低压断路器选择与应用

低压空气断路器的选择与应用

摘要：随着国民经济的飞速增长，各级用户用电要求越来越高，由于低压断路器既是直接面向广大用户的重要设备，又是低压配电网中一种重要的保护电气，它能在电路发生过载、短路和欠电压等故障时，自动切断电路，有效地保护串接在其后面的电气设备；正常条件下也用于不频繁地起动电动机或接通分断电路。因此对电气设计人员来说，低压断路器如何选用得安全、经济、合理、得到更广泛的应用，显得尤为重要。

关键词：用户；低压空气断路器； 选择；应用

1  前言

由于我国电气行业发展相对落后，低压断路器在品种、规格及性能方面比较欠缺、加上现行设计规范的不够完善、用户对产品的认识不清造成的使用偏差，以及设计人员设计水平、经验、选型标准掌握上存在的差异，使得低压断路器在实际工程应用中存在一些不合理的、甚至错误的用法，导致运行和维护困难、故障增多、投资成本增加，并留下了长期的安全隐患。因此，经过翻阅大量的技术资料后，结合对低压断路器在选择和应用方面多年的总结，通过对具有普遍性的问题做出的初步讨论，能引起厂家及用户的共同关注。

2  低压断路器简介

低压断路器即低压自动开关，又称空气开关或自动空气断路器，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和失压时自动跳闸，其功能上与高压断路器雷同。当线路上出现短路故障时其过电流脱扣器动作，使开关跳闸。如出现过负荷时，热元件加热，使双金属片弯曲，也使开关跳闸；当线路电压严重下降或电压消失时，其失压脱扣器动作，同样会使开关跳闸。低压断路器按用途分为：配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护用断路器；按结构形式分为：塑料外壳式和框架式；按脱扣器类型主要分为：热磁式、电磁式、电子式、通地漏泄式；按施加电压形式分为：交流断路器和直流断路器；配电型按保护性能分为：选择性和非选择性。

3. 低压断路器的选用要点

3.1 低压断路器的额定电压≥线路的额定电压；

3.2 低压断路器的额定电流≥线路计算负荷电流；

3.3 低压断路器的脱扣器额定电流≥线路计算负荷电流；

3.4 低压断路器的极限通断能力≥线路中最大短路电流；（注意进出线端的短路通断能力是否相等）

3.5 线路末端单相对地短路电流不小于1.25倍的低压断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流；

3.6 低压断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压；

3.7 选择型配电断路器需考虑短延时短路通断能力和延时梯级的配合；

3.8 选择电动机保护用低压断路器需考虑电动机的起动电流并使其在起动时间内不动作。

3.9 直流快速断路器需考虑过电流脱扣器的动作方向（极性）、短路电流上升率di/dt ；

4. 低压断路器的选用原则

4.1 配电用低压断路器的选用原则

4.1.1  长延时动作电流整定值为导线允许载流量的0.8～1倍；

4.1.2  3倍长延时动作电流整定值的可返回时间不小于线路中最大起动电流的电动机的起动时间；

4.1.3  短延时动作电流整定值不小于1.1（Ijx+1.35kIedm）, Ijx 为线路计算负荷电流；k 为电动机的起动电流倍数；Iedm 为最大一台电动机额定电流；

4.1.4  短延时时间按被保护对象的热稳定校验；

4.1.5  无短延时时，瞬时电流整定值不小于1.1（Ijx+k1kIedm）, k1 为电动机起动电流的冲击系数，取1.7～2；

4.1.6  有短延时时，瞬时电流整定值不小于1.1倍的下级开关进线端计算短路电流值。

4.2 电动机保护用低压断路器的选用原则

4.2.1  长延时电流整定值等于电动机额定电流；

4.2.2  鼠笼型瞬时整定电流为8～15倍脱扣器额定电流；绕线型瞬时整定电流为3～6倍脱扣器额定电流。

4.3 照明用低压断路器的选用原则

4.2.1  长延时电流整定值不大于线路计算负荷电流；

4.2.2  瞬时电流整定值等于6倍的线路计算负荷电流。

4.4 与相邻电器保护特性配合的选用原则

4.4.1  长延时特性低于被保护对象（电缆、电线、电动机、变压器）的允许过载特性；

4.4.2  短延时脱扣器与一次侧过电流保护继电器的配合级差，视不同保护继电器而定；

4.4.3  过电流脱扣器保护特性低于一次侧熔断器的熔化特性；

4.4.4  上级低压断路器的保护特性和下级低压断路器的保护特性不能相交；

4.4.5  上级低压断路器的短延时整定电流不小于1.2倍下级低压断路器的短延时或瞬时（或下级无短延时）整定电流；

4.4.6  上级低压断路器瞬时整定电流不小于低压断路器的延时通断能力不小于1.1倍下级低压断路器进线处的短路电流；

4.4.7  具有短延时的低压断路器如带欠压脱扣器，则欠压脱扣器必须是延时的，其延时时间不小于短路延时时间。

5. 低压断路器的应用

低压断路器用途广泛，它不仅用于主干线、支路、电路末端等作线路（电缆、电线）及电气设备的不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障的保护，还应用于各种负载，如照明回路、电热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等的单独使用和保护。负载的性质不同，选用断路器的额定电流和保护特性也有差异。

