断路器分断能力的选择和使用.docx

断路器分断能力的选择和使用最近几年与断路器的使用者相互磋商、探讨，并在专业刊物上阅读了一些断 路器选用的文章，感到收益很大，但又觉得断路器的设计、制造者与用户之间由 于沟通和宣传不够，致使用户在选择低压断路器上还存在一部分偏失据此，笔 者拟再次论述断路器的选择和应用，以期抛砖引玉、去伪存真一、 线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力精确的线路预期短路电流的计算是一项极其繁琐的工作因此便有一些误差 不很大而工程上可以被接受的简捷计算方法：(1) 、对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无 穷大(10KV侧的短路容量一般为200〜400MVA甚至更大，因此按无穷大 来考虑，其误差不足 10%)2) 、GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条规定：“当短路点附近 所接电动机的额定电流之和超过短路电流的 1%时，应计入电动机反馈电 流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%,应是300A，电动机的总功 率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5》In⑶、变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定 电流时，原边电压为其额定电压的百分值。

因此当原边电压为额定电压时, 副边电流就是它的预期短路电流4) 、变压器的副边额定电流Ite=Ste/(1.732*Ue)式中Ste为变压器的容量 (KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此 简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量X(1.44〜1.50)5) 、按⑶对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I⑶对Uk的定义， 副边的短路电流(三相短路)为I(3)=Ite/Uk，此值为交流有效值6) 、在相同的变压器容量下，若两相间短路，则 I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7) 、以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事 故如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电 流将减小例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，容量为200KVA，变 压器出线端短路时，三相短路电流I⑶为7210A短路点离变压器的距离 为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出 线端的短路电流为3616A离变压器的距离为100m处短路时，短路电流 为2440A远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。

所以， 用户在设计时，应计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短 路电流并按以下原则选择断路器：断路器的额定电流InN线路的额定电 流Il断路器的额定短路分断能力N线路的预期短路电流因此，在选择断 路器上，不必把余量放得过大，以免造成浪费二、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2《低压开关设 备和控制设备 低压断路器》标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断 能力作了如下的定义：断路器的额定极限短路分断能力（Icu）：按规定的试验程序所规定的条件， 不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；断路器的额定运行短路分断能力（Ics）：按规定的试验程序所规定的条件，包 括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力极限短路分断能力Icu的试验程序为o-t-co,具体试验是：把线路的电流调 整到预期的短路电流值（例如380V, 50KA），而试验按钮未合，被试断路器处于 合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断（OPEN 简称0）并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸t为间歇时间（休息时间），一 般为3min,此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通（CLOSE简称C）和 紧接着的开断（O）（接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、 静触头因弹跳的磨损）。

此程序即为CO断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超 出规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功断路器的运行短路分断能力（Ics）的试验程序为o-t-co-t-co,它比Icu的试验 程序多了一次co经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定的 损伤，就认定它的额定进行短路分断能力试验通过Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验由于运 行短路分断后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复 测试验Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难， 因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是25%、50%、75% 和100%Icu（对A类断路器即塑壳式）或50%、75%、100%Icu（对B类断路器，即 万能式或称框架式）断路器的制造厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的 Icu 百分值都是有效的、合格的产品万能式（框架式）断路器，绝大部分（不是所有规格）都具有过载长延时、短路 短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线（包 括变压器的出线端）都采用它作主（保护）开关，而塑壳式断路器一般不具备短路短 延时功能（仅有过载长延时和短路瞬动二段保护），不能作选择性保护，它们只能 使用于支路。

由于使用（适用）的情况不同，IEC92《船舶电气》建议：具有三段 保护的万能式断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑 壳断路器确保它有足够的极限短路能力值我们对此的理解是：主干线切除故障 电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时 要求两个CO,而且要求继续承载一段时间的额定电流，而在支路，经过极限短 路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更 换新的（停电的影响较小）但是，无论是万能式或塑壳式断路器，都有必须具备 Icu和Ics这两个重要的技术指标只有Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑 壳式的最小允许Ics可以是25%Icu,万能式最小允许Ics是50%的，Ics=Icu的断 路器是很少的，即使万能式也少有Ics=100%Icu的国外有一种采用旋转双分 断（点）技术的塑壳式断路器，它的限流性能极好，分断能力的裕度很大，可做到 Ics=Icu，但价格很高）我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%〜65%Icu,国际上，ABB 公司的F系列，施耐德的M系列也不过是70%左右，而塑壳式断路器，国内各 种新型号，Ics大抵在50%〜75%Icu之间。

