低壓熔斷器和斷路器的比較

1. 問(wèn)題的提出

“熔斷器已經(jīng)過(guò)時(shí)了!”這話似乎很有道理，但又是一個(gè)實(shí)際面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題。真的，近十多年來(lái)，無(wú)論是工業(yè)建筑、民用建筑和戶(hù)外裝置的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用低壓熔斷器越來(lái)越少，大多數(shù)甚至千篇一律地使用低壓斷路器;與之相對(duì)應(yīng)的是低壓配電箱中裝設(shè)熔斷器的也大大減少。在低壓配電系統(tǒng)保護(hù)電器的應(yīng)用中，筆者認(rèn)為這是一個(gè)不正確的或不全面的認(rèn)識(shí)。因此，有必要對(duì)熔斷器和斷路器(以下均指低壓)進(jìn)行一些比較和分析，以能更正確、合理地選用這兩種保護(hù)電器。

2. 配電線路保護(hù)和保護(hù)電器的發(fā)展

2.1 配電線路保護(hù)要求

低壓配電線路，為了防護(hù)在發(fā)生故障(如過(guò)載、短路和接地故障)時(shí)危及人身安全(間接接觸導(dǎo)致的電擊)，或是線路過(guò)熱而導(dǎo)致?lián)p壞甚至引起電氣火災(zāi)，配電線路應(yīng)有必要的防護(hù)措施，以保護(hù)線路安全和用電安全。由于低壓配電線路遍布各種建筑以致戶(hù)外各處，發(fā)生故障的幾率大，而且有大量非專(zhuān)業(yè)人員可能接觸，更顯得這種防護(hù)特別重要。最主要的防護(hù)措施就是在各級(jí)配電線路裝設(shè)保護(hù)電器，以保證在電路發(fā)生故障時(shí)，能有效地?cái)嚅_(kāi)故障電路。這些保護(hù)應(yīng)符合GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。為此，各級(jí)線路不僅要設(shè)置保護(hù)電器，還必須要正確整定其參數(shù)，以保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可靠切斷故障;還要求應(yīng)有選擇地切斷電路，即要求最靠近故障點(diǎn)的保護(hù)電器動(dòng)作，而其上級(jí)的保護(hù)電器不動(dòng)作，以使得切斷電路的范圍最小。

2.2 保護(hù)電器的類(lèi)型和發(fā)展

保護(hù)電器主要有兩種：一是斷路器，二是熔斷器。斷路器類(lèi)型很多，從與本文相關(guān)的保護(hù)特性看，有非選擇型和選擇型斷路器兩大類(lèi);此外，還有帶漏電防護(hù)的斷路器。這些保護(hù)電器各有自身的特點(diǎn)，自然也有其不足之處，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)各自的具體條件和要求選用，不能簡(jiǎn)單的用先進(jìn)或落后給予評(píng)價(jià)。

在當(dāng)今世界，特別是一些發(fā)達(dá)國(guó)家，斷路器產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展十分迅速，不斷研制出更新型、保護(hù)功能更完善的斷路器。近十年來(lái)，差不多每十年左右更新?lián)Q代一次，一直到推出功能完善、具有通信模塊的智能型斷路器，為配電線路防護(hù)提供了性能極佳的保護(hù)電器。近20 年來(lái)，我國(guó)電器工業(yè)發(fā)展十分迅速，斷路器產(chǎn)品緊跟國(guó)際先進(jìn)技術(shù)潮流，研制了多種智能型斷路器，為配電線路提供了更完善的保護(hù)功能。但是，在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家，并沒(méi)有因?yàn)閿嗦菲鞯目焖侔l(fā)展而淘汰熔斷器，也沒(méi)有把熔斷器視作落后或過(guò)時(shí)的產(chǎn)品。據(jù)知，在德、法等國(guó)家如西門(mén)子、溯高美等電器公司，不但仍生產(chǎn)熔斷器，還繼續(xù)研制新的產(chǎn)品，技術(shù)上也不斷進(jìn)步。從這些方面說(shuō)明：斷路器是先進(jìn)的保護(hù)電器，而熔斷器也絕非過(guò)時(shí)或落后的產(chǎn)品。應(yīng)該說(shuō)，兩者相輔相成，各有自己的應(yīng)用范圍。

