斷路器的選擇

施玉艷

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，電氣用電設(shè)備越來越多，對(duì)電能的需求和依賴不斷增大。而如何選擇承擔(dān)電能的傳輸與分配、用電設(shè)備保護(hù)與控制任務(wù)的電器裝置顯得尤為重要。刀熔開關(guān)和瓷插式熔斷器作為一種電器保護(hù)裝置，由于具有熔體更換方便、操作簡(jiǎn)單、符合要求的替代物多等特點(diǎn)，故常被應(yīng)用在民用場(chǎng)所。但是，當(dāng)熔體熔斷時(shí)，除大中型企事業(yè)單位有電氣專業(yè)技術(shù)人員操作外，一般的小型企業(yè)、個(gè)體工商業(yè)以及廣大農(nóng)村地區(qū)等都是私自更換，有的還加大熔體規(guī)格甚至采用銅芯線替代，這些都可能導(dǎo)致當(dāng)配電線路過載、短路或接地故障時(shí)無法切斷電源，從而引起線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。因此，照明、插座等末端配電線路不宜選用熔斷器以保護(hù)電器。

低壓斷路器，是低壓開關(guān)中性能最完善的開關(guān)，主要用于配電線路和電氣設(shè)備的剩余電流、過載、欠壓、失壓和短路保護(hù)。世界上最早的斷路器產(chǎn)生于1885年，它是一種刀開關(guān)和過電流脫扣器的組合。1905年具有自由脫扣裝置的空氣斷路器誕生。從1930年以來，電弧原理的發(fā)現(xiàn)和各種滅弧裝置的發(fā)明，逐漸形成了機(jī)構(gòu)。20世紀(jì)50年代末，電子元件的興起又產(chǎn)生了電子脫扣器，到了今天計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)展，又有了智能型斷路器。隨著技術(shù)的進(jìn)步，低壓斷路器沿著體積小、模塊化、短路分?jǐn)嗄芰Ω?、功能齊全、安全可靠、智能化(可通訊)、節(jié)能化方向發(fā)展。

1 斷路器的分類

1.1 按電壓等級(jí)分類

(1)高壓斷路器，民用建筑電氣設(shè)計(jì)中常用的是10kV高壓真空斷路器。

(2)低壓斷路器(本文所涉及的斷路器為低壓斷路器)，用于三相交流380/220V供電系統(tǒng)中。

1.2 按保護(hù)性質(zhì)分類

(1)只有短路保護(hù)的斷路器；

(2)有短路和過負(fù)荷保護(hù)的斷路器；

(3)有短路、過負(fù)荷和剩余電流保護(hù)的剩余電流斷路器。

1.3 按殼體型式分類

按殼體型式可分為：框架斷路器、塑殼斷路器、微型斷路器。

2 斷路器的選用

2.1 短路保護(hù)的斷路器的選用

該類型斷路器，只有在配電線路短路產(chǎn)生大電流時(shí)斷路器才動(dòng)作跳閘切斷電源，而當(dāng)配電線路過負(fù)荷時(shí)斷路器是不會(huì)動(dòng)作跳閘切斷電源。因此，只能使用在不會(huì)過負(fù)荷的配電線路、或已有過負(fù)荷保護(hù)的配電線路、或即使過負(fù)荷也不能停電的配電線路。例如:①消防水泵、防排煙風(fēng)機(jī)等消防配電分支干線和分支線路；②有熱繼電器保護(hù)的水泵、風(fēng)機(jī)配電線路；③醫(yī)療建筑中的手術(shù)室、ICU等IT配電系統(tǒng)。

2.2 短路和過負(fù)荷保護(hù)的斷路器的選用

該類型斷路器，不僅在配電線路短路產(chǎn)生大電流時(shí)，會(huì)動(dòng)作跳閘切斷電源，而且配電線路過負(fù)荷時(shí)斷路器也會(huì)動(dòng)作跳閘切斷電源。因此，該類型斷路器廣泛應(yīng)用于一般配電線路中。

