断路器的选择

    断路器是配电系统中使用最广泛的一种终端保护电器，其主要作用是作为短路、过载、接地故障及欠压保护等。本文就日常选用断路器时，常遇到的断路器类型、电气参数及前后级选择性配合作一探讨。

一、断路器产品标准及分类

  断路器有两个产品标准：一个是IEC898《家用及类似场所用断路器》；另一个是IEC947―2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》。IEC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC947―2是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。两个标准对断路器的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用断路器。若按IEC947―2的额定分断能力来选用断路器，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用断路器，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中，这些使用对象都是一般的工作人员。因此在选用断路器时一定要注意加以区别，不能混淆。

    断路器的分类：

1、从它的结构、用途所具有的功能分框架式(ACB)和塑料外壳式［MCCB,MCB(小型)］两大类。

2、断路器保护特性根据IEC898，断路器分为A、B、C、D四种特性供用户选用：（1）、A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值(通常是额定电流In的2―3倍)，以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使断路器替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护；（2）、B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A特性相比较，B特性允许通过的峰值电流>3～5In一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护；（3）、C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而断路器不动作，C特性允许通过的峰值电流>5～10In，一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护；（4）、D特性一般适用于很高的峰值电流(>10～50In)的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下的控制变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。

    从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的断路器。如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择断路器，则往往在开灯瞬间导致断路器的误脱扣。在保护特性方面，IEC898标准内明确规定，IEC898不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路(如电线电缆)进行保护。在这方面，设计人员往往容易忽视，并且在一些生产厂商的样本和设计资料手册上也有一些误导的地方。大家知道，电动机在起动瞬间有一个 5―7In持续时间为10s的起动电流，，即使C特性在电磁脱扣电流设定为(5―10)In，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流；但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1.45In，也就是说电动机要承受45％以上的过载电流时断路器才能脱扣，这对于只能承受＜20％过载的电机定子绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受的。因此，在某些场合如确需用断路器对电机进行保护，可采用断路器外加热继电器的方式，对电动机进行过载和短路保护。

二、电流参数

    1、断路器的额定电流参数  国标GBl4048．2《低压开关设备和控制设备低压断路器》(等效采用IEC947―2)对断路器的额定电流使用两个概念，断路器的额定电流In和断路器壳架等级额定电流Inm，并给出如下定义： 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，是指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。是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头的通流能力决定，它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。在选择断路器时，此参数是不可缺少的。

    国标GBl4048．2中对断路器额定电流的定义与我们通常所说的概念有些不同。当我们提及“断路器额定电流”这一概念时，通常是指“断路器壳架等级额定电流”而不是“脱扣器额定电流”。例如当我们选择一只DZ20Y―100／3300―80A型断路器时，通常我们简单地说其额定电流为100A，脱扣器的额定电流为80A。多数低压断路器供应商所提供的产品资料中，也一般不提“断路器壳架等级额定电流”这一复杂的说法，而只给出“断路器额定电流”这一参数，其实就是“断路器额定电流”作为“断路器壳架等级额定电流”的一种简称，似乎较为合适。也许标准中对额定电流的定义与平时使用的不一致是导致混乱的原因之一。

    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为过载脱扣器和短路(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。   

    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，固定式脱扣器其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=2～10×Ir。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。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。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。                                                      　　　　　　　　　　　　　　　　

    3、断路器的短路特性电流参数
    3．1 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、Its表示，在具体产品标准中确定。
    3．2 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分断电流之值，它可以用预期短路电流表示。要按规定的试验程序o―t―co动作之后，不考虑断路器继续承载它的额定电流。 o―表示分断操作；co―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。
    3．3 额定运行短路分断能力Ics
    额定运行短路分断能力Ics是指断路器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电流小的分断电流值，Ics是Icu的一个百分数。在按规定的试验程序o―t―co―t―co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GBl0963《家用及类似场所用断路器》 (等效采用IECB98)规定应进行额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分析能力Ics试验。当Icu≤6000A时，Icu=Ics，故只需作Its试验。所以标明短路分断能力为4500A、6000A的小型断路器，其Icu=Ics=Icn，故一般只提及其额短路分断能力Icn值。  

