2012年電氣工程師考試專業(yè)輔導(dǎo):微型斷路器的選擇使用

　　微型斷路器(以下簡(jiǎn)稱MCB)是建筑電氣終端配電裝置中使用最廣泛的一種終端保護(hù)電器。 MCB雖然是一種終端電器。但它量大面廣，若選用了不合適的MCB，造成的損失也是慘重的。本文根據(jù)MCB的常用電氣參數(shù)談MCB的正確選用方法。

　　McB的額定分?jǐn)嗄芰︻~定分?jǐn)嗄芰褪窃诒ＷC斷路器不受任何損壞的前提下能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏髦怠，F(xiàn)在市場(chǎng)上見到的MCB，根據(jù)各制造廠商提供的有關(guān)技術(shù)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，一般有4.5kA、6kA、10kA等幾種額定分?jǐn)嗄芰?。我們?cè)谶x用MCB時(shí)，應(yīng)當(dāng)像選用MCCB(塑殼斷路器)、ACB(框架式斷路器)一樣，計(jì)算在該使用場(chǎng)合的最大短路容量，再選擇MCB。如果MCB的額定分?jǐn)嗄芰π∮诒槐Ｗo(hù)范圍內(nèi)的短路故障電流，則在發(fā)生故障時(shí)，不但不能分?jǐn)喙收暇€路，還會(huì)因MCB的分?jǐn)嗄芰^小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它電氣設(shè)備線路的安全運(yùn)行。

　　低壓配電線路的短路電流與該供電線路的導(dǎo)線截面、導(dǎo)線敷設(shè)方式、短路點(diǎn)與電源距離長(zhǎng)短、配電變壓器的容量大小、阻抗百分比等電氣參數(shù)有關(guān)。一般工業(yè)與民用建筑配電變壓器低壓側(cè)電壓多為0.23/O.4LV，變壓器容量大多為1600kVA及以下，低壓側(cè)線路的短路電流隨配電容量增大而增大。對(duì)于不同容量的配變，低壓饋線端短路電流是不同的。一般來說，對(duì)于民用住宅、小型商場(chǎng)及公共建筑，由于由當(dāng)?shù)毓╇姴块T的低壓電網(wǎng)供電，供電線路的電纜或架空導(dǎo)線截面較細(xì)，用電設(shè)備距供電電源距離較遠(yuǎn)，選用4.5kA及以上分?jǐn)嗄芰Φ腗CB即可。對(duì)于有專供或有10kV變配電站的用戶，往往因供電線路的電纜萍面較粗，供電距離較短，應(yīng)選用6kA及以上額定分?jǐn)嗄芰Φ腗CB。而對(duì)于如變配電站(站內(nèi)使用的照明、動(dòng)力電源直接取自于低壓總母排)以

　　及大容量車間變配電站(供車間用電設(shè)備)等供電距離較短的類似場(chǎng)合，則必須選用10kA及以上分?jǐn)嗄芰Φ腗CB，具體設(shè)計(jì)時(shí)還必須進(jìn)行校驗(yàn)。此外，特別要注意的三點(diǎn)是：

　　1.隨著現(xiàn)代建筑物中配變?nèi)萘康脑龃?大容量母線槽的使用以及用電設(shè)備與電源間的距離在縮短等各種因素，使供電線路末端的短路電流也在不斷地增大，特別是一些高檔的寫字樓、辦公樓、賓館及大型商場(chǎng)等公共建筑，這類場(chǎng)合使用的MCB，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意。

