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第一節 概述
一、低壓斷路器的定義、分類及執行的標準
(一)定義
低壓斷路器是一種使用于低壓電網〔交流(50Hz或 60Hz額定電壓在120及以下，直流額定電壓在1200v及 以下的電路〕的配電電器。按其用途，低壓斷路器被定義 為:能夠接通、承載及分斷正常電路條件的電流，也能在規 定的非正常條件下(如過載、短路、欠電壓以及發生單相接 地故障時)接通、承載一定時間和分斷電流的開關電器。過 去也稱之為自動開關、空氣開關和空氣斷路器(空開、空 斷)等。
(二)低壓斷路器的分類
低壓斷路器按其結構、功能和用途可分為:萬能式 (也稱框架式)、塑料外殼式、以及滅磁式、爆炸式，真空 和選相閉合式等等。后面的四種屬于特殊場合使用，就不 予論述。 萬能式、塑料外殼(模具壓塑外殼)式兩種主要的斷路器，按它們的使用類別，國際電工委員會的IEc標準和我國相應標準又再分成A類和B類兩個類型。
A類:是指在短路情況下，斷路器無明確指明用作串 聯在負載側的另一短路保護裝置的選擇性保護，即在短路 情況卜，選擇性無人為的短延時，因而對此種斷路器無額 定短時耐受電流的要求，屬于A類的斷路器;在除短路情 況外，如可作選擇性保護、也可設置短延時，但其短時耐 受電流可比標準規定值(12In或5kA ,以及In> 250OA時 的30kA小。 大量的塑殼式斷路器、小型斷路器和一部分小電流規格 的萬能式斷路器屬于A類，它的明顯特征是:保護性能僅 有過載長延時、短路瞬時的二段保護。
B類:是指在短路情況下，斷路器明確作串聯在負載側的另，一短路保護裝置的選擇性保護，即在短路情況下，選擇性保護有人為短延時(可調節)，這一類斷路器要求有額定短時耐受電流，絕大多數的萬能式都屬于B類。
目前采用智能型控制 器(脫扣器)的塑殼式也屬于B類，它的明顯特征是:保 護特性具有過載長延時、短路瞬動、又有短路短延時的三段 保護，他們最適宜作選擇性保護。
如果再細分、即按保護的對象來分，基本上可分為四種 型式:
①配電保護型;②電動機保護型;③家用或類似場所用保護型(以前稱為導線保護型，現稱為小型或稱微型斷路器的就屬于此類);④剩余電流(漏電)保護型。
表1-1顯示按細分的四類斷路器的保護特性及其主要用 途。
(三)標準
不同類型的斷路器，其性能應符合如下標準:
(l)配電型。斷路器應符合GB 14048.2《低壓開關設 備和控制設備，低壓斷路器》(等效采用IEC 947-2同名標 準);
(2)電動機保護型。應符合GB 14048.2和GB 14048.4 (低壓開關設備和控制設備、低壓機電式接觸器和電動機起 動器》(等效采用IEC 947-4同名標準);
(3)家用和類似場所保護型。應符合GB 10963(家用和 類似家用場所過電流保護斷路器》(等效采用IEC898同名標 準);
(4)剩余電流保護型。應符合GB 6829《剩余電流動 作斷路器的一般要求》和GB 16916.1《家用或類似用途 不帶過電流保護的剩余電流動作斷路器的一般要求》(等 效采用IEC1008)、GB 16917 . 1《家用或類似用途帶過電流保護的剩余電流動作斷路器的一般要求》(等效采用IEC1009。
二、低壓斷路器的主要技術性能指標
1甲短路電流的通斷能力〔短路的接通和分斷能力)