2.3 剩余電流斷路器的選用

該類型斷路器，不僅在配電線路短路產(chǎn)生大電流或過負(fù)荷時(shí)斷路器會(huì)動(dòng)作跳閘切斷電源，而且當(dāng)配電線路產(chǎn)生剩余電流時(shí)，斷路器也會(huì)動(dòng)作跳閘切斷電源。剩余電流斷路器，一般又分為電磁式和電子式。電磁式剩余電流斷路器剩余電流動(dòng)作不受電源電壓、環(huán)境溫度、中性線斷線等的影響，可靠性高，可分為AC型、A型、B型等。根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJG312-2013第9.3.7條規(guī)定：1類和2類醫(yī)療場(chǎng)所應(yīng)選擇安裝A型或B型剩余電流保護(hù)器；第9.4.3條規(guī)定：在2類醫(yī)療場(chǎng)所區(qū)域內(nèi)，TN系統(tǒng)僅可在下列回路中采用不超過30mA的額定剩余電流，并具有過流保護(hù)的剩余電流保護(hù)器(RCD)，且剩余電流動(dòng)作保護(hù)器應(yīng)采用電磁式：①手術(shù)臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)供電回路；②X射線設(shè)備供電回路；③額定功率大于5kVA的設(shè)備供電回路；④非生命支持系統(tǒng)的電氣設(shè)備供電回路[1]。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-2008第7.7.10條第9款規(guī)定：用于電子信息設(shè)備、醫(yī)療電氣設(shè)備的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器應(yīng)采用電磁式[2]。因此，醫(yī)療建筑、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、安防機(jī)房等弱電中心，應(yīng)選用電磁式剩余電流斷路器。另外，學(xué)校建筑、兒童活動(dòng)場(chǎng)所、老人建筑、住宅建筑等，以及游泳池、帶淋浴或浴缸的衛(wèi)生間、澡堂、桑拿等特殊場(chǎng)所，涉及到老年人和未成年人。由于老年人身體素質(zhì)下降，未成年人身體發(fā)育尚未健全，一旦觸電比起對(duì)健康的成年人造成的傷害嚴(yán)重得多。而且人體一旦與水接觸，人體電阻將下降，一旦觸電也比正常環(huán)境下造成的傷害嚴(yán)重。因此，這些場(chǎng)所作為保護(hù)人身安全的剩余電流斷路器選用電磁式將更合適。

根據(jù)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-2011第8.7.2條第6款規(guī)定：每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)或剩余電流動(dòng)作報(bào)警[3]。在住宅電氣設(shè)計(jì)中常常是在電表箱進(jìn)線開關(guān)采用剩余電流斷路器，主要是為了防止電氣火災(zāi)。

在TT配電系統(tǒng)中，由于接地故障電流小，例如：變壓器和設(shè)備接地電阻均為1Ω，不考慮變壓器和線路阻抗以及接觸電阻等單相AC220V的接地故障電流為110A，即使采用16A的塑殼斷路器保護(hù)，也無法可靠切除接地故障電流。因此只有采用剩余電流斷路器才能可靠動(dòng)作。

3 斷路器的電流整定

斷路器的電流值有：剩余電流動(dòng)作值(I△)、殼架電流(In)、脫扣器額定電流(In)、長(zhǎng)延時(shí)電流脫扣器整定電流(I1)、短延時(shí)速斷電流(I2)、速斷電流(I3)。上述各種電流值的正確設(shè)定是非常重要的，若設(shè)置不當(dāng)有可能引起電氣火災(zāi)或造成人身傷害。

3.1 剩余電流動(dòng)作值(I△)的設(shè)定

(1)用于保護(hù)人身安全時(shí)，I△≤30mA，對(duì)于AC220V的末端配電線路或插座回路切斷電源的動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)大于0.4s；對(duì)于AC380V的末端配電線路或插座回路切斷電源的動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)大于0.2s。

