塑壳断路器的选用
引 言
塑膠外殼式斷路器以下簡稱MCCB，作為低壓配電系統和電動機保護回路中的超載、短路保護電器，是應用極廣的產品。隨著現代科技水準的不斷發展，新技術、新工藝、新材料不斷出現，斷路器的生產工藝及各種材質不斷改進，使斷路器的性能有了很大的提高，除國際知名品牌，如ABB、施耐德外，國內一些企業也不甘落後，自行開發、研製或引進國外先進技術，並加以消化、吸收，也向市場推出了成熟了的產品如常熟開關廠的CMl、天津低壓開關廠TM30等。這類產品具有零飛弧、高分斷、大容量、進出線方向可以互換、智慧型、四極、內部附件結構模組化、安裝積木化、體積小型化等特點。實現了MCCB所需的選擇性保護功能和多種輔助功能，並帶有通信介面，使低壓配電系統實現自動化和組網成為可能；降低了低壓成套配電裝置的動、熱穩定性的要求；縮小了成套配電裝置的體積；大大地提高了供配電系統和設備運行的可靠性。
然而，目前在一些電氣設計方案中，對MCCB的正確合理選用並不盡人意，往往忽略了所選廠家的MCCB規格、型號、附件等其他電氣參數，特別是對一些新型MCCB的電氣參數理解不透，標注不全、應用類別、使用場合及用途等考慮不周。選用了不合適的MCCB，導致成套廠訂貨困難，保護的選擇性變差，靈敏性，合理性不符合設計規範要求，不但使MCCB沒有物盡所用，反而造成了浪費，降低了配電系統的可靠性，影響了工礦企業的生產和人們的生活。為此，本文結合有關MC—CB的常用參數和國家標準談談自己對MCCB正確選用的一些看法。
斷路器的常用基本相關符號其合義及相互之間的關係
Inm——斷路器殼架等級電流A，它所指的含義是本斷路器內所能安裝的最大開關及脫扣器電流值。
In——斷路器的額定電流A，它所指的含義是該斷路器內選用的額定熱動型脫扣器電流值，在不可調固定式熱脫扣器中In=Ir1。
Ir1——斷路器的長延時整定電流A，它所指的含義是該斷路器的超載保護脫扣器所整定的電流值。
Ir2——斷路器的短延時整定電流A，它所指的含義是該斷路器的短延時脫扣器整定的電流，它的數值在電子可調式脫扣器中為2～12Irl左右可調。
Ir3——斷路器的暫態整定電流A，它所指的含義是該斷路器暫態脫扣器整定的電流，它的數值在不可調固定式脫扣器中，配電型為5Irl、10Irl兩種，電動機保護型為12Ir1，在電子可調式中，為4～16Irl左右可調。
Ir4——斷路器的單相接地整定電流A，它所指的含義是該斷路器保護的線路或設備發生單相接地故障時，接地保護脫扣器整定的電流值，它的數值為0.2～0.6Irl左右可調。 Ire——斷路器的漏電動作電流A，它所指的含義是該斷路器保護的線路或設備發生不正常洩漏電流時，漏電保護脫扣器整定的電流值。它的數值為0.03/0.1/0.3/0.5A幾種。 Ir0——斷路器預報警動作電流A，它所指的含義是該斷路器負載電流超出預先設定的電流時，預報警裝置發出報警指示信號，它的數值為0.5～lIr1左右可調。 Ir2——短延時脫扣器的脫扣時間整定值s，可調時間為0.05～0.45s。 MCCB的額定分斷能力Icu、Ics
根據IEC947—2《低壓開關設備和控制設備，低壓斷路器》GBl4048.2規範，低壓斷路器的分斷能力有兩個標準，一個是極限短路分斷能力Icu它所表示的意思是斷路器按試驗迴圈分斷此電流後，不考核繼續承載電流的能力，也就是不再能繼續使用了。另一個是