短路接通能力:是指斷路器在線路發生短路時瞬間的接 觸，斷路器能承受而不引起機械‘電動力)，電氣(∫ i2dt: 引起的熱)，可能造成的機械破損和絕緣熱老化的電流值， 它是以短路電流的峰值來表示的。
短路分斷能力:是指斷路器能夠分斷的線路預期最大短 路電流的大小(以周期分量的有效值表示)。 接通和分斷電流的關系，如表1--2所示。
2，極限短路分斷能力與運行短路分斷能力
短路分斷能力分極限和運行兩種:
極限短路分斷能力Icu—按規定的試驗程序所規定的 條件，不包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力。 它的試驗程序是O一t-CO。O表示分斷;t表示休息時間，一 般為3min(分鐘);CO表示接通后立即分斷。
運行短路分斷能力Ics—按規定的試驗程序所規定的 條件，包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力。它 的試驗程序是:O- t -CO- t -CO
由于運行短路分斷能力試驗后，要繼續承載額定電流， 試后的驗證還必須進行溫升試驗和5%的電氣壽命試驗，它 比極限分斷的試驗要求更嚴酷。因此，IEC標準規定:人，可 以是25%、50%、75%、100%的Icu，其中B類(有三段保 護性能的斷路器)的Ics,最少是50% Icu }無25%Icu這一 最低檔的指標。
3 限流能力(限流系數)
限流能力表示:①開斷的最大通過電流峰值(kA)與 預期的短路電流的周期分量有效值(kA)之比;②以最大 通過的(i2t(x 102A2s) As即安培平方一乘秒)與預期短路 電流的周期分量有效值(kA)之比(也稱斷路器的產i2t特 性)，①可做成曲線，縱坐標為最大通過的電流峰值，橫坐 標為預期短路電流的有效值。它表示由于斷路器采用限流技 術，在發生頰路時，實際分斷(通過)的電流峰值與發生的 預期頰路電流有效值之比，限流系數為E,E值越小越好， 對于限流式斷路器，一般要求E ≤0.5
4.短路耐受電流Icw。
短時耐受電流是指:在規定的使用和性能條件下，電路 或在閉合位置上的斷路器在指定的短時間內所能承受的電 流。它是考核在此指定的短時間內，斷路器是否會脫扣(動 作)，在此嚴酷條件下，斷路器是否會因電動力和驟熱m]’遭 受破壞，額定短時耐受電流的最小值，IEC947一2和國標GB 14042.2規定，應不小于表1-3。
短時耐受電流只限于對B類斷路器考核。
5.額定剩余動作電流I△n。
在規定的條件下，使剩余(漏電)電流保護器動作的剩 余(漏電)電流，用有效值(r,m,s)表示，幾。I△n僅適用 于剩余電流動作保護器(斷路器)。它具有0.006,0.01,0.03，0.1,0.3,0.5,1,3,10,20,30A等規格。
6.額定剩余不動作電流(I △no)
在規定的條件下，剩余(漏電)電流保護器不動作的剩 余(漏電)電流。幾。I no的值通常是I △n的一半，即I △no=½I △n。
8。單相負載時不動作過電流的極限值
單相負載不動作過電流的極限位是指:在沒有剩余電流 的情況下，能夠流過剩余電流保護裝置(不論極數多少)而 不導致其動作的最大單相過電流值。此一技術性能指標，僅 適用于剩余電流動作斷路器。
9.剩余短路接通和分斷能力
乘余短路接通和分斷能力是指:在規定的使用條件和性 能條件下，能夠接通，在分斷時間內，能承受和分斷的預期 剩余(漏電)電流值，而不導致剩余電流保護裝置失去保護 性能。此技術性能指標僅適用于剩余電流動作斷路器。