　　2.MCB有兩個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)是IEC898《家用裝置及類似裝置用斷路器》(GBl0963―1999);另一個(gè)是IEC947―2《低壓開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備低壓斷路器》。!EC898是針對(duì)由非電氣專業(yè)和無經(jīng)驗(yàn)人員使用的標(biāo)準(zhǔn)，而IEC947―2是針對(duì)由電氣專業(yè)人員操作使用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MCB的額定分?jǐn)嗄芰χ笜?biāo)是不同的，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，一定要看具體使用場(chǎng)合和對(duì)象來選用MCB。若按IEC947―2的額定分?jǐn)嗄芰磉x用MCB，應(yīng)安裝在供專業(yè)人員操作的箱柜中，并由專業(yè)人員操作，如各樓層、廠房?jī)?nèi)的照明總配電箱;若按IEC898來選用MCB，可供安裝在非專業(yè)人員使用的操作電箱中，如大會(huì)議廳、廠房?jī)?nèi)的照明開關(guān)箱中，這些使用對(duì)象都是一般的工作人員。因此在選用 MCB時(shí)一定要注意加以區(qū)別，不能混淆。

　　3.一般來說，MCB的額定分?jǐn)嗄芰κ窃谏隙俗舆M(jìn)線、下端子出線狀態(tài)下測(cè)得的。在工程中若遇到特殊情況下要求下端子進(jìn)線、上端子出線，由于開斷故障電流時(shí)滅弧的原因，MCB必須降容使用，即額定分?jǐn)嗄芰Ρ仨毎粗圃鞆S商提供的有關(guān)降容系數(shù)來換算?，F(xiàn)在有些廠商制造的MCB，上下端子均可進(jìn)線及自由安裝，分?jǐn)嗄芰Σ皇苡绊?，但筆者認(rèn)為，在非萬不得已的情況下，宜以上進(jìn)下出為妥。MCB的保護(hù)特性根據(jù) IEC898，MCB分為人、B、C、D四種特性供用戶選用：A.特性一般用于需要快速、無延時(shí)脫扣的使用場(chǎng)合，亦即用于較低的峰值電流值(通常是額定電流/n的2―3倍)，以限制允許通過短路電流值和總的分?jǐn)鄷r(shí)間，利用該特性可使MCB替代熔斷器作為電子元器件的過流保護(hù)及互感測(cè)量回路的保護(hù);B特性一般用于需要較快速度脫扣且峰值電流不是很大的使用場(chǎng)合;與A特性相比較，B特性允許通過的峰值電流<3In一般用于白熾燈、電加熱器等電阻性負(fù)載及住宅線路的保護(hù);C特性一般適用于大部分的電氣回路，它允許負(fù)載通過較高的短時(shí)峰值電流而MCB不動(dòng)作，C特性允許通過的峰值電流<5In一般用于熒光燈、高壓氣體放電燈、動(dòng)力配電系統(tǒng)的線路保護(hù);D特性一般適用于很高的峰值電流(<10In)的開關(guān)設(shè)備，一般用于交流額定電壓與頻率下的控制變壓器和局部照明變壓器的一次線路和電磁閥的保護(hù)。

　　從以上保護(hù)特性的分析可知，對(duì)于各種不同性質(zhì)的線路，一定要選用合適的MCB。如有氣體放電燈的線路，在燈啟動(dòng)時(shí)有較大的浪涌電流，若只按該燈具的額定電流來選擇MCB，則往往在開燈瞬間導(dǎo)致MCB的誤脫扣。

　　在保護(hù)特性方面，瓜C898標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)明確規(guī)定，MCB不能用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，只可作為替代熔斷器對(duì)配電線路(如電線電纜)進(jìn)行保護(hù)。在這方面，設(shè)計(jì)人員往往容易忽視，并且在一些生產(chǎn)廠商的樣本和設(shè)計(jì)資料手冊(cè)上也有一些誤導(dǎo)的地方。大家知道，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間有一個(gè)5―7In持續(xù)時(shí)間為10s的起動(dòng)電流，即使C特性在電磁脫扣電流設(shè)定為(5―lO)In，可以保證在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)避過浪涌電流;但對(duì)熱保護(hù)來講，其過載保護(hù)的動(dòng)作值整定于1.45Jn，也就是說電動(dòng)機(jī)要承受45%以上的過載電流時(shí)MCB才能脫扣，這對(duì)于只能承受<20%過載的電機(jī)定子繞組來講，是極容易使繞組間的絕緣損壞的，而對(duì)于電線電纜來講是可承受的。因此，在某些場(chǎng)合如確需用MCB對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，可選用ABB公司特有的符合IEC947―2標(biāo)準(zhǔn)中 K特性的MCB，或采用MCB外加熱繼電器的方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載和短路保護(hù)。

