斷路器（英文名稱：circuit-breaker，circuit?breaker）是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關合、在規定的時間內承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。
斷路器選用的新看法
最近幾年與不少斷路器的使用者相互磋商探討并在專業刊物上閱讀了一些斷路器選用的文章感到收益很大但又覺得斷路器的設計制造者與它的用戶之間由于溝通交流和宣傳不夠致使電器產品的用戶在選擇低壓斷路器上還存在一部分偏失據此筆者擬再次論述斷路器的選擇和應用以期拋磚引玉去偽存真 1按線路預期短路電流的計算來選擇斷路器的分斷能力精確的線路預期短路電流的計算是一項極其繁瑣的工作因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡捷計算方法1對于10/0.4KV電壓等級的變壓器可以考慮高壓側的短路容量為無窮大10KV側的短路容量一般為200~400MVA甚至更大因此按無窮大來考慮其誤差不足10%2GB50054-95《低壓配電設計規范》的2.1.2條規定當短路點附近所接電動機的額定電流之和超過短路電流的1%時應計入電動機反饋電流的影響若短路電流為30KA取其1%應是300A電動機的總功率約在150KW且是同時啟動使用時此時計入的反饋電流應是6.5∑In3變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接路當副邊達到其額定電流時原邊電壓為其額定電壓的百分值因此當原邊電壓為額定電壓時副邊電流就是它的預期短路電流4變壓器的副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器的容量KVAUe為副邊額定電壓空載電壓在10/0.4KV時Ue=0.4KV因此簡單計算變壓器的副邊額定電流應是變壓器容量x1.44～1.505按3對Uk的定義副邊的短路電流三相短路為I3對Uk的定義副邊的短路電流三相短路為I3=Ite/Uk此值為交流有效值6在相同的變壓器容量下若是兩相之間短路則I2=1.732I3/2=0.866I37以上計算均是變壓器出線端短路時的電流值這是最嚴重的短路事故如果短路點離變壓器有一定的距離則需考慮線路阻抗因此短路電流將減小例如SL7系列變壓器配導線為三芯鋁線電纜容量為200KVA變壓器出線端短路時三相短路電流I3為7210A短路點離變壓器的距離為100m時短路電流I3降為4740A當變壓器容量為100KVA時其出線端的短路電流為3616A離變壓器的距離為100m處短路時短路電流為2440A遠離100m時短路電流分別為0m的65.74%和67.47%所以用戶在設計時應計算安裝處線路的額定電流和該處可能出現的最大短路電流并按以下原則選擇斷路器斷路器的額定電流In≥線路的額定電流IL斷路器的額定短路分斷能力≥線路的預期短路電流因此在選擇斷路器上不必把余量放得過大以免造成浪費
2斷路器的極限短路分斷能力和運行短路分斷能力國際電工委員會的IEC947-2和我國等效采用IEC的GB4048.2《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》標準對斷路器極限短路分斷能力和運行短路分斷能力作了如下的定義斷路器的額定極限短路分斷能力Icu按規定的試驗程序所規定的條件不包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力斷路器的額定運行短路分斷能力Ics按規定的試驗程序所規定的條件包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力極限短路分斷能力Icu的試驗程序為otco其具體試驗是把線路的電流調整到預期的短路電流值例如380V50KA而試驗按鈕未合被試斷路器處于合閘位置按下試驗按鈕斷路器通過50KA短路電流斷路器立即開斷OPEN簡稱O并熄滅電弧斷路器應完好且能再合閘t為間歇時間休息時間一般為3min此時線路處于熱備狀態斷路器再進行一次接通CLOSE簡稱C和緊接著的開斷O接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩定性和動靜觸頭因彈跳的磨損此程序即為CO斷路器能完全分斷熄滅電弧并無超妯規定的損傷就認定它的極限分斷能力試驗成功斷路器的運行短路分斷能力Icu的試驗程序為otcotco它比Icu的試驗程序多了一次co經過試驗斷路器能完全分斷熄滅電弧并無超出規定的損傷就認定它的額定進行短路分斷能力試驗通過Icu和Ics短路分斷試驗后還要進行耐壓保護特性復校等試驗由于運行短路分斷后還要承載額定電流所以Ics短路試驗后還需增加一項溫升的復測試驗Icu和Ics短路或實際考核的條件不同后者比前者更嚴格更困難因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個或三個值分別是25%50%75%和100%Icu對A類斷路器即塑殼式或50%75%100%Icu對B類斷路器即萬能式或稱框架式斷路器的制造廠所確定的Ics值凡符合上述標準規定的Icu百分值都是有效的合格的產品萬能式框架式斷路器絕大部分不是所有規格都具有過載長延時短路短延時和短路瞬動的三段保護功能能實現選擇性保護因此大多數主干線包括變壓器的出線端都采用它作主保護開關而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能僅有過載長延時和短路瞬動二段保護不能作選擇性保護它們只能使用于支路由于使用適用的情況不