低壓斷路器在電氣系統中的應用

姜磊

摘要：斷路器的選擇在低壓配電系統中具有重要的意義。在日常維護和保養中，合理地選擇和使用斷路器，不僅能降低整個電氣系統的成本，還能對于維修過程中的故障作出正確的判斷，是整個電氣系統安全、穩定運行的保證。

關鍵詞：港口；電氣系統；斷路器

一、斷路器的選擇參數研究分析

1.額定電流In：是指斷路器在工作時能通過的最大電流。此額定電流In也是指斷路器內置的過電流脫扣器能長期通過的最大電流。斷路器內過電流脫扣器可分為固定式和可調式兩種。對于可調式，有長延時（L），短延時（S），瞬時（I）之分。長延時和短延時其跳脫曲線均為反時限保護，跳脫電流及跳脫時間可調，當工作電流超過額定電流時，隨著電流的增加，其跳脫時間按照跳脫曲線變短。

2.額定短路分斷能力Icn：短路分斷能力可分為額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics。一般Icu=N×Ics（N=0.5～1），Icu和Ics按規定有嚴格的試驗程序。其主要是指斷路器在規定電壓及其他規定條件下其極限短路分斷電流值。

3.斷路器殼架等級額定電流lnm，用基本幾何尺寸相同和結構相似的框架或塑料外殼中所裝的最大脫扣器額定電流表示。

4.額定電壓Ue：是指斷路器允許工作的最高額定電壓。對于微型斷路器（MCB）而言，如無特別標注，一般斷路器上所標注的額定電流等于其長延時脫扣器整定電流，且其Icu不會很高，一般在4.5kA-10kA之間。因此，微型斷路器不適合作為主回路及電動機回路的保護，一般用在控制回路，照明回路及小電流配電線路中。

二、斷路器常見故障分析及短路電流計算研究分析

在電氣系統中，最常見且危害較大的故障是短路故障。在三相系統中，短路故障分為三相短路，兩相短路及單相對地短路。在實際工作中，發生單相短路的可能性最大，但一般情況下，以三相短路的短路電流最大，從而造成的危害也最為嚴重。因此在選擇作為線路保護和通斷的斷路器時，通常以三相短路的短路電流作為斷路器的啟斷容量來計算。

從變電所出來的660V電源線經電纜井敷設至堆場開關箱旁，經過開關Q1后再沿地面露天敷設，經過電纜卷盤后到達輪胎吊主變壓器。從變壓器二次側出來后經過一個主電源開關，再提供給整個輪胎吊電源?，F假設K點發生三相短路，來計算K點的短路電流如下：因輪胎吊主變壓器前的供電線路為660V，且線路長約500m左右，采用3/C-150mm2+1/C-70mm2電纜供電，不能將其看無限大容量系統，需將其線路電抗考慮進去。對于由變電所出來的660V主電源線，對于單臺輪胎吊而言，可以將其看做無限大容量系統。整個供電系統的電纜電阻及變壓器電阻很小，在計算短路電流時是可以忽略的，只需計算其電抗即可。因為電纜的電抗值因電纜截面及線距的變化很小。

通過查表可得電纜每km電抗約為0.066[Ω]×kM-1，則線路電抗為：

X1=0.066[Ω]×km-1×0.5km×（0.45kV/0.66kV）2=0.0153（[Ω]）

忽略變壓器電阻，查得變壓器阻抗電壓為4%，計算變壓器電抗為：

X2=4%×（0.45kV）2/350kVA=0.0231（[Ω]）

則線路總的電抗為：

X=X1+X2=0.0153[Ω]+0.0231[Ω]=0.0384（[Ω]）

則K點的短路電流為：

Icn=0.45kV/（1.732×0.0384[Ω]）=6.8（kA）

從以上計算可知，假如輪胎吊主變壓器的二次側端口處發生三相短路，其短路電流也只有6.8kA左右，即輪胎吊最大短路電流不會超過7kA。在選擇斷路器的分斷能力的時候，完全可以選擇10kA左右的斷路器，即能滿足分斷能力要求。不同的分斷能力的斷路器的價格是相差很大的。實際上，塑殼斷路器的短路分斷能力一般均在10kA以上，但對于微型斷路器，其分斷能力有可能只有4.5kA左右。因此，通過以上計算，可以大致確定輪胎吊各處的短路電流大小。對于主回路或者主電源線路，應盡量選擇塑殼斷路器，以滿足其對分斷能力的要求。輪胎吊的最大短路電流是比較小的，但對于港口的另一重要設備橋吊來說，其短路電流就大得多。

