如低压万能式断路器，塑壳断路器除提高短路分断能力外，特别关注断路器飞弧距离的减小，同时要求断路器小型化，这对发展新一代紧凑低压成套设备，便于设计选型十分重要。

2.断路器智能化

未来断路器脱扣器智能化不仅体现在可实现长延时、短延时、瞬时过流保护、接地、接地、欠保护功能，可显示电压、电流、频率有功功率、无功功率、功率因数等系统运行参数，而且具备更强的分析能力和综合能力。

3.低压断路器的功能扩展

由于低压断路器的智能脱扣器以微处理为基础，并且有通信功能，所以让新一代智能断路器兼有供电质量监控功能是非常经济有效的功能，并且它在低压网络的各个供电端，通过与中央控制计算机通信可获得配电网各端点的供电质量信息。

五、结语

4.1未来的低压断路器发展趋于智能化功能更加完善，性能更加优良，可靠性更高，更便于设计选用。

4.2智能化断路器将使配电系统和自动化系统的管理更加完善，极大提高供电系统的可靠性和用电设备的安全性，并促进设计水平上一个台阶。

4.3设计过程中完整准确地选择低压断路器，清楚地理解和标定断路器的各个电流参数，是保证设计质量和实现安全运行的基础。

参考文献：

[1]低压电器应用技术，机械工业出版社

[2]GB14048.2—2001，低压断路器，标准

[3] IEC947.2，低压开关柜设备和控制设备断路器