同IEC92《船舶電氣》建議具有三段保護的萬能式斷路器偏重于它的運行短路分斷能力值而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值我們對此的理解是主干線切除故障電流后更換斷路器要慎重主干線停電要影響一大片用戶所以發生短路故障時要求兩個CO而且要求繼續承載一段時間的額定電流而在支路經過極限短路電流的分斷和再次的合分后已完成其使命它不再承載額定電流可以更換新的停電的影響較小但是無論是萬能式或塑殼式斷路器都有必須具備Icu和Ics這兩面三刀個重要的技術指標只有Ics值在兩類斷路器上表現略有不同塑殼式的最小允許Ics可以是25%Icu萬能式最小允許Ics是50%的Ics=Icu的斷路器是很少的即使萬能式也少有Ics=100%[國外有一種采用旋轉雙分斷點技術的塑殼式斷路器它的限流性能極好分斷能力的裕度很大可做到Ics=Icu但價格很高]我國的DW45智能型萬能式斷路器的Ics為62.5%～65%Icu國際上ABB公司的F系列施耐德的M系列也不過是70%左右而塑殼式斷路器國內各種新型號Ics大抵在50%～75%Icu之間有些斷路器應用的設計人員按其所計算的線路預期短路電流選擇斷路器時以斷路器的額定運行短路分斷能力來衡量由此判定某種斷路器此斷路器的極限短路能力大于線路預期短路電流而運行短路分斷能力則低于計算電流為不合格這是一個誤解
3斷路器的電氣間隙與爬電距離確定電器產品的電氣間隙必須依據低壓系統的絕緣配合而絕緣配合則是建立在瞬時過電壓被限制在規定的沖擊耐受電壓而系統中的電器或設備產生的瞬時過電壓也必須低于電源系統規定的沖擊電壓因此1電器的額定絕緣電壓應≥電源系統的額定電壓2電器的額定沖擊耐受電壓應≥電源系統的額定沖擊耐受電壓3電器產生的瞬態過電壓應≤電源系統的額定沖擊耐受電壓基于以上三原則電器的額定沖擊耐受電壓優先值Uimp就與電源系統的額定電壓所確定的相對地電壓的最大值和電器的安裝類別過電壓類別等有很大的關系相對地電壓值越大安裝類別越高[分為I信號水平級Ⅱ負載水平級Ⅲ配電水平級Ⅳ電源水平級]額定沖擊電壓就越大例如相對地電壓為220V安裝類別為Ⅲ時Uimp為4.0KV要是安裝類別為ⅣUimp為6.0KV電器產品例如斷路器的Uimp為6.0KV污染等級3級或4級其最小的電氣間隙是5.5mm DZ20CM1和我廠的HSM1系列塑殼斷路器的電氣間隙均為5.5mm安裝類別Ⅲ只是用于電源級安裝如DZ20系列的800以上規格Uimp為8.0KV電氣間隙才提高到≥8mm而產品的實際的電氣間隙如HSM1系列Inm殼架等級電流=125A時電氣間隙為11mm160A為16mm250A為15mm400A為18.75mm630和800A均為300mm都大于5.5mm關于爬電距離GB/T14048.1《低壓開關設備與控制設備總則》規定電器產品的最小爬電距離與額定絕緣電壓或實際工作電壓電器產品使用場所的污染等級以及產品本身使用的絕緣材料的性質絕緣組別有關例如額定絕緣電壓為660690V污染等級為3產品使用的絕緣材料組別為Ⅲa175≤cti〈400CTI為絕緣材料的漏電起痕指數最小爬電距離為10mm上面所提到塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過規定的數值綜上所述如果電器產品的電氣間隙和漏電距離達到絕緣配合要求就不會因為外來過電壓或線路設備本身的操作過電壓造成設備的介質電擊穿GB7251.1-1997《低壓成套開關設備和控制設備第一部分型式試驗和部分型式試驗成套設備》等郊于IEC439-11992對絕緣配合的要求與GB/T14048.1是完全一樣的有一些成套電器制造廠提出斷路器接線用銅排其相與相之間的空氣距離應大于12mm有的甚至提出斷路器的電氣間隙應大于20mm這種要求是不合理的它已經超出了絕緣配合的要求對于大電流規格為了避免在出現短路電流時產生電動斥力或是大電流時導體發熱為了增加散熱空間因而適當加寬相間的空間距離也是可以的此時無論是達到12mm或20mm都可由成套電器制造廠自行解決或請電器元件廠提供有彎頭的接線端子或聯結板片來實現一般斷路器出廠時都提供電源端相間的隔弧板以防止電弧噴出時造成相間短路零飛弧的斷路器為防開斷短路電流時有電離分子逸出也安裝這種隔弧板如果沒有隔弧板則對裸銅排可包扎絕緣帶其距離應不小于100mm
4四極斷路器的應用關于四極斷路器的應用目前國內還沒能對國家標準或規程之類作硬性的使用要求的規定雖然地區性四極電器斷路器的設計規范已經出臺但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進行中某些地區的使用近年來出現一窩蜂的趨勢各斷路器制造廠也紛紛設計制造各種型號的四極斷路器投放市場筆者同意一種意見就是用或不用應以是否能確保供電的可靠性安全性為準因此大體上是1TN-C系統TN-C系統中N線與保護線PE合二為一PEN線考慮安全任何時候不允許斷開PEN線因此絕對禁用四極斷路器2TT系統TN-C-S系統和TN-S系統可使用四極斷路器以便在維修時保障檢修者的安全但是TN-C-S和TN-S系統斷路器的N極只能接N線而不能接PEN或PE線3裝設雙電源切換的場所由于系統中所有的中性線N線是通聯的為了確保被切換的電源開關斷路器的檢修安全必須采用四極斷路器4進入住宅的單相總開關宜選用帶N極的二極斷路器檢修時作隔離器之用5用于380/220V系統的剩余電流保護器漏電斷路器中性線必須穿越保護器的零序電流互感器鐵心防止無中性線的穿過使220V的負載有泄漏電流而誤動作此時應選用四極或帶中性線的二極剩余電流保護器
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