　　McB的使用頻率

　　MCB的設(shè)計(jì)和使用是針對(duì)50~60Hz交流電網(wǎng)的，由于磁脫扣器的電磁力與電源頻率、動(dòng)作電流有關(guān)，因此對(duì)于在交流電壓下使用的MCB用于直流電路或其它電源頻率場(chǎng)合的保護(hù)時(shí)，磁脫扣器的動(dòng)作電流是不同的。一般應(yīng)根據(jù)制造廠商提供的磁脫扣動(dòng)作電流同電源頻率變化系數(shù)來換算。當(dāng)交流用MCB用于直流電路的保護(hù)時(shí)，由于滅弧的原因，應(yīng)選用類似西門子的5SX5直流專用MCB。

　　McB的使用環(huán)境溫度

　　MCB的過載保護(hù)依靠熱脫扣器，通常，現(xiàn)有MCB的熱脫扣器額定電流是生產(chǎn)廠家根據(jù)IEC898標(biāo)準(zhǔn)在基準(zhǔn)溫度為30C條件下整定的，MCB的工作溫度一般推薦為―25C―十55C。熱脫扣器由一種雙金屬片組成，當(dāng)通過的電流達(dá)到某設(shè)定值并維持一定時(shí)間后使MCB脫扣。因此，熱脫扣器與溫度是息息相關(guān)的。如環(huán)境溫度變化將導(dǎo)致MCB的工作溫度變化，使熱脫扣器的工作特性相應(yīng)變化。由于MCB通常安裝于配電箱內(nèi)，使用環(huán)境溫度也不可能恒定為30C，實(shí)際使用時(shí)，終端配電箱內(nèi)的MCB是緊密無間地安裝在一起的，且大多數(shù)場(chǎng)合又是嵌在、墻內(nèi)安裝，導(dǎo)致散熱效果差，使配電路內(nèi)的溫升上升很大，故MCB的實(shí)際工作溫度總比環(huán)境溫度高10C~15C左右。因此，當(dāng)環(huán)境溫度大于或小于校準(zhǔn)溫度值時(shí)，我們必須根據(jù)有關(guān)制造廠商提供的溫度與載流能力修正曲線來調(diào)整MCB的額定電流值。一般來說，當(dāng)環(huán)境溫度大于或低于校正值10C時(shí)，MCB，的額定電流值須減小或增加5%左右。

　　MCB的前后級(jí)選擇性配合

　　大家知道，在供配電線路中，對(duì)于保護(hù)電器必須達(dá)到“三性――選擇性、快速性、靈敏性”?？焖傩院挽`敏性分別與保護(hù)電器本身特點(diǎn)和線路運(yùn)行方式有關(guān)，而選擇性則與上下級(jí)保護(hù)電器之間的配合有關(guān)。配合恰當(dāng)，則能有選擇地將事故回路切除，保證供電系統(tǒng)的其它無故障部分繼續(xù)正常運(yùn)行，反之，則影響供電的可靠性。MCB的選擇性可分兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是過載區(qū)的選擇性，另一個(gè)是短路區(qū)的選擇性。