有些断路器应用的设计人员，按其所 计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力来衡 量，由此判定某种断路器（此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而 运行短路分断能力则低于计算电流）为不合格这是一个误解例如一台容量为1600kVA的变压器，其副边的额定电流为2312A，阻抗电 压百分数uK取6%，最大预期短路电流应为38.5kA，作保护用的断路器额定短 路分断能力应是340kA，若选DW15 - 2500Y的2500A或DW45 - 3200的2500A 作主开关是能胜任的由于现代的动力中心的变压器与配电柜相距很近，甚至安 装在一起，因此即使是支路，额定电流在100A，它的预期短路电流也是很大的 因此，也要求线路中的塑壳断路器的短路分断能力应达到380V、40kA有文章 断定某一新型塑壳式断路器（壳架等级电流 160A， Icu380V、 50kA， Ics380V、 35kA）不能选用，理由是它的Ics仅35kA，小于线路预期电流38.5kA这是一 种误解该型号断路器使用于支路，即使通过支路的短路电流为38.5kA，但此 断路器Icu大50kA，完全可以胜任。

因此判断塑壳式断路器能否胜任某一线路 保护开关，是看它的Icu能否大于线路的预期短路电流而它的Ics即使小一点， 也无碍于它的作用的发挥因为短路事故多种多样，例如两相短路（其短路电流 为三相短路值的二分之根号三），或者离电源较远的地方，如50m、100m，即使 是三相短路，由于阻抗的原因，三相短路时，事故电流大约是50%〜60%的三相 最大预期值三、 断路器的电气间隙与爬电距离确定电器产品的电气间隙，必须依据低压系统的绝缘配合，而绝缘配合则是 建立在瞬时过电压被限制在规定的冲击耐受电压，而系统中的电器或设备产生的 瞬时过电压也必须低于电源系统规定的冲击电压因此：（1）电器的额定绝缘电 压应N电源系统的额定电压（2）电器的额定冲击耐受电压应N电源系统的额定冲 击耐受电压（3）电器产生的瞬态过电压应S电源系统的额定冲击耐受电压基于 以上三原则，电器的额定冲击耐受电压（优先值）Uimp就与电源系统的额定电压 所确定的相对地电压的最大值和电器的安装类别（过电压类别）等有很大的关系： 相对地电压值越大，安装类别越高［分为I（信号水平级）、11（负载水平级）、111（配 电水平级）、W（电源水平级）］，额定冲击电压就越大。

例如相对地电压为220V，安装类别为III时，Uimp为4.0KV，要是安装类别 为W，Uimp为6.0KV电器产品（例如断路器）的Uimp为6.0KV污染等级3级 或4级，其最小的电气间隙是5.5mmDZ20、CM1和我厂的HSM1系列塑壳断 路器的电气间隙均为5.5mm（安装类别III）,只是用于电源级安装，如DZ20系列 的800以上规格，Uimp为8.0KV，电气间隙才提高到＞8mmo而产品的实际的电 气间隙，如HSM1系歹I」，Inm（壳架等级电流）=125A时，电气间隙为11mm，160A 为 16mm，250A 为 15mm，400A 为 18.75mm，630 和 800A 均为 300mm，都大 于 5.5mm关于爬电距离，GB/T14048.1《低压开关设备与控制设备总则》规定：电器 （产品）的最小爬电距离与额定绝缘电压（或实际工作电压）、电器产品使用场所的 污染等级以及产品本身使用的绝缘材料的性质（绝缘组别）有关例如：额定绝缘 电压为660（690）V，污染等级为3,产品使用的绝缘材料组别为IIIa（175Scti〈400， CTI为绝缘材料的漏电起痕指数〉，最小爬电距离为10mm。

上面所提到塑壳式 断路器的爬电距离都大大超过规定的数值综上所述，如果电器产品的电气间隙和漏电距离，达到绝缘配合要求，就不 会因为外来过电压或线路设备本身的操作过电压造成设备的介质电击穿GB7251.1-1997《低压成套开关设备和控制设备第一部分：型式试验和部分型式 试验成套设备》（等郊于IEC439-1： 1992），对绝缘配合的要求与GB/T14048.1是 完全一样的有一些成套电器制造厂提出断路器接线用铜排，其相与相之间的（空气）距离 应大于12mm，有的甚至提出断路器的电气间隙应大于20mm这种要求是不合 理的，它已经超出了绝缘配合的要求对于大电流规格，为了避免在出现短路电 流时产生电动斥力，或是大电流时导体发热，为了增加散热空间，因而适当加宽 相间的空间距离也是可以的此时无论是达到12mm或20mm，都可由成套电器 制造厂自行解决，或请电器元件厂提供有弯头的接线端子或联结板（片）来实 现 一般断路器出厂时，都提供电源端相间的隔弧板，以防止电弧喷出时造成 相间短路零飞弧的断路器为防开断短路电流时有电离分子逸出，也安装这种隔 弧板如果没有隔弧板，则对裸铜排可包扎绝缘带，其距离应不小于 100mm。

四、 四极断路器的应用关于四极断路器的应用，目前国内还没能对国家标准或规程之类作硬性的使 用要求的规定，虽然地区性四极电器（断路器）的设计规范已经出台，但安装与不 安装四极电器的争论还在进行中，某些地区的使用近年来出现一窝蜂的趋势，各 断路器制造厂也纷纷设计。