断路器的选择与整定教材

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1、断路器的选择与整定 赵清湘 课程内容 l 断路器的基础知识 l 断路器的选择 l 断路器的整定 断路器基础知识 计算负荷 工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设 备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运 行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功 率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计 过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。 所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的 最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大 温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负 荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以 计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。

2、 发热对电气设备的影响 温度升高，金属材料软化，机械强度将明显降低。铜材 工作温度不宜超过200，铝材工作温度温度不宜超过 90。 温度升高，电接触两导体表面会急剧氧化，接触电阻明显 增加，造成导体及其附件温度升高，甚至使触头发生熔焊 。 对于用弹簧压紧的触头，温度升高后，弹簧变软，压力降 低，接触电阻增大，触头发热而造成触头损坏。 对于靠弹簧反作用力释放的触头，温度升高后，弹簧变软 ，反作用力减小，灭弧能力变差而造成触头烧坏。 发热对电气设备的影响 如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的 老化加剧，寿命大大缩短。所以电机在运行中，温度是 寿命的主要因素之一。 绝缘8定律：有机绝缘材

3、料的温度每增加8，其使用 寿命减半。 对电子元件的影响 计算电流 在设计计算中我们是将“半小时最大负荷”作为计算 负荷的，计算负荷用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。为什么用半小 时最大负荷作为计算负荷的值呢?这是因为，中小截面 (35mm2以下)的导线发热常数T一般在10min以上，导体达到 稳定温升的时间约为(34)T，即对于多数导体发热并达到 稳定温升所需时间约为30min。所以只有持续30min以上的 平均最大负荷值才有可能构成导体的最高温升，而时间很 短的尖蜂电流是不能使导线达到最高温度的，因为导线的 温度还未升高到相应负荷的温度之前，尖蜂电流早己消失 。 因此，计算负荷与稳定在半小时以

4、上的最大负荷是基 本相当的，所以计算负荷就可以认为是“半小时最大负荷 ”，用P30来表示有功计算负荷，用Q30表示无功计算负荷、 用S30表示视在计算负荷，用I30表示计算电流。 计算负荷的确定方法 计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环， 计算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的 合理性、经济性。如果计算负荷确定的过大，将使电气 设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负 荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产 生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失 。因此，在供电设计巾，废根据不向的情况，选择正确 的汁算入法来确定汁算负荷。 日前，经常采用确定计算负荷

5、的方法柯：需要系数 法、二项式系数法。 计算负荷的确定示例 尖峰电流 在电气设备运行中，由于电动机的起动、电压波动等 诸方面的因素会出现短时间的比计算电流大几倍的电流， 这种电流称为尖峰电流，其持续时间一般为12s。 尖峰电流是选择熔断器、整定自动空气开关、整定继 电保护装置以及计算电压波动时的重要依据。 尖峰电流的确定 1、单台用电设备的尖峰电流就是其启动电流 尖峰电流的确定 2、多台用电设备的配电线路的尖峰电流的计算 最大负荷电流（计算电流）：IB 在最末级电路上，这一 电流对应于负荷的额定 功率 (kVA) 。对于频 繁启动的负载必须要对 过电流所积累的热效应 加以考虑。电缆和热继 电器

6、都会受到影响。 在整个上游电路中，这 一电流对应于供电的功 (kVA) ，且考虑同时 ( 不同时)与利用系数。 最大允许电流：Iz 这是电路电缆允许无限期通过的且不会降低其正常 预期寿命的电流的最大值。对于给定的导线截面积，电 流的大小取决于以下几个参数： 电缆及电缆通道的内部构造 ( 铜或铝导线；PVC 或 EPR 等绝缘方式；有效导线的根数)。 周围环境温度。 安装方式。 邻近线路的影响。 过电流 过负荷电流 这种过电流会出现在正常的电力线路中，例如，由于一些 小的短时工作制的负荷偶然地同时工作、电机启动负荷等 等。如果这些情况持续的时间超过了给定的时间 ( 根据 保护继电器的整定或熔断器

