根据《低压配电设计规范》GB 50054—2011的规定:”配电线路应装设短路保护和过负载保护”、“配电线路装设的上下级保护电器，其动作特性应具有选择性，且各级之间应能协调配合。非重要负荷的保护电器，可采用部分选择性或无选择性切断。”作为配电网的一种常用保护设备，低压断路器在低压配电系统中占有重要地位，低压断路器如果在设计中选择不当，将导致不能在要求的时间内切断故障电路，从而损坏电线、电缆，甚至扩大事故，或者导致非选择性动作，扩大停电范围。随着供电系统的安全性和可靠性日益成为人们关注的焦点，如何合理地选择、使用低压断路器越来越引起电气设计人员的关注。本文从低压断路器的结构特征与工作原理人手，探讨其在低压配电系统应用中应注意的问题。
2低压断路器的结构特征与工作原理
(1)低压断路器的结构特征
低压断路器从结构型式上大体分为：框架式(英文缩写ACB)、塑壳式(英文缩写MCCB)。
框架式断路器又叫万能式断路器，一般都有一个钢制框架。ACB主要由触头、灭弧系统、手/电动操作机构、各种脱扣器、辅助触头、附件及框架等部分组成，全部组件进行绝缘后总装于框架结构底座中 部件大多可以拆卸，便于产品装配、调整、维修。ACB一般容量较大，壳体额定电流630A～6300A，ACB具有较高的短路分断能力和足够的短时耐受电流，多采用选择型(B类)脱扣器，适用于低压配电系统中作为配电干线的主保护用，具有过载长延时、短路短延时、短路瞬时及接地故障四段保护方式。智能型ACB内置单片机控制，具有检测、保护、显示、报警、记忆、自诊断、试验和通信功能等，可与后台机组成监控系统。
塑壳式断路器的外壳采用塑料压制而成，将触头、灭弧室、各种脱扣器、辅助触头与操作机构等部件封闭于塑料绝缘外壳中，具有结构紧凑、接触防护好、操作容易、安装使用方便、基本不需维护等特点，多采用手动操作，大容量可选择电动分合闸。MCCB的过电流脱扣器分为热磁式和电子式两种。 般热磁式脱扣器具有过载长延时及短路瞬时二段保护方式，为A类非选择型，电子式脱扣器有过载长延时、短路短延时、短路瞬时及接地故障四段保护方式，为B类选择型。有的MCCB还具备漏电、限流或区域选择性联锁(ZSI)功能，并朝着智能化的方向发展。
另外，微型断路器(英文缩写：MCB)也属于塑壳式断路器的范畴，具有体积小、模块化结构、操作轻便等优点，广泛使用在63A及以下的分支干线及末端配电支路中。大家对MCB都比较熟悉，本文不再详述。
(2)低压断路器的工作原理
低压断路器从原理上主要包括3部分，分别是感受元件、传递元件和执行元件。感受元件的作用是，感受电路中不正常的状态参量或操作人员的操作指令、继电保护系统发出的信号等，通过传递元件推动执行元件动作。像过电流脱扣器、欠压脱扣器等都属于感受元件。传递元件是承担力的传递与变换的元件，主要包括操作机构、转动机构、自由脱扣机构、主轴和脱扣轴等。执行元件指触头和灭弧系统，主要承担电路的接通、分断任务，其中触头用来接通或断开电路，灭弧系统用来配合触头熄灭电弧。
低压断路器的主触点是靠手动操作或电动操作合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。开关接通电源后，电磁脱扣器、热脱扣器及欠电压脱扣器等若无异常反应，开关正常工作，当电路发生短路或严重过载时，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路．当线路发生一般性过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作，主触点断开主电路，欠电压脱扣器的工作过程与电磁脱扣器恰恰相反，当线路电压正常时，欠电压脱扣器产生足够的吸力，衔铁吸合，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上，主触头闭合当电路欠电压时，欠电压脱扣器吸力消失，衔铁释放，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路，当按下分励脱扣按钮时，分励脱扣器通过衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。
3低压断路器常用的技术指标
(1)额定工作电压(Ue)
断路器铭牌上的额定电压是指断路器主触头的额定电压，是保证断路器触头长期正常工作的电压值。
(2)额定电流(或称脱扣器额定电流)(In)，
断路器铭牌上的额定电流是指断路器主触头的额定电流，是保证断路器触头长期正常工作的电流值。
(3)脱扣电流
脱扣电流是使过电流脱扣器动作的电流设定值，当电路短路或负载严重超载，负载电流大于脱扣电流时，断路器主触头分断。脱扣电流整定值包括反时限过电流(又称长延时过电流)、定时限过电流(又称短延时过电流)、瞬时过电流脱扣器整定值。
(4)过载保护电流一时间曲线
过载保护电流．时间曲线，为反时限特性曲线，过载电流越大，热脱扣器动作的时间就越短。
(5)欠电压脱扣器线圈的额定电压
欠电压脱扣器线圈的额定电压一定要等于线路额定电压。