運行短路分斷能力Ics，它所表示的意思是斷路器分斷此電流後，需繼續承載額定電流。也就是排除故障後能繼續在線路中使用。這二個數值均是週期分量的有效值。在生產廠商和設計資料中一般Ics用Icu的％數表示。按斷路器的製造規範有Ics=25％、50％、75％、100％Icu四檔標準比值，並化整到最接近的整數。這二個分斷能力資料是我們在選用MCCB、校驗分斷能力時必不可少的。在斷路器的製造商樣本中，一般提供的是Icu按照設計規範要求，低壓斷路器的開斷電流Ifd應大於負荷側短路電流最大值Id。這就產生一個問題，到底是選用Icu，還是Ics作為Ifd。筆者認為，當該斷路器用於較重要的配電線路或設備，排除短路故障後，要求迅速恢復供電的，應當按Ics數值來考慮。如果是一般的配電回路，即可按Icu數值來考核。對於動作時間小於0.02s的MCCB也按Icu數值來考核即可。實際上，在有關設計手冊上介紹，對於此時的低壓斷路器的分斷能力檢驗要求是，斷路器的分斷能力衝擊電流有效值，或峰值電流應大於短路開始第一週期內的全電流有效值或峰值。
短時耐受電流Icw
在具有三段保護特性的MCCB中，還有一個電氣參數就是額定短時耐受電流Icw，它所表示的意思就是我們過去通常稱的動熱穩定電流的概念，即在1s的時間內耐受的電流值，耐受後不影響該斷路器的繼續使用。它主要是考核斷路器在短延時狀態下，要繼續保證斷路器自身的電氣參數不變，外殼及構件不變形。在二段保護特性的MCCB中，無此項數值。 保護類別A B傳統MCCB採用的是熱保護加電磁後備保護，只可實現超載延時和短路暫態動作的基本保 護功能，即具有二段保護特性。因此在短路條件下無選擇性可言，一般只能用作饋電斷路器，而不能作為主斷路器使用。由於目前已經有了具有成熟的超載長延時、短路短延時、特大短路暫態動作的三段可調式保護特性的大容量、高分斷MCCB，使MCCB既可作為主斷路器使用，也可用於各級中，並有較好的選擇性。因此把MCCB按使用類別分為非選擇性斷路器，類別為A，選擇性斷路器，類別為B。 額定短路接通能力Icm 在製造廠規定的額定工作電壓、額定頻率以及一定的cos φ對於交流或時間常數對於直流下斷路器的接通短路電流的能力值，用最大預期峰值電流錶示。對交流斷路器而言，額定短路接通能力應不小於額定極限短路分斷能力乘以表1中所列係數N的乘積；對於直流，Icm應≥Icu。
N為短路接通能力/短路分斷能力，表中所列為要求的最小值。Icm持續的時間應≥0.05s，即斷路器應在短延時脫扣器的最大延時範圍內保持閉合的能力，此時它的暫態脫扣器不動作，而由下級開關瞬動切除短路故障，或本級短延時時間到，由本開關切斷短路故障，從而保證系統的選擇性保護。
此電氣參數在國內生產廠商的樣本中很少提及，在國外一些品牌MCCB的設計手冊中偶有提及，它是MCCB製造商的考核指標之一。 保護特性與選擇性
根據被保護物件和用途MCCB分為5類：配電用、保護電動機用、“三防”場合用、船用及核電工業用。在一般建築電氣設計中常用的為前二類，後三類為特殊場合用，本文不作贅述。在有關廠商提供的設計樣本中，明確要求設計人員在斷路器的型號、規格一欄中標注是配電用，還是電動機保護用。由於一般的標注中，配電用可不標，而電動機保護用則必須用一個代號表示，但一些設計人員省略了這一代號，導致了一些保護電動機場合用的MCCB，錯誤選用了配電用MCCB，這就帶來了隱患。大家知道，電動機在起動瞬間有一個5～7In持續時間為10～20s的啟動尖峰電流。避開電動機起動時所引起的這個尖峰電流，保護單台電動機的斷路器，要有個7.2倍Irl下的可返回時間≥電動機實際起動時間的考核指標。對於接有幾台電動機的配電線路上的斷路器，要考核的3倍Ir1下的可返回時間≥線路中最大
