低压断路器脱扣电流的整定计算

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1、低压断路器脱扣电流的整定计算作者：杨家来源：中国高新技术企业2016年第 02期摘要：文章介绍了低压断路器的选择要求，并结合实际案例，解析了断路器过电流脱扣器 整定值的计算过程。对计算过程中显现的可操作性疑义问题，结合对现行规范、标准的理解提 出建议，以便合理选择低压断路器脱扣器，对供配电系统设计人员具有一定的参考价值。关键词：低压断路器；反时限过电流脱扣器；定时限过电流脱扣器；瞬动脱扣器；供配电 系统文献标识码：A中图分类号：TM561 文章编号：1009-2374 （2016） 02-0110-04 DOI： 10.13535/ki.ll-4406/n.2016.02.054低压断路器具有

2、体积小、机构紧凑、安装方便等特点，被广泛应用于配电线路及电动机保 护领域。随着电气技术的不断发展，低压断路器性能也得到日益完善和提高，现已逐步实现智 能化、模块化和小型化，与此同时，低压断路器的可靠性和安全性均得到很大提高。但在使用 低压断路器的过程中应合理选型，避免因断路器选型不当造成其不能发挥应有的保护作用，使 配电系统在运行中存在一定安全隐患，对使用人员的人身安全构成一定威胁。1 低压断路器简介1.1 低压断路器分类低压断路器（以下简称断路器）按使用类别可分为A类（非选择型）和B类（选择 型）；按设计型式可分为万能式（或框架式）断路器、塑料外壳式断路器及微型断路器；按用 途可分为配电用断

3、路器、电动机保护用断路器和漏电断路器，其他分类不再列举。1.2断路器过电流脱扣器1.2.1 断路器过电流脱扣器主要包括长延时脱扣器（反时限特性）、短延时脱扣器（根据 不同的动作电流，呈现反时限和定时限特性）、瞬动脱扣器。1 .2 . 2反时限过电流断开脱扣器在基准温度下，在约定不脱扣电流，即电流整定值的1 .05 倍时，脱扣器的各相极同时通电，断路器从冷态开始，在小于约定时间内不应发生脱扣；在约 定时间结束后，立即使电流上升至电流整定值的1.3倍，即达到约定脱扣电流，断路器在小于 约定时间内脱扣。1.2.3瞬时或定时限过电流脱扣器在达到电流整定值时应瞬时（固有动作时间）或在规定 时间内动作。其

4、电流脱扣器整定值有10%的准确度。1.3 断路器的选择应符合的要求断路器的额定电压应与所在回路的标称电压相适应；断路器的额定频率应与所在回路的标 称频率相适应；断路器的额定电流不应小于所在回路的负荷计算电流；断路器应满足短路条件 下的动、热稳定要求，用于分断短路电流时，应满足在短路条件下分断能力的要求。1.4 断路器的选择性配合各级保护电器之间的动作选择性分为以下三种：1.4.1 完全选择性。故障点的所有故障电流值，从过载到金属性短路故障电流，均由故障 点最近的上一级断路器切断。1.4.2 部分选择性。在全短路故障电流情况下，不能满足完全选择性，但可能在某一较低 故障值（选择性极限值）以下具有

5、选择性。1.4.3 无选择性。当故障发生时，无法实现选择性，可能出现越级跳闸或同时动作。低 压配电设计规范规定，配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性；各级之间应 能协调配合。但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性跳闸。2 各种过电流脱扣器的整定计算断路器的实际动作时间还可以根据厂家提供的时间-电流特性曲线直接查取。确定实际动 作时间非常重要，可以实现正常工作时不动作、躲过尖峰电流、完成热稳定校验、满足断路器 动作的选择性等用途。2.1.5消防配电线路的过负荷保护。根据民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）规定， 消防配电线路应设过负荷及短路保护，其过负荷保护应动作于信号，

