低壓配電系統(tǒng)中如何正確使用斷路器

        斷路器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)中，是一種保護(hù)電器元件。在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意斷路器的選擇性，對(duì)斷路器過(guò)流脫扣器額定電流進(jìn)行選擇和整定，確保充分發(fā)揮過(guò)電流脫扣器的作用;當(dāng)環(huán)境溫度大于或小于校準(zhǔn)溫度值時(shí)，應(yīng)根據(jù)制造商提供的溫度與載流能力修正系數(shù)來(lái)調(diào)整低壓斷路器的額定電流值。

　　一、斷路器的幾種電流參數(shù)

　　斷路器的額定電流In，是指脫扣器能長(zhǎng)期通過(guò)的電流，也就是脫扣器額定電流。

　　斷路器殼架等級(jí)額定電流Inm，用基本幾何尺寸相同和結(jié)構(gòu)相似的框架或塑料外殼中所裝的最大脫扣器額定電流表示。它決定了所能安裝的脫扣器的最大額定電流值。例如,DW15—1600 額定電流800A的斷路器，1600 A是斷路器的殼架等級(jí)額定電流Inm，斷路器的額定電流In為800A。

　　過(guò)電流脫扣器可分為過(guò)載脫扣器和短路(電磁)脫扣器，有長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流(Ir1)、短延時(shí)動(dòng)作電流(Ir2)和瞬時(shí)動(dòng)作電流(Ir3)之分。如正泰產(chǎn) DW15—1600的Ir1為(0.7～1)In，Ir3為(1～3)In，沒(méi)有短延時(shí)脫扣器;常熟產(chǎn)CW2—1600A 的Ir1為(0.4～1)In，Ir2為(0.4～15)In+OFF，短延時(shí)時(shí)間0.1s—0.4s，共4級(jí)，Ir3為1.6KA～35 KA+OFF。

　　斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰?Icu)：按規(guī)定的試驗(yàn)程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分?jǐn)嗄芰?也就是斷路器規(guī)定的試驗(yàn)電壓及其它規(guī)定條件下的極限短路分?jǐn)嚯娏髦�，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流。

　　極限短路分?jǐn)嗄芰�Icu的試驗(yàn)程序?yàn)镺—t—CO。 其具體試驗(yàn)是：把線路的電流調(diào)整到預(yù)期的短路電流值(例如380V，50KA)，而試驗(yàn)按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗(yàn)按鈕，斷路器通過(guò) 50KA的短路電流，斷路器立即開(kāi)斷(OPEN簡(jiǎn)稱O)并熄滅電弧，斷路器應(yīng)完好，且能再合閘。t為間歇時(shí)間，一般為3min，此時(shí)線路處于熱備狀態(tài)(試驗(yàn)按鈕仍在按下?tīng)顟B(tài))，斷路器再進(jìn)行一次接通(CLOSE簡(jiǎn)稱C)和緊接著的開(kāi)斷(O)(接通試驗(yàn)是考核斷路器在峰值電流下的電動(dòng)和熱穩(wěn)定性和動(dòng)、靜觸頭因彈跳的磨損)。此程序即為CO。斷路器能完全分?jǐn)�，熄滅電弧，并無(wú)超出規(guī)定的損傷，就認(rèn)定它的極限分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)成功。

　　額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰�Ics ，是指斷路器在規(guī)定的試驗(yàn)電壓及其它規(guī)定條件下的一種比額定極限短路分?jǐn)嚯娏餍〉姆謹(jǐn)嚯娏髦担�在按�?guī)定的試驗(yàn)程序O—t—CO—t—CO動(dòng)作之后，斷路器應(yīng)有繼續(xù)承載它的額定電流的能力。它比Icu的試驗(yàn)程序多了一次CO。Ics是Icu的一個(gè)百分?jǐn)?shù)。對(duì)于萬(wàn)能式和塑殼式斷路器， Ics值略有不同，塑殼式允許Ics最小可以是25%Icu，萬(wàn)能式允許Ics最小是50%的Icu ，Ics=Icu的斷路器是很少的。我國(guó)的DW45智能型萬(wàn)能式斷路器的Ics為62.5%～65%Icu，國(guó)際上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不過(guò)是70%左右。

　　二、斷路器的電流整定

　　低壓斷路器過(guò)流脫扣器的額定電流應(yīng)不小于線路的計(jì)算電流，即

　　In≥Ijs (Ijs為所保護(hù)配電線路的計(jì)算電流)。

　　斷路器的長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流(Ir1)主要是用來(lái)保護(hù)過(guò)負(fù)荷，一般情況，Ir1取線路計(jì)算電流的1.1倍，即