 3．4 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，此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。
    4、标定断路器的电流参数
    4．1 小型断路器MCB(Miniature CircuitBreaker)
　　对于将塑壳和过电流脱扣器加工为一体的小型断路器MCB而言，如ABB公司的S230系列、奇胜公司的E4CB系列、国产DZXl9系列等，一般产品资料中只提供“断路器额定电流”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、长延时过载脱器动作电流整定值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。因此在选择小型断路器时，只需给出一个电流值即可，不会产生歧义。
    4．2 塑壳式断路器MCCB(MouldedCaseCircult―Breaker)
　　塑壳式断路器产品种类繁多，标定其电流比较复杂。如国产DZ20系列、ABB公司的SACEModul系列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、断路器属此种情况。此时需要标定两个电流值，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)。瞬时脱扣器动作电流整定值Im′为固定值，一般不需标明。
    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明确标定，首先标明断路器壳架等级额定电流Inm，然后标明所选择的脱扣器型号和脱扣器的各个电流整定值。如当选择MerlinGerin公司的CompactNS系列断路器时，需给出如下完整参数。NSl00H型，Imm=100A，配STR22SE―40A型电子脱扣器，In=40A，Ir=0．8In(32A)，Im=5Ir(160a)，Im′≤11In(固定值)。
    4．3 框架式断路器ACB(AirCircuitBreaker)
　　框架式断路器功能完善，多配装可调模块式过流脱扣器，如较ME、DWl5、DWXl5型、MerlinGerin公司的Masterpact系列、ABB公司的ASCEMega―maxF系列等。标注电流参数时，首先标明断路器壳架等级额定电流Inm，然后标明选择脱扣器和脱扣器的各个电流整定值。
     三、前后级选择性配合

1、过载脱扣特性的上下配合

配合原则是上级断路器的约定不动作电流大于下级断路器的约定动作电流。

1）        上级ACB或MCCB与下级MCCB的配合（符合标准GB14048.2对GB14048.2）应满足： 1.05In上大于1.3In下。　即In上>1.24In下．

例如: 下级100A的MCCB,上级至少要125A的MCCB.

2）        上级MCCB与下级MCB的配合（符合标准GB14048.2对GB10963）应满足：1.05In上大于1.45In下。　即In上>1.38In下．

例如:下级32A的MCB,上级至少要44.16A的MCCB，则应选用50A的MCCB。

3）        上级MCB与下级MCB的配合（符合标准GB10963对GB10963）应满足：1.05In大于1.45In下 。　即In上>1.38In下．

例如:下级32A的MCB,上级至少要44.16A的MCCB，则应选用50A的MCCB。

过载脱扣特性的上下级配合见表1

2、瞬动脱扣特性的上下级配合

1）上级ACB或MCCB与下级MCCB的配合（符合标准GB14048.2对GB14048.2）应满足：上级特性的下限值（8 In上）大于下级特性的上限峰值（2^1/2X12 In下）。即In上>2.12In下

例如:下级63A的MCCB,上级至少要133.56A的MCCB，则应选用160A或以上的MCCB。

2）上级MCCB与下级C型MCB的配合（符合标准GB14048.2对GB10963）应满足：上级特性的下限值（8 In上）大于下级特性的上限峰值（2^1/2X10 In下）。

即In上>1.77In下．

例如:下级40A的C型MCB,上级至少要70.8A的MCCB，则应选用80A或以上的MCCB。

3）上级MCCB与下级D型MCB的配合（符合标准GB14048.2对GB10963应满足：上级特性的下限值（8 In上）大于下级特性的上限峰值（2^1/2X14 In下）即In上>2.47In下．

例如:下级40A的D型MCB,上级至少要98.8A的MCCB，则应选用100A或以上的MCCB。

4）上级C型MCB与下级C型MCB的配合（符合标准GB10963对GB10963）应满足：上级特性的下限值（5 In上）大于下级特性的上限峰值（2^1/2X10 In下）即In上>2.83In下．

例如:下级10A的C型MCB,上级至少要28.3的C型MCB，则应选用32A或以上的C型MCB。

5）上级C型MCB与下级D型MCB的配合（符合标准GB10963对GB10963）应满足：上级特性的下限值（5 In上）大于下级特性的上限峰值（2^1/2X14 In下）即In上>3.96In下．

例如:下级10A的D型MCB,上级至少要39.6的C型MCB，则应选用40A或以上的C型MCB。

瞬动脱扣特性的上下级配合见表2

表1