(6)分励脱扣器线圈的额定电压
分励脱扣器线圈的额定电压等于控制电源电压。
(7)额定极限短路分断能Icu、额定运行短路分断能Isc
断路器的额定极限短路分断能力(Icu)是指在额定工作电压(Ue)下，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。
断路器的额定运行短路分断能力(Ics)是指在额定工作电压(Ue)下，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。
注．Icu的试验程序otco。其具体试验是 把线路的电流调整到预期的短路电流值(列如380v，50kA)，而试验按钮不合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50kA短路电流，断路器立即开断(open简称o)并熄--灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间(休息时间),3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(close简称c)和紧接着的开断(0)(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性以及动、静触头因弹跳的磨损)，此程序即为co。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功。Ics的试验程序为otcotco，它比Icu的试验程序多了一次co。经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的额定运行短路分断能力试验通过。
Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。Icu是断路器分断能力极限参数，分断几次短路故障后，断路器分断能力将有所下降。Ics是断路器的一种分断指标，分断几次短路故障后．还能保证其正常工作，两者考核条件不同，后者比前者更严格、更困难。对塑壳断路器，IcsI取25％、50％、75％和100％Icu都是有效的、合格的产品，对于框架式或称万能式断路器，Icsl50％、75％、100％Icu都是有效的、合格的产品。
(8)限流分断能力
限流分断能力是指电路发生短路时，断路器跳闸时限制故障电流的能力。电路发生短路时，断路器触头快速打开，产生电弧，相当于在线路中串入1个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加，降低了短路电流的电磁效应、电动效应和热效应对断路器和用电设备的不良影响，延长断路器的使用寿命。断路器断开时间越短,限流效果就越好,Ics就越接近Icu。
4低压断路器的选择
4.1 低压断路器选择的一般要求
(1)断路器的额定工作电压≥线路额定电压，欠电压脱扣器的额定电压：线路额定电压。
(2)断路器的额定电流≥负载电流。
断路器作为用电设备的过载保护时，设备的工作电流不能大于断路器额定电流(In)，否则，断路器会出现过电流脱扣，影响用电设备的正常运行。但是，断路器额定电流(In)也不能过大于设备的工作电流，否则，当用电设备出现过电流故障时，断路器不能起到过电流脱扣保护的作用。在断路器作为线路的过载保护时，断路器额定电流(In)应略大于线路的工作电流，保证线路不会过载运行。选取断路器还应参照断路器的电流w时间脱扣曲线选择额定电流(In)值，以满足用电设备、线路的安全运行。
(3)脱扣器的瞬时(或短延时)过电流脱扣整定电流>负载电路正常工作时可能出现的峰值电流。瞬时(或短延时)过电流脱扣器在达到电流整定值时应瞬时(固有动作时间)或在规定的时间内动作。
脱扣器的长延时过电流脱扣整定电流主要是用来保护过负荷的， 般情况下，其值不小于负荷电流的1.1倍。这里要注意长延时过电流脱扣器在基准温度下的断开动作特性．在基；隹温度(30℃)下，断路器从冷态开始，各相极同时通以约定的不脱扣电流(1.05In)，在小于约定的时间内(2h)，脱扣器不应发生脱扣．在约定时间结束后，立即使电流上升至约定脱扣电流(1.3In)，断路器在小于约定的时间内(2h)脱扣。在不同环境温度下，整定断路器的脱扣电流时要考虑一定的系数。
(4)断路器短路分断能力的选取
额定极限短路分断能力(Icu)大于或等于额定运行短路分断能力(Ics)。额定极限短路分断能力(Icu)为断路器在额定工作电压(Ue)下，最大的安全分断故障电流的分断能力。分断此故障电流后，断路器不再要求连续承载其额定电流能力，必须更换。额定运行短路分断能力(Ics)为断路器在额定工作电压(Ue)下，可正常分断故障电流的分断能力，分断此故障电流后，要求断路器有连续承载其额定电流能力，断路器应能继续正常工作和使用。因此，在选取断路器短路分断能力时，额定运行短路分断能力Ics应不小于被保护线路最大三相短路电流有效值。
4.2低压断路器的级间选择性保护配合
