斷路器的選擇與整定剖析.ppt

1、斷路器的選擇與整定,課程內(nèi)容,斷路器的基礎(chǔ)知識 斷路器的選擇 斷路器的整定,斷路器基礎(chǔ)知識,計算負(fù)荷,工廠供電系統(tǒng)運行時的實際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備額定功率之和。這是因為用電設(shè)備不可能全部同時運行，每臺設(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)備在實際運行中所產(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，用以計算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計算負(fù)荷”。,發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響,溫度升高，金

2、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)熱對電氣設(shè)備的影響,如果運行溫度長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。 對電子元件的影響

3、,計算電流,在設(shè)計計算中我們是將“半小時最大負(fù)荷”作為計算負(fù)荷的，計算負(fù)荷用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。為什么用半小時最大負(fù)荷作為計算負(fù)荷的值呢?這是因為，中小截面(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)定溫升的時間約為(34)T，即對于多數(shù)導(dǎo)體發(fā)熱并達(dá)到穩(wěn)定溫升所需時間約為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，而時間很短的尖蜂電流是不能使導(dǎo)線達(dá)到最高溫度的，因為導(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，計算負(fù)荷與穩(wěn)定在半小時以上的最大負(fù)荷是基本相當(dāng)?shù)?，所以計算?fù)荷就可以認(rèn)為是“半小時最大負(fù)荷”，用

4、P30來表示有功計算負(fù)荷，用Q30表示無功計算負(fù)荷、用S30表示視在計算負(fù)荷，用I30表示計算電流。,計算負(fù)荷的確定方法,計算負(fù)荷的確定是工廠供電設(shè)計中很重要的一環(huán)，計算負(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；而計算負(fù)荷確定的過小，則電氣設(shè)備運行時電能損耗增加，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)常采用確定計算負(fù)荷的方法柯：需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法。,計算負(fù)荷的確定示例,尖峰電流,在電氣設(shè)備運行中，由于電

5、動機(jī)的起動、電壓波動等諸方面的因素會出現(xiàn)短時間的比計算電流大幾倍的電流，這種電流稱為尖峰電流，其持續(xù)時間一般為12s。 尖峰電流是選擇熔斷器、整定自動空氣開關(guān)、整定繼電保護(hù)裝置以及計算電壓波動時的重要依據(jù)。,尖峰電流的確定,1、單臺用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動電流,尖峰電流的確定,2、多臺用電設(shè)備的配電線路的尖峰電流的計算,最大負(fù)荷電流（計算電流）：IB,在最末級電路上，這一電流對應(yīng)于負(fù)荷的額定功率 (kVA) 。對于頻繁啟動的負(fù)載必須要對過電流所積累的熱效應(yīng)加以考慮。電纜和熱繼電器都會受到影響。 在整個上游電路中，這一電流對應(yīng)于供電的功(kVA) ，且考慮同時 (不同時)與利用系數(shù)。,最大允

6、許電流：Iz,這是電路電纜允許無限期通過的且不會降低其正常預(yù)期壽命的電流的最大值。對于給定的導(dǎo)線截面積，電流的大小取決于以下幾個參數(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 這種過電流會出現(xiàn)在正常的電力線路中，例如，由于一些小的短時工作制的負(fù)荷偶然地同時工作、電機(jī)啟動負(fù)荷等等。如果這些情況持續(xù)的時間超過了給定的時間 ( 根據(jù)保護(hù)繼電器的整定或熔斷器額定值) ，電路就會被自動切斷。 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

7、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特性所給定的時間以內(nèi)動作以切斷電流； 但允許最大負(fù)荷電流 IB在任意時長內(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 IEC 60947-1 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 IEC 60898 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?/p>

8、力Icu 額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs,殼架等級額定值,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，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

