断路器相关计算说明.docx

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断路器相关计算说明

断路器的一般选用原则

断路器的一般选用原则为：

（1）断路器额定电流≥负载工作电流；

（2）断路器额定电压≥电源和负载的额定电压；

　　（3）断路器脱扣器额定电流≥负载工作电流；

　　（4）断路器极限通断能力≥电路最大短路电流；

　　（5）线路末端单相对地短路电流/断路器瞬时（或短路时）脱扣器整定电流≥1.25；

　　（6）断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压。

　　（7）断路器瞬动电流/电动机启动电流=2.0～2.5

选择要点

1、断路器的额定工作电压不小于线路的额定电压。

　　2、断路器的额定电流不小于线路的计算负荷电流。

　　3、断路器的额定短路通断能力应不小于线路中可能出现的最大短路电流。

4、线路末端单相对地短路电流应不小于1.25倍断路器脱扣器整定电流;如果不能满足时，可采用单相接地保护断路器（如DW16型万能式断路器）或考虑在零线上装设电流互感器或采用带零序电流互感器的线路（或漏电继电器）来解决。

变压器中性点应接地。

　　5、欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压;是否需要带延时按使用场合的需要而定。

　　6、断路器分励脱扣器额定电压应等于控制电源电压。

　　7、电动传动机的额定工作电压应等于控制电源电压。

　　8、注意断路器接触方向，母联断路器应选用可在下方进线的断路器。

　　9、注意与其他电器的配合协调，各级断路器的过电流脱扣器整定值和延时应符合选择性配合要求。

　　10、电动机保护断路器的瞬时动作电流应考虑电动机的起动条件（电动机的种类、起动电流倍数和时间）

交直流断路器选用计算

（一）交流断路器选用计算

1．选择电气参数的一般原则

（1）断路器的额定工作电压大于或等于线路额定电压。

（2）断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流。

　　（3）断路器的额定短路通断能力大于或等于线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算。

2．如果选用的断路器额定电流与要求相符，但额定短路通断能力小于断路器安装点的线路最大短路电流，必须提高选用断路器的额定电流，而按线路计算负载电流选择过电流脱扣器的额定电流。

如果这样还不能满足要求，则可考虑下述三种方案解决：

　　　1）采用级联保护（或称串级保护）方式，利用上一级断路器和该断路器一起动作来提高短路分断能力。

采用这种方案时，需将上一统断路器的脱扣器瞬动电流整定在下级断路器额定短路通断能力的80％左右。

　　　2）采用限流断路器。

　　　3）采用断路器加后备熔断器。

　（4）线路末端单相对地短路电流大于或等于1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣器整定电流。

