低压断路器如何正确设计选型，整定原则是什么？有哪些常见问题？

低压断路器设计选型是低压电气设计人员在设计中需熟练掌握的一项基本的技术技能。低压断路器按使用类别分为A、B两类。A类为非选择性；B类为选择性（带短延时功能）。

按设计形式分为开启式（原万能式或框架式）和塑料外壳式或模压外壳式。 按动作速度分为一般型和快速型（限流型断路器），按用途可分为配电用、电动机保护用、漏电型断路器等。 低压断路器在低压配电系统中占有重要地位，随着供电系统的安全性和可靠性问题日益成为人们关注的焦点，如何合理地选择、使用低压断路器一直是电气设计人员关注的问题。树上鸟教育电气设计师在线教学网课

电气基础：低压断路器如何正确设计选型，选型和整定原则是什么？

一、关于低压断路器的选择与整定原则

断路器的选型和整定原则，对于广大的电气设计人员来说应当是很清楚的，概要来说就是：

(1)断路器应根据配电线路不同故障类别和具体工程要求设过负荷保护、短路保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护等;

(2)断路器的额定电流不应小于所在回路的计算电流;断路器应能满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求;用于断开短路电流的断路器，应考虑其在短路条件下的分断能力(有极限分断、运行分断)，短时耐受电流等因素，以满足能承受系统中可能出现的最大短路电流;

(3)对于配电系统中上下级断路器的配合，短路电流倍数以及短路短延时的选择整定等;

(4)要根据不同负荷性质来选择不同类型的断路器，如：配电型的、电动机型的、照明类的、发电机型的、直流型的等;

(5)断路器应适应所在场所的环境条件;特殊环境条件下(如：多尘、强腐蚀、火灾、爆炸、湿热、高海拔、盐雾等场所)应选择能满足环境使用要求的断路器;

(6)断路器的附件：如辅助触点、欠/失压、分励线圈、乃至操作方式(电动、手动)操作手柄、安装方式（固定/插拔/抽屉）等也应与使用要求相适应

(7)还有断路器的级数选择问题，特别是在三相四线TN-S、TT系统中四级断路器的选择应满足行业规范的要求。

按照规范中所要求的原则来整定断路器，理论上没有问题，但往往在实际运行中可能会出现一些问题。此时，要根据具体情况具体处理。

例如：对于存在正常启动设备的保护回路，断路器的脱扣整定值应能躲过短时出现的尖峰电流，但对于故障电流则要求断路器能快速脱扣来切断故障电流;对于选择型断路器而言，瞬时脱扣整定电流需躲过下一级开关所保护线路的故障电流;非选择型断路器瞬时脱扣整定电流在要求能躲过出现的尖峰电流的条件下又要尽量将整定值整定得小一些等等，所以在实际应用中就要协调好相互之间的关系，这对系统的可靠性非常重要。

另外对于上下级保护都采用非选择型断路器时，按整定原则：上一级断路器长延时脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长延时脱扣整定电流的2倍，而实际操作中有时会看到一些非重要的、停电范围影响较少的回路并非完全按整定原则整定，因为加大上下级断路器级差造成了线缆截面的增大;有时也有可能出现即使按整定原则加大了上下断路器级差也无法保证达到有效的选择性保护配合的现象。

二、关于断路器的选择性配合

一般选择性保护主要通过断路器的电流选择性、时间选择性、区域选择性联锁、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，电流选择性一般可查阅断路器选择性表格;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配电系统中，特别是在时间选择级数不够的情况下使用，可减少脱扣时间，有利于选择性配合;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。

快速的限流作用能通过迅速清除故障电流，限制系统中的热应力、电应力。能量选择性能大大简化选择性跳闸的研究，并以较低的价格实现各级线路间的选择性配合。

三、进行具体的设计选型，

如何合理地选择断路器：

(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(IEC标准和我国国家标准按使用类别把该断路器称B类)，配有过载长延时、短路短延时保护，可不设短路瞬时保护。第二级配出保护、母线联络保护断路器也宜配置选择型断路器;当两台上下级串联的断路器实现过电流保护时，实现选择性保护基本要求是：在规定的条件下，下级断路器动作时不会引起上级断路器动作。