9、環(huán)境溫度為 40 C下，脫扣器能長期通過的電流，也就是脫扣器額定電流。對帶可調(diào)式脫扣器的斷路器則為脫扣器可長期通過的最大電流。 當(dāng)使用在周圍空氣溫度高于40（但不高于60時，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，斷路器延時跳閘（反時限或定時限）。它還代表著斷路器不跳閘時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?0.7 1.0 In范圍內(nèi)調(diào)整，但是如果使用電子設(shè)備，其調(diào)整范圍會更大；通常為 0.4 1.0 In。 對于配有不可調(diào)過電流脫扣繼電器的斷路器

10、，Ir = In。,短路脫扣器電流整定值 Im,短路脫扣繼電器 ( 瞬時或短延時)用于高故障電流值出現(xiàn)時，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 IEC 60898 標(biāo)準(zhǔn)確定；或者依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是 IEC 60947-2 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?額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu： 其試驗順序是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表示時間間隔，一般為3min)，在按規(guī)定的試驗順序動作后，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流； 額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs： 其試驗操作順序是o-t

11、-co-t-co，在按規(guī)定的試驗順序動作后，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。 額定短時耐受電流 Icw： Icw 是 B 類斷路器是在制造商給定的時間內(nèi)，能夠承受熱和電動力而不會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。而目前市場上斷路器的Ics大多數(shù)在(5

12、075%)Icu之間，所以對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,萬能式（ACB、空氣斷路器、框架式、）,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)對象分,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 = k x In Ir- 熱保護(hù)整定值 k 取決于斷路器,Int = k1 x Ir 約定不脫扣電流 k1=1.05(MCCB)/1.13(MCB) 1 小時 In 63A 2 小時 In 63A,It = k2 x Ir 約定

13、脫扣電流 k2=1.3(MCCB)/1.4(MCB),在過電流持續(xù)一段時間后 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,Ir,Int,It,1h,雙金屬片原理,過載保護(hù)的脫扣曲線,t,I,MCBMCCB,Im Imnt Imt,固定 k1*Ir k2*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,Imnt,Im,Imt,I,time,短路保護(hù)的脫扣曲線,熱磁脫

14、扣器的脫扣曲線,NSX100至250 TM80D/100D,熱磁脫扣器的脫扣曲線（續(xù)）,C65N, C型曲線,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電子控制器所替代,電子式脫扣器的脫扣曲線,Masterpact MT Micrologic 5.0,6.0,7.0,電子式脫扣器的脫扣曲線,NSX100 至250 MIC2.2 250,熱磁式斷路器保護(hù)特性曲線簡圖,電子式斷路器保護(hù)特性曲線簡圖,Ir : 過載 (熱或長延時) 繼電器脫扣電流設(shè)定值 Im : 短路 (磁或短延時) 繼電器脫扣電流設(shè)定值 Ii : 短路瞬動繼電器脫扣電流設(shè)定值 Icu : 分?jǐn)嗄芰?t (s)

15、,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？,斷路器的選擇,斷路器一般選用的原則為：, 斷路器額定電流（殼架電流）負(fù)載工作電流（計算電流）； 斷路器額定電壓電源和負(fù)載的額定電壓； 斷路器脫扣器額定電流負(fù)載工作電流（計算電流）； 斷路器極限通斷能力電路最大短路電流； 斷路器欠電壓脫扣器額定電壓=線路額定電壓。,斷路器選擇還需考慮的因素,結(jié)構(gòu)形式的選擇 負(fù)荷特性，例如電動機(jī)、熒光燈、LV/LV 變壓器等。 斷路器的使用環(huán)境：周圍環(huán)境溫度、位于配電亭或開關(guān)柜的外殼中、氣候條件等； 斷路器操作要求：選擇性脫扣、遙控要求和指示及相關(guān)輔助觸點，輔助脫扣線圈以及它們之間連線