　　Ir1≥1.1×Ijs (Ijs為所保護(hù)的配電線路的計(jì)算電流)

　　短延時(shí)過(guò)流脫扣器動(dòng)作電流(Ir2)應(yīng)躲過(guò)線路的尖峰電流Ipk，通常按下式確定：

　　Ir2≥1.2×(Ipk+ Ijs’)

　　其中：

　　Ipk為保護(hù)線路中最大1臺(tái)電機(jī)的起動(dòng)電流

　　Ijs’為除起動(dòng)電流最大的1臺(tái)電機(jī)以外的線路計(jì)算電流

　　斷路器短延時(shí)動(dòng)作的整定時(shí)間通常分：0.1s、0.2s、0.3s、0.4s。為保證保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性，上下2級(jí)斷路器的級(jí)差通常取0.1～0.2 s，動(dòng)作時(shí)間還應(yīng)滿足被保護(hù)線路的熱效應(yīng)要求。

　　斷路器瞬時(shí)動(dòng)作電流Ir3應(yīng)滿足Ir3≥1.3×(Ipk+ Ijs’)，為滿足被保護(hù)線路的斷路器之間的選擇性，還要求Ir3大于下一級(jí)斷路器所保護(hù)的線路發(fā)生故障時(shí)的短路電流的1.1倍。

　　三、斷路器過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的選擇性

　　在斷路器所保護(hù)的配電系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生電氣故障時(shí)，距故障點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作將故障切除，而其他各級(jí)斷路器不動(dòng)作，從而將故障所造成斷電限制在最小范圍內(nèi)，使其它無(wú)故障供電回路仍能保持正常供電，這就是對(duì)斷路器所要求的選擇性。斷路器的選擇性在低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有十分重要的位置，它可以給用戶帶來(lái)便利，并能保證供電回路工作的連續(xù)性。

　　在低壓配電系統(tǒng)中使用的斷路器按其保護(hù)性能可分為選擇性和非選擇性兩類。選擇性低壓斷路器，其瞬時(shí)特性和短延時(shí)特性適用于短路動(dòng)作，而長(zhǎng)延時(shí)特性適用于過(guò)載保護(hù)。

　　在低壓配電系統(tǒng)中，要保證上、下兩級(jí)斷路器之間選擇性動(dòng)作，一般上一級(jí)斷路器采用選擇性斷路器，下一級(jí)斷路器采用非選擇性斷路器或選擇性斷路器，主要是利用短延時(shí)脫扣器的延時(shí)動(dòng)作或延時(shí)動(dòng)作時(shí)間的不同，以獲得選擇性。

　　無(wú)論下一級(jí)是選擇性斷路器還是非選擇性斷路器，上一級(jí)斷路器的瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流一般不得小于下一級(jí)斷路器出線端的最大三相短路電流的1.1倍。

　　如果下一級(jí)也是選擇性斷路器，為保證選擇性，上一級(jí)斷路器的短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間至少比下一級(jí)斷路器的短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)0.1S。

　　四、選擇滿足分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?/strong>

　　我們一般根據(jù)線路預(yù)期短路電流來(lái)選擇滿足分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲�，但線路預(yù)期短路電流的計(jì)算是一項(xiàng)非常繁瑣的工作。下面，我們采用一種工程上可以接受的簡(jiǎn)捷估算方法：

　　1.對(duì)于10/0.4KV電壓等級(jí)的變壓器，可以認(rèn)為高壓側(cè)的短路容量為無(wú)窮大

　　2.變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接(路)，當(dāng)副邊達(dá)到其額定電流時(shí)，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當(dāng)原邊電壓為額定電壓時(shí)，副邊電流就可以認(rèn)為接近它的預(yù)期短路電流。I≈1.44×P/UK(P為變壓器功率)

　　3. 如果短路點(diǎn)離變壓器有一定的距離，則需考慮線路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導(dǎo)線為三芯鋁線電纜)，容量為200KVA，變壓器出線端短路時(shí)，三相短路電流為7210A。短路點(diǎn)離變壓器的距離為100m時(shí)，短路電流降為4740A;當(dāng)變壓器容量為100KVA時(shí)其出線端的短路電流為 3616A，離變壓器的距離為100m處短路時(shí)，短路電流為2440A。遠(yuǎn)離100m時(shí)短路電流分別為0m的65.74%和67.47%。所以，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流選擇斷路器，不必把余量放得過(guò)大，以免造成浪費(fèi)。