7、额定值) ，电路就会被自动切 断。 短路电流 这种电流是由于带电导体之间和带电导体与大地之间 ( 具有低阻抗接地中性线的系统) 以任意种组合由于绝缘 失效而导致的，即 n三相短路 n两相短路 n单相对中性线短路 断路器电缆保护原理 断路器被安装在相关电 路的电源侧 由电路电缆敷设中的 I2t 特性所给定的时间以内 动作以切断电流； 但允许最大负荷电流 IB 在任意时长内流过。 最大允许电流：Iz 断路器的标准 l工业用断路器必须符合 IEC 60947-1 和 60947-2标准 或者其他等效标准。 l家庭用的断路器应符合 IEC 60898 标准或者其他等效 的国家标准。 断路器的基本特性参

8、数： 壳架等级额定值； 额定电压 Ue ； 额定电流 In ； 过载保护 Ir 脱扣电流整定范围 短路保护 Im 的脱扣电流整定范围； 额定极限短路分断能力Icu 额定运行短路分断能力Ics 壳架等级额定值 l配备有不同电流整定值的过电流脱扣器的断路器，能够 适应于承受最高的过电流脱扣器整定电流值。 l例如NS100，配热磁脱扣器16、25、32、40、50、63、 80、100A；配电子脱扣器40、100A. 额定工作电压 ( Ue) l额定电压是指断路器的标称电压，在规定的正常使用和 性能条件下，能够连续运行的电压。断路器并能在系统 最高工作电压下保持绝缘；并能按规定的条件进行关合 与开断

9、。 l我国规定在220KV及以下电压等级，系统额定电压的 1.15倍即为最高电压;330KV及以上电压等级是以额定电 压的1.1倍作为最高工作电压。 额定电流( In) 是指在环境温度为 40 C下，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。 当使用在周围空气温度高于40（但不高于60时， 在符合标准规定的最高允许温度下，允许降低负荷长 期工作。 过载脱扣器电流整定值 Ir 电流超过脱扣电流整定值Ir，断路器延时跳闸（反时限 或定时限）。它还代表着断路器不跳闸时所能承受的最大 电流。该值必须大于最大负载电流 IB，但是小于电路 I

10、z 所允许的最大电流 。 热脱扣继电器通常可在 0.7 1.0 In范围内调整，但 是如果使用电子设备，其调整范围会更大；通常为 0.4 1.0 In。 对于配有不可调过电流脱扣继电器的断路器，Ir = In。 短路脱扣器电流整定值 Im 短路脱扣继电器 ( 瞬时或短延时)用于高故障电流值出 现时，使断路器快速跳闸。其跳闸阈值 Im： 由家用型断路器的标准如 IEC 60898 标准确定； 或者依据相关标准，特别是 IEC 60947-2 标准，由工 业用断路器的制造厂标出。 低压断路器的过负荷和短路保护装置的电流脱扣范围 短路分断能力 额定极限短路分断能力Icu： 其试验顺序是o-t-co(

11、o表示分断操作，co表示接通 操作后紧接着分断操作，t表示时间间隔，一般为3min) ，在按规定的试验顺序动作后，不考虑断路器继续承载 它的额定电流； 额定运行短路分断能力Ics： 其试验操作顺序是o-t-co-t-co，在按规定的试验 顺序动作后，需考虑断路器继续承载它的额定电流，即 分断几次短路故障后，还能保证其正常工作。 额定短时耐受电流 Icw： Icw 是 B 类断路器是在制造商给定的时间内，能够 承受热和电动力而不会造成持久损害的最大电流。 Icu=Ics=Icw (1s) lIcs 100 Icu ，即使用分断能力等同于极限分断能 力，系统经历故障电流后无需更换元器件，满足系统对