断路器保护动作的选择性是十分重要的，通常对低压配电网进行有效的级间配合设计、采用选择性保护等措施能最大限度地缩小配电系统发生故障时所造成的停电范围，末端器应以最快的速度在靠近故障点处切断电源，避免造成越级跳闸现象。一般选择保护主要通过断路器的电流选择性、时间选择性、区域选择性连锁及能量选择性等方式来实现。电流选择性是依靠上下级脱扣器不同的动作值来实现的，电流选择性一般可查阅断路器生产商提供的选择性表格，时间选择性要保证上下级断路器的短路保护(短路短延时／瞬动)，在跳闸时间上有一定的时间差，区域选择性联锁主要用在配电级数较多的配电系统中，特别是在时间选择级数Trait情况下使用，可减少脱扣时间，有利于选择配合，能量选择性是指下级断路器的限流使短路电流能量被限制，且不足以使上级断路器脱扣装置动作。在具体的设计选型时，主要可从以下几个方面考虑：
(1)为方便上下级配合，变压器出线断路器应采用选择型断路器，配有过载长延时、短路短延时保护，可不设短路瞬时保护。母线联络断路器也宜配置选择型断路器。
(2)对于选择型断路器，上级断路器的过载长延时和短路短延时的整定电流，不宜小于级断路器整定值的1.3(可靠系数)倍，以保证上下级之间的动作选择性。
(3)当上下级断路器出线端处预期短路电流有较大差别时，并且上下级断路器均设有瞬时脱级断路器的瞬时脱扣整定电流应大于下级的预期短路电流，以保证有选择性保护。
(4)当上下级断路器距离很近，出线端处预期短路电流差别很小，则上级断路器宜选用短延时脱扣器，使之延时动作，以保证有选择性配合。
(5)当下一级断路器出线端短路电流大于上一级断路器-的瞬时脱扣整定电流时，下级断路器宜选用限流型断路器．以保证选择性要求。另外有条件时选择断路器可按照断路器制造厂提供的选择性表格来选择，造厂提供的表格通常是较为经济的方案，而且这些方案都经过断路器制造厂实验室的认证，是相对合理可靠的。还可使用断路器制造厂提供的脱扣曲线模拟软件来辅助选型，当上下级开关电流脱扣曲线完全不重台，则具有完全选择性。
以上讨论了断路器的选择性配合要求，但并非所有上下级都需要完全的选择性，可以部分选择性甚至可以没有选择性，如果一味追求整个系统的完全选择性，则断路器会选得都非常大，电缆截面也会加粗，造成资源浪费，有时是没必要的，甚至是难以实现的。选择性的选用原则与负载的重要性及越级跳闸所造成的停电或扩大停电范围的损失有关,一般无扩大停电范围可以没有选择性，部分扩大停电范围但无由于停电而造成更大损失则可以采用部分选择。
4.3低压断路器的降容问题
在选择断路器时，需要考虑其安装在低压配电柜内的降容问题。低压配电柜防护等级越高，密封越好，散热条件也越差，其温升对断路器的动作电流会有一定的影口向，必须进行核算整定。低压断路器在配电柜内的安装方式一般分为固定式、插八式与抽屉式三种。插八式和抽屉式的主要优势是方便断路器的检修和更换，缩短断电维护的时间，并且提高开关柜厂生产和运输搬运效率。插入式和抽屉式断路器相比固定式断路器主要存在的风险是接触电阻相对增大，容易产生额外温升造成断路器发热更高。质量比较有保证的开关柜厂家会提供相应的温升系数，并保证断路器在合理工况下始终保证温升在相关要求范围内。对于温升系数有风险的使用范围，厂家会要求客户对额定电流做一定降容(一般10％一15％)使用。
1低压断路器的日常维护
(1)使用前必须擦净电磁铁工作面上的防锈油脂，否则将影响其动作值。
(2)断开电路时必须将手柄拉向“分”字处，闭合时将手柄推向“合”字处。若要闭合已经自动脱扣的限流断路器，应先将手柄拉向“分”字处使断路器再扣，然后将手柄推向“合”字处。
(3)断路器在运行正常的情况下应定期维护，一般为6—12个月维修一次。①检查转动部分是否灵活、润滑油是否已干枯，必要时给操纵机构的转动部分加润滑油。②清除落在断路器上的灰尘，以免降低其绝缘性能。③应清洗触头表面的毛刺、颗粒等物，以保持接触良好，触头磨损超过原来的1/3时，应予更换。
(4)断路器在保护短路故障或多次正常分断后，应立即进行外观检查。①触头接触情况是否良好，螺母、螺钉是否有松动，绝缘部分是否清洁，若有不清洁之处或留有金属残渣时，要及时清除干净。②检查灭弧栅片是否有短路，若被金属颗粒短路，应用工具将其清除，以免再次遇到短路电流而影响断路器的可靠分断，清除灭弧室内的金属颗粒和蝈垢，以保持良好的绝缘和灭弧性能。③检查电磁铁脱扣器的衔铁是否可靠地支撑在铁心上，若衔铁已滑出，应重新放人，并检查动作是否灵活。
(5)定期检查各脱扣器的整定值和延时，确保其动作的准确性。对于断路器内过载脱扣的可调螺钉，用户不得随意调整。瞬时脱扣器必须按要求调整后才可使用
小结
本文分析了低压断路器在配电系统中应用时应注意的问题，提出选型的基本原则及选择性配合的要求。在做配电系统设计时，设计人员应灵活运用选型原则，结合负载特性，选择断路器的额定工作参数，并根据电器安装处的环境条件对断路器有关的额定工作参数进行修正(如降容)，以设计出合理、可靠的配电系统。
电的世界我最懂，让电尽其所能！
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