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建筑电气——低压断路器的长延时整定

日期：2023-08-07 09:07:15 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：34 评论：0

在电气工程领域的电器按电压分有高压电器，低压电器；这里的高压与低压的界限就是交流1kV，不大于交流1kV的电器就是低压电器。严格意义上的低压电器的定义：用于额定电压交流1000V或直流1500V以下回路中起保护﹑控制﹑调节﹑转换和通断作用的电器。

这里我们主要讨论低压电器中起保护作用的低压电器。

低压配电线路的保护：在电气线路故障情况下，为防止因间接接触带电而导致人身电击和导致过热造成损坏，甚至导致电气火灾，低压配电线路应当按照国家标准《低压配电设计规范》GB50054-2011第6节的规定装设过负荷保护﹑短路保护和故障防护（间接接触防护），用以分断故障电流或发出故障报警信号。

从以上的描述中，可以看出低压断路器应该具有过负荷保护﹑短路保护及间接接触保护三种功能。

1. 低压断路器的过负荷保护：过负荷保护在低压断路器的参数名称叫做长延时整定值，也叫Iset1。

低压断路器应在流经回路导体的过负荷电流引起导体的温升对绝缘﹑接头﹑端子及导体周围的物质造成损坏前，切断过负荷电流。过负荷导致突然断电会引起严重后果，所以消防水泵﹑消防风机等在过负荷时应作用于信号，而不切断电源。

如何确定长延时整定值呢？首先我们要按照负荷计算的方法将配电线路上的计算电流计算出来，如何进行负荷计算不在这里叙述，那是另外一部分独立的内容。

低压断路器过负荷保护的动作特性应满足以下条件：

回路负荷计算电流≤低压断路器的长延时整定值（Iset1）≤电缆运行的载流量（此公式非常重要，是选择断路器和电缆的依据）

低压断路器中的空气绝缘类一般有框架断路器（简称ACB）、塑壳断路器（简称MCCB）和微型断路器（简称MCB）。

上图是框架断路器的实物及相应参数

上图为框架断路器的具体参数及尺寸等

图中的壳架等级额定电流是指这种框架断路器最大的长延时整定值可以达到的电流值，额定电流就是长延时整定值（Iset1）。

上图为塑壳断路器的实物及相应参数

上图为塑壳断路器的具体参数值

上图为微型断路器的实物图

上图为微型断路器的参数

2. 低压断路器的短路保护：低压断路器应在短路电流对导体及连接处产生的热效应和机械力造成危险之前分断短路电流。

在这里我们首先要确定该断路器所保护的回路中的短路电流是多大，也被称为预期短路电流。低压回路的短路电流计算可参考《工业与民用供配电设计手册》第四版上册第4.6节实用法计算短路电流的方法。

在低压断路器的参数中有一个短路分断能力（Iset3），也叫断路器的瞬时整定值。

低压断路器应满足以下两个条件：

(1) 低压断路器的短路分断能力（Iset3）应＞该回路中的预期短路电流；

(2) 在回路中任一点短路引起的电流，使导体达到允许极限温度之前应分断电路，这是对断路器分断时间的要求。

对于短路时间不超过5s的短路，即0.1s＜t≤5s；

允许的短路持续时间tset（断路器整定时间）＞实际的短路持续时间；

实际的短路持续时间=（计算系数*导体截面积/实际的短路电流）*（计算系数*导体截面积/实际的短路电流）

对于短路时间小于0.1s的短路，即t≤0.1s；

应计入短路电流非周期分量对热作用的影响。

按照国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-2009第4.0.6条的规定：供配电系统应简单可靠，同一电压等级的配电级数高压不易多于两级；低压不易多于三级。

低压配电的三级：总配电柜为第一级，中间配电柜（箱）为第二级，终端配电柜（箱）为第三级。

第一级的断路器一般为框架式（ACB）或塑壳式（MCCB），第二级的断路器一般为塑壳式（MCCB），第三级的断路器一般为微型断路器（MCB）。

要实现上述三级短路保护的选择性，就必须引入新的一个概念就是短延时保护（Iset2），一般框架式断路器都具有这个功能，塑壳断路器具有此功能的厂家不多，不具有短延时保护功能的断路器与第三级的微型断路器无法达到选择性保护，所以当第三级的配电回路出现短路电流较大时，会造成第二级的无短延时保护功能的塑壳断路器跳闸，破坏了配电回路的稳定性，造成短路故障的扩大化。

短延时的时间设置应遵循上述时间要求。

3.低压断路器的间接接触保护：

直接接触：人或动物与带电部分电接触，即直接触摸带电导体。

直接接触防护与断路器有关系的是RCD，RCD的全名叫剩余电流动作保护器，它是直接接触防护的附加防护，按照国家标准《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.1.12的规定：额定剩余动作电流不超过30mA的剩余电流动作保护器，可作为其他直接接触防护措施失效或使用者疏忽时的附加防护，但不能单独作为直接接触防护措施。

其他的直接接触防护有将带电部分绝缘﹑采用遮拦或外护物﹑采用阻挡物及置于伸臂范围之外。（以上具体规定见GB50054-2011第5.1节）

间接接触：人或动物与故障状态下带电的外露可导电部分的电接触，即当发生单相对地短路时，电气设备的外壳带电，造成人或动物触电的情况。

间接接触产生的原因：由于单相对地短路的故障电流比较小，达不到断路器切断回路的短路分段能力（Iset3），所以故障电流和故障电压就一直存在。但是低压系统又是通过PE线把所有用电器的金属外壳连接在一起的，PE线不会传导故障电流，但会把故障电压传导到接触金属外壳的人或动物，此故障电压大于交流50V时就会对人或动物造成伤害。

间接接触防护的措施：采用Ⅱ类设备（如台灯）﹑采用电气分割措施﹑采用特低电压供电﹑将电气设备安装在非导电场所内﹑设置不接地的等电位联结及自动切断电流。

做等电位联结的方法达到自动切断电源的作用：

在建筑物内做等电位联结，总等电位联结，辅助等电位联结和局部等电位联结。

上图是TN系统中的局部等电位联结对接地故障的保护

上图是TN系统中的辅助等电位联结对接地故障的保护

TN系统配电线路间接接触防护电器的动作特性，应符合下式要求：

（接地故障回路相线电阻+PE线的电阻）*1.3Iset3≤220V

TT系统配电线路间接接触防护电器的动作特性，应符合下式要求：

（电气设备金属外壳接地电阻+PE线的电阻）*1.3Iset3≤50V

以上是计算原理，但计算较为复杂，在实际的设计及施工工作中往往不进行相关的计算，可通过以下表格判断在什么情况下要做等电位等措施：（以下表格来源于《低压配电设计解析》任元会编著）

上表为允许的最大PE线长度，超过表中数值需要做等电位联结

上表为断路器瞬时整定值允许的电缆最大长度

总结：断路器的长延时和瞬时整定值比较好理解，但接地故障保护就比较难理解了，这也是注册电气工程师专业考试的考核内容，每年都会有一组题，分数在10分，掌握这部分的计算方法，不仅能在专业考试中得到高分，也能在实际的设计工作中达到设计要求，提高防触电的水平。

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