6、不动作于脱扣。工程设计 中，消防配电线路采用电磁脱扣器（仅有瞬动脱扣器），其过负荷保护功能应借助其他设备实 现：（1）采用过载时只报警不脱扣的特殊断路器，在过载时可提供一个无源信号触点，从而 驱动报警装置；（2）利用数显表的报警功能，在实际电流超过设定电流时提供报警信号。此 时应采用三相表并配合三相CT。如使用单相表，无法检测另外两相的故障；（3）电动机可使 用热继电器提供过载保护，通过其过载信号触点驱动报警装置。2.2短延时脱扣器的短路保护整定计算案例分析：某低压配电房发生短路事故，短路点位于分支母线处，即分支回路断路器电源 侧。断路器智能控制器保留的技术数据：分断电流18.67kA，动作时

7、间0.5s。断路器出厂数 据：型号CW2-2500/3P, In=2500A；额定极限短路分断能力Icu=85kA/AC400V；额定运行短 路分断能力Ics=85kA/AC400V；额定短时耐受电流Icw=65kA/AC400V；长延时脱扣器Irl=1.0In, tl=15s；短延时脱扣器Ir2=8.0In, t2=0.4s，瞬动脱扣器Ir3=12Irl,接地故障保护位 于 OFF 位置。要求判断该断路器是否在规定时间内切除故障线路。额定极限短路分断能力IcuIk。首先计算动作电流倍数：18.67*1000/2500=7.468倍，未达 到预设的短延时脱扣电流倍数（8倍），查产品样本，应根据

8、I2T2= （8Ir1） 2t2校验。T2=（8*1*2500）2*0.4/（18.67*1000）2=0.459s。根据厂家样本，动作时间允差为15%,则断路 器允许动作时间为（0.459*1.15）s=0.528s。本案例断路器动作时间0.5s在此时间范围内切除 故障线路。IstMl线路中最大一台电动机的全启动电流，A,包括周期分量和非周期分量，其值 可取电动机启动电流IstM1的2倍Ijs （n-1）除启动电流最大的一台电动机以外的线路计算负载电流，A如果没有人为的延时环节，瞬动脱扣器一旦启动，必将触发后继动作，分闸在所难免。启 动冲击电流在1/4周期（0.005s ）即达峰值，瞬动原件

9、是否启动仅取决于电磁力的大小，与后 继的断路器机械动作固有时间无关。因此，为防止断路器在电动机启动时误动作，其瞬动脱扣 器的动作电流应躲过启动电流峰值或至少高于第一半波有效值。2.3.3瞬动脱扣器用于电动机的短路保护。 第一，断路器瞬动脱扣器动作电流与长延时脱扣器动作电流之比（以下简称瞬动电流倍 数）宜为14倍左右或1020倍可调。第二，仅用于短路保护时，即在另行装设过载保护电器（如热继电器等）的常见情况下， 宜采用只带瞬动脱扣器的断路器或把长延时脱扣器作为后备过电流保护。第三，兼作过载保护时，即在没有其他过载保护电器的情况下，断路器应设瞬动脱扣器和 长延时脱扣器，且必须为电动机保护型。第四，

10、兼作低电压保护时，即不另装接触器或起动器的情况下，断路器应装有低电压脱扣 器。第五，断路器的各种附件应根据电动机的控制要求装设。第六，瞬动脱扣器的整定电流应为电动机启动电流的22.5倍，本文取2.2倍。 第七，长延时脱扣器用作后备保护时，其整定电流应按满足相应的瞬动脱扣整定电流为电 动机起动电流2.2倍的条件确定。第八，长延时脱扣器用作电动机过载保护时，其整定电流应接近但不小于电动机的额定电 流，且在 7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的启动时间。同时，相应的瞬动脱扣器应 满足第六条的要求，否则应另设过载保护电器，而不得随意加大长延时脱扣器的整定电流。2.4 断路器接地故障保护的整定计算

11、低压配电设计规范规定，相线对地标称电压为220V的TN系统配电线路的接地故障 保护，其切断故障回路的时间应符合下列规定：(1)配电线路或仅供给固定式电气设备用电 的末端线路，不宜大于5s；(2)供给手握式电气设备和移动式设备的末端线路或插座回路， 不应大于 0.4s。以下介绍TN、TT及IT系统发生接地故障时断路器脱扣器的选择及整定方法。案例分析：某回路由低配室放射供电，变压器容量lOOOkVA, Uk=6%，出线开关QF1 (Irl=50A)，配线YJV-5X16，线路末端下级断路器采用A类微断QF2 (MCB-C32/1P, Ir1=32A, Ir3=10Ir1=320A)。设QF2前端A

