断路器的选择与整定

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1、断路器的选择与整定赵清湘课程内容1.断路器的基础知识2.断路器的选择3.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”。 发热对电气设备的影响温度升高

2、，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

3、 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

4、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、

5、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

6、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

7、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1.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。2.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1.配备

8、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。2.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)1.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。2.我国规定在220KV及以下电压等级，系统额定电压的倍即为最高电压;330KV及以上电压等级是以额定电压的倍作为最高工作电压。额定电流( In)1.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

9、。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。2.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 Iz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

10、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(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

11、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)1.Ics 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，满足系统对分断能力和供电连续性方面更严格的要求。2.Icu=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

12、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脱扣器热磁脱扣器热磁脱扣器电子脱扣器电子脱扣器热保护热保护 过载保护过载保护 长延时长延时磁保护磁保护 短路保护短路保护 短延时短延时瞬时瞬时脱扣器的型式1.有两种型式的脱扣器:热磁式脱扣器热磁式脱扣器电子式脱扣器电子式脱扣

13、器2.两种脱扣器用于相同的主要功能:构成过流保护构成过流保护使电流过载的回路断开使电流过载的回路断开 示意的热脱扣曲线示意的热脱扣曲线 Ir = k x InIr- 热保护整定值热保护整定值k 取决于断路器取决于断路器 Int = k1 x Ir约定不脱扣电流约定不脱扣电流k1=1.05(MCCB)/1.13(MCB) 1 小时小时 In 63A2 小时小时 In 63A It = k2 x Ir约定脱扣电流约定脱扣电流 k2=1.3(MCCB)/1.4(MCB)在过电流在过电流持续一段时间持续一段时间后后双金属片的弯曲足以引起脱扣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

14、扣区域IrIntIt1h I In时 双金属片原理双金属片原理过载保护的脱扣曲线tIMCBMCCBImImntImt固定固定k1*Irk2*Ir 固定或可调固定或可调STR -15% /TMD -20%STR+15% /TMD+20% 示意的磁脱扣曲线示意的磁脱扣曲线 利用电磁原理，认为电利用电磁原理，认为电流是短路电流流是短路电流Im 短路脱扣电流整定值短路脱扣电流整定值Imnt / Imt 为动作精度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 ImtItime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）C65

15、N, C型曲线执行机构执行机构传感器传感器控制单元控制单元CT脱扣器脱扣器处理电处理电流互感流互感器器CT的信号的信号电流互感电流互感器器CT的的信号与整信号与整定值比较定值比较脱扣线圈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NSX100 至250 MIC2.2 250热磁式断路器保护特性曲线简图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电子式断路器保护特性曲线简图Ir : 过载过载 (热或长延时热或长延时) 继电器脱扣电流设定值继电器脱扣电流设定值Im : 短路短路 (磁或短延时磁或短延时) 继电器脱扣电流设

16、定继电器脱扣电流设定值值Ii : 短路瞬动继电器脱扣电流设定值短路瞬动继电器脱扣电流设定值Icu : 分断能力分断能力t (s)lrlmIcuI (A)t (s)lrlmIcuI (A)li两段保护两段保护三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为什么要设置短延时？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

17、，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、遥控要求和指示及相关辅助触点，辅助脱扣线圈以及它们之间连线的要求；安装规定，特别是对人身的保护；1、结构形式终端配电箱终端配电箱楼内配电间公用电主配电柜主配电柜分配电柜分配电柜一级配电一级配电二级配电二级配电三级配电三级配电各种结构断路器的用途框架式断路器： 一般用于变压器400V侧出线总开关、母线联络开关或大容量馈线开关和大型电动机控制开关。 塑壳断路器： 一般用于配电馈线控制和保护、小型配电变压器的低压侧出线总开关、动力配电终端控制，也可用于各种生

18、产机械的电源开关。小型断路器： 照明、家电等小容量设备2、负载特性（1）照明（白炽灯）、电热器回路 属于电阻负载，宜选用的是小型断路器。In 选为（ 1.15 ）IL （2）高压汞灯、钠灯及金属卤化灯等的回路 （In 为断路器额定电流，IL 为线路或电气设备的额定电流）高压汞灯、钠灯及金属卤化灯等回路使用的小型断路器 In （）IL 。 （3）用于配电脱扣器类型选择 （以施耐德Compact NSX断路器为例）热磁脱扣器TM: ( NSX100, 160, 250)电子脱扣器：MIC2.2, MIC5.2A, MIC5.2E, MIC6.2A, MIC6.2E( NSX100,160,250)

