播控中心配电系统中低压断路器的使用探讨

　　【摘要】本文对低压断路器的各个概念，参数及意义进行了简要分析，并讨论了实际配电中低压断路器选择的一般原则、需重点注意的若干问题及案例分析。

　　【关键词】配电基本结构、低压断路器、脱扣器、整定

　　近年来，广电系统中因配电结构不合理、操作人员概念不清误操作而出现多起停电事故，因停电后播出系统恢复时间长、播出影响范围大，事故多为重大停播事故。由于播出人员平时大多注重播出系统的设计、建造和维护，而对机房的基础——配电系统的结构和概念知之甚少或模糊不清，为事故埋下安全隐患，因此我们有必要对相关知识进行全面了解，下面就配电中的重要设备——低压断路器进行基本阐述。

　　低压断路器（用于交流电压1200伏、直流1500伏及以下电压范围的断路器）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器容量范围很大，最小为1A，而最大可达6000A以上。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，对各种机械设备和用电终端进行电源控制和保护。

　　图1为基本配电结构中断路器的一般使用框架，其中：

　　万能断路器——以具有绝缘衬垫的框架结构底座将所有构件组成一整体并具有多种结构变化方式和用途的断路器。其紧靠配电变压器，对其电气参数要求很高。框架电流（见下面“低压断路器常用参数解释”第5点）范围630A～6300A，主要用于低压配电系统的进线、母联及其它大电流回路的关合。

　　塑料外壳壳断路器——具有一个用模压绝缘材料制成的外壳作为断路器整体部件的断路器。框架电流范围80A～1250A，主要用于低压配电系统的进出线、电动机保护。

　　小型断路器——额定电流范围1A～125A，主要用于建筑物和用电设备的终端配电箱内。

　　一．低压断路器的分类

　　■使用类别：非选择型；选择型

　　选择性和非选择性主要看断路器是否有定时限的过电流脱扣器，因为定时限过电流脱扣器主要用于保证保护电器动作的选择性（选择性：低压配电系统各级断路器的保护动作特性应能彼此协调配合，要有选择性的动作，即发生故障时，应使靠近故障点的断路器保护首先切断，而其靠近电源侧的上一级保护不应动作，尽可能地缩小断电范围）。

　　■用途：配电保护；电动机保护；保护照明线路；漏电保护

　　配电保护一般采用框架式断路器（少部分用户因为电流等级小，也采用塑壳断路器）；

　　电动机保护大部分采用塑壳断路器；

　　保护照明线路的大部分采用小电流等级的塑壳断路器或者小型断路器；

　　漏电保护使用漏电断路器；

　　■极数：单极；二极；三极；四极

　　　每极区别与不同在于母线的数量不一样，单极为一根母线，四极四根。

　　■结构形式：万能式；塑料外壳式

　　■安装方式：固定式；抽屉式

　　相比于固定式的低压断路器，抽屉式的便于替换和维修。

　　二．低压断路器的基本结构

　　低压断路器由脱扣器、触头系统、灭弧装置、传动机构、基架和外壳等部分组成。

　　(1)脱扣器

　　脱扣器是低压断路器中用来接受信号的元件。若线路中出现不正常情况或由操作人员或继电保护装置发出信号时，脱扣器会根据信号的情况通过传递元件使触头动作掉闸切断电路。低压断路器的脱扣器一般有过流脱扣器、热脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器等几种。(分励脱扣：可按操作人员的命令或继电保护装置发出的动作信号使其线圈通电，衔铁动作而使断路器跳闸切断主电路)

　　如图2为脱扣器的原理图：

　　(2)触头系统

　　低压断路器的主触头在正常情况下可以接通分断负荷电流，在故障情况下还必须可靠分断故障电流。主触头有单断口指式触头、双断口桥式触头、插入式触头等几种形式。主触头的动、静触头的接触处焊有银基合金触点，其接触电阻小，可以长时间通过较大的负荷电流。见下图：