　　五、環(huán)境溫度對(duì)斷路器過(guò)載脫扣電流的影響

　　低壓斷路器的過(guò)載保護(hù)依靠熱脫扣器來(lái)完成，通常低壓斷路器的熱脫扣器額定電流是依據(jù)IEC898標(biāo)準(zhǔn)，在基準(zhǔn)溫度為30℃條件下整定的。熱脫扣器是由一組雙金屬片制成，當(dāng)線路發(fā)生過(guò)載，過(guò)載電流加熱雙金屬片發(fā)熱變形彎曲，將搭鉤頂開(kāi)，使低壓斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)。低壓斷路器的熱脫扣器與環(huán)境溫度是有直接的關(guān)系，若環(huán)境溫度發(fā)生變化就會(huì)導(dǎo)致低壓斷路器的額定電流值發(fā)生變化。因此當(dāng)環(huán)境溫度大于或小于校準(zhǔn)溫度值時(shí)，我們應(yīng)考慮根據(jù)制造商提供的溫度與載流能力修正系數(shù)表，來(lái)修正低壓斷路器的額定電流值。

　　六、實(shí)際使用情況

　　我公司生產(chǎn)二部低壓配電情況：

　　變壓器型號(hào)： S7—800/10 一次側(cè)額定電流46.2A 二次側(cè)額定電流1154A 阻抗電壓4.5%

　　通過(guò)以上估算二次側(cè)預(yù)期短路電流：1154÷4.5%=25644 A≈26KA

　　實(shí)際使用的斷路器為常安產(chǎn)DW15-1600斷路器，額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰�Ics為40 KA，所配過(guò)電流脫扣器為選擇型，長(zhǎng)延時(shí)可調(diào)值范圍為1120～1600A，短延時(shí)可調(diào)值范圍為4800～16000A，短延時(shí)時(shí)間為0.2秒，瞬斷電流可調(diào)值范圍為16000～32000A。

　　再次評(píng)估我公司低壓配電系統(tǒng)：

　　首先，斷路器的運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?0 KA>26KA，可見(jiàn)，該斷路器用于800KVA變壓器二次側(cè)主進(jìn)，完全滿足運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Α?/p>

　　二次側(cè)主母線采用100×10mm銅排，額定載流量1600A，考慮變壓器的最大負(fù)荷電流，我們把長(zhǎng)延時(shí)整定為1100A，保證變壓器不長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行。

　　低壓最大功率的電機(jī)是280KW 6極電機(jī)(80型空氣壓縮機(jī))，起動(dòng)電流499A，采用電抗降壓起動(dòng)，以4倍計(jì)算，起動(dòng)電流為2000A，再加正常負(fù)荷電流1000A，共計(jì)3000A，可見(jiàn)，短延時(shí)的電流必須大于3000×1.2=3600 A，我們實(shí)際整定為4000 A。短延時(shí)時(shí)間為0.2秒。

　　由于變壓器的二次側(cè)預(yù)期短路電流是26KA，可見(jiàn)瞬斷電流必須小于26KA，考慮成本，下一級(jí)配電用斷路器都采用非選擇性電流脫扣器。為了保證過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)的選擇性，我們把瞬斷電流值整定為16 KA(斷路器瞬時(shí)過(guò)電流整定可調(diào)最小值)，既能保證二次側(cè)主回路發(fā)生短路斷路器可靠動(dòng)作，又能躲過(guò)一些較小的(小于16 KA)短路故障電流，盡可能保證系統(tǒng)的選擇性。

　　七、結(jié)束語(yǔ)

　　研究斷路器過(guò)電流保護(hù)在低壓配電系統(tǒng)中有著重要意義，正確地使用斷路器可以有效地提高低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行性能，尤其對(duì)于停電對(duì)生產(chǎn)影響較大的企業(yè)，更應(yīng)該注意斷路器的科學(xué)選型，電流參數(shù)合理整定，保證低壓配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)：

　　《電工技術(shù)》 伍愛(ài)蓮 高等教育出版社

　　《萬(wàn)能式斷路器DW15—1000、1600、2500、4000安裝使用說(shuō)明書(shū)》

　　中國(guó) 常安集團(tuán)有限公司

　　《DW15—1600.2500.6300系列萬(wàn)能式斷路器使用說(shuō)明書(shū)》

　　浙江正泰電器股份有限公司

　　《CW2系列智能型萬(wàn)能式斷路器使用說(shuō)明書(shū)》常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司