斷路器的選擇與整定

斷路器的選擇與整定趙清湘課程內(nèi)容斷路器的基礎(chǔ)知識(shí)斷路器的選擇斷路器的整定斷路器基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算負(fù)荷

工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備額定功率之和。這是因?yàn)橛秒娫O(shè)備不可能全部同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)設(shè)備也不可能全部滿負(fù)荷，各種用電設(shè)備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，工廠供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂等效是指這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)與等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升與等效負(fù)荷產(chǎn)生的最高溫升相等。我們按照等效負(fù)荷，從滿足用電設(shè)備發(fā)熱的條件來選擇用電設(shè)備，用以計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計(jì)算負(fù)荷”。發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響溫度升高，金屬材料軟化，機(jī)械強(qiáng)度將明顯降低。銅材工作溫度不宜超過200℃，鋁材工作溫度溫度不宜超過90℃。溫度升高，電接觸兩導(dǎo)體表面會(huì)急劇氧化，接觸電阻明顯增加，造成導(dǎo)體及其附件溫度升高，甚至使觸頭發(fā)生熔焊。對(duì)于用彈簧壓緊的觸頭，溫度升高后，彈簧變軟，壓力降低，接觸電阻增大，觸頭發(fā)熱而造成觸頭損壞。對(duì)于靠彈簧反作用力釋放的觸頭，溫度升高后，彈簧變軟，反作用力減小，滅弧能力變差而造成觸頭燒壞。發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響如果運(yùn)行溫度長(zhǎng)期超過材料的極限工作溫度，則絕緣的老化加劇，壽命大大縮短。所以電機(jī)在運(yùn)行中，溫度是壽命的主要因素之一。絕緣8℃定律：有機(jī)絕緣材料的溫度每增加8℃，其使用壽命減半。對(duì)電子元件的影響計(jì)算電流

在設(shè)計(jì)計(jì)算中我們是將“半小時(shí)最大負(fù)荷”作為計(jì)算負(fù)荷的，計(jì)算負(fù)荷用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。為什么用半小時(shí)最大負(fù)荷作為計(jì)算負(fù)荷的值呢?這是因?yàn)?，中小截?35mm2以下)的導(dǎo)線發(fā)熱常數(shù)T一般在10min以上，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間約為(3~4)T，即對(duì)于多數(shù)導(dǎo)體發(fā)熱并達(dá)到穩(wěn)定溫升所需時(shí)間約為30min。所以只有持續(xù)30min以上的平均最大負(fù)荷值才有可能構(gòu)成導(dǎo)體的最高溫升，而時(shí)間很短的尖蜂電流是不能使導(dǎo)線達(dá)到最高溫度的，因?yàn)閷?dǎo)線的溫度還未升高到相應(yīng)負(fù)荷的溫度之前，尖蜂電流早己消失。因此，計(jì)算負(fù)荷與穩(wěn)定在半小時(shí)以上的最大負(fù)荷是基本相當(dāng)?shù)?，所以?jì)算負(fù)荷就可以認(rèn)為是“半小時(shí)最大負(fù)荷”，用P30來表示有功計(jì)算負(fù)荷，用Q30表示無功計(jì)算負(fù)荷、用S30表示視在計(jì)算負(fù)荷，用I30表示計(jì)算電流。計(jì)算負(fù)荷的確定方法計(jì)算負(fù)荷的確定是工廠供電設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)，計(jì)算負(fù)荷的確定是否合理，直接影響到電氣設(shè)備選擇的合理性、經(jīng)濟(jì)性。如果計(jì)算負(fù)荷確定的過大，將使電氣設(shè)備選得過大，造成投資利有色金屬的浪費(fèi)；而計(jì)算負(fù)荷確定的過小，則電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)電能損耗增加，并產(chǎn)生過熱，使其絕緣過于老化，甚至燒毀、造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，在供電設(shè)計(jì)巾，廢根據(jù)不向的情況，選擇正確的汁算入法來確定汁算負(fù)荷。日前，經(jīng)常采用確定計(jì)算負(fù)荷的方法柯：需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法。

計(jì)算負(fù)荷的確定示例尖峰電流

在電氣設(shè)備運(yùn)行中，由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、電壓波動(dòng)等諸方面的因素會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的比計(jì)算電流大幾倍的電流，這種電流稱為尖峰電流，其持續(xù)時(shí)間一般為1—2s。尖峰電流是選擇熔斷器、整定自動(dòng)空氣開關(guān)、整定繼電保護(hù)裝置以及計(jì)算電壓波動(dòng)時(shí)的重要依據(jù)。尖峰電流的確定1、單臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動(dòng)電流尖峰電流的確定2、多臺(tái)用電設(shè)備的配電線路的尖峰電流的計(jì)算