12、 分断能力和供电连续性方面更严格的要求。 lIcu=Ics=Icw (1s)，具有更高的短时耐受能力，充分满 足选择性要求。 按规定塑壳式断路器的Ics只要大于25%Icu就算合格。而 目前市场上断路器的Ics大多数在(5075%)Icu之间，所以 对供电要求不高的配电系统，只须考虑Icu。 断路器的分类-按结构分 万能式（ACB、空气断 路器、框架式、） 塑料外壳式（MCCB、 MCB、模块化断路器 、装置式） 断路器的分类-按保护对象分 分类保护功能保护对象 配电 保护 型 A类为非选 择型 过载长延时 、短路瞬时 二段保护 电源、电气 线路 B类为选择 型 过载长延时、短路短延 时和短路

13、瞬时的三段保 护 电动机保护型短路、过载、欠电压电动机 家用及类似用途短路照明、家用 电器 漏电保护断路器漏电等触电、电气 火灾保护 脱扣器 热磁脱扣器电子脱扣器 热保护 过载保护 长延时 磁保护 短路保护 短延时 瞬时 脱扣器的型式 l有两种型式的脱扣器: 热磁式脱扣器 电子式脱扣器 l两种脱扣器用于相同的主 要功能: 构成过流保护 使电流过载的回路断开 示意的热脱扣曲线 Ir = k x In Ir- 热保护整定值 k 取决于断路器 Int = k1 x Ir 约定不脱扣电流 k1=1.05(MCCB)/1.13(MCB) 1 小时 In 63A 2 小时 In 63A It = k2 x

14、 Ir 约定脱扣电流 k2=1.3(MCCB)/1.4(MCB ) 在过电流持续一段时间后 双金属片的弯曲足以引起脱扣 必定 不脱 扣区 域 可能 脱扣 区域 必定 脱扣 区域 IrIntIt 1h I In时 双金属片原理 过载保护的脱扣曲线 t I MCBMCCB Im Imnt Imt 固定 k1*Ir k2*Ir 固定或可调 STR -15% /TMD -20% STR+15% /TMD+20% 示意的磁脱扣曲线 利用电磁原理，认为电 流是短路电流 Im 短路脱扣电流整定值 Imnt / Imt 为动作精度 必定脱扣区域 可能 脱扣 区域 必定 不脱 扣 区域 ImntIm Imt I

15、 time 短路保护的脱扣曲线 热磁脱扣器的脱扣曲线 NSX100至250 TM80D/100D 热磁脱扣器的脱扣曲线（续） C65N, C型曲线 执行机构传感器控制单元 CT脱扣器 处理电 流互感 器CT 的信号 电流互感 器CT的 信号与整 定值比较 脱扣线圈 电子式脱扣器的工作原理 在电子式断路器中，传统的热磁脱扣器由一个电子 控制器所替代 电子式脱扣器的脱扣曲线 Masterpact MT Micrologic 5.0,6.0,7.0 电子式脱扣器的脱扣曲线 NSX100 至250 MIC2.2 250 热磁式断路器保护特性曲线简图电子式断路器保护特性曲线简图 Ir : 过载 (热或长

16、延时) 继电器脱扣电流设定值 Im : 短路 (磁或短延时) 继电器脱扣电流设定值 Ii : 短路瞬动继电器脱扣电流设定值 Icu : 分断能力 t (s) lrlmIcu I (A) t (s) lrlmIcu I (A) li 两段保护 三段保护 热磁式和电子式保护曲线之间的差别 为什么要设 置短延时？ 断路器的选择 断路器一般选用的原则为： 断路器额定电流（壳架电流）负载工作电 流（计算电流）； 断路器额定电压电源和负载的额定电压； 断路器脱扣器额定电流负载工作电流（计 算电流）； 断路器极限通断能力电路最大短路电流； 断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压 。 断路器选择还需考虑的因素 结构形式的选择 负荷特性，例如电动机、荧光灯、LV/LV 变压器等。 断路器的使用环境：周围环境温度、位于配电亭或开关 柜的外壳中、气候条件等； 断路器操作要求：选择性脱扣、遥控要求和