[2016年6期]王殿光：如何理解和选择低压断路器的Icu、Ics、Icw等参数？

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论文名称：低压断路器选型误区探析

刊        期：《建筑电气》2016年底6期

作        者：王殿光，国际铜业协会北京代表处，高级工程师。


摘 要：市场上低压断路器的制造商众多，规格、型号各异。用户在选择使用断路器上还存在一些误区影响了实际使用效果，轻者误动拒动、重者遭受财产损失危及生命。文章试图从产品标准着眼解释几个主要对低压断路器选择认识的误区：如何理解和选择低压断路器的Icu、Ics、Icw等参数，低压断路器的使用类别与全选择性配合的关系，串联断路器间的全选择性和局部选择性保护，断路器脱扣值的误差对选择性配合的影响，低压断路器的允通能量及限流型断路器的作用等，并在分析的基础上给出作者的建议。

关键词：低压配电系统；低压断路器；短路电流分断及耐受能力；使用类别；脱扣值误差；串联选择性保护配合

电能的消费80% 是在低压配电网上，低压断路器作为主要的短路和过电流故障保护装置，与工业生产、商业活动、居民生活等紧密相关。

正确地选择和使用低压断路器是防止其误动拒动进而影响生产、生活的基础，对于用户来说从低压断路器标准里可以了解低压断路器的参数及选择性保护配合等。

了解应用相关产品标准、精心按标准选择和使用低压断路器可以显著降低配置低压配电系统的费用和降低配电系统故障的风险。

笔者在过去工作中曾遇到很多对低压断路器质量问题的投诉，经过现场调查证实很多情况是用户在设计选型和脱扣值选择等问题上存在误区，每当遇到这样的情况笔者都对用户的损失感到惋惜。

笔者试图从产品标准角度做些分析；

是否用户多了解些断路器标准知识就会避免损失？

低压断路器的保护对象主要分为两种：线路保护、电动机保护，适应的电路类型也分两种：交流保护、直流保护，本文仅讨论交流线路保护。

一、低压断路器可以参考的标准

a. GB 14048. 1 - 2012 / IEC 60947 - 1：2011，MOD《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》；

b. GB 14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006 《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》；

c. GB 10963. 1 - 2005 / IEC 60898 - 1：2002《电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器 第1部分：用于交流的断路器》。

本文主要关注GB14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准涉及的通用工业断路器，GB10963. 1 - 2005 / IEC 60898 - 1：2002标准涉及的家用断路器略过。

首先GB 14048. 2- 2008 / IEC 60947 - 2：2006 标准是通用型断路器标准，如果用户有特殊的技术需求超出了GB 14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准，这时要与制造商就具体技术合同商谈。

比如：电动牵引机车用的低压断路器对保护动作曲线的要求与一般公共电网配电用低压断路器不一样，需要特别制定技术合同。

二、如何选择低压断路器的I cu、I cs、I cw

标准里定义了很多断路器特性参数来定性及定量地描述断路器的特征，低压断路器要能够承受在有关产品标准规定下承载和断开保护动作时短路电流引起的热效应、电动力效应和电场强度效应。

涉及到的对应参数主要有Icu、Ics、Icw等。

本文篇幅所限仅讨论用户选择低压断路器时要考虑的短路情况下的分断能力（不仅如此还有断路时接通能力、短路时承受能力等），GB 14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006规定（Ic s和Ic u之间的标准比值见表1）：

“2. 15. 1极限短路分断能力

按规定的试验程序所规定的条件，不要求断路器连续承载其额定电流能力的分断能力。

2. 15. 2运行短路分断能力

按规定的试验程序所规定的条件，要求断路器连续承载其额定电流能力的分断能力。

4. 3. 5. 2. 1 额定极限短路分断能力（Icu）

断路器的额定极限短路分断能力是制造商按相应的额定工作电压规定断路器在8. 3. 5规定的条件下应能分断的极限短路分断能力（见2. 15. 1）……

4. 3. 5. 2. 2 额定运行短路分断能力（Ics）

断路器的额定运行短路分断能力是制造商按相应的额定工作电压规定断路器在8. 3. 4规定的条件下应能分断的运行分断能力（见2. 15. 2）……

4. 3. 5. 4 额定短时耐受电流（Icw）

断路器的额定短时耐受电流是制造商按本部分8. 3. 6. 2规定的试验条件下对断路器确定的短时耐受电流值……

与额定短时耐受电流相应的短延时应不小于0. 05 s，其优选值如下：

0. 05 s - 0. 1 s - 0. 25 s - 0. 5 s - 1 s”

