低压断路器的选型

低压断路器的选型

胡东杰

基准方中建筑设计股份有限公司 云南昆明 650000  身份证号 530125198911080439

摘要：本文围绕建筑供配电中使用的低压断路器分类特点，展开其额定电流、断路分断能力、长延时整定值等特性参数介绍分析，从而探讨如何正确的在供配电中选择低压断路器进行系统线路保护设计。

关键词：断路器、电气特性、回路保护、设计选型

断路器，其主要用于配电线路和电气设备的过载、过压、欠压和短路保护。在IEC50(441)国际电工词汇中，对断路器作了明确定义：断路器是能接通承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。触头在大气压力的空气中断开和闭合的断路器称为空气断路器，具有一个用模压绝缘材料制成的外壳作为断路器整体部件的断路器称为塑壳式断路器。根据国内行业习惯分类，总的分为框架式断路器（亦称万能式断路器）、塑壳式断路器、微型断路器，下文分别表述为ACB断路器、MCCB断路器、MCB断路器。本次笔者主要围绕此三大类低压断路器（用于380\220V配电系统）的分类特点、参数特性及选型技术等进行探讨。

一、低压断路器的分类及特点

ACB断路器其零件均装在一个绝缘的金属框架内，基本是开启式，并可装设多种附件，更换触头和部件较为方便，多用在电源端总开关。过电流脱扣器有电磁式，电子式和智能式脱扣器等几种。断路器具有长延时、短延时、瞬时及接地故障四段基本保护，每种保护整定值可以根据其壳架等级在一定范围内调整。

ACB断路器具有高额定电流、高短路分断能力和高短时耐受能力的显著特性，额定电流通常为400A-6300A，Icu、Ics、Icw最高可达150kA，其被广泛用于分配电能和保护线路及保护电源设备免受过载、欠电压、短路，单相接地等故障的危害，并可与下级断路器实现完全选择性，符合GB14048.2-2020《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器的要求》。

MCCB断路器也被行业内称为装置式断路器，其结构特点是接地线端子外触头、灭弧室、脱扣器和操作机构等都装在一个塑料外壳内。

MCCB断路器过电流脱扣器有热磁式和电子式两种。通常电子式具有长延时、短延时、瞬时三段保护，较多产品也具有接地故障保护功能，而热磁式通常长延时及瞬时两段保护。参考《 民用建筑电气设计标准》GB51348-2019第7.6.3规定，对于突然断电比过负荷造成损失更大的线路，不应设置过负荷保护，故断路器通常不再运用其长延时保护特性保护诸如单消防泵等重要保障设备的配单回路。MCCB断路器用途比较广，类型也比较丰富，额定电流比较大、短路分能力介于万能式与微断之间，具有限流特性，可与上下级实现良好的选择型配合，符合GB14048.2-2020《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器的要求》。

MCB断路器是建筑电气终端配电装置引中使用最广泛的一种终端保护电器，即我们常说的“微断”。额定电流主要现定于63A及以下，目前也有部分品牌研发出额定电流最大125A的产品，但不常用。

MCB断路器由操作机构、触点、保护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成，目前主要采用模块化设计，根据使用需求，通常类型比较丰富。在民用建筑电气设计中，MCB断路器主要用于线路的过载、短路、过电流的保护，但随设计需求的扩大，目前失压、欠压、接地、漏电、双电源自动切换及电动机的不频繁起动时的保护、操作等功能用途也被研发及成熟运用。

二、低压断路器的电气参数特性

目前低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自动脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。

本次讨论的低压断路器的基本特性参数主要有过负荷脱扣器的额定电流（In）、长延时过负荷脱扣器整定电流（Ir）、短延时过负荷脱扣器的整定电流（Isd）、瞬时脱扣器整定电流（Im）、额定短路接通能力（lcm）、额定极限短路分断能力（lcu）、额定运行短路分断能力（Ics）、额定短时耐受电流（Icw）。In指断路器内选用的额定热动型脱扣器电流值，Ir为过载保护脱扣器所整定的电流值，通常在不可调固定式热脱扣器中In=Ir，电子脱扣可整定范围一般为Ir=0.4～1×1n。Im为过载脱扣器动作电流整定值Ir的n倍数，其数值在不可调固定式脱扣器中，配电型基本为5Ir、10Ir两种，电动机保护型为12Ir，在电子可调式中，为4～16Ir左右可调，Isd在电子可调式脱扣器中通常为2～12Irl左右可调。lcm是能够使断路器闭合的最大电流，也就是在电源电压为额定工作电压的105%时能够接通的电流，在规定条件下用最大预期峰值来表示，Icm=n*Icu（n值可参考GB14048.1《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》中的试验数据）。Icu是断路器在规定的试验电压，及其它规定的条件下的极限短路分断电流之值，它可以用预期短路电流(交流情况下是周期分量有效值)表示，承受1次冲击，Ics是断路器在规定的试验电压，及其它规定的条件下的一种比额定极限短路电流小的分断电流值，至少承受2次冲击。Ics是Icu的一个百分数，通常有25%、50%、75%、100%四种，具体在产品中体现。

三、低压断路器的选型技术

原则上额定电流630A以上的回路要求采用框架断路器，实际应用中若对分断能力要求特别高的回路也应采用框架断路器。框架断路器用于上级进线，塑壳用于框架下级，塑壳断路器一般适用于作支路的保护开关，微型断路器用来保护建筑物的线路设施的过电流及类似用途，供未受过训练的人员使用，并且无须维修。

关于断路器选择是三极还是四极，主要依据规范以及工作保护需求而定。根据IEC60364-4651.5的规定，正常供电电源与备用发电机之间的转换开关应采用四极，带漏电保护的双电源转换开关应采用四极，不同接地系统间的电源切换开关应采用四极，TT系统的电源进线开关应采用四极，IT系统中当有中性线时应采用四极，但是TN-C系统严禁采用四极开关，TN-S系统一般不需要设四极。

ACB、MCCB、MCB断路器各自的脱扣器根据其不同的类型特点，设计应根据保护需求相应选择。MCB断路器A型脱扣器瞬时脱扣整定值为2In，一般用于半导体保护。B型瞬时脱扣整定值为2~3In，一股用于变压器侧的二次回路保护，瞬时脱扣整定值为3~5In，一般用于短路电流较小的负载，如电源、长电缆等。C型瞬时脱扣整定值为5~10In，一般用于保护常规负载和配电线路，如建筑照明用电等，D型瞬时脱扣整定值为10~14In，用于保护启动电流大的冲击性负载如建筑照明用电等。ACB与MCCB断路器具有的分励脱扣器主要用于对断路器远程分断，如遥控分闸或消防切非，欠压脱扣器可用于对断路器所处线路中的负载进行欠电压保护，过电流脱扣器可分为热脱扣和磁脱扣，并有长延时、短延时、瞬时之分选择断路器的分断能力必须大于其保护设备的短路电流，系统短路断流的简化计算可参考以下方式：

Isc≈Ie/Uk（kA），其中Isc指变压器二次侧预期三相短路电流，Ie指变压器二次侧额定电流，Uk指变压器阻抗电压(% )。

参考文献

【1】上海电器科学研究院，等.GB14048.1《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》中国标准出版社

【2】中机中电设计研究院有限公司，等.GB50054-2011《低压配电设计规范》 中国计划出版社

【3】中国建筑东北设计研究院有限公司，等. GB 51348-2019《民用建筑电气设计标准》，中国建筑出版社

【4】广东省电力设计研究院，毛建锋.《低压断路器的选择》 ，广东科技，2008.10.总第198期