最大負(fù)荷電流（計(jì)算電流）：IB

在最末級(jí)電路上，這一電流對(duì)應(yīng)于負(fù)荷的額定功率(kVA)。對(duì)于頻繁啟動(dòng)的負(fù)載必須要對(duì)過電流所積累的熱效應(yīng)加以考慮。電纜和熱繼電器都會(huì)受到影響。在整個(gè)上游電路中，這一電流對(duì)應(yīng)于供電的功(kVA)，且考慮同時(shí)(不同時(shí))與利用系數(shù)。最大允許電流：Iz這是電路電纜允許無限期通過的且不會(huì)降低其正常預(yù)期壽命的電流的最大值。對(duì)于給定的導(dǎo)線截面積，電流的大小取決于以下幾個(gè)參數(shù)：電纜及電纜通道的內(nèi)部構(gòu)造(銅或鋁導(dǎo)線；PVC或EPR等絕緣方式；有效導(dǎo)線的根數(shù))。周圍環(huán)境溫度。安裝方式。鄰近線路的影響。過電流過負(fù)荷電流這種過電流會(huì)出現(xiàn)在正常的電力線路中，例如，由于一些小的短時(shí)工作制的負(fù)荷偶然地同時(shí)工作、電機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷等等。如果這些情況持續(xù)的時(shí)間超過了給定的時(shí)間(根據(jù)保護(hù)繼電器的整定或熔斷器額定值)，電路就會(huì)被自動(dòng)切斷。短路電流這種電流是由于帶電導(dǎo)體之間和帶電導(dǎo)體與大地之間(具有低阻抗接地中性線的系統(tǒng))以任意種組合由于絕緣失效而導(dǎo)致的，即三相短路兩相短路單相對(duì)中性線短路斷路器電纜保護(hù)原理斷路器被安裝在相關(guān)電路的電源側(cè)由電路電纜敷設(shè)中的I2t特性所給定的時(shí)間以內(nèi)動(dòng)作以切斷電流；但允許最大負(fù)荷電流IB在任意時(shí)長(zhǎng)內(nèi)流過。最大允許電流：Iz斷路器的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用斷路器必須符合IEC60947-1和60947-2標(biāo)準(zhǔn)或者其他等效標(biāo)準(zhǔn)。家庭用的斷路器應(yīng)符合IEC60898標(biāo)準(zhǔn)或者其他等效的國家標(biāo)準(zhǔn)。斷路器的基本特性參數(shù)：

殼架等級(jí)額定值；額定電壓Ue

；額定電流In；過載保護(hù)Ir

脫扣電流整定范圍短路保護(hù)Im

的脫扣電流整定范圍；額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs殼架等級(jí)額定值配備有不同電流整定值的過電流脫扣器的斷路器，能夠適應(yīng)于承受最高的過電流脫扣器整定電流值。例如NS100，配熱磁脫扣器16、25、32、40、50、63、80、100A；配電子脫扣器40、100A.額定工作電壓(Ue)

額定電壓是指斷路器的標(biāo)稱電壓，在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行的電壓。斷路器并能在系統(tǒng)最高工作電壓下保持絕緣；并能按規(guī)定的條件進(jìn)行關(guān)合與開斷。我國規(guī)定在220KV及以下電壓等級(jí)，系統(tǒng)額定電壓的1.15倍即為最高電壓;330KV及以上電壓等級(jí)是以額定電壓的1.1倍作為最高工作電壓。額定電流(In)是指在環(huán)境溫度為40°C下，脫扣器能長(zhǎng)期通過的電流，也就是脫扣器額定電流。對(duì)帶可調(diào)式脫扣器的斷路器則為脫扣器可長(zhǎng)期通過的最大電流。當(dāng)使用在周圍空氣溫度高于40℃（但不高于60℃時(shí)，在符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高允許溫度下，允許降低負(fù)荷長(zhǎng)期工作。過載脫扣器電流整定值Ir電流超過脫扣電流整定值Ir，斷路器延時(shí)跳閘（反時(shí)限或定時(shí)限）。它還代表著斷路器不跳閘時(shí)所能承受的最大電流。該值必須大于最大負(fù)載電流IB，但是小于電路Iz所允許的最大電流。熱脫扣繼電器通?？稍?.7~1.0In范圍內(nèi)調(diào)整，但是如果使用電子設(shè)備，其調(diào)整范圍會(huì)更大；通常為0.4~1.0In。對(duì)于配有不可調(diào)過電流脫扣繼電器的斷路器，Ir=In。短路脫扣器電流整定值Im短路脫扣繼電器(瞬時(shí)或短延時(shí))用于高故障電流值出現(xiàn)時(shí)，使斷路器快速跳閘。其跳閘閾值Im：由家用型斷路器的標(biāo)準(zhǔn)如IEC60898標(biāo)準(zhǔn)確定；或者依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是IEC60947-2標(biāo)準(zhǔn)，由工業(yè)用斷路器的制造廠標(biāo)出。低壓斷路器的過負(fù)荷和短路保護(hù)裝置的電流脫扣范圍短路分?jǐn)嗄芰︻~定極限短路分?jǐn)嗄芰cu：其試驗(yàn)順序是o-t-co(o表示分?jǐn)嗖僮?，co表示接通操作后緊接著分?jǐn)嗖僮?，t表示時(shí)間間隔，一般為3min)，在按規(guī)定的試驗(yàn)順序動(dòng)作后，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流；額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs：其試驗(yàn)操作順序是o-t-co-t-co，在按規(guī)定的試驗(yàn)順序動(dòng)作后，需考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流，即分?jǐn)鄮状味搪饭收虾螅€能保證其正常工作。額定短時(shí)耐受電流Icw：

