學點開關電器知識——斷路器的基本原理之6

斷路器的本來任務就是保護線路，執行過載保護和短路保護。

本章我們來探討有關斷路器的保護問題。

首先，我們來看下圖：

這張圖我們已經看過了，它出現在前面的章節中。

我們設想，斷路器已經閉合，當斷路器偵測到系統中出現了過電流，它應當採取何種措施來確保系統安全？

注意過電流這個名詞，它是過載和短路的總稱。

作為執行線路保護的元件，斷路器除了要保護線路外，還要確保自身的安全。因此，斷路器的電流保護系列參數中，必定有兩類：一類用於線路保護，一類用於確保自身安全。

用於線路保護的參數包括：額定電流、過載長延時L保護參數I1、短路短延時S保護參數I2、短路瞬時I保護參數I3，等等。

用於自身安全的參數包括：短時耐受電流Icw、運行短路分斷能力Ics、極限短路分斷能力Icu、短路接通能力Icm，等等。

兩組參數合併起來，共8個，構成了斷路器保護參數不等式，如下：

我們來看ABB的Emax斷路器的PR121/P保護參數表。之所以拿Emax斷路器來作為範例，是因為ABB的框架斷路器已經升級到Emax2，我們正好拿舊版本Emax斷路器來評頭論足，好好體驗一把：

它操作面板如下：

我們通過一個範例來討論：

設系統的電力變壓器容量是2000kVA，它的阻抗電壓是6%，它的低壓側額定電壓是400V。我們來計算它的額定參數：

額定電流：

短路電流：

查閱峰值係數表，見（GB14048.1-2012《低壓開關設備和控制設備 第1部分：總則》的表16：

可知，短路電流在20kA到50kA之間，故取n=2.1。於是有：

衝擊短路電流峰值：

我們再設，此電力變壓器的負載率為70%，於是實際工作電流為：

查Emax斷路器的技術參數表：

我們選擇E3N3200框架斷路器作為我們的範例斷路器，它的脫扣器自然就是PR121/P了。

E3N3200的額定電流是3200A，大於2887A；它的Icu=65kA，大於48.1kA，滿足要求。至於短路接通能力Icm，它的值是143kA，大於101kA，當然也滿足要求。

現在，我們再來看看這台斷路器的脫扣曲線，如下：

圖中紅色的是L參數曲線，綠色的是S參數曲線，黃色的是I參數曲線。

圖中的橫坐標刻度按額定電流倍率遞增，縱坐標則按脫扣時間遞增，並且刻度均按對數取值。這張曲線叫做斷路器的脫扣曲線。

我們由前面的章節內容可知，L參數曲線是反時限的，S參數曲線是反時限的，而I參數曲線是定時限的。

所謂反時限，指的是脫扣時間t與電流的平方成反比，也即

為何過載保護曲線要用反時限類型？這是因為過載電流具有一定的伸縮性，若過載電流到達最大值後即可下降h，斷路器就不應當動作；其次，過載電流越大，保護動作時間就應當越短，這也符合過載保護的基本要求。

用於過載保護的曲線叫做過載長延時L保護特性。

較小的短路採用反時限類型，目的是與下級斷路器實現保護配合。當發生短路時，讓下級斷路器先動作，避免上級開關動作後影響更多的迴路失去電能供應。

這種動作曲線叫做短路短路短延時S特性。

當發生大短路事故時，斷路器必須儘快動作，所以採用定時限I特性。短路定時限的動作時間一般小於15毫秒。

本章的內容就到這裡。下一章的內容是：我按2000kVA變壓器繪製了一張低壓配電系統圖，我們針對這張圖來選配各級斷路器的具體參數。

這張圖如下，供參考：

先說明。若覺得此類分析過於繁難，請放棄下一章的閱讀。

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