(2)用于防止電氣火災(zāi)時(shí)，I△≤300mA，且應(yīng)有選擇性。

(3)用于切除接地故障電流時(shí)，I△≥300mA，且應(yīng)有選擇性。

3.2 長(zhǎng)延時(shí)電流脫扣器(I1)的設(shè)定

(1)斷路器I1應(yīng)大于被保護(hù)線路的計(jì)算電流或設(shè)備的運(yùn)行額定電流Ijs，即I1≥KxIjs，Kx為可靠系數(shù)，對(duì)于一般配電線路或一般設(shè)備，宜不小于1.1，而對(duì)于消防配電線路或重要用電設(shè)備，可適當(dāng)取大些。

(2)斷路器I1應(yīng)不大于被保護(hù)線路導(dǎo)體的額定載流量Ie，即I1≤KxIe，Kx為可靠系數(shù)，對(duì)于一般配電線路或一般設(shè)備，宜不大于0.9，而對(duì)于消防配電線路或重要用電設(shè)備，可適當(dāng)取小些。

(3)上級(jí)斷路器I1應(yīng)大于下級(jí)斷路器I1；

(4)進(jìn)線開關(guān)I1應(yīng)不大于所有出線開關(guān)I1的總和。

(5)對(duì)于照明回路斷路器I1不宜大于16A。

(6)對(duì)于插座回路斷路器I1不宜大于20A。

3.3 速斷電流(I3)的設(shè)定

(1)微型斷路器以及部分塑殼斷路器只要設(shè)定了I1，那么I3就是固定值，不必設(shè)定；

(2)斷路器I3的設(shè)定應(yīng)能保證配電線路末端單相短路能夠可靠動(dòng)作；

(3)對(duì)于一般配電線路，I3=10I1即可；對(duì)于電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的末端配電線，I3=12I1即可；對(duì)于電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的末端配電線路I3=10I1即可；

(4)上級(jí)斷路器的I3應(yīng)大于下級(jí)斷路器的I3；

(5)為保證上、下級(jí)斷路器故障跳閘時(shí)有選擇性，即下級(jí)斷路器跳閘，上級(jí)斷路器不跳閘，一般采用關(guān)閉上級(jí)斷路器I3，設(shè)定I2并延時(shí)。微型斷路器或塑殼斷路器是無法保證選擇性的，最多也是部分選擇性，因此，上級(jí)開關(guān)選用微型斷路器，下級(jí)開關(guān)不應(yīng)選用塑殼斷路器；上級(jí)開關(guān)選擇塑殼斷路器，下級(jí)開關(guān)不應(yīng)選用框架斷路器。

4 斷路器型號(hào)規(guī)格的標(biāo)注

根據(jù)《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》(2016年版)第4.5.7條第1款規(guī)定：配電箱(或控制箱)應(yīng)標(biāo)注各元器件型號(hào)、規(guī)格、整定值。同時(shí)應(yīng)計(jì)算斷路器所處位置配電系統(tǒng)中最大短路電流，斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?yīng)大于斷路器所處位置最大短路電流。因此，在電氣配電系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)中，斷路器的型號(hào)、規(guī)格應(yīng)明確下列主要技術(shù)參數(shù)：極數(shù)、殼架或脫扣器的額定電流(In)、額定極限短路分?jǐn)嚯娏魅萘?Icu)、額定運(yùn)行短路分?jǐn)嚯娏魅萘?Ics)、額定短時(shí)耐受電流容量(Icw)、過載長(zhǎng)延時(shí)電流整定(I1)、短路短延時(shí)電流整定(I2)及延時(shí)時(shí)間(t)、短路瞬動(dòng)電流整定(I3)、接地故障電流整定(I4)及延時(shí)時(shí)間、電流脫扣器的型號(hào)、欠壓脫扣器(AC380V)、分勵(lì)脫扣器(AC220V)、電動(dòng)操作等。