　　(3)灭低压断路器中的灭弧装置一般为栅片式灭罩，灭弧室的绝缘壁一般用钢板纸压制或土烧制。

　　三．低压断路器的保护特性：

　　1.过电流保护特性

　　输出短路或过载时对电源或负载进行的保护，即为过电流保护，简称过流保护。

　　2.欠电压保护特性

　　对所有的电器设备而言，都有一个额定电压，但在实际中，不能完全保证在额定电压下工作，是在额定电压附近的一个范围，一般要求在±15%。为了保护电器设备和工艺质量，如果低于－15%这个电压，就是“欠压”，当工作电压下降到这个电压以下，保护动作，切断电源。相反，如果高于＋15%这个电压，就是“过压”，保护也动作切断电源。

　　3.漏电保护特性

　　具有漏电电流保护的断路器，是为了防止低压电网（交流1200V，直流1500V以下）中发生人身触电和漏电火灾，爆炸等事故。

　　四．低压断路器常用参数解释

　　1.额定电压Ue(V)：在规定条件下保证电器正常工作的电压值，与额定电流组合共同确定电器的用途。一般指线电压。

　　2.额定绝缘电压Ui(V)：设计断路器时的耐受电压值，与断路器介质的电绝缘性能有关。

　　3.额定电流In(A)：为脱扣器能长期通过的最大稳定电流。

　　4.瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im(A)：为脱扣器脱启动脱扣动作的瞬时电流值，是额定的电流In的数倍。

　　5.壳（框）架等级额定电流Inm(A)：用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。

　　6.额定极限短路分断能力Icu(kA)：产品能够分断的最大预期电流值，试后不考虑继续承载其额定电流。

　　7.额定运行短路分断能力Ics(kA)：产品能够分断的最大预期电流值，试后应能继续承载其额定电流。

　　8.额定短时耐受电流Icw(kA)：在规定条件下产品能够在指定的短时间内承载而不损坏的电流值。只有具有短路短延时保护（见下第五节解释）的产品才有，主要考查产品电动稳定性和热稳定性。

　　电动稳定性：承受短路电流的电动力不损坏或永久变形。

　　热稳定性：承受短路电流的高热效应不损坏。

　　参数区分：断路器的额定电流In和断路器壳架等级额定电流Inm实际使用中断路器额定电流通常是指断路器壳架等级额定电流，而不是脱扣器额定电流。例如：当在市场上选择一只断路器时，通常指其额定电流为100A，（Inm）脱扣器的额定电流为80A（In）。多数低压断路器产品资料中，也一般不提断路器壳架等级额定电流这一复杂的说法，而只给出断路器额定电流这一参数，其实就是断路器额定电流作为断路器壳架等级额定电流的一种简称。断路器壳架等级额定电流是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头的通流能力决定，它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。

　　五．低压断路器电流参数的整定值

　　整定：正确的选择和调整继电保护系统(装置)的动作参数(故障的启动值和动作时间)的工作。

　　1.瞬时过电流脱扣器的整定值（瞬时：指开关遇到短路大电流超过开关设定的短路电流值时，可瞬时动作使断路器跳闸保护）。

　　在配电系统中，低压断压器的瞬时过电流脱扣器整定电流Im应躲过线路正常工作时发生的尖峰电流。为满足被保护线路各级保护电器间选择性动作要求，非选择型低压断路器瞬时脱扣器电流整定值，在躲过回路尖峰电流的条件下，尽可能整定得小一些，以保证故障时动作的灵敏度。选择型低压断路器瞬延时脱扣器电流整定值Im，在满足被保护线路相间短路电流故障时动作灵敏度要求的前提下，应尽量选择大一些，以躲过下一级开关所保护线路故障时的短路电流。

　　2.短延时过电流脱扣器的整定值(短延时：指的是断路器能承受短时间<人为的设计时间>的短路电流。当短路电流持续的时间超过断路器能承受短路电流的时间，断路器将断开短路电流，切断主电路。）