笔者在过去工作中经常遇到用户询问选择断路器分断能力是选择Icu还是Ics？

这个问题一直困扰用户并引起广泛争论。通过以上标准里的叙述，笔者理解：

Icu、Ics这两个电流参数都是描述断路器在额定工作电压和规定功率因数情况下短路时断开故障回路的能力，二者区别在于做短路电流实验时，断路器样品在实验短路电流Ic u是样品成功分断两次的最大短路电流（根据O - t - CO断开、闭合顺序），并不再要求样品能承载额定电流（允许脱扣特性变化）。

而样品断路器通过实验短路电流Ic s时，根据断开、闭合操作顺序（O- t - CO - t - CO）分断三次的最大短路电流（Ics），并要求继续能承载其额定电流（不允许脱扣特性变化）。

参见GB 14048. 2- 2008 / IEC 60947  -2：2006《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》有关规定：

“8. 3. 4. 1 额定运行短路分断能力试验

……

操作程序应为：O - t -CO - t - CO

（这里表明确定额定运行短路分断能力实验）

而根据笔者理解应为：

“8. 3. 4. 1 额定极限短路分断能力实验

……

操作程序应为：O - t -CO ……”

笔者认为：当用户选择了Icu参数，实际上就间接选择了Ics参数，反之亦然。

Ic u、Ic s数值越高，分断能力越高，价格也越高。

从GB 14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准对Ic u、Ic s定义的逻辑上看，断路器的Ic u总会高于Ic s，但标准允许制造商自主决定标识在样本及产品上Icu（Ics）可以小于通过实验证实的真实Ic u（Ics）。

举例：某制造商的断路器在400 Vac电压等额定条件下实验数据 Icu = 47 kA、Ics = 35 kA，那么假设该制造商可以标识为Icu = 46 kA、Ics = 35 kA或Icu = 40 kA、Ics = 30 kA或Icu = 35A、Ics = 35 kA 3组数据并符合表1。

这样有技术实力的制造商就有机会和动力在Ic u及Ic s标识上可以衍生出更多产品组合，以满足不同用户的不同需求，争取更高的市场占有率。预算充裕、可靠性要求高的用户可以选择Icu、Ics值高的断路器以求更高的品质和安全性。当然预算少些的用户可以退而求其次，但也能满足实际要求，从标准里看选择断路器分断能力时一般都是以Icu举例，几家大型制造商的技术手册也如此。

再参见GB 16895. 4 － 1997 / IEC 60364 - 5 - 53：1994《建筑物电气装置 第5部分：电气设备的选择和安装第53章：开关设备和控制设备》533. 3款：当标准中对断路器既规定了额定运行短路分断能力（Ics），也规定了极限短路分断能力（Icu）时，允许在最大的短路条件下在Icu基础上选择断路器。

但是，根据运行条件，有时用户希望按Ic s选择断路器 ……笔者理解IEC TC64标委会还是推荐按Ic u选择，如果用户愿意按Ic s选择也是可以的。

笔者建议在慎重计算稳态短路电流Ik后，如果需要成功三次分断短路电流后还要求脱扣曲线不变的以Ics选择分断能力（稳态短路电流有效值Ik ≤ Ics）。

如果两次成功分断短路电流后允许脱扣曲线变化的以Icu选择分断能力（稳态短路电流有效值Ik ≤ Icu）。以够用为原则下选择Ik ≤ Icu性价比更好。当然有钱任性就另当别论了，因为断路器分断能力选高了并不影响使用安全性。