5.1 电灯（白炽灯）、电热器回路

　 这些回路基本上是电阻负载，选用的是小型断路器（MCB）。断路器的额定电流理论上是In≥IL （In为断路器额定电流，IL为线路或电气设备的额定电流）。若In取≤IL，MCB可能发生误动作，所以国际上很多国家将用于白炽灯、电热回路的断路器In选为（1.1～1.15）IL。白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程），最大闪流可达10IL，故在选用小型断路器时应选用Ｃ型（瞬动电流整定值5～10倍In）。

5.2  高压汞灯、钠灯、金属卤化灯等的回路

小型断路器的In≥（1.2～1.4）IL，水银灯等的特点是电流的畸变率（系数）达15％，起动时，因镇流器电感因素，将产生冲击电流，但起动的时间也较长。为此，水银灯等的保护用断路器，其瞬动电流应选用Ｃ型。

5.3  电动机回路

作为电动机回路直接保护的断路器可采用电动机保护型断路器，它的过载保护有1.2In、1.5In、7.2In，短路瞬动为12In。这种断路器的额定电流In＝IM（IM为电动机的额定电流）。如果无法找到电动机保护型断路器，也可使用一般配电保护型断路器，但这种配电型断路器仅能作电动机的短路保护（线路的过载保护采用热继电器）。由于这种配电型断路器无躲过电动机起动电流的可返回特性，为了避免电动机起动时断路器动作（包括电动机采用Y－Δ起动器等，在起动、运转瞬间的过渡性冲击电流），所以它的额定电流取的较高。

5.4  焊接机（点焊机、电弧焊机）回路

交流电弧焊机、钢板点焊机、储能点焊机等焊接机的工作电流是间断的、脉冲的，因此选用断路器时，必须进行计算才能确定。

　工作电流所引起的发热是按一齿形波规律的。实践告诉我们，使用率越小，热平均温度与最高温度的差就越大。但是在大部分时间内热等效连续电流超过热平均温度的电流，为了防止断路器的过载长延时脱扣器误动作，一般选择断路器的额定电流In时，In＝（1.2～1.3）Ie。一般而言，规律性间断工作的焊接机的使用率取0.5。焊接机，特别是电弧焊机，起动瞬间电弧被短路而尚未引弧，因此电阻很小，电流很大，电焊变压器一次侧（原边）可能有8～14倍的额定电流。随着电弧的引燃和稳定，电阻及电流也逐渐稳定，这种现象称为过渡性闪流。由于使用焊接机时要频频发生过渡性闪流，当采用瞬动整定电流为（5～10）In的小型断路器（MCB）或瞬动整定值为10In的塑壳式断路器作保护时，常会在此过渡性闪流下产生误动作。多台焊接机同时产生过渡性闪流的情况很少，但二台焊接机有可能相隔很短的时间起动，因此断路器瞬时脱扣电流应再乘一个安全系数1.2。应该说明，断路器是安装在电焊变压器的一次侧（原边）的。

5.5  变流器回路

电压源逆变器和电流源逆变器，用于按正弦交流电压设计的恒速电动机，根据负载的要求，调节电动机的转速实现节能。对变流器回路，断路器的额定电流In为≥（1.4～2）IL。变流器回路的输入电流的畸变率达90％，高次谐波占有率很大，应采用热动--电磁型塑料外壳式断路器。

6. 结论

  随着我国科学技术的不断进步，低压电气产品发展更加先进化、人性化，自动化的生产工艺要求对电源的要求也更加精细化、安全化，因此对每一个设计人员、电气从业人员来说，全面的掌握低压断路器的选择方法与原则，应用到生产实际中，更好地服务于生产生活，确保国民经济的又好又快发展有着重大的意义。本课题是在查阅大量技术标准、选型手册，结合多年以来实践工作的总结所得，希望通过搭建一个在低压断路器选择与应用方面的交流平台，共同学习、共同切磋，也希望能为大家在低压断路器的选择与应用上提供一个帮助，以更好的服务于生产、服务于社会。

参考文献：

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[2] 刘宝林.电气设备选择.施工安装.设计应用手册

[3] 施耐德.ABB.西门子.电器元件选型手册

[4] 曾凡奎.新简明电工手册

[5] 刘介才.工厂供电