　　配电系统中低压断路器的短延时过电流脱扣器整定电流，应躲过线路正常工作时发生的尖峰电流。低压断路器短延时的断开时间通常有0.ls、0.2s、0.4s、0.6s、0.8s和1.0s等可供选择。上下级取时间级差0.Is--0.2s。

　　3.长延时过电流脱扣器的整定值（长延时：当主回路的电流超过开关的额定电流时，开关将按反时限动作。反时限：即电流越大，动作时间越短)。

　　见图4：

　　瞬时过流脱扣器和短延时过流脱扣器主要用于短路保护，而长延时脱扣器一般做过载保护使用，所带负载多为对过载要求较高的设备，如：电动机，因其启动电流大，为避免电动机启动时断路器频繁跳闸而选用。

　　瞬时过电流脱扣器和延时过流脱扣器（延时是通过热脱扣双金属片发热时间来实现，见上脱扣器原理图）在配电系统中相互配合使用，以实现整个配电结构的选择性工作。

　　六．低压断路器选用的一般原则

　　断路器的主要参数有额定电压、额定电流、通断能力、操作寿命、保护特性等，与使用直接有关的是额定电压、额定电流、通断能力及保护特性。使用中，要求断路器在正常工作中，温升不超过规定值，在事故状态下，能可靠的起到保护作用。

　　在选用断路器时，首先应根据用途及使用场所及回路对保护的要求确定。一般在选择时，应注意下述几个方面：

　　1.额定电压：负载或电源的额定电压要等于或小于开关的额定电压。

　　2.额定电流：负载的额定电流等于或小于开关的额定电流，考虑到留有一定的裕度，一般选开关额定电流比实际电流大20%—40%。有些用户光从温升的角度考虑。选用断路器的电流规格偏大，这将降低了保护特性的可靠性，出现负载过载，但是开关没有过载的现象，开关起不到保护作用。

　　3.通断能力：是指断路器在规定的电压及功率因数下所能接通分断的最大电流值，选用时，一定要使断路器的安装地点的短路电流小于断路器的通断能力。

　　4.保护特性：

　　由于配电用断路器主要用在配电线路中分配电能及保护回路、设备。所以其保护特性是以电线、电缆的允许过载特性曲性为根据的。即断路器的保护特性一定要处于被保护设备允许过载特性的下方。即在被保护对象达到损坏之前分断电路。

　　瞬时脱扣器一定要验证动作值，即断路器出线端短路时，短路电流要小于断路器的极限分断能力，在远端短路时，短路电流应达到瞬时脱扣器的动作值。对于这一点，有些用户往往重视不够，而认为不论发和何种短路，断路器短路保护一定会起作用。而实际上，如果短路电流未达到瞬时脱扣器的动作值，短路保护是不起作用的。特别是发生相对地通过电弧短路时，由于线路比较长，导线阻抗和电弧的阻抗比较大，使得相对地短路电流较小，而达不到瞬时脱扣器的动作值而烧坏导线、电缆的现象比较多。一般应使终端相对地的短路电流比瞬时脱扣器的动作电流大20%。必要时，应考虑适当增粗导线截面积，减小回路阻抗来满足要求。

　　七．断路器与上下级电器保护特性配合要求

　　断路器作为上下级保护时，其动作应有选择性，上下级间应相互配合，并注意如下问题：

　　1）断路器的上下级动作为选择性时，应注意电流脱扣器整定值与时间配合，通常上级断路器的过载长延时和短路短延时的整定电流，宜不小于下级断路器整定值的1.3倍，以保证上下级之间的动作选择性。一般情况下第一级断路器（如变压器低压侧进线）宜选用过载长延时、短路短延时（0～0.5s延时可调）保护特性，不设短路瞬时脱扣器。第二级断路器宜选用过载长延时、短路短延时、短路瞬时及接地故障保护等。母联断路器宜设过载长延时、短路短延时保护。第一级和第二级短路延时，应有一个级差时间，宜不小于0.2s。