　　MCB的熱脫扣器的電流―時(shí)間特性是一個(gè)反時(shí)限曲線，曲線中 t1’、t2’分別代表QLl、Q12的最長(zhǎng)不開斷時(shí)間，t1"、t2"分別代表QLl、Q12的最長(zhǎng)開斷時(shí)間。對(duì)于某一電流，如果斷路器QL1的t1’與Q12的 t2"構(gòu)成的關(guān)系是tl">t2"，說明過載區(qū)有選擇性。通過實(shí)踐證明，一般MCB在過載區(qū)若I1/I>2，即能在過載區(qū)有選擇性。當(dāng)短路電流流過電磁脫扣系統(tǒng)時(shí)，MCB上下間要獲得選擇性是很困難的，為了防止越級(jí)脫扣，一般應(yīng)使QLl的瞬時(shí)脫扣電流Im1與Q12的瞬時(shí)脫扣電流Im2之比大于1.4。當(dāng)短路電流大于7ml時(shí)，要想只有Q12開斷，應(yīng)選限流型斷路器作為Q12，這樣可以減少電流的峰值及持續(xù)時(shí)間，使QLl免于斷開，當(dāng)然也可選用具有延時(shí)的斷路器作為QLl。當(dāng)短路電流很大時(shí)，是很難保證有選擇性的，只能獲得部分選擇性。制造廠商為了方便設(shè)計(jì)人員選用合適的MCB以確保選擇性，在設(shè)計(jì)參考資料中都有向用戶推薦的匹配表，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)匹配表選用上下級(jí)的MCB。

　　McB的附件選用

　　MCB有一些電氣輔助裝置和保護(hù)附件能與MCB本體拼裝組合在一起，擴(kuò)展使用范圍，其中最主要的是剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(簡(jiǎn)稱RCD)、分勵(lì)脫扣器(簡(jiǎn)稱ST)、欠壓脫扣器(簡(jiǎn)稱UR)。RCD與MCB組合在一起就能成為帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(簡(jiǎn)稱RCBO)，安裝在配電箱內(nèi)能防止線路發(fā)生單相接地故障時(shí)危及人身安全和有效抑制電氣火災(zāi)。關(guān)于RCD的工作原理，本文不作贅述，在此特別提出六點(diǎn)注意事項(xiàng)。

　　1.該RCBO使用于何種低壓配電接地型式中不能有半點(diǎn)含糊，因?yàn)橛糜赥T、TN、IT的系統(tǒng)中的接線要求都有不同，詳見《電世界》1996年“剩余電流保護(hù)器講座”等有關(guān)文章。但不管如何干變?nèi)f化，凡是帶電載流導(dǎo)體(個(gè)性線也是載流導(dǎo)體)必須全部接入RCD，而保護(hù)線PE則絕對(duì)不能接入RCD，PE線應(yīng)與設(shè)備的金屬外殼連接。筆者認(rèn)為：為避免許多不必要的誤脫扣，RCBO的極數(shù)宜與該接入回路的載流導(dǎo)體數(shù)相等。

　　2.RCD的額定脫扣電流入數(shù)值應(yīng)根據(jù) JGJ/T16―92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第14.3.11條進(jìn)行選擇。從安全的角度考慮，RCD的入選擇得越小越好，但實(shí)際上，任何供電回路的用電設(shè)備都有正常的泄漏電流，如果RCD的比小于正常的泄漏電流或者該回路的正常泄漏電流大于50%In,則供電回路無法正常運(yùn)行，故從供電的可靠性來考慮，In選擇得不能太小，它主要受到正常泄漏電流的制約。

　　3.RCD的上下級(jí)配合問題。一般來說，RCD的額定剩余不動(dòng)作電流In0(根據(jù)IEC有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn))等于In的50%。如果干線和支線上的RCD動(dòng)作電流值很接近，就有可能使幾個(gè)支線的不動(dòng)作電流 In0之和大于干線上的RCD的In，使干線上的 RCD誤動(dòng)，兩者之間就失去了選擇性。通常，上下兩級(jí)RCD額定動(dòng)作電流之比應(yīng)大于2.5，當(dāng)然，RCD的選擇性也可根據(jù)動(dòng)作時(shí)間的差異來達(dá)到。一般對(duì)終端配電箱來說電源總斷路器處的RCD主要為防止電氣火災(zāi)，可選用In=100―300mA、時(shí)間t=0.3s左右的產(chǎn)品，如梅蘭日蘭的vigiS型產(chǎn)品。支線上的RCD主要為防止人身電擊，可選用In=6―30mA(視具體使用場(chǎng)合)、瞬動(dòng)型產(chǎn)品，如梅蘭日蘭vigi型產(chǎn)品。