举例：用户经计算某断路器安装点稳态短路电流Ik = 28 kA（400 Vac / 50 Hz）, 经查某制造商的MCCB产品可能的选择如表2所示。

组合1的数据最接近实验室数据，显然选择组合1安全性好但价格高。但岂不知选择了组合2、3即可满足分断能力要求，又可以享受制造商的优惠让利。

又例如：某用户的配电线路是架空线且长，断路器需要使用重合闸技术以消除误动作造成的停电事故；稳态短路电流Ik = 28 kA时，选择Ic s = 30 kA理论上可以重合闸三次并继续运行（Ik ≤ Ic s）、选择同样数值的Icu = 30 kA（Ik ≤ Icu）只能重合闸两次且不能再运行（这里仅仅是举例，实际上只能重合闸一次，如果接下来继续短路脱扣就认为线路存在真实短路故障，是否有必要重合闸三次就另当别论了）。

显然选择组合 3就能满足安全性要求，价格又低，是合理选择。

三、关于两个或多个串联断路器之间的全选择性和局部选择性保护

先了解GB 14048. 2- 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准里对选择性保护配合的描述如下：

“2. 17 过电流保护配合

两个或多个过电流保护电器串联起来，用以保证过电流选择性保护和 / 或后备保护。

2. 17. 1过电流选择性

两个串联的过电流保护电器的一种过电流配合。电源侧保护电器在有 / 无另一保护电器的帮助下实现过电流保护，并防止另一个保护电器的过负荷。

2． 17. 2 全选择性

在两台串联的过电流保护电器装置的情况下，负载侧的保护装置实行保护时而不导致另一台保护装置动作的过电流选择性保护。

2. 17. 3局部选择性

在两台串联的过电流保护装置的情况下，负载侧的保护装置在一个给定的过电流值及以下实行保护时而不导致另一台保护装置动作的过电流选择性保护。

2. 17. 4选择性极限电流Is

……

—— 在此值以下，如果有两台串联的过电流保护装置，负载侧的保护装置及时完成其分断动作，以防止其上一级保护装置开始动作（即保证了选择性）；

—— 在此值以上，如果有两台串联的过电流保护装置，负载侧保护装置可能不及时完成其分断动作，而不能防止其上一级保护装置开始动作（即不保证选择性）。”

从以上标准的叙述里可知：串联的断路器在过电流保护配合上分两种情况，全选择性和局部选择性（也有文献里叫部分选择性）。

GB 14048. 2 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准涉及的低压断路器、空气断路器（ACB）、塑壳断路器（MCCB），一并来说两个ACB之间、ACB与MCCB之间存在全选择性保护，两个MCCB之间只存在局部选择性。

标准里明确了制造商有义务提供其产品在选择性保护配合上的数据，以方便用户根据需要配置自己的选择性保护配合。市场上排名靠前的外资品牌制造商在产品样本、产品说明书、技术手册里提供断路器选择性配合表做得比较好，该表是制造商花费不菲、由实验团队在实验室经过长期实验取得的真实数据组成的，如果用户忽略而不重视使用真是太可惜了。

近年来这些制造商将选择性配合表结合配电系统短路电流计算做成工程计算软件，通过选择配电系统组态结线方式填写配电系统数据对话框如：额定电压、计算电流、短路电流、变压器参数、导线截面和长度等电气参数，快捷得出配电网络每个断路器保护节点的稳态短路电流值、推荐的断路器Icu（或Ics），以至推荐出串联断路器间的选择性配合结果，图文并茂。

最近有制造商将辅助设计选型软件直接放在官网上，省去了用户计算机安装软件，非常方便使用。用户应充分加以利用，以便查到在两个串联断路器之间存在的选择性极限电流Is，以求得在局部选择性配合内负载侧断路器在其下线路短路时优先动作脱扣，避免故障影响范围的扩大。

四、了解断路器脱扣值得误差对选择性配合的影响

在做串联断路器间的选择性配合时要了解断路器脱扣值的误差，以将误差考虑进选择性配合里。如果产品脱扣值符合产品标准，制造商产品样本可能不提供误差值。也有制造商的产品脱扣误差优于标准而在产品样本、说明书里标明误差值，GB 14048. 2 - 2008 - 2008 / IEC 60947 - 2：2006标准里有关规定如下：