三、斷路器的選擇研究分析

斷路器的選擇，在主回路或關鍵節點上需要考慮其短路分斷能力，在整個電氣系統中，斷路器的另一個參數額定電流也是非常重要的。選擇合適的額定電流，不僅能保護線路及設備的安全、穩定運行，同時也能使整個系統擁有良好的選擇性。當發生電氣故障時，距故障點最近的斷路器動作將故障線路切除，而其他各級斷路器不動作，從而將故障所造成的停電范圍限制在最小范圍內，同時也利于故障的排除。斷路器額定電流的選擇，其一應考慮所保護線路的載流能力，既斷路器額定電流應小于所保護電纜的額定載流能力。電纜載流能力可查看電纜生產廠商所提供的電纜載流能力表。對于變壓器二次側主電源開關，則斷路器額定電流應小于或等于變壓器的二次側額定電流。其次斷路器額定電流的選擇，還需考慮負載線路的計算電流。線路的計算電流應按照線路負載的使用率計算，一般港口設備斷路器的脫扣線圈都為過載脫扣器，對于大容量斷路器，其一般會有長延時脫扣器，短延時脫扣器和瞬時脫扣器，其脫扣時間和脫扣電流可選擇，小容量脫扣器則只有長延時脫扣器，其脫扣曲線是固定的，不可設置，因此在計算負載電流時需注意。如對于馬達類負載，因港口設備大多大容量馬達皆為變頻器軟啟動，其啟動電流不是很大，過載保護則主要依靠變頻器內部的電子脫扣保護，斷路器僅僅只做分斷線路及短路保護之用。因此其額定電流可選擇為馬達額定電流的1.5-2倍。對于直接用在硬啟動馬達上的斷路器，則需考慮其脫扣線圈應躲過馬達啟動電流的6倍。在港口設備中，這類馬達容量很小，因此斷路器容量一般也可選用在18馬達額定電流的1.5～2倍之間。馬達的過載保護主要依靠熱繼電器來保護，斷路器不作馬達的過載保護之用。對于設備照明用投光燈，一般高壓鈉燈的啟動電流約為工作電流的1.2倍，步道燈所用的節能燈泡其啟動電流幾乎等于工作電流?？紤]港口設備照明的特點，其一般燈具不會增加，且照明用電纜截面也較粗，故照明用斷路器額定電流的選擇可以以線路計算電流為準，一般為計算電流的1.2～1.5倍為宜，以作過載或單相短路保護之用。最后，斷路器額定電流的選擇，在計算好各點的計算電流且照顧到所保護線路電纜載流量的前提下，再來協調斷路器各級的選擇性。在低壓配電系統中，一般上一級斷路器的過載脫扣器整定電流要大于下一級斷路器的脫扣器整定電流，其跳脫時間應盡量做到比下一級斷路器的跳脫時間晚0.1s。對于有多個脫扣線圈且參數可調的斷路器，其長延時脫扣器Ir1的整定電流用來保護線路過載，一般取線路計算電流的1.1倍。短延時脫扣器Ir2用來保護線路的尖峰電流，其跳脫時間應能剛好躲過線路的尖峰電流，瞬時動作脫扣器Ir3的整定電流一般可整定為1.3倍的Ir2。事實上，除了變壓器二次側端口處的主電源開關和極少數大容量斷路器有選擇性外，其他支路回路的斷路器脫扣器均是固定的，不可調的。因此，為盡量保證選擇性，可對上下級的斷路器額定電流進行合理配置，也可做到跳脫曲線的時間差，來保護線路的選擇性。

參考文獻：

[1]劉介才，戴紹基.工廠供電[M].機械工業出版社.