12、点发生接地故障，QF2后端B点发生接地故障， 试对 QF1 进行接地故障保护整定计算。第一种情况：线路长100m, A点发生单相接地故障时，查得Id=0.61kA，则根据式 (9)，Ir3(0.61*1000)Ir1/(1.3*50)=9.38Ir1,取整后 Ir3=9，则 Ir3=9*50A=450A。第二种情况：线路长100m, B点发生单相接地故障时，由于A、B点仅相隔QF2，其阻 抗可忽略不计，则 QF1 整定计算同上。此两种情况下，QF1的Ir3=450A, QF2的Ir3=320A, 450/320=1.406倍，可满足选择性要 求的1.3或1.4倍。第三种情况，线路长140m,查

13、得Id=0.44kA，则根据式(9), Ir31.3Ir4的前提下尽可能选大一些，甚至可选断路器允许的IAn最大值。剩余 电流保护适用于TN-S系统，但不适用于TN-C系统。2.4.2 TT系统。TT接地系统常用于工业与民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电 系统，三相不平衡电流较大。发生单相接地时，Id回路阻抗包括相线阻抗、PE线阻抗、负载 侧接地电阻、电源侧接地电阻、接触阻抗等。由于负载侧接地电阻和电源侧接地电阻值一般均 比较大，TT系统的故障环路阻抗大，产生的单相接地故障电流远小于不平衡电流，所以TT系 统不能采用短路保护兼做接地故障保护，也不能采用零序电流保护。TT系统采用剩余电流

14、保 护的整定计算同TN系统。2.4.3 IT系统。三种系统中，IT系统接地故障电流最小，用于对供电可靠性要求较高、对 单相接地不需要立即切断的供电回路。发生接地故障时，需发出绝缘破坏信号。目前最典型的 IT系统就是10kV配电系统，采用中性点不接地或经高电阻接地的运行方式（小电流接地系 统）。该系统最大的优点是发生单相接地故障时，不破坏系统电压的对称性，且故障电流值较 小，不影响对用户的连续供电。电力系统供电规程规定，发生接地故障时，可带故障运行1 2小时。3 结语在使用断路器作为保护电器时，只有正确分析负载性质、结合断路器保护特性选择断路 器，才能有效切除事故回路，保证供配电系统的可靠运行。

15、除了技术上的必要性和可靠性，还 要兼顾经济上的可行性和实用性，才能使断路器的选择满足合理性要求。参考文献1 入中国航空工业规划设计研究院工业与民用配电设计手册（第三版）M北京：中国 电力出版社， 2007.2 入中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局低 压配电设计规范（GB 50054-2011） S.北京：中国计划出版社，2012.作者简介：杨家（1980-），男，四川达州人，成都基准方中建筑设计有限公司电气工程 师，研究方向：民用建筑电气工程设计。（责任编辑：黄银芳）表1 配电用断路器热磁脱扣器动作时间通过电流名称整定电流倍数约定时间/hIn w 63 AI

16、n 63A约定不脱扣电流1.05InMl22约定脱扣电流1.30In12返回特性电流3.()In可返回时间/s5812表2电动机保护用断路器热磁脱扣器脱扣时间脱扣级别以整定电流倍数表示的试验电流适用范围1.051.21.57.2冷态开始热态热态冷态开始脱口时间t10A2h内不脱扣2h 2niin2s vtWIOs轻载起动10A2h内不脱扣2h 4min4s VtWIOs一般负载20 A2h内不脱扣2h 8niin6s t W 20s一般负载到重载3()A2h内不脱扣2h 12min9sVtW3()s重载起动表3 CMZ 2电子式长延时脱扣器脱扣时间流 电间 时 作 动配电用11TA5 |7rT131、s, (2s- s 汝IKz(nI)A3(6门I.) I r _(1 o 18(60122i,ir.T*&6(电机保护用11 )5LTi .28Irl或者IQ gin，反时限 设为OFF时为定时限常熟CM2Z系列塑壳 断路器I2T2= ( 1.5Ir2) 2t2 (Ir2Ik1.5Ir2)为反时限 1.5Ir2IkIr3时为定时限