10，保護特性
斷路器的保護特性包括:過載長延時、短路短延時、短 路瞬動的三段保護，欠電壓保護和單相電弧性接地(對地泄 漏電流)，以及單相金屬性短路、三相不平衡電流和發電機 的逆功率等的保護，常見的是三段保護。
過載長延時保護:較多的是采用雙金屬元件，而純電磁 式(油杯式脫扣器)是帶油阻尼的電磁鐵系統〔機構)，智 能型脫扣器采用空心互感器、MPU(小型微處理器)、鍵盤 和編碼器、驅動器及磁通變換器等來實現長延時反時限的保 護。
短路短延時保護:較早時期是采用鐘表延時，現在有電 子脫扣器短延時和韌能脫扣器短延時等。
短路瞬動:采用電磁鐵機構，電子脫扣器、智能脫扣器等。
欠電壓保護:采用欠電壓脫扣器，可確保在工作電壓下 降至70%一35%額定電壓時動作(切斷故障電路)。欠電壓 脫扣器有瞬時動作，也可帶延時。如果動作電壓在35%- 10%額定電壓時，就稱為失壓保護，失壓保護是欠電壓保護 的一種形式。
對地泄漏電流(剩余電流)保護:即漏電保護。
單相金屬性接地:指相線與中性線或PEN線的短路。 三相不平衡電流是指反映到中性線的零序電流超過規定值的 保護，它們均可由斷路器的單相接地故障保護裝置來保護。
逆功率(又稱逆向);它是保護發電機不致于因輸出功 率為零，造成發電機從輸出功率變成輸人功率(電力)而引 起的嚴重后果。因此，它是通過逆功率繼電器檢出和動作， 使保護發電機的萬能式斷路器跳閘的。
11.溫升
溫升一是指斷路器在通以額定工作電流(約定發熱電流) 一定時間后，各零部件(如作外部連接的接線端子、人力操 作部件，可觸及但不是手握的部件等)和線圈(如果有的 話)的溫度與周圍空氣溫度之差值。極限溫升是指在額定工 作制下，斷路器零部件的極限允許溫度與發熱試驗規定的周 圍最高溫度的差。允許的極限溫升(也稱溫升極限)，在斷 路器的標準中作了規定。按新的國家標準GB 14048.2.，已取 消新的斷路器必須測試溫升的規定，溫升試驗是在斷路器經，過壽命試驗，短路分斷試驗后的一個驗證試驗—驗證溫升。
12 壽命
斷路器的壽命是以完成閉合、斷開操作的次數來表示的〔試驗時，規定了操作的頻率，即每小時的閉合一斷開(機械壽命)和接通一分斷(電氣壽命)的次數〕。
壽命分機械壽命和電氣壽命兩種。機械壽命又稱無載壽 命。電氣壽命又稱有載壽命。有載壽命規定了施加的工作電 壓、_上作電流和線路的功率因數(功率因數通常是cosφ= 0.8，它與線路的正常情況貼合)。
壽命應按標準規定考核。
第三節 斷路器各種參數的確定和考慮
一、斷路器的額定絕緣電壓
額定絕緣電壓是在規定的條件下，用來度量斷路器及其 部件在不同電位部分的絕緣強度、電氣間隙和爬電距離的標 稱電壓值。絕緣電壓確定后，就應考慮斷路器的絕緣結構， 如:電氣間隙、爬電距離以及介質試驗(耐壓)的值，通常 它的最小值應等于斷路器的最大額定工作電壓。在斷路器的 定型試驗、出廠試驗時，它不作為一個項目進行驗證、考 核。
二、斷路器的電氣間隙和爬電距離的設計
在討論斷路器的電氣間隙和爬電距離之前，必須首先了 解系統的絕緣配合對斷路器的要求。斷路器用于電源系統的 條件應是:
( 1)斷路器的額定絕緣電壓，應高于或等于電源系統的 額定電壓;
(2)斷路器的額定沖擊電壓，應高于或等于電源系統的 額定沖擊耐受電壓;
(3)斷路器產生的瞬態過電壓，應低于或等于電源系統的額定沖擊耐受電壓。
十是就涉及額定沖擊耐受電壓如何確定的原則:
首先要考慮的參數是由電源系統電壓確定的相對地電壓 (交流有效值或直流)和斷路器的安裝類別，并由此來確定 它的額定沖擊耐受電壓。安裝類別義稱過電壓類別，分四 種，即:I信號水平級;II負載水平級;III配電水平級;IV 電源水平級。一般的斷路器安裝類別是III級，其控制電路電 器為II級，但作電源進線處變壓器出線處的主開關為IV級。 而空氣中的最小電氣問隙是由額定沖擊耐受電壓的大小與斷 路器安裝處的朽染等級(斷路器的污染等級1般為3級、控 制電路電器為2級)來決定的。沖擊電壓越大，污染等級越 高，電氣間隙就要求越大。
爬電距離:斷路器的爬電距離是與它的額定絕緣電壓 (或實際工作電壓)，污染等級和絕緣材料的組別等因素有 關。污染等級越高，額定絕緣電壓越高，材料組別越低，爬電距離就越大。
三、絕緣材料的組別 絕緣材料的組別可分為I,II,IIIa,IIIh.四組，其分組的技術依據(指標)是CTI,CTI稱之為相比泄漏(漏電)起痕指數(Comparative Tracking Index)，它表示絕緣材料表面經50滴電解液[0.1%NH4CI(氯化銨)水溶液(A液)或0.1%NH4CI+0.5%R·C10H6·SO3Na(蔡磺酸鈉)溶液(B液)的滴入，絕緣材料之上為兩個夾角為60度的電極，通電，測試試樣(絕緣材料)的5個點，試樣不出現漏電痕跡(絕緣材料表面因局部劣化所形成的不完全導電通道)的最高試驗電壓。絕緣材料四個組別中，IIIb組為100≤ CTI ＜175, IIIa組為175≤ CTI＜ 400; II組為400≤ CTI ＜600 ;I組600≤ CTI。
CTI越高，絕緣材料耐漏電起痕性能越好，絕緣性能相 應越好。
常用絕緣材料的CTI值見表1-4:.
四、斷路器觸頭三要素的考慮
斷路器觸頭三要素是指觸頭的開距(斷開距離)、觸頭 的壓力和觸頭的超額行程(超行程)。
觸頭的開跟，也稱觸頭行程，Fs的作用是:①當動靜觸 頭打開時，確保一定的距離，以便將電弧拉成長弧，增加其 電弧電壓(加速電弧的熄滅);②為了在規定的試驗電壓下， 不致于在電弧熄滅后(通過一定的滅弧措施)被再擊穿，使 電弧重燃。
觸頭的壓力:分初壓力和終壓力兩種。
初壓力:是動、靜觸頭剛接觸時，由觸頭彈簧產生的觸頭壓力，它是觸頭彈簧的預壓力，它的作用是限制和防止觸頭剛接觸時產生的機械振動—由于機械振動過程會產生小放電電弧，使觸頭增加磨損，降低壽命。
終壓力:是觸頭完全閉合，即動觸頭已不再繼續運動時 的觸頭壓力。它是保證觸頭在閉合狀態下接觸電阻最小，從 而使觸頭溫升不致超過容許值所必須的技術措施。終壓力的 另·作用是，在觸頭通過較大故障電流時，不致因為大的電 流產生的電動斥力，而使其斷開。這一克服電動斥力的作用 只限于不應該動作的電流范圍。例如:電動機起動時的電流 (5一7倍的額定電流);當一些具有限流作用的斷路器發生 短路電流故障時(例如幾萬安培時)，要求斷路器的瞬動機 構未動作前，先山其產生的極大電動斥力把動靜觸頭斥開， 這與上而說的克服電動斥力，不致斷開是兩個概念。
觸頭的超額行程(超程):是指觸頭在閉合位置后，將 靜觸頭移開、動觸頭所能夠移動的距離。規定超程是保證觸 頭在其壽命終結前(整個使用壽命之內)能夠可靠地接觸的必要值。
五、斷路器的分斷時間
斷路器的分斷時間包括固有分斷時間和燃弧時間。
斷路器的固有分斷時間—指斷路器從斷開操作開始瞬 間到所有極觸頭(弧觸頭，如果有的話)都分開瞬間為止的 時間(斷開操作是指脫扣器引起斷路器斷開的操作); 燃弧時間—指斷路器分斷電路過程中，從觸頭斷開出 現電弧的瞬間開始，至電弧完全熄滅為止的時間。
