摘要：斷路器的應(yīng)用，目前國家標準或規(guī)程還沒有對是否使用做出硬性的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)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(qū)的使用近年來出現(xiàn)一窩蜂的趨勢，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)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(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準。
    關(guān)鍵詞：斷路器選用電流

    最近幾年，與不少斷路器的使用者相互磋商、探討，并在專業(yè)刊物上閱讀了一些斷路選用的文章，感到收益很大，但又覺得斷路器的設(shè)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(chǎn)品的用戶在選擇低壓斷路器上還存在一部分偏失。據(jù)此，筆者擬再次論述斷路器的選擇和應(yīng)用，以期拋磚引玉、去偽存真。

    一、按線路預(yù)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(yù)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(cè)的短路容量為無窮大(10kV側(cè)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%)。

    2.GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》的2.1.2條規(guī)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(yīng)計入電動機反饋電流的影響”，若短路電流為30kA，取其1%，應(yīng)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(yīng)是6.5∑In。

    3.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(yù)期短路電流。

    4.變壓器的副邊額定電流=Se/1.732U式中Se為變壓器的容量(kVA)，Ue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(yīng)是:1.44～.50Se。

    5.按(3)對Uk的定義，副邊的短路電流(三相短路)為I(3)對Uk的定義，副邊的短路電流(三相短路)為I(3)=Ie/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I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)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，考慮到線路阻抗，短路電流將減小。例如SL7系列變壓器(配導(dǎo)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I(3)為7210A。短路點離變壓器的距離為100m時，短路電流I(3)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(shè)計時，應(yīng)計算安裝處(線路)的額定電流和該處可能出現(xiàn)的最大短路電流。

并按以下原則選擇斷路器：因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過大，以免造成浪費。

    二、斷路器的極限短路分斷能力和運行短

    路分斷能力IEC947-2和GB4048.2，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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件，包括斷路器繼續(xù)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(diào)整到預(yù)期的短路電流值(例如380V，50KA)，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(yīng)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(tài)，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(wěn)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，并無超出規(guī)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(jīng)過試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，并無超出規(guī)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(fù)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(fù)測試驗。Icu和Ics短路或?qū)嶋H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，即萬能式或框架式)。斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標準規(guī)定的Icu百分值都是有效的、合格的產(chǎn)品。

    萬能式斷路器，絕大部分都具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護功能，能實現(xiàn)選擇性保護，因此大多數(shù)主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主開關(guān)，因為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(fā)生短路故障時要求兩個CO，而且要求繼續(xù)承載一段時間的額定電流，因此萬能式斷路器偏重于它的Icu值；而使用在支路上的塑殼式斷路器，經(jīng)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)，一般只注重其Ics值。但是，無論是萬能式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩個重要的技術(shù)指標。只有Ics值在兩類斷路器上表現(xiàn)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%Icu，有些斷路器應(yīng)用的設(shè)計人員，按其所計算的線路預(yù)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(yù)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。

    三、斷路器的電氣間隙與爬電距離

    確定電器產(chǎn)品的電氣間隙，必須依據(jù)低壓系統(tǒng)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(guī)定的沖擊耐受電壓，而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時過電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。

因此：

    1.電器的額定絕緣電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定電壓

    2.電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)≥電源系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓

    3.電器產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓應(yīng)≤電源系統(tǒng)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(yōu)先值)Uimp就與電源系統(tǒng)的相對地電壓和電器的安裝類別等有很大的關(guān)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)]，要求額定沖擊耐受電壓就越大。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Ⅳ，Uimp為6.0kV。一般塑殼式斷路器的Uimp為6.0kV污染等級3級或4級，其最小的電氣間隙是5.5mm。而產(chǎn)品的實際的電氣間隙，都大于5.5mm。

    關(guān)于爬電距離，GB/T14048.1《低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備總則》規(guī)定：電器(產(chǎn)品)的最小爬電距離與額定絕緣電壓(或?qū)嶋H工作電壓)、電器產(chǎn)品使用場所的污染等級以及產(chǎn)品本身使用的絕緣材料的性質(zhì)(絕緣組別)有關(guān)。例如：額定絕緣電壓為660(690)V，污染等級為3，產(chǎn)品使用的絕緣材料組別為Ⅲa(175≤cti〈400，CTI為絕緣材料的漏電起痕指數(shù)〉，最小爬電距離為10mm。一般塑殼式斷路器的爬電距離都大大超過規(guī)定的數(shù)值。

    綜上所述，如果電器產(chǎn)品的電氣間隙和爬電距離，達到絕緣配合要求，就不會因為外來過電壓或線路設(shè)備本身的操作過電壓造成設(shè)備的介質(zhì)電擊穿。GB7251.1-1997《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備》(等郊于IEC439-1：1992)，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(yīng)大于12mm，有的甚至提出斷路器的電氣間隙應(yīng)大于20mm。這種要求是不合理的，它已經(jīng)超出了絕緣配合的要求。對于大電流規(guī)格，為了避免在出現(xiàn)短路電流時產(chǎn)生電動斥力，或是大電流時導(dǎo)體發(fā)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(lián)結(jié)板(片)來實現(xiàn)。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(yīng)不小100mm。

    四、四極斷路器的應(yīng)用

    關(guān)于四極斷路器的應(yīng)用，目前國家標準或規(guī)程還沒有對是否使用做出硬性的規(guī)定，雖然地區(qū)性四極電器的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)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(qū)的使用近年來出現(xiàn)一窩蜂的趨勢，各斷路器制造廠也紛紛設(shè)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(yīng)以是否能確保供電的可靠性、安全性為準，因此大體上是：

    1.TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)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；

    2.TT系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)可使用四極斷路器，以便在維修時保障檢修者的??，而不能接PEN或PE線；

 3.裝設(shè)雙電源切換的場所，由于系統(tǒng)中所有的中性線(N線)是通聯(lián)的，為了確保被切換的電源開關(guān)(斷路器)的檢修安全，必須采用四極斷路器；

    4.用于380V系統(tǒng)的應(yīng)選用四極剩余電流保護器(漏電斷路器)。