3. 熔斷器和斷路器的比較

現(xiàn)就熔斷器和斷路器的保護(hù)性能和其他特點(diǎn)進(jìn)行比較，斷路器則按非選擇型和選擇型兩類(lèi)分別敘述。

3.1 熔斷器

(1) 熔斷器的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

① 選擇性好。上下級(jí)熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過(guò)電流選擇比為1.6：1 的要求，即上級(jí)熔斷體額定電流不小于下級(jí)的該值的1.6 倍，就視為上下級(jí)能有選擇性切斷故障電流;

② 限流特性好，分?jǐn)嗄芰Ω?

③ 相對(duì)尺寸較小;

④ 價(jià)格較便宜。

(2) 熔斷器的主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

① 故障熔斷后必須更換熔斷體;

② 保護(hù)功能單一，只有一段過(guò)電流反時(shí)限特性，過(guò)載、短路和接地故障都用此防護(hù);

③ 發(fā)生一相熔斷時(shí)，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)將導(dǎo)致兩相運(yùn)轉(zhuǎn)的不良后果，當(dāng)然可用帶發(fā)報(bào)警信號(hào)的熔斷器予以彌補(bǔ)，一相熔斷可斷開(kāi)三相;

④ 不能實(shí)現(xiàn)遙控，需要與電動(dòng)刀開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)組合才有可能。

3.2 非選擇型斷路器

(1) 主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

① 故障斷開(kāi)后，可以手操?gòu)?fù)位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修;

② 有反時(shí)限特性的長(zhǎng)延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)電流脫扣器兩段保護(hù)功能，分別作為過(guò)載和短路防護(hù)用，各司其職;

③ 帶電操機(jī)構(gòu)時(shí)可實(shí)現(xiàn)遙控。

(2) 主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

① 上下級(jí)非選擇型斷路器間難以實(shí)現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時(shí)，很容易導(dǎo)致上下級(jí)斷路器均瞬時(shí)斷開(kāi);

② 相對(duì)價(jià)格略高;

③ 部分?jǐn)嗦菲鞣謹(jǐn)嗄芰^小，如額定電流較小的斷路器裝設(shè)在靠近大容量變壓器位置時(shí)，會(huì)使分?jǐn)嗄芰Σ粔颉，F(xiàn)在有高分?jǐn)嗄芰Φ漠a(chǎn)品可以滿足，但價(jià)較高。

3.3 選擇型斷路器

(1) 主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

① 具有非選擇性斷路器上述各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn);

② 具有多種保護(hù)功能，有長(zhǎng)延時(shí)、瞬時(shí)、短延時(shí)和接地故障(包括零序電流和剩余電流保護(hù))保護(hù)，分別實(shí)現(xiàn)過(guò)載、斷路延時(shí)、大短路電流瞬時(shí)動(dòng)作及接地故障防護(hù)，保護(hù)靈敏度極高，調(diào)節(jié)各種參數(shù)方便，容易滿足配電線路各種防護(hù)要求。另外，可有級(jí)聯(lián)保護(hù)功能，具有更良好的選擇性動(dòng)作性能;

③ 現(xiàn)今產(chǎn)品多具有智能特點(diǎn)，除保護(hù)功能外，還有電量測(cè)量、故障記錄，以及通信借口，實(shí)現(xiàn)配電裝置及系統(tǒng)集中監(jiān)控管理。

(2) 主要問(wèn)題

① 價(jià)格很高，因此只宜在配電線路首端和特別重要場(chǎng)所的分干線使用;

② 尺寸較大。

4. 配電線路特點(diǎn)和保護(hù)電器選型

4.1 配電線路特點(diǎn)和對(duì)保護(hù)電器的要求

(1) 配電系統(tǒng)通常有樹(shù)干式和放射式兩類(lèi)，還有兩者的混合系統(tǒng)。一般樹(shù)干式系統(tǒng)的干線較長(zhǎng)，對(duì)保護(hù)電器要求較高，往往需要高檔保護(hù)電器，即選擇型斷路器。