(2) 选择保护有全选择保护、局部选择保护，全选择保护是指当故障电流达到下级断路器最大故障电流时都能实现选择性，而局部选择性只是当下级断路器在规定的故障电流下才能实现选择性保护，因而局部选择性就存在一个选择性的电流交接值，在此值以下，局部选择性保护可保证选择性，而在此值以上，则不能保证选择性。

另外还有一点要说明一下，就是短时耐受电流Icw，一般只有当断路器的 Icw=Icu=Ics时才能有效的实现全选择保护，如果达不到这个要求，上下级匹配还是局部的。

(3)对于选择型断路器，上级断路器的过载长延时、短路短延时的整定电流不宜小于下级断路器的1.3倍，以保证上下级之间的动作选择性。为保证选择性，上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1S。

一般来说，要保证上下两级低压断路器之间选择性动作，上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器，而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上。

(4)对于上级保护是选择型断路器，下级保护是非选择型断路器时，应符合：上级断路器的短路短延时脱扣整定电流不应小于下级断路器短路瞬时脱扣整定电流的1.3倍。

(5)对于上下级都是非选择型断路器时，应加大上下级之间断路器脱扣整定电流的级差。一般上一级断路器长延时脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长延时脱扣整定电流的2倍：上一级断路器瞬时脱扣整定电流不应小于下一级断路器瞬时脱扣整定电流的1.4倍。

(6)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扣器，则上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。

(7) 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。

(8)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，一般断路器制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合，则具有完全选择性。

四、如何合理有效地选择断路器，

达到安全可靠又经济合理：

1)要准确计算短路电流，选用合适分断能力的断路器;分断能力选得太高没有必要;有时适当应用级联技术可进一步降低成本，因为下一级断路器可以用更低的分断能力来达到计算所要的高分断要求。

2)要合理运用选择性。并非所有上下级都需要完全选择性，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都完全选择性，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停电范围或扩大的停电范围所造成的损失有关，一般如无扩大停电范围可以没有选择性，如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性。

目前，选择性保护在变压器以上的配电应用的已经非常广泛，设计院在变压器以上及低压侧总开关一般都会选用选择性保护的断路器。但在低压配电终端的配电系统应用全选择性保护的就不太多，一般只有在局部系统或一些负荷等级要求较高的回路会应用。

关于终端配电系统是否应用全选择性保护，主要可考虑以下两个因素：

(1) 必要性。重要的负荷和比较重要的负荷配电上下级要考虑做选择性保护;或者不属于重要负荷，但在所带回路比较多，容量较大，如果发生故障，影响面比较大的情况，或为了避免影响其他回路，要考虑做选择性保护。

有的系统可靠性要求不是很高，停电影响也不是很大，系统故障对整个系统的可靠性影响也不大，也可不做选择性。

(2) 经济性。要合理运用选择性。

五、低压断路器设计选型常见问题解析

1、低压断路器选型标注不全

我们以一个比较有代表性的塑壳断路器（国产CM1）标注作为范例：CM1-100HP/33102 In80A。从这个范例标注中我们可以明确该断路器壳架等级电流为100A，额定极限分断能力为高分断型（H）,带电动操作机构(P),极数为三极，脱扣方式及附件为热动－电磁（复式）脱扣并带分励脱扣，电动机保护用，额定电流为80A。

这就是这个范例给我们带来的全部信息。在我们的设计图纸中，断路器壳架等级电流、极数及额定电流的选择比较容易，一般不会有遗漏，比较容易发生问题的是额定极限分断能力、脱扣方式及附件、配电用途的标注。

（1）额定极限分断能力(ICU)：

额定极限分断能力ICU：制造厂按相应的额定工作电压规定断路器在规定的条件下应能分断的极限短路分断能力值,用预期分断电流表示(在交流情况下用交流分量有效值表示)。

额定分断极限能力按样本资料分为基本型（C）、标准型（L）、较高分断型（M）、高分断型（H）, 具体选择哪种形式主要根据短路电流计算来确定，在设计中应避免两件事：一是不标明分断能力，二是不进行短路电流计算而盲目选型。