这对负载电流较小，配电线路较长的情况尤为重要。

因为线路较长时，末端短路电流较小，单相对地短路电流就更小。

在三相四线制中相零短路时，对地短路电流还要小些，有时比道电流脱扣器整定的电流还要小，不能使过电流脱扣器动作，因而在单相对地时失去保护。

在这种情况下，考虑在零线上装设电流互感器（其二次接电流继电器，对地短路时，继电器动作使断路器分断），或采用带零序电流互感器的线路（或漏电继电器）来解决。

采用这些方法时，变压器中性点均应接地。

　　（5）断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

　　是否需要欠电压保护，应按使用要求而定，并非所有断路器都需要带欠电压脱扣器。

在某些供电质量较差的系统，选用带欠电压保护的断路器，反而会因为电压波动造成不希望的断电。

如必须带欠电压脱扣器，则应考虑有适当的延时。

　　（6）具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间应大于或等于短路延时时间。

　　（7）断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。

　　（8）电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。

2．配电用断路器的选用计算

除考虑上述一般选用原则外，还需考虑把系统的故障限制在最小范围内，防止故障时扩大停电区域，为此，需增加下列选用原则：

（1）断路器的长延时动作电流整定值小于或等于导线允许载流量。

对于采用电线电缆的情况，可取电线电缆容许载流量的80％。

（2）3倍长延时动作电流整定值的可返回时间大于或等于线路中最大起动电流的电动机的起动时间。

　　（3）短延时动作电流整定值按下式选用

　　式中Isd——短延时动作电流，A；

　　　　Id——线路计算负载电流，A；

　　　　KS——电动机的起动电流倍数

　　　　IN——电动机额定电流，A。

　　（4）瞬时电流整定值按下式选用

　　式中Iin——瞬时电流，A；

　　　　Kp——电动机起动电流的冲击系数，一般取Kp＝1.7—2；

　　　　INm——最大的1台电动机的额定电流，A。

　　（5）短延时的时间阶梯，按配电系统的分段而定，一般时间阶梯为2—3级。

每级之间的短延时时差为0.1-0.2s，其可返回时间应保证各级的选择性动作。

选定短延时阶梯后，最好按被保护对象的热稳定性加以校核。

3．电动机保护用断路器的选用计算

使用断路器来保护电动机，必须注意电动机（主要是交流感应电动机）的两个特点：

其一是具有一定的过载能力；其二是起动电流通常是额定电流的几倍（可逆运行或反接制动时甚至可达十几倍）。

所以，为了保证电动机可靠地运行和顺利地起动，在选择断路器时应遵循以下原则：

（1）按电动机的额定电流来确定断路器的长延时动作电流整定值。

（2）断路器的6倍长延时动作电流整定值的可返回时间要长于电动机的实际起动时间。

　（3）断路器的瞬时动作电流整定值：

笼型电动机应为8～15倍脱扣器额定电流；绕线型电动机应为3～6倍脱扣器额定电流。

　　当然，对于需要频繁起动的电动机，如果断相运行机率不高或者有断相保护装置，采用熔断器与磁力起动器结合的方式来控制和保护，也是比较合适的，因为这种保护方式便于远距离控制。

电动机保护用断路器可分为两类：

　　1）断路器只作保护而不负担正常操作。

　　2）断路器兼作保护和不频繁操作用。

　　选用原则：

（1）Isd=In

　　式中Isd——长延时电流整定值，A；

　　　　IN——电动机额定电流，A。

（2）瞬时整定电流Iin

　　1）保护笼型异步电动机时

　　2）保护绕线转子异步电动机时

4．导线保护断路器的选用计算

（1）Isd≥Id

　　式小Isd——长延时整定电流值，A；

　　　　Id——线路计算负载电流，A；

（2）Iin＝（6～20）Id

　　式中Iin——瞬时整定电流值，A。

5．断路器与上下级电器保护特性配合要求

（1）断路器的长延则特性应低于被保护对象的允许过载特性。

（2）低压侧主开关短延时脱扣器与高压侧过电流保护继电器的配合级差为0.4—0.7s，视高压侧保护继电器的型式而定。

　　（3）低压侧主开关过电流脱扣器保护特性低于高压侧熔断器的熔化特性。

　　（4）上级断路器短延时整定电流大于或等于1.2倍下级断路器短延时或瞬时（若下级无短延时）整定电流。

　　（5）上级断路器的保护特性和下级断路器的保护特性不能交叉。

在级联保护方式时可以交叉，但交点短路电流应为下级断路器的80％。

　　（6）断路器与熔断器配合时，一般熔断器作后备保护。

应选择交接电流IB小于断路器的额定短路通断能力的80％，当短路电流大于IB时，应由熔断器动作。

　　（7）在具有短延时和瞬时动作的情况下，上级断路器瞬时整定电流小于或等于断路器的延时通所能力，大于或等于1.1倍下级断路器进线处的短路电流。

（二）直流断路器选用计算

直流断路器的选用条件

（1）额定工作电压＞直流线路的电压,考虑到反接制动和逆变条件，应大于2倍电路电压。

（2）额定电流≥直流线路的负载电流。

对于周期负载，可按其等效发热电流考虑。

　　（3）过电流动作整定值≥电路正常工作电流最大值，对于起动直流电动机，应避过电动机的起动电流。

　　（4）逆流动作整定值＜被保护对象允许的逆流数值。

　　（5）额定短路通断能力＞电路可能出现的最大短路电流。

对于快速断路器初始电流上升陡度（初始di／dt）＞电路可能出现最大短路电流的初始上升陡度。

　　（6）快速断路器分断的I2t＜与其配合的快速断路器的I2t.

低压断路器使用的几点注意事项

一、交流断路器用于直流电路

交流断路器可以派生为直流电路的保护，但必须注意三点改变：

1、过载和短路保护。

①过载长延时保护。

采用热动式（双金属元件）作过载长延时保护时，其动作源为I2R，交流的电流有效值与直流的平均值相等，因此不需要任何改制即可使用。

但对大电流规格，采取电流互感器的二次侧电流加热者，则因互感器无法使用于直流电路而不能使用。

如果过载长延时脱扣器是采用全电磁式（液压式，即油杯式），则延时脱扣特性要变化，最小动作电流要变大110％—140％，因此，交流全电磁式脱扣器不能用于直流电路（如要用则要重新设计）。