　　4.對(duì)于TT系統(tǒng)，裝有RCD的支路與不裝RCD的支路不應(yīng)使用公共接地極。TT制接地系統(tǒng)因中性點(diǎn)接地與凹線接地分開，個(gè)性線N與PE線無連接，供電線路一般較長(zhǎng)，相―地回路阻抗較大，發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路保護(hù)裝置不能可靠地切斷電源，容易造成電擊和火災(zāi)事故，因此這種系統(tǒng)中裝設(shè)RCD作單相接地保護(hù)是有效的措施之一。但個(gè)別裝RCD的分支回路必須有單獨(dú)的接地極與PE線，否則當(dāng)未裝RCD的回路發(fā)生漏電時(shí)，會(huì)通過PE線傅u裝有RcD的設(shè)備外殼上，但RCD不動(dòng)作;而造成電擊事故。因此，必須有獨(dú)立的接地板與PE線專供有RCD的分支回路用，它們之間不能有電氣連接。

　　5.目前在我國(guó)生產(chǎn)的RCD有兩種形式，一種為電磁式(ELM)，另一種為電子式(ELE)。對(duì)于ELE，筆者認(rèn)為要慎用，ELE在工作時(shí)要有一穩(wěn)定的操作電壓?，F(xiàn)市場(chǎng)上的一般EIE均無獨(dú)立的操作電源，該操作電源均由 RCD所控制的電源供電，而在發(fā)生故障時(shí)，往往電網(wǎng)電壓偏低或過高，導(dǎo)致ELE不能正常工作。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)裝設(shè)ELE的RCD處發(fā)生事故時(shí)的電源電壓進(jìn)行驗(yàn)算，如果不符合產(chǎn)品的規(guī)定值，應(yīng)考慮采取補(bǔ)救措施或選用 ELM的RCD。 ELM的RCD進(jìn)出線可以倒裝，而ELE的 RCD進(jìn)出線不可倒裝。

　　6.對(duì)于一些特殊場(chǎng)合和一些特殊用途的電源，如化工、石油、各類保安電源、事故照明、消防設(shè)備電源、醫(yī)院手術(shù)室供搶救用電源等，不應(yīng)安裝RCD，若有必要可酌情安裝剩余電流報(bào)警裝置。著重提一下，RCD不是防止電擊事故的唯一措施，只是措施之一，某些場(chǎng)合還應(yīng)當(dāng)與總等電位或局部等電位聯(lián)結(jié)等其它措施相結(jié)合使用。

　　MCB的附件UR是當(dāng)電源電壓下降到70%以下時(shí)，使MCB脫扣;當(dāng)電源末恢復(fù)正常時(shí)，防止MCB重新接通。既可防止一些電氣設(shè)備在低電壓下運(yùn)行而損壞設(shè)備，也可防止電源突然恢復(fù)正常時(shí)，線路上的電動(dòng)機(jī)等大容量負(fù)荷在沒有接到控制信號(hào)下自行起動(dòng)，從而提高了線路的安全性。但對(duì)于一些特殊要求的場(chǎng)合和一般照明回路則不宜安裝UR裝置。分勵(lì)脫扣裝置ST是一種能遠(yuǎn)距離控制MCB脫扣的裝置。

　　上述兩種脫扣裝置都是電壓型線圈，都能使MCB達(dá)到脫扣的目的，但兩者是有區(qū)別的。 UR是按長(zhǎng)時(shí)間通電設(shè)計(jì)的，而ST是按瞬間通電設(shè)計(jì)的，這一點(diǎn)往往在選用時(shí)被疏忽，誤把ST當(dāng)作UR使用，導(dǎo)致ST的燒毀。如果UR當(dāng)作ST使用，理論上是可行的，但實(shí)際上是不經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)?UR是24h接入線路中的，終究要消耗一定的電功率，并且發(fā)出一定的熱量。如果要使UR兼有失壓和分勵(lì)脫扣作用，則在控制回路中應(yīng)接人一常閉按鈕，如圖2所示，這點(diǎn)請(qǐng)務(wù)必注意。

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