由于國(guó)產(chǎn)斷路器與進(jìn)口斷路器產(chǎn)品參數(shù)的差異(例如國(guó)產(chǎn)斷路器通常沒有I1值，只有In值)，所以在工程實(shí)際中，如果設(shè)計(jì)圖上是按進(jìn)口斷路器為參考依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而實(shí)際施工產(chǎn)品選的是國(guó)產(chǎn)斷路器，就容易造成實(shí)際訂貨的電流整定值與設(shè)計(jì)不符。正是由于斷路器的參數(shù)繁多，容易混淆不清，所以在設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)該清楚地標(biāo)定斷路器的每個(gè)參數(shù)。在實(shí)際產(chǎn)品訂貨時(shí)，如果施工方對(duì)參數(shù)有疑義，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通，這樣才能避免由于斷路器參數(shù)標(biāo)注不明確給工程施工及訂貨造成混亂，影響工程質(zhì)量。

(1)框架斷路器的型號(hào)、規(guī)格的標(biāo)注

框架斷路器的電流脫扣器的型式一般為智能型脫扣器，各種保護(hù)型式完善，主要用于變電所和630A以上的大電流配電回路中，特別是要求上、下級(jí)應(yīng)配合的重要負(fù)荷，采用框架斷路器更適合。例如：2000kVA干式變壓器低壓側(cè)出線斷路器型號(hào)為E4S4000 T-LISG 3P，In：4000A，I1：3200A，I2：5 In t：0.4S，I3：OFF，I4：0.3 In t：0.4S，分勵(lì)A(yù)C220V，延時(shí)失壓AC380V，電動(dòng)操作。斷路器的分?jǐn)嗄芰梢院雎圆粯?biāo)注，因?yàn)樾吞?hào)已體現(xiàn)明確，如E4S中的“S”就是表示分?jǐn)嗄芰Γ鶕?jù)產(chǎn)品樣本可知：Icu：75kA，Ics：75kA，Icw：75kA。

(2)塑殼斷路器的型號(hào)、規(guī)格的標(biāo)注

塑殼斷路器大量用于400A及以下的配電線路中，例如某配電線路計(jì)算電流Ijs：106A，保護(hù)線路的斷路器型號(hào)為：T2N160 TMDR160 3P I1:125A, I3:10 In,根據(jù)產(chǎn)品樣本可知：Icu：36kA，Ics：36kA，電流脫扣器TMDR160為熱磁式，In ：160A。

(3)微型斷路器的型號(hào)、規(guī)格的標(biāo)注

微型斷路器大量用于末端配電線路和63A及以下配電線路中，例如某走道照明配電線路的微型斷路器型號(hào)為iC65N/1P C10，根據(jù)產(chǎn)品樣本可知：Icu：6kA，I1：10A，I3：5～10I1。

(4)剩余電流斷路器的型號(hào)、規(guī)格的標(biāo)注

剩余電流斷路器，主要用于防止電氣火災(zāi)、TT配線系統(tǒng)和保護(hù)人身安全的末端配電線路中。例如：某辦公室插座回路剩余斷路器型號(hào)為iC65N/2P Vigi iC65N/2P ELM C16，30mA，根據(jù)產(chǎn)品樣本可知：Icu：6kA，I1：16A，I3：5～10I1，I△：30mA，電磁式。

5 結(jié)語

建筑電氣設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而斷路器的選擇又是建筑電氣設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，在符合國(guó)家政策、地方法規(guī)和滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的前提下，只有精心設(shè)計(jì)每一分部、優(yōu)化方案、嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)、以人為本，才能做到安全可靠、節(jié)省投資、節(jié)約能源、更好地為社會(huì)創(chuàng)造效益，增添人們生命財(cái)產(chǎn)的安全和保障。