“7. 2. 1. 2. 4 用过电流脱扣器断开

a）短路情况下断开

对于短路电流脱扣器所有电流整定值，短路脱扣器应使断路器脱扣，且具有电流整定值的脱扣电流值± 20% 的准确度。

……

b）过载情况下的断开

1）瞬时或定时限动作（如电磁脱扣器 - 笔者加）

对于过载脱扣器的所有电流整定值，脱扣器应使断路器脱扣，且具有电流整定脱扣电流值的± 10% 的准确度。

2）反时限动作（如热双金属片脱扣器 - 笔者加）

反时限动作的约定值由表5给出。”

从以上摘录的标准里，我们可以知道断路器脱扣整定值允许有误差；短路保护脱扣允许± 20% 误差、过载情况下瞬时或定时限动作过电流保护脱扣允许 ± 10% 误差。

而在过载反时限过电流保护脱扣允许偏差就成为了宽泛的“约定”（见规范中的表5）。理解这些规定很重要，现在低压断路器都是大规模工业化生产，允许一定数值可接受的误差可以大大降低制造成本，也降低销售价格使得用户受惠，利于断路器的普遍采用。

可以认为断路器脱扣曲线存在一个离散区，所有同一型号规格的断路器脱扣曲线都散布在这个离散区内（当然是指某制造商的产品）。

笔者理解：在串联断路器间保护性配合时用户要考虑这个误差，即使是两个串联的断路器。如电源侧CB2串联着唯一的负载侧CB1，CB2的短路保护脱扣值也要大于CB1短路保护脱扣值一定比值，因为误差是随机的。

举例：假设电源侧断路器CB2短路保护脱扣整定值IZ 2 = 12 kA、误差 - 20 % 实际脱扣值10 kA，负载侧断路器CB1短路保护脱扣整定值IZ 1 = 8 kA、误差 + 20 % 实际脱扣值也是10 kA，当短路电流在10 kA左右时不能保证CB1先脱扣动作，有可能越级脱扣导致故障影响范围扩大。

此例中，CB2短路脱扣值比CB1短路脱扣值高出1. 5倍以上才能避免越级脱扣。可见仅为了避开误差区域，这个倍数也要大于1. 6倍。

由于每个制造商的产品短路脱扣值误差都不尽相同，所以推荐的串联断路器间脱扣整定值倍数也不尽相同，建议用户还是咨询制造商为好。

串联低压熔断器间的短路熔断值比还是比较一致的1. 6倍，无论哪家制造商都如此，这也是熔断器选择性配合的优势。对于用户理解表5在反时限过电流保护脱扣的“约定”确有难度，笔者在过去工作中遇到用户投诉最多的与此有关并纠结于此。通俗地讲，断路器的反时限过电流脱扣器（如双金属片热脱扣器）在1. 05倍整定电流约定在2 h内不能脱扣；在1. 3倍整定电流约定在2 h内必须脱扣（额定电流In ≥ 63 A），用户事前不了解还有个“约定”，造成质量投诉争议多发。

但交易合同生效后，法律上就认定双方都“清楚”这个“约定”，这就是市场经济的契约精神。笔者还是强调用户事先多了解些断路器相关标准内容以维护自身利益。

产品标准就是市场参与各方在国家监管下的权益平衡结果，产品标准也是市场上同类产品的质量底线要求。维护和遵守产品标准是参与各方市场准入的游戏规则。

对于制造商来说，产品质量、性能不能低于标准规定，但对于用户超出标准的要求可以与制造商另外磋商。

由于用户在产品知识上明显弱于制造商，所以产品标准也是倾向保护用户利益。

用户如果认识到这一点就可以主动利用制造商的技术优势将自己的低压配电系统做得更经济可靠。

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本文有删减，关于“低压断路器的使用类别”、“低压断路器的允通能量”、“两个或多个串联的MCBB之间的局部选择性保护配合”等问题，详见《建筑电气》2016年第6期杂志。版权归《建筑电气》所有。

bzp4891

治学以诚 发表于 2016-7-11 18:24
也没这么复杂了。通常厂家都是：
I cu＝I cs＝I cw
三个参数是相等的

这可不一定哦，即使对于框架断路器也有如下的关系式：

zz_1973

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