(2) 配電線路可分為主干線、分干線和末端線路三種。主干線是從變電所低壓配電屏引出的饋電線，當(dāng)為樹(shù)干式線路，此干線容量很大時(shí)，通常使用母干線。

(3) 末端線路是直接連接用電設(shè)備，短路或接地故障時(shí)，要求盡快甚至瞬時(shí)切斷電路，無(wú)選擇性要求。

4.2 配電線路故障特點(diǎn)

(1) 短路和接地故障，發(fā)生在末端回路多，大約占到90%以上，特別是插座回路更是如此，原因是插頭、插座和移動(dòng)電器及其導(dǎo)線和接頭等較容易出故障;

(2) 就故障類(lèi)型而言，接地故障多，相間短路少，前者約占80%~90%;

(3) 電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的末端回路，通常是過(guò)載多，短路故障較少，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載約占80%以上，而過(guò)載是用熱繼電器保護(hù)的，不會(huì)使熔斷器、斷路器動(dòng)作。

4.3 保護(hù)電器選型方案

根據(jù)前面敘述的電路故障特點(diǎn)和幾種保護(hù)電器性能的比較，提出保護(hù)電器選型方案的建議。本文只論述熔斷器和斷路器的選型方案，而不涉及保護(hù)電器參數(shù)的整定。

(1) 以下位置應(yīng)選用選擇型斷路器

① 變壓器低壓出線的總開(kāi)關(guān);

② 變電所低壓配電屏引出的母干線，或引出的電流容量較大(如500A 以上)的樹(shù)干式線路的保護(hù);

③ 重要場(chǎng)所的低壓配電屏引出的電流容量較大(如300A 以上)的放射式線路保護(hù)。

(2) 以下位置可選用非選擇型斷路器

① 末端回路的保護(hù);

② 靠近末端回路的上一級(jí)分干線的保護(hù)，當(dāng)供給用電設(shè)備不多，且偶然停電影響不太大時(shí)。

(3) 以下位置宜選用熔斷器

① 配電線路中間各級(jí)分干線的保護(hù);

② 變電所低壓配電屏引出的電流容量較小(如300A 以下)的主干線的保護(hù);

③ 有條件時(shí)也可用作電動(dòng)機(jī)末端回路的保護(hù)，但此處不宜選用gG型熔斷器(即全范圍分?jǐn)?、一般用途的熔斷?，而應(yīng)選用aM型熔斷器(即部分范圍分?jǐn)?、電?dòng)機(jī)保護(hù)用熔斷器)。因aM 型熔斷器選用的熔斷體額定電流比gG 型小得多，有利于提高保護(hù)靈敏性，也避免了使上級(jí)保護(hù)電器選的過(guò)大。

(4) 保護(hù)電器選型綜合方案

各級(jí)線路保護(hù)電器選型建議列于表1。

5. 關(guān)于合理應(yīng)用熔斷器的建議

(1) 正確認(rèn)識(shí)熔斷器在配電線路保護(hù)的作用和地位，熔斷器和斷路器各有其特點(diǎn)，在不同條件下發(fā)揮作用。

(2) 修訂熔斷器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行熔斷器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13539.1-92 和GB13539.2-92 是1992 年頒布實(shí)施的，系等效采用IEC269 標(biāo)準(zhǔn)，IEC 已于1998 年和1999 年修訂了該標(biāo)準(zhǔn)，建議及時(shí)修訂該國(guó)標(biāo)，使熔斷器標(biāo)準(zhǔn)跟上國(guó)際先進(jìn)水平。

(3) 努力提高熔斷器產(chǎn)品水平。由于對(duì)熔斷器應(yīng)用的一些不正確理解和其他原因，近年來(lái)該產(chǎn)品市場(chǎng)不景氣，一些企業(yè)技術(shù)進(jìn)步較少。希望能按新的IEC 標(biāo)準(zhǔn)和新修訂國(guó)標(biāo)，必要時(shí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)更高水平、更多品種的產(chǎn)品，如aM 系列熔斷器等產(chǎn)品。

(4) 低壓配電成套裝置和配電箱，應(yīng)有一定數(shù)量的熔斷器方案，以供配電設(shè)計(jì)人員和用戶(hù)選用。