不标明断路器分断能力就是将分断能力的选择权交给了配套厂家，而厂家通常是凭经验选型或选择低分断能力的断路器从而节省造价，这样就会造成有些断路器的分断能力达不到具体工程要求从而造成隐患。

不进行短路电流计算,就 无法对分断能力的选择作出准确的判断，为保险起见设计人员通常选择较高分断型或高分断型的断路器，这样做表面上没有什么错误，但对于一个完整的电气工程设计是有欠缺的，在一定程度上会造成工程造价不合理提高。

（2）脱扣方式及附件

通常用于短路保护和过载保护的脱扣器，有以下几种：

1.瞬时脱扣器：即没有人为延时动作的脱扣器。此种瞬时特性的过电流保护通常能无选择性地迅速切除短路故障。

2.三段保护特性脱扣器：具有长延时、短延时及瞬时脱扣器的过电流保护，是较完整的保护方式，瞬时脱扣器的整定值，其动作时间约为0.02秒；Izd2为短延时脱扣器整定值，其动作时间约为0.1~0.4秒；Izd1为长延时脱扣器整定值，其动作时间可以不小于10秒钟。

一般瞬时脱扣器用作短路保护；短延时脱扣器可作短路保护，也可作过载保护；长延时脱扣器只作过载保护。根据需要可以组合成二段保护（瞬时脱扣加短延时脱扣，或者瞬时脱扣加长延时脱扣），也可有一段保护（瞬时脱扣或短延时脱扣）。

3.复式脱扣器：断路器中的电磁脱扣器加上热脱扣器合称复式脱扣器。电磁脱扣具有瞬时特性，可保护短路。热脱扣器具有长延时特性，可保护负载，故复式脱扣器具有二段保护特性。

通常的配电用途断路器都是选择热动－电磁（复式）脱扣，而在一些电动机经济型协调配合中可选用电磁脱扣和热继电器保护电动机。

断路器的附件通常有报警触头、分励脱扣器、辅助触头、欠电压脱扣器，具体选用附件需根据工程需要确定，这里强调的是分励脱扣器控制电源的选择，通常分励脱扣器默认的的电源规格为AC230V、400V，但如果控制电源为DC24V,例如：用于消防联动；则图纸断路器标注应标明分励脱扣器脱扣电压采用DC.24V，否则一旦订货，由于分励脱扣器电源规格与控制电源不匹配，安装时施工人员需在现场另外增加一个DC24V中间继电器并增加一路交流控制电源，给安装造成了不必要的难度。

（3）保护用途

断路器一般分为配电用及保护电动机用，设计人员经常容易忽略的是电动机保护用断路器忘记标注，通常断路器选型默认为配电型，由于配电用断路器过电流脱扣器瞬动倍数比保护电动机用断路器低，这样一旦电动机保护用断路器选用了配电型，就有可能造成断路器的瞬时整定电流不能躲过线路的正常工作启动电流，从而造成频繁跳闸，无法正常启动电动机。

2、、低压断路器设计选型考虑问题不全面

低压断路器的选择应同时满足下面各项要求：

（1）保证在正常工作条件下不应切断电路。

1.正常工作时不切断: Izd1≥Ijs; Ijs：计算电流

由线路的计算电流来决定断路器的额定电流，这是低压断路器设计选型最基本的一个步骤，很多设计者在完成这一步骤后就万事大吉了，实际上还有很多问题和步骤应该在设计中予以充分考虑。

2.用电设备启动时不切断电路(按单台或配电线路中最大一台笼型电动机直接启动): 配电用断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流应躲过配电线路的尖峰电流。根据中国航天工业规划设计研究院等编《工业与民用配电设计手册》（第三版）：P116-（11-6）公式：

即Izd3≥1.2[IqM1+Ijs(n-1)]

式中Izd3为断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流；IqM1为线路中最大一台电动机的全启动电流（A），其值可取电动机启动电流的2倍；Ijs(n-1)为除启动电流最大的一台电动机以外的线路计算电流（A）。根据《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93,2.4.4条第3款规定:瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流，应取电动机启动电流的2~2.5倍。

