低压断路器的选择和应用

低压断路器的选择和应用

１电灯（白炽灯）、电热器回路

这些回路基本上是电阻负载，选用的是小型断路器（MCB）。断路器的额定电流理论上是In≥IＬ（In为断路器额定电流，IＬ为线路或电气设备的额定电流）。若In取≤IＬ，MCB可能发生误动作，所以国际上很多国家将用于白炽灯、电热回路的断路器In选为（1.1～1.15）IＬ。

白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程），最大闪流可达10IＬ，故在选用小型断路器时应选用Ｃ型（瞬动电流整定值5～10倍In）。

２高压汞灯、钠灯、金属卤化灯等的回路

小型断路器的In≥（1.2～1.4）IＬ

水银灯等的特点是电流的畸变率（系数）达１５％，起动时，因镇流器电感因素，将产生冲击电流，但起动的时间也较长。为此，水银灯等的保护用断路器，其瞬动电流应选用Ｃ型。

３电动机回路

作为电动机回路直接保护的断路器可采用电动机保护型断路器，它的过载保护有1.2In、1.5In、7.2In（可返回特性），短路瞬动为12In。这种断路器的额定电流In=I M（I M为电动机的额定电流）。如果无法找到电动机保护型断路器，也可使用一般配电保护型断路器，但这种配电型断路器仅能作电动机的短路保护（线路的过载保护采用热继电器）。

由于这种配电型断路器无躲过电动机起动电流的可返回特性，为了避免电动机起动时断路器动作（包括电动机采用Ｙ－Δ起动器等，在起动、运转瞬间的过渡性冲击电流），所以它的额定电流取得较高。日本有关标准（包括一些公司的产品样本介绍）规定：当电动机额定电流I M≤50A时，断路器的额定电流In≤3I M，当I M＞50A时，In≤2.5I M，而瞬动电流仍取10In（倘额定电流不放大，则瞬动电流必须大于14I M），断路器的额定短路分断能力≥电动机的短路电流。

４电容器回路

国际电工委员会IEC和德国DIN标准都规定，电容器单元必须长期在这样的电流下工作，即：它的有效值不会超过在正弦电压和额定频率时流过电流的1.3倍，对于大多数使用场合中的电容器单元可不采用过载保护，它可使上一级电网通过滤波回路进一步消除谐波。

对于短路保护，最普遍的是采用熔断器（此时熔断器的额定电流应是电容器额定电流的1.6～1.7倍），也有很多使用电容器的地方，它的短路保护选择塑料外壳式断路器（MCCB）。

电容器的保护开关（熔断器、断路器）必须符合以下三条要求。

（１）应能承受电容器产生的涌流；

（２）保护开关、电器应有不重燃性；

（３）熔断器或断路器的短路分断能力应大于电容器的短路故障电流。

电容器合闸投入运行时，由于端电压不能发生突变（由零变到额定电压），其情况有如短路，因此有较高的频率和较大幅值的浪涌电流（涌流）。

单个电容器的涌流峰值按公式（１）计算

Im＝Ic（１）

式中：

Im--涌流峰值Ａ；

Ｓ--电容器安装处的短路容量，ｋＶＡ；

Ｑ--电容器的无功功率，ｋＶＡＲ；

Ic--电容器电流，Ａ。

为了抑制电容器开断时的过电压和合闸涌流，集中补偿的电容器一般是装切合电阻的。要求加装切合电阻后，将Im降下来。加装切合电阻后，涌流（峰值）可降到16Ic，有效值为11.3Ic，因选用的断路器额

定电流In＝（1.3～2.0）Ic，对断路器来说 假如它的瞬动电流整定值为10In 则完全可以躲过电容器的峰值电流Im。

当Im、Q和Ic可知时，可以求出S值，由S值可以算出电容器的短路电流。

用塑料外壳式断路器作电容器回路保护时，断路器的额定电流较常见的是In＝1.5Ic；断路器的额定工作电压应≥电容器的工作电压。

表１为推荐的电容器保护用塑料外壳式断路器规格和二者的主要参数。

５焊接机（点焊机、电弧焊机）回路

交流电弧焊机、钢板点焊机、储能点焊机等焊接机的工作电流是间断的、脉冲的，因此选用断路器时，必须进行计算才能确定。

设点焊机（电弧焊机）的最大工作电流为Ia，由于是间断工作，某一时刻Ia＝0，热等效等值电流Ie为：Ｉ２ａｔ１＋Ｏ２ｔ２＝Ｉ２ｅ（ｔ１＋ｔ２）（２）

I a2t1+α2t2=I e2（t1+t2)

式中：

ｔ１--焊接时间，ｔ２--休息时间（间歇时间）

∴Ie＝＝＝Ia＝Ia

Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＝点焊周期，α＝称为使用率。

（例：设Ia＝100A，t1＝0.3s Ｔ＝3s α＝＝0.1，则Ie＝Ia＝１００＝３２Ａ）

工作电流Ia所引起的发热是按一齿形波规律的。实践告诉我们，使用率α越小，热平均温度Te与最高温度T M的差就越大。但是在大部分时间内热等效连续电流超过热平均温度的电流，为了防止断路器的过载长延时脱扣器误动作，一般选择断路器的额定电流In时，In＝（1.2～1.3）Ie。