②短路保护。

热动—电磁型交流断路器的短路保护是采用磁铁系统的，它用于经滤波后的整流电路（直流），需将原交流的整定电流值乘上一个1．3的系数。

全电磁型的短路保护与热动电磁型相同。

2、断路器的附件，如分励脱扣器、欠电压脱扣器、电动操作机构等；分励、欠电压均为电压线圈，只要电压值一致，则用于交流系统的，不需作任何改变，就可用于直流系统。

辅助、报警触头，交直流通用。

电动操作机构，用于直流时要重新设计。

3、由于直流电流不像交流有过零点的特性，直流的短路电流（甚至倍数不大的故障电流）的开断；电弧的熄灭都有困难，因此接线应采用二极或三极串联的办法，增加断口，使各断口承担一部分电弧能量。

二、欠电压脱扣器

如果线路电压降低到额定电压的70％（称为崩溃电压），将使电动机无法起动，照明器具暗淡无光，电阻炉发热不足；而运行中的电动机，当其工作电压降低至50％左右（称为临界电压），就要发生堵转（拖不动负载，电动机停转），电动机的电流急剧上长，达6IN，时间略长，电动机将被烧毁。

为了避免上述情况的产生，就要求在断路器上装设欠电压脱扣器。

欠电压脱扣器的动作电压整定在（70％—35％）额定电压。

欠电压脱扣器有瞬动式和延时式（有1s、3s、5s…-．·）两种。

延时式欠电压脱扣器使用于主干线或重要支路，而瞬动式则常用于一般支路。

对于供电质量较差的地区，电压本身波动较大，接近欠电压脱扣器动作电压上限值，这种情况不适宜使用欠电压脱扣器。

三、安装方式

断路器的基本安装方式是垂直安装。

但试验表明，热动式长延时脱扣器横装时，虽然散热条件有些不同，但它的动作值变化不大，作为短路保护的电磁铁，尽管反作用与重力有一些关系，横装时的误差也不过5％—10％左右，因此，采用热动—电磁式脱扣器的塑壳断路器也可以横装或水平安装。

但脱扣器如是全电磁式（油杯脱扣器），横装时动作值误差高达20％—30％，鉴于此，装油杯脱扣器的塑壳式断路器只能垂直安装。

万能式（框架式）断路器只能垂直安装，这与它的手柄操作方向有关，与弹簧的储能操作有关，且电磁铁释放、闭合装置、欠电压脱扣器等与重力关系比塑壳式的要大，另外，很多万能式断路器还有抽屉式安装，它们无法横过来或水平操作。

对此，所有的万能式断路器都规定要垂直安装，且要求与垂直面的倾斜角不大于5。

。

四、上下进线

如果导电连接（软联结），脱扣器与动、静触头，灭弧室，出弧口等不在一个平面，如DZ5—20、TL一100C、TL—225B以及DWl5—1600、2500、4000和DW45等型号的断路器，它们既可上进线（断路器的“ON’’上端接电源线，“OFF"下端接负载），也可下进线（“ON"上端接负载，“OFF"下端接电源）。

但是大多数塑壳式断路器（如HSMl、DZ20、TO、TG、H系列等）只能上进线而不能下进线，DWl5—630也是仅能上进线。

其原因是：

在短路电流被分断时，上进线的动触头上没有暂态恢复电压的作用，分断的条件较好。

下接线时，因动触杆的前面（上进线时是后面）有软联结、双金属、发热元件等，动触头上有恢复电压，分断条件就严酷，燃弧时间要长，有可能导致相间击穿短路。

由于动触头多半是利用一公共轴联动，其后紧连接着软联结和脱扣器，如果它们之间由于短路断开产生电离气体或导电尘埃而使其绝缘下降，就容易造成相间短路。

只能上进线的断路器，倘因安装条件限制，必须下进线，则要降低短路分断能力，一般降20％—30％，预期短路电流大的多降，小的少降。

五、成套装置

断路器被安装于成套装置，如配电柜、分电屏等，当这些柜、屏通电后，其内的各种电器产品（如刀开关、接触器、断路器等）和接线铜排都要发热，以致柜体内的环境温度可达50—60℃。