　　2）当上一级为选择型断路器，下一级为非选择型断路器时，上级断路器的短路短延时脱扣器整定电流，应不小于下级断路器短路瞬时脱扣器整定电流的1.3倍；上级断路器瞬时脱扣器整定电流，应大于下级断路器出线端单相短路电流的1.2倍。

　　3）当上下级都为非选择型断路器时，应加大上下级断路器的脱扣器整定电流值的级差。上级断路器长延时脱扣器整定电流宜不小于下级断路器长延时脱扣器整定电流2倍；上级断路器的瞬时脱扣器整定电流应不小于下级断路器瞬时脱扣器整定电流的1.4倍。

　　4）上下级断路器距离很近时，出线端预期短路电流差别很小时，则上级断路器宜选用带有短延时脱扣器，使之延时动作，以保证有选择配合。

　　5）断路器的脱扣器和时限的整定一般可参照下列原则：长延时脱扣器整定电流可按脱扣器额定电流In的0.9～1.1倍，时限可按15s选定。短延时脱扣器整定电流可按脱扣器额定电流In的3～5倍选取，时限可按0.1s、0.2s和0.4s选取。瞬时脱扣器整定电流可按脱扣器额定电流In的10～15倍选取。

　　八．断路器运用的案例分析

　　现象：某单位机房装修结束后，在进行设备调试时，只要启动UPS，机房所在大厦就会掉电，给UPS加装输入隔离变压器后，现象消失。问题得到了解决，可故障真正原因是什么、加装隔离变压器的方法能否彻底解决问题呢？

　　分析：对现场检查发现，机房所在的大厦在大厦的总配电输出和各楼层分配电部分都安装了漏电保护器。在使用UPS的情况下，在UPS火线、零线、地线上都有抗浪涌、协波干扰的技术应用。正是由于防谐波，抗浪涌等电路中接有从相线端到地线（而非中线）端的电容（或其他元件），由此产生了漏电电流，使漏电保护开关动作，造成断电故障。

　　检查还发现以下问题：

　　1.安装此种装置，对人员触电起不到保护作用。为了保证人身安全，漏电保护器额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值，国际上公认30mA为人体安全电流值，但是大厦的漏电保护电流为500mA，起不到保护人身安全的作用。

　　2.加装了隔离变压器后，漏电断路器不能透过隔离变压器提供保护（隔离变压器输入线的进出电流始终相等，这也是加装UPS输入隔离变压器后能解决漏电断路器跳闸的原因）。实际上隔离变压器后的各种保护都没有了，不但对人没保护，对设备的真正漏电火灾保护也没有了。

　　3.大厦即将入住的很多公司与该公司业务性质相同，都需安装UPS，为了不使大厦的漏电保护器跳闸，如也要求每个公司加装隔离变压器，就会造成了不必要的购买隔离变压器支出和增加隔离变压器单点故障点双重损失，也造成了真正漏电事故不能有效监控的潜在隐患。

　　解决方法：

　　1.选择漏电保护器的额定漏电动作电流值时，应充分考虑到被保护线路和设备可能发生的正常泄漏电流值，必要时可通过实际测量，以取得被保护线路或设备的泄漏电流值。

　　2.按照国家相关标准，对一旦发生漏电切断电源时，会造成事故或重大经济损失的电气装置或场所，不能安装漏电短路式保护器。因此可考虑取消大厦的总配电输出和各楼层分配电的漏电保护器，改为在需要的场所安装漏电保护器做末端保护。

　　九.结论

　　我们在设计播出机房配电系统时应首先从整体上确定断路器的使用框架，根据用电设备的功率、用电安全级别和保护动作要求等各个方面对断路器的容量及类别精挑细选、对上下级断路器参数的设置和调整也应合理有效并满足相应的行业规范，以此为根本建立起一套科学合理的供电系统，为广播电视安全稳定播出打好坚实的基础。

　　参考文献：

　　[1]《如何正确选择低压断路器》范永辉电气制造2007

　　[2]《在电力设计中对低压断路器技术参数的选择》赵洪广东科技2007

　　文/刘明·贵州广播电视台