由上例可得In＝３２ 1.2～1.3 ＝38.4～41.6Ａ

断路器的额定电流可取In＝４０Ａ。

对于大多数而言 规律性间断工作的焊接机的使用率α取0.5。

同类型的多台焊接机，它们各自的最大工作电流为Ia，α大致相同，设共有Ｎ台，则：

Ie＝Ia＝ＮIa

平衡接于三相时，总干线的断路器额定电流

In＝ＮIa

表2为不同参数的焊接机选用的断路器规格。

焊接机 特别是电弧焊机，起动瞬间电弧被短路而尚未引弧，因此电阻很小，电流很大，电焊变压器一次侧（原边）可能有8～14倍的额定电流。随着电弧的引燃和稳定，电阻及电流也逐渐稳定，这种现象称为过渡性闪流。

由于使用焊接机时要频频发生过渡性闪流，当采用瞬动整定电流为（5～10）In的小型断路器（MCB）或瞬动整定值为10In的塑壳式断路器作保护时，常会在此过渡性闪流下产生误动作。

对于断路器的瞬动电流整定值，国外推荐按公式（３）计算而求得。

Is＝×Ｂ（３）

式中：

Ｐ--焊接机容量，ｋＶＡ；

Ｅ--线电压，Ｖ；

Ｂ--过渡性闪流与额定电流之比（Ｂ的范围为8～14）；

Is--断路器瞬时脱扣电流，Ａ。

式（３）可作用户选择时的参考。

多台焊接机同时产生过渡性闪流的情况很少，但二台焊接机有可能相隔很短的时间起动，因此按式（３）计算的Is再乘一个安全系数1.2。

应该说明，断路器是安装在电焊变压器的一次侧（原边）的。

６可控硅整流回路

可控硅整流回路的交流侧安装断路器。断路器的额定电流≥1.4IＬ（IＬ为整流设备的额定电流），三相全波整流，变压器一次侧的畸变率为３０％，因此不宜选用全电磁型（油杯式）断路器，只能选择开断速度快，全分断时间短的热动--电磁型塑壳式断路器。

７变流器回路

电压源逆变器和电流源逆变器，用于按正弦交流电压设计的恒速电动机，根据负载的要求，调节电动机的转速实现节能。对变流器回路，断路器的额定电流In为≥（1.4～2）IＬ。变流器回路的输入电流的畸变率达９０％，高次谐波占有率很大，应采用热动--电磁型塑料外壳式断路器。

８变压器一次回路

这里说的是低压变压器，即高压(原边即一次侧)电压不高于400V。断路器的额定电流In≥（1.2～3）Ir （Ir为变压器一次侧额定电流）。此种回路的特点是变压器励磁冲击电流为额定电流的10～20倍。所选的是专门针对变压器保护要求的特殊塑壳式断路器。010*********

微型断路器的选用及脱扣特性

微型断路器又成小型断路器，相对于其他类型的断路器如配电型断路器而言，无论在体积上还是分断能力上都较小的断路器。微型断路器多在家用及电气设备上。

对于微型断路器的设计计算，在GB50054-95《低压配电设计规范》中规定：

IB<=In<=Iz

I2<=1.45Iz

式中：IB 线路计算负载电流（A）

In 熔断起熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A）

Iz 导体允许持续载流量（A）

I2 保证保护电气可靠的动作电流（A）

此外，还应考虑时间/电流脱扣特性曲线所带来的级间的选择性，级与级间应选用统一中类脱扣特性的微型断路器，并注意级间额定电流与动作电流的组配，应根据厂家所提供的选型手册或产品目录来选择。

脱扣曲线分为A、B、C、D、K等几种，各自的含义如下：

A型脱扣曲线：脱扣电流为（2～3）In，适用于保护半导体电子线路，带小功率电源变压器的测量线路，或线路长且短路电流小的系统；

B型脱扣曲线：脱扣电流为（3～5）In，适用于住户配电系统，家用电器的保护和人身安全保护；

C型脱扣曲线：脱扣电流为（5～10）In，适用于保护配电线路以及具有较高接通电流的照明线路和电动机回路；

D型脱扣曲线：脱扣电流为（10～20）In，适用于保护具有很高冲击电流的设备，如变压器电磁阀等；

K型脱扣曲线：具备1.2倍热脱扣动作电流和8～14倍磁脱扣动作范围，适用于保护电动机线路设备，有较高的抗冲击电流能力。

微型断路器脱扣特性（举例，C型脱扣曲线）

1.通过额定电流时，理论上可以连续长时间不脱扣（除非散热不良使温度升高）；

2.通过2倍额定电流时，超出2s后才会脱扣；

3.通过5倍额定电流时，超出0.05s后才会脱扣；

4.通过超出10倍额定电流时，会在0.02s之内脱扣。

不同的断路器脱扣特定有差别，但道理都一样，短时限脱扣是满足避过接通负载时的电流冲击，长时限脱扣是保护一般过载过电流。

对于不同性质的负载，在其电路上选用的断路器的额定电流和保护特性也是不同的，例如，在电阻负载型回路上，对应的负载为电灯（白炽灯）、电热器等，理论上，所选的微型断路器其额定电流应大于或等于线路或电气设备的额定电流，考虑可能发生的误动作，设计上选

用额定电流为（1.1-1.5）倍线路或电气设备的额定电流。白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程），最大闪流可达线路或电气设备额定电流的10倍，故在选用时应选用C型脱扣特性的微型断路器。

低压断路器的主要参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其额定电流、整定范围、电磁脱扣器整定范围、主触点分断能力等。

在选择低压断路器的时候，应遵从以下原则：

1.额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流；

2.极限同断能力应大于等于电路最大断路电流；

3.欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压；

4.过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。