断路器的动作特性、温升试验和环境温度都有关系，例如HSM1、TO、TC．、CMl系列整定温度都是+40。

C，环境温度高于+40。

C，断路器要早动作，而环境温度低于+40。

C，过载电流下也可能不会动作，因此，断路器制造厂的样本和说明书都提供了温度补偿曲线（或不同温度下的整定电流值）。

不采用热动式过载长延时的脱扣器（如电子脱扣器或智能化脱扣器），则电子元件的工作点会随着温度的升高发生飘移。

据此，提出降容系数的问题。

我们查阅了国内外资料和对HSMl塑壳式断路器的试验（将断路器置于50—60。

C的烘箱中），各种壳架等级电流和额定电流在高温下的动作值表明，它们的额定工作电流值的降容系数在0．8—0．9之间。

我们又对一种电子脱扣元件进行了测试（在+60。

C下），其额定电流在1600A及以上的降容系数在0．8—0．95左右。

配电系统中使用低压断路器应注意的问题

低压断路器具有断路保护、过载保护、控制和隔离的功能，适用于工业与民用建筑终端低压配电系统，在低压配电系统中广泛采用。

低压断路器在配电系统中若设计不当，就会影响供电回路的正常工作。

1.低压断路器的选择性

　　为了保证低压配电系统的可靠性，低压断路器的选择性成为终端低压配电系统设计的一项重要内容。

如图1所示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QF3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。

非选择性低压断路器，是指当发生电气故障时，距故障点最近的低压断路器QF3动作将故障切除，而其他各级断路器QF1、QF2、QF4和QF5动作，均处于打开状态，不能保证使其他无故障回路正常供电。

低压断路器的选择性在低压配电系统的设计中占有十分重要的位置，它可以给用户带来便利，并能保证供电回路工作的连续性。

所以，家用电器在无选择性保护下，一旦发生电气故障，配电回路的连续性就不能得到保证，使家用电器如电冰箱、排油烟机等处于停机待启动状态，影响了用户的日常生活。

　　在低压配电系统中用的低压断路器按其保护性能可分为，选择性和非选择性两类。

选择性低压断路器，有两段保护和三段保护两种。

其中瞬时特性和短延时特性适用于短路动作，而长延时特性适用于过载保护。

非选择性低压断路器，一般为瞬时动作，只做短路保护用。

也有的为长延时动作，只做过负荷保护用。

如图2所示低压断路器的三种保护特性曲线。

　　在低压配电系统中，如果上一级断路器采用选择性断路器，下一级断路器采用非选择性断路器或选择性断路器，主要是利用短延时脱扣器的延时动作或延时动作时间的不同，以获得选择性。

通过上一级断路器的延时动作时，请注意以下几点问题：

　　⑴无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器，上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍；

　　⑵如果下一级是非选择性断路器，为防止在下一级断路器所保护回路发生短路电流时，因这一级瞬时动作灵敏度不够，而使上一级短延时过电流脱扣器首先动作，使其失去选择性。

一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍；

　　⑶如果下一级也是选择性断路器，为保证选择性，上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1S。

　　一般来说，要保证上下两级低压断路器之间选择性动作，上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器，而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上，至少上一级的动作电流Iop.1不小于下一级动作电流Iop.2的1.2倍，即Iop.1≥1.2Iop.2。

　　2.低压断路器的级联保护性

　　在低压配电系统的设计中，低压断路器的上下两级之间的选择性配合，必须具有“选择性、快速性和灵敏性”。

选择性则与上下两级低压断路器之间的配合有关，而快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关。

上下两级断路器配合得当，则能有选择地将故障回路切除，保证配电系统的其它无故障回路继续正常工作。

反之，则影响配电系统的可靠性。

级联保护是断路器限流特性的具体应用，其主要原理是利用上级断路器的限流作用，在选择下级断路器时，可选择分断能力较低的断路器，以达到降低成本节约费用的目的。

　　上级的限流型断路器QF1能分断其安装处的最大预期短路电流，由于低压配电系统中上下级的低压断路器为串联安装，当下级低压断路器QF2出口处发生短路时，该短路电流由于上级低压断路器QF1的限流作用而使其实际值远小于该处的预期短路电流，也就是说，下级低压断路器QF2的分断能力在上级低压断路器QF1帮助下大大增强，超过了其额定分断能力。

这种级联保护也是有一定的条件，譬如邻近的回路不能有重要负载因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电，同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬动整定值也要匹配得当等。

级联数据只能由实验测定，上下级低压断路器的配合选择也只能由低压断路器制造商提供确定。

如表1所示，譬如上级低压断路器C65H的分断能力为10KArms，则下级可选用分断能力为10KArms的C65N低压断路器。

（＊表示上下级低压断路器之间无级联选择性）

　　3.低压断路器的灵敏度

　　为了保证低压断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统最小运行方式下，在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠动作。

低压断路器保护的灵敏度必须满足《低压配电设计规范》（GB50054－95）规定其灵敏度应不小于1.3，即SP=Ik.min/Iop≥1.3，式中Iop—瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流，Ik.min—断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流或两相短路电流，SP－－低压断路器的灵敏度。

　　在选用低压断路器时，还应注意对其灵敏度的校验，对于同时具有短延时和瞬时过电流脱扣器的选择性断路器，只需要校验短延时过电流脱扣器的动作灵敏度，不需要校验瞬时过电流脱扣器动作的灵敏度。