起動電流的電動機的起動時間。可返回時間一般有l～15s數檔，在設計時可按電動機實際起動時間選用其中的一檔。
因此，這二類斷路器的使用條件、保護特性存這個問題。
A類與B類MCCB的暫態脫扣器保護功能不完全一樣。B類斷路器的暫態和短延時脫扣器各司其職，它的短延時脫扣器是保證上下級斷路器之間的動作選擇性，而暫態脫扣器作為特大短路時保護線路用，暫態切除故障。
各設計手冊在談到斷路器為配合上、下級的選擇性，要求上一級的動作電流大於下一級動作電流的1．2倍，但沒明確是哪個脫扣器之間的配合。筆者認為，對於B類的MCCB由於短延時脫扣器之間有時間級差己保證了選擇性，故不需要再配合，對於上級為B類的MCCB，下級無論有很大的差異，以CMl為例，見表2、3。
對於MCCB過電流脫扣器的整定與計算本文不作具體介紹，可參照有關設計手冊，但要注意以下三個問題：
因為MCCB暫態動作的動作時間為全分斷時間，約20ms左右，而電動機啟動電流有週期分量和非週期分量，其峰值約為電動機啟動電流的1.8～2.0倍，持續時間約為30ms左右，所以選用A類MCCB暫態脫扣器動作電流時，要注意為A、B類斷路器的暫態脫扣器，因為上級的動作電流已大於下級斷路器保護範圍的最大短路電流的1.1倍，故也不需要配合，當上、下級均為A類MCCB的暫態脫扣器時，由於脫扣器均按躲過本線路上的尖峰電流原則整定動作電流，而上下兩段線路的尖峰電流一般相差較小，若上一級不大於下一級暫態動作電流1.2倍以上，有可能在發生短路時，上下級同時動作，破壞了選擇性，因此在這種情況下必須配合。 隔離功能
根據IEC947及GBl4048《低壓斷路器》中規定：保證觸頭間達到規定隔離距離的斷路器才能適合兼作隔離開關。這一條強調了並不是所有的斷路器均能作為隔離電器使用的，特別是MCCB。由於結構緊湊，有時較難滿足隔離器爬電距離、空氣間隙等參數要求。因此，在製造廠商的樣本中若指明本斷路器有隔離功能，我們才可在設計中把本斷路器兼作隔離器，或把所有脫扣器取消，單獨作為一個隔離開關使用。 四極斷路器
關於四極斷路器的使用場合，以CMl為例： 四極MCCB分為A、B、C、D四種。
A型——N極不安裝過電流脫扣器，且N極始終接通，不與其他三極一起合分。 B型——N極不安裝過電流脫扣器，且N極與其他三極一起合分。 C型——N極安裝過電流脫扣器，且N極與其他三極一起合分。
D型——N極安裝過電流脫扣器，且N極始終接通，不與其他三極一起合分。這裏有兩個問題要注意：
在用四極MCCB的場合，一定要注明是選用產品中哪一種，因為同為四極，但在N線上有無安裝過電流脫扣器，其作用和目的是不同的。N線上安裝過電流脫扣器，它可以用在三相四線配電的單相負荷為主的線路中，或使用在產生大量諧波的非線性負荷如氣體放電燈，可控矽調光、調速線路中，或其他有一些有特殊要求的場合。一般設備回路可選用N線不裝過電流脫扣器的MCCB。 實際上，A、D兩種雖然稱為四極斷路器，但它的N極始終接通，並不隨其他三極一起合分，因此，此類MCCB俗稱“假四極”，與三極MCCB無本質的區別，它比三極唯一有用的是在成套櫃中，線路的進出可能方便一些。因此，這類MCCB只能適合應用在三極的場合。如果選擇錯了，不但起不到保護作用，反而要出大問題，這個是目前設計和使用中最紊亂的一個問題，應引起大家重視。
電源端和負載端