Icw

是B類斷路器是在制造商給定的時(shí)間內(nèi)，能夠承受熱和電動(dòng)力而不會(huì)造成持久損害的最大電流。Icu=Ics=Icw(1s)Ics＝100％Icu，即使用分?jǐn)嗄芰Φ韧跇O限分?jǐn)嗄芰?，系統(tǒng)經(jīng)歷故障電流后無需更換元器件，滿足系統(tǒng)對(duì)分?jǐn)嗄芰凸╇娺B續(xù)性方面更嚴(yán)格的要求。Icu=Ics=Icw(1s)，具有更高的短時(shí)耐受能力，充分滿足選擇性要求。按規(guī)定塑殼式斷路器的Ics只要大于25%Icu就算合格。而目前市場(chǎng)上斷路器的Ics大多數(shù)在(50％—75%)Icu之間，所以對(duì)供電要求不高的配電系統(tǒng)，只須考慮Icu。

斷路器的分類---按結(jié)構(gòu)分⑴萬能式（ACB、空氣斷路器、框架式、）⑵塑料外殼式（MCCB、MCB、模塊化斷路器、裝置式）斷路器的分類---按保護(hù)對(duì)象分分類保護(hù)功能保護(hù)對(duì)象配電保護(hù)型A類為非選擇型過載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬時(shí)二段保護(hù)電源、電氣線路B類為選擇型過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬時(shí)的三段保護(hù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)型短路、過載、欠電壓電動(dòng)機(jī)家用及類似用途短路照明、家用電器漏電保護(hù)斷路器漏電等觸電、電氣火災(zāi)保護(hù)脫扣器熱磁脫扣器電子脫扣器熱保護(hù)過載保護(hù)長(zhǎng)延時(shí)磁保護(hù)短路保護(hù)短延時(shí)瞬時(shí)脫扣器的型式有兩種型式的脫扣器:熱磁式脫扣器電子式脫扣器兩種脫扣器用于相同的主要功能:構(gòu)成過流保護(hù)使電流過載的回路斷開示意的熱脫扣曲線

Ir=kxInIr-熱保護(hù)整定值k取決于斷路器

Int=k1xIr約定不脫扣電流k1=1.05(MCCB)/1.13(MCB)1小時(shí)In＜63A2小時(shí)In≥63A

It=k2xIr約定脫扣電流k2=1.3(MCCB)/1.4(MCB)在過電流持續(xù)一段時(shí)間后雙金屬片的彎曲足以引起脫扣必定不脫扣區(qū)域可能

脫扣

區(qū)域必定脫扣區(qū)域IrIntIt1hI>In時(shí)雙金屬片原理

過載保護(hù)的脫扣曲線tIMCB MCCBImImntImt固定k1*Irk2*Ir

固定或可調(diào)STR-15%/TMD-20%STR+15%/TMD+20%示意的磁脫扣曲線利用電磁原理，認(rèn)為電流是短路電流Im短路脫扣電流整定值Imnt/Imt為動(dòng)作精度必定脫扣區(qū)域可能脫扣區(qū)域必定不脫扣區(qū)域ImntImImtItime短路保護(hù)的脫扣曲線熱磁脫扣器的脫扣曲線NSX100至250TM80D/100D熱磁脫扣器的脫扣曲線（續(xù)）C65N,C型曲線執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器控制單元CT脫扣器處理電流互感器CT的信號(hào)電流互感器CT的信號(hào)與整定值比較脫扣線圈電子式脫扣器的工作原理在電子式斷路器中，傳統(tǒng)的熱磁脫扣器由一個(gè)電子控制器所替代電子式脫扣器的脫扣曲線MasterpactMTMicrologic5.0,6.0,7.0電子式脫扣器的脫扣曲線NSX100至250MIC2.2250熱磁式斷路器保護(hù)特性曲線簡(jiǎn)圖電子式斷路器保護(hù)特性曲線簡(jiǎn)圖Ir:過載(熱或長(zhǎng)延時(shí))繼電器脫扣電流設(shè)定值Im:短路(磁或短延時(shí))繼電器脫扣電流設(shè)定值Ii:短路瞬動(dòng)繼電器脫扣電流設(shè)定值Icu:分?jǐn)嗄芰(s)lrlmIcuI(A)t(s)lrlmIcuI(A)li兩段保護(hù)三段保護(hù)熱磁式和電子式保護(hù)曲線之間的差別為什么要設(shè)置短延時(shí)？斷路器的選擇斷路器一般選用的原則為：

①斷路器額定電流（殼架電流）≥負(fù)載工作電流（計(jì)算電流）；②斷路器額定電壓≥電源和