斷路器的分斷時間，又稱斷路器的全分斷時間，是指固有分斷時間和燃弧時間的總和。
通常，塑殼式斷路器的全分斷時間≤0.02s，(20ms)，萬 能式斷路器的全分斷≤時間0.03s。
六、斷路器的開斷速度
斷路器的開斷速度是指斷路器的操動機構(四連桿機 構)從解扣(鎖扣脫開)到完全斷開過程的速度。開斷速度 越快，固有分斷的時間越短。一般要求是6m/s(每秒6米) 一絲高水平的限流斷路器達到10 m/s
七、斷路器的外殼防護等級
外殼防護等級是指按標準規定的檢驗要求，對(斷路器 的)外殼能防止外界固體異物進入殼內觸及帶電部分或運動 部件以及防止水進人殼內的防護程度。防護等級以IP加后 面的數字表示:第一個數字及數后補充字母表示電路具有對 人體和殼內部件的防護，共9個等級，即IPOX,IP1X,IP2LX,IP2X,IP3LX,IP4X,IP4LX,IP5X和IP6X;第二表 征數字表示由于外殼進水而引起有害影響的防護，也分9個等級:IPX0，IPX1，IPX2，IPX3，IPX4，IPX5，IPX6，IPX7，IPX8。
斷路器的外殼防護等級，一般選用的是IP2L0或IP3L0
IP2L0能防止直徑大于12.5mrn固體異物進人殼內和 防止手指或長度大于88MM的類似物體觸及殼內帶電部分或 運動部件，但不帶防水進入的措施。
IP3L0一一一能防止直徑大于2.5MM的固體異物進人殼內 和防止長度大于100MM，直徑為2.5MM，的試驗探針觸及殼 內帶電部分和運動部件。
八、工頻耐壓問題
G B/T 14048.1《低壓開關設備和控制設備總則》規定 了產品(斷路器)按其額定絕緣電壓的值所對應的工頻耐壓試驗電壓值(交流有效值)，例如額定絕緣電壓Ui ≤60v時耐壓為1000v, 60V < Ui ≤3 00V時為2000V，300v < Ui≤660v時為2500 .…這些耐壓值是對接在電網主回路的電器產品而言的，而不接主回路的控制電器，如分勵脫扣器和輔助觸頭、報警觸頭等，其工頻耐壓值為:當Ui≤60v時，工頻耐壓為1000v(交流有效值)，Ui> 60時，為2Ui+1000(交流有效值)，但不小于1 500
現在的問題是有一些斷路器的附件，如電動機、電子線 路板等，它們的電源都是取自于電網的主回路，盡管它們的 絕緣電壓是大于60v而小于300V，或者是大于300V而小于 660v,可是工頻耐壓僅是1500或最大為1800v，應如何 辦?
符合IEC60947--2的GB 14048.2.《低壓開關設備和控制 設備低壓斷路器》(新版)，對此作了規定:“斷路器的電 路包括諸如電動機、測量儀表、微動開關和半導體裝置等元 件時，若這些元件已按其有關規定進行了低于8.3.3.2.3... (主回路的試驗電壓值)規定的介電試驗電壓的試驗時，則 應在斷路器進行其介電強度試驗前將這些元件拆除”。
還應該說明的是:斷路器的介電強度試驗(帶電部件與 接地部件之間，極與極之間，斷開觸頭之間以及有關的固體 絕緣)是應能承受施加的額定沖擊耐受電壓的。標準還明確 規定，產品有關試驗后的驗證，允許采用工頻耐壓，同時也 適合于沒有規定額定沖擊耐受電壓的電器產品作介電性能考 核。而如果類似Dw45萬能式斷路器，去掉智能控制器和傳 感器，僅作隔離器用時，就應該進行額定沖擊電壓試驗，而 不能以工頻耐壓代替。