目前，國產的MCCB一般電源只能是上端子進線電源端，下端子出線負載端，它的額定分斷能力也是在這種狀況下測得的。這是由MC－CB的滅弧性能所決定的。國外一些產品由於它在有關滅弧系統方面與傳統的MCCB滅弧有很大的改進，可以做到電源端和負載端互換，而分斷能力不受影響。在工程中若遇到特殊情況要求下進、上出或作為聯絡斷路器使用，筆者認為，首先應選用電源端和負載端可互換的產品，萬不得已，則必須嚴格按照製造廠商提供的有關降容係數換算一般降低20％～30％左右選用合格的MC－CB。
限流型斷路器
限流型斷路器是目前低壓斷路器中應用很廣泛的，當斷路器的負載出現短路時，由於斷路器具有極快的分斷速度，在短路電流未來得及達到預期峰值前即被切斷，使實際短路電流產生的能量比預期能量減少，使得電網、用電電器受到的機械應力及熱耗大大減小。限流型斷路器比一般斷路器多一個限流係數概念，它就是指實際分斷電流峰值與預期短路電流峰值之比。一般限流型斷路器具有快速斷開和短路電流上升的特點，特別適用於可能發生特大短路電流的網路中。但正因為限流斷路器在短路電流大於或等於其暫態脫扣器的整定值時，將會在數毫秒內脫扣，故一般不宜用於有下級斷路器情況下的選擇性保護。實際上在斷路器生產廠商的產品樣本與設計使用手冊上對限流型斷路器的使用類別均標明為：“A”。 級聯保護
級聯保護技術是斷路器限流特性的應用形式，它利用上級斷路器QFl的分斷能力大於或等於下級K點預期短路電流的特點見圖1。當下級選用的額定分斷能力低於K點預期短路電流的斷路器時，通過線路的短路電流由QF1限流型斷路器進行，使原來QF2分斷不了的短路電流，由QF1和QF2同時分斷，這樣可使QF2較順利地分斷比它額定分斷能力要大的短路電流，無形中下級斷路器的實際分斷能力大大相對“增強”了。
但級聯保護也是有一定要求的。必須是QF2的分斷能力至少要大於K處最大預期短路電流的50％，只有這樣才能符合《民規》第8.6.25條“兩個保護電器特性的配合，應使短路時通過的能量不致造成負荷側保護電器和導線的損壞”的規定。而級聯保護是用犧牲部分選擇性保護的方法來解決斷路器分斷能力不夠的問題，是迫不得已的做法，應慎重決定，再說，現在低壓斷路器的分斷能力越做越高，同一殼架等級的低壓斷路器也多有高、中、低幾種分斷能力可供選擇，對於目前一般低壓電網的配電要求來說，應當足夠有餘，故筆者認為非萬不得己，儘量不要採用級聯保護。 使用環境溫度
目前的建築電氣設計中，為了節省有限的空間和提高設備互換性以及生產廠商的標準化生產，大量使用低壓抽出式成套開關設備，這些低壓斷路器通常安裝於空間很緊湊的抽屜內，由於動力配電中心PC一個櫃內可安裝小容量的MC～CB多達十幾個，因此發熱量較大。筆者建議，對這類配電設備最好優先採用零飛弧、熱脫扣器有溫度補償的MCCB，不然的話，必須注意熱脫扣器受溫度變化的影響，切斷短路電流時斷路器噴出的電弧引起的放電等問題。並且不要疏忽斷路器在成套櫃中的降容係數，一般為0.85左右。
電動機作為一個終端設備，通常使用於配電網路的末端，一般30kW左右的小型電動機的短路電流多不大，不會超過10kA。但是，目前一些工礦企業為了減少傳輸過程中的電能損耗，往往將電動機的保護斷路器放置於變配電站內的電動機控制中心MCC內，導致電動機保護用斷路器與變壓器的母排很近，使得阻抗很小，儘管電動機功率很小，但電動機供電回路短路電流卻很大。因此，電動機的保護斷路器必須選用較高分斷容量，在設計時必須視具體情況進行必要的短路電流計算。