19、 MIC2.3,MIC5.3A,MIC5.3E,MIC6.3A, MIC6.3E,( NSX400,630)（4）用于电动机脱扣器类型选择 （以施耐德Compact NSX断路器为例）热磁脱扣器：MA( 适用于 NSX100-250)电子脱扣器： ( 用于NSX100-250) 用于NSX400-630)（5）焊接机（点焊机、电弧焊机）回路 交流电弧焊机、钢板点焊机及储能点焊机等焊接机的工作电流是间断的、脉冲的，一般选择断路器的额定电流 In= (1.2 1.3) Ie （6）可控硅整流回路 断路器的额定电流 L（7）变流器回路 断路器的额定电流In (1.4 2)IL 3、不同环境温度情况下

20、断路器额定电流的选择1.断路器的额定电流取决于其给定的工作环境温度，一般情况下为：家用型断路器为 30 C 工业型断路器为 40 C 2. 安装在小型封闭式金属外壳配电箱内的断路器，由于散热产生的相互温度影响，当带上正常负荷时，断路器的额定电流值通常需要乘以一个系数 0.8 C60N 应该选择多大的定额？为了保护电路，预期最大负荷电流为 34 A ；与其他断路器紧靠安装在封闭的配电箱内；环境温度为 50 C。 50 C 时 C60N 额定电流值将由 40 A 降为 35.6 A 。考虑到断路器安装在封闭空间中的相互散热问题，应该乘以 0.8 的系数，即 35.60.8 = 28.5 (A)，该

21、电流值与负荷电流值 34 A 不匹配。 选择额定电流为 50 A 的断路器，考虑温度因素后其电流额定值为 440.8 = 35.2 (A)。4、选择性脱扣 在断路器所保护的配电系统中，当发生电气故障时，距故障点最近的断路器动作将故障切除，而其他各级断路器不动作，从而将故障所造成断电限制在最小范围内，使其他无故障供电回路仍能保持正常供电，这就是对低压断路器所要求的选择性。其他出线回路的供其他出线回路的供电不受影响电不受影响CB1只有只有CB2 脱扣脱扣CB2各种选择性技术1.电流选择性: 基于保护设备电流设定值的不同;2.时间选择性: 基于保护响应时间设定值的不同;3.逻辑选择性: 根据故障位置

22、，紧靠故障的上级断路器：故障检测；向其上级断路器发送不脱扣信号.4.能量选择性： 此原理基于保护设备特殊限流能力和灵敏反映断路器中短路所产生的能量的脱扣。当两个断路器检测到大电流时，下级断路器限流非常快，上级断路器产生的能量不足以使其脱扣选择性区间选择性区间电流选择性(B类断路器类断路器)保护延时时间不同保护延时时间不同时间选择性短路分断能力短路分断能力Icu/Ics = IcwIcw = Icu = Ics短路保护设备短路保护设备之间的动作时间之间的动作时间差差T(s)t2t1I(A)完全的时间选择性1、具有很强电动力承受能力的断路器(Masterpact 断路器)2、在下级断路器分断能力以

23、下，延时可以保证完全选择性脱扣曲线脱扣曲线不脱扣能量曲线不脱扣能量曲线能量选择性下级断路器的下级断路器的 限流曲线限流曲线上级断路器的不上级断路器的不脱扣能量曲线脱扣能量曲线.能量选择性 IEC60947-2 定义了计算选择性的方法:比较运行曲线的能量II2t上级断路器的上级断路器的不脱扣能量曲不脱扣能量曲线线部分选择性部分选择性下级断路器下级断路器的限流曲线的限流曲线能量选择性的极限1.I Is 下级断路器限流后的能量超过上级断路器脱扣的最小能量 : 不具有选择性NSX开关满足自然选择性的条件1.上级是MT框架式断路器，下级是NSX塑壳断路器2.NSX和=40A的微型断路器之间满足完全选择性3.上下级断路器的In、Ir、Isd之间是倍的关系4.施耐德提供的NSX应用指南上罗列的完全选择性关系ZSIZSI逻辑选择性通过区域选择性联锁(ZSI) 安装在 B 的保护系统检测并传送信号给 A ; 安装在 A 的保护系统接收B的信号.断路器B 消除故障断路器A 保持闭合断路器的整定（以施耐德Masterpact MT和Compact NSX为例说明）