16、的要求； 安裝規(guī)定，特別是對人身的保護(hù)；,1、結(jié)構(gòu)形式,各種結(jié)構(gòu)斷路器的用途,框架式斷路器： 一般用于變壓器400V側(cè)出線總開關(guān)、母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)或大容量饋線開關(guān)和大型電動機(jī)控制開關(guān)。,塑殼斷路器： 一般用于配電饋線控制和保護(hù)、小型配電變壓器的低壓側(cè)出線總開關(guān)、動力配電終端控制，也可用于各種生產(chǎn)機(jī)械的電源開關(guān)。,小型斷路器： 照明、家電等小容量設(shè)備,2、負(fù)載特性,（1）照明（白熾燈）、電熱器回路 屬于電阻負(fù)載，宜選用的是小型斷路器。,In 選為（ 1.11.15 ）IL,（2）高壓汞燈、鈉燈及金屬鹵化燈等的回路,（In 為斷路器額定電流，IL 為線路或電氣設(shè)備的額定電流）,高壓汞燈、鈉燈及金屬鹵化

17、燈等回路使用的小型斷路器 In （1.21.4）IL 。,（3）用于配電脫扣器類型選擇 （以施耐德Compact NSX斷路器為例）,熱磁脫扣器TM: ( NSX100, 160, 250) 電子脫扣器：MIC2.2, MIC5.2A, MIC5.2E, MIC6.2A, MIC6.2E( NSX100,160,250) MIC2.3,MIC5.3A,MIC5.3E,MIC6.3A, MIC6.3E,( NSX400,630),（4）用于電動機(jī)脫扣器類型選擇 （以施耐德Compact NSX斷路器為例）,熱磁脫扣器：MA( 適用于 NSX100-250) 電子脫扣器：MIC2.2M, MIC6

18、.2E-M ( 用于NSX100-250) MIC1.3M,MIC2.3M,MIC6.3E-M 用于NSX400-630),（5）焊接機(jī)（點焊機(jī)、電弧焊機(jī)）回路,交流電弧焊機(jī)、鋼板點焊機(jī)及儲能點焊機(jī)等焊接機(jī)的工作電流是間斷的、脈沖的，一般選擇斷路器的額定電流 In= (1.2 1.3) Ie,（6）可控硅整流回路,斷路器的額定電流 1.4IL,（7）變流器回路,斷路器的額定電流In (1.4 2)IL,3、不同環(huán)境溫度情況下斷路器額定電流的選擇,斷路器的額定電流取決于其給定的工作環(huán)境溫度，一般情況下為： 家用型斷路器為 30 C 工業(yè)型斷路器為 40 C,2. 安裝在小型封閉式金屬外殼配電箱內(nèi)

19、的斷路器，由于散熱產(chǎn)生的相互溫度影響，當(dāng)帶上正常負(fù)荷時，斷路器的額定電流值通常需要乘以一個系數(shù) 0.8,C60N 應(yīng)該選擇多大的定額？ 為了保護(hù)電路，預(yù)期最大負(fù)荷電流為 34 A ； 與其他斷路器緊靠安裝在封閉的配電箱內(nèi)； 環(huán)境溫度為 50 C。,50 C 時 C60N 額定電流值將由 40 A 降為 35.6 A ?？紤]到斷路器安裝在封閉空間中的相互散熱問題，應(yīng)該乘以 0.8 的系數(shù)，即 35.60.8 = 28.5 (A)，該電流值與負(fù)荷電流值 34 A 不匹配。 選擇額定電流為 50 A 的斷路器，考慮溫度因素后其電流額定值為 440.8 = 35.2 (A)。,4、選擇性脫扣,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，距故障點最近的斷路器動作將故障切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成斷電限制在最小范圍內(nèi)，使其他無故障供電回路仍能保持正常供電，這就是對低壓斷路器所要求的選擇性。,其他出線回路的供電不受影響,CB1,只有CB2 脫扣,CB2,各種選擇性技術(shù),電流選擇性: 基于保護(hù)設(shè)備電流設(shè)定值的不同; 時間選擇性: 基于保護(hù)響應(yīng)時間設(shè)定值的不同; 邏輯選擇性: 根據(jù)故障位置，緊靠故障的上級斷路器