　　4.低压断路器的环境温度

　　低压断路器的过载保护依靠热脱扣器来完成，通常低压断路器的热脱扣器额定电流是制造商依据IEC898标准，在基准温度为30℃条件下整定的。

热脱扣器是由一组双金属片制成，当线路发生过载，过载电流流过加热电阻丝而使双金属片发热变形弯曲，将搭钩顶开，使低压断路器触点断开。

低压断路器的热脱扣器与环境温度是有直接的关系，若环境温度发生变化就会导致低压断路器的额定电流值发生变化，如表2所示。

低压断路器一般是排列有序地固定在配电盘上，再安装在配电箱内。

配电箱的安装方式分为明装和暗装两种，明装配电箱的散热效果优于暗装配电箱，暗装配电箱内的空气不宜对流，其散热效果较差，造成配电箱内因低压断路器的温升使周围环境的空气温度上升。

所以，低压断路器的实际工作温度比周围环境的温度高出10℃～15℃左右。

因此当环境温度大于或小于校准温度值时，我们必须根据制造商提供的温度与载流能力修正系数表，来修正低压断路器的额定电流值。

　　以C65N/H为例，如果低压断路器C65N/H单个安装，其周围环境为30℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为20A；如果低压断路器C65N/H单个安装，其周围环境为40℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为18.97A；如果多个C65N/H安装在配电箱内，其周围环境为30℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为16A；如果多个C65N/H安装在配电箱内，其周围环境为40℃，C65N/H的额定电流20A，则其实际工作电流为15.18A。

由此我们可以看出，不同的环境温度和不同的安装方式对于低压断路器的实际工作电流值是有一定的影响。

　　5.低压断路器脱扣器的选择与整定

　　⑴低压断路器过流脱扣器额定电流的选择

　　低压断路器过流脱扣器的额定电流IN.OR不小于线路的计算电流I30，即IN.OR≥I30。

　　⑵低压断路器过流脱扣器动作电流的整定

　　①瞬时过电流脱扣器动作电流的整定。

低压断路器所保护的对象中，有某些电器设备，这些电器设备在启动过程中，会在短时间内产生数倍于其额定电流的高峰值电流，从而使低压断路器在短时间内承受较大的尖峰电流。

瞬时过电流脱扣器的动作电流Iopo　必须躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iopo　≥Krel·Ipk，式中Krel为可靠系数。

在选用断路器时，应注意使低压断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流躲过尖峰电流，以免引起低压断路器的误动作；

　　②短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。

短延时过流脱扣器的动作电流Iops　，也应躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iops　≥Krel·Ipk，式中Krel为可靠系数。

短延时过流脱扣器的动作时间一般分0.2S、0.4S和0.6S三种，按前后保护装置的保护选择性来确定，应使前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差；

　　③长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。

长延时过流脱扣器主要是用来保护过负荷，因此其动作电流Iopl　只需要躲过线路的最大负荷电流即计算电流I30，即Iopl　≥Krel.I30，式中Krel为可靠系数。

长延时过流脱扣器的动作时间应躲过允许短时过负荷的持续时间，以免引起低压断路器的误动作；

　　④过流脱扣器的动作电流与被保护线路的配合要求。

为了不致线路因出现过负荷或短路引起绝缘线缆过热受损甚至失火，而其低压断路器不跳闸事故的发生，低压断路器过流脱扣器的动作电流Iop应符合公式的要求，Iop≤Kol.Ial，式中Ial—绝缘线缆的允许载流量；Kol—绝缘线缆的允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，做短路保护时取1.1，只做过负荷保护时取1。

　　如果不满足以上配合要求，则应改选脱扣器动作电流，或适当加粗导线或电缆线芯的截面积。

低压断路器的电流相关参数

断路器是配电系统中主要的保护电器之一，也是功能最完善的保护电器，其主要作用是作为短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。

根据不同需要，断路器可配备不同的继电器或脱扣器。

脱扣器是断路器总体的一个组成部分，而继电器，则通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器、分励脱器来控制断路器。

低压断路器一般由脱扣器来完成其保护功能。

标明低压断路器电流特性的参数很多，容易混淆不清。

在设计文件中，常常在标明断路器的电流值时，不说明电流值的意义，给定货造成混乱。

要完整准确的选择断路器，清楚地标定断路器的各个电流参数是必要的。

　　1断路器的额定电流参数国标《低压开关设备和控制设备低压断路器》GBl4048.2—94（等效采用IEC947—2）对断路器的额定电流使用两个概