对于单台电动机， Izd3≥（2~2.5）IqM.； 式中：IqM为笼型电动机的启动电流。

根据上式，我们可以举一个简单的单台电动机例子来说明低压断路器瞬时脱扣器的整定，一台Y系列（Y160L-4 15kW，轻载启动）电动机，启动电流IqM为212.1A，以塑壳式CM1断路器选型为例，如整定电流定为32A,选用电动机保护型瞬动倍数按12倍整定IZd3为384A， Izd3＜2IqM=424.2A,不满足设计要求，如整定电流定为40A按12倍整定为480A，Izd3≥2IqM=424.2A满足设计要求。

（2）发生接地故障时应保证在规定时间内切断。

根据《低压配电设计规范》GB50054-95，4.2.3条规定，当保护电器为符合JB1284-1985《低压断路器》的低压断路器时，短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

1.运用瞬时脱扣器时: Id1≥1.3Izd3.

2.带有短延时脱扣器时: Id1≥1.3Izd2.

3.当带有零序保护时: Id1≥1.3Izd0(一般用于主干线).

式中: Id1为单相接地故障电流， Izd0为断路器零序保护整定电流.

4. 当采用剩余电流保护时: Id1≥1.3IzdG(一般用于主干线).

式中IzdG为断路器剩余电流保护整定电流.

由于单相接地短路电流较小，断路器的瞬时脱扣器一般较难满足要求，可用其长延时脱扣器作后备保护，必要时可加装零序保护装置，或在中性线上加装电流互感器－电流继电器，或采用漏电继电器等方法以分断断路器。

（3）保护电器应保证在导体达到过载温度前切断。

1. 过负载保护:根据《低压配电设计规范》GB50054-95，4.3.4条规定，过负载保护电器的动作特性应满足下列条件：

Ijs≤Izd1≤Iz. 式中Iz为电缆或导体载流量.

2.短路热稳定校验:

a.根据《低压配电设计规范》GB50054-95，4.2.2条第1款规定，当短路持续时间不大于5s时,绝缘导体的热稳定应按下式校验：

S≥ I√t /K； 式中：S为绝缘导体的线芯截面，mm2；A为短路电流有效值，均方根值A；t 在已达到最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间，秒；K 为不同绝缘的计算系数。

b.根据《低压配电设计规范》GB50054-95，4.2.2条第3规定，短路持续时间小于0.1S时，应计入短路电流非周期分量的影响；本规范“条文”解释：按下式效验： （K.S）2≥I.2t 。

（4）按线路的最大短路电流来校验低压断路器的短路分断能力。

本条的核心是短路电流的计算，由于很多工程设计周期过短或外部条件不明确，设计人员往往来不及进行详细的短路电流计算而凭经验确定断路器短路分断能力或不分地点场合盲目选择高分断能力的断路器，这些都会影响电气工程的设计质量并造成工程造价不合理提高。

尤其是大量工程施工方不按设计图纸选定断路器订货，设计人员在验收时如果不仔细核对或者对各配电区域短路电流没有一个基本概念，就很容易出现问题，让不合格的断路器投入运行从而造成隐患。

现在很多工程变压器容量较大，在民用建筑中1600kVA、2000kVA甚至2500kVA的变压器大量选用，线路的短路电流也相应增大，因此在离变压器较近的配电箱，箱内断路器的短路分断能力的选择更应详细计算，我们可以举例说明。

设定变压器容量为1600kVA（Uk%=6），距配电室25m处有一配电箱，进线电缆为YJV-4X70+1X35，经查表该配电箱处三相短路电流为Ik1=18.52kA，单相短路电流Id1=8.06kA。

根据计算结果，以CM1断路器为例该配电箱选择额定运行短路分断能力Ics=35kA可满足设计要求，这一般不会有问题，但最容易犯错误的是单相断路器的选定，以C65系列小型断路器为例，由于设计惯性很多图纸都以C65N(6kA) 接单相回路，而本例单相短路电流Id1=8.06kA，所以应选用C65H(10KA)或C65L(15kA)。

如配电箱距配电室50m，进线电缆同样为YJV-4X70+1X35, 根据中国航天工业规划设计研究院等编《工业与民用配电设计手册》（第三版）查表计算单相短路电流Id1=4.33kA，单相断路器选用C65N(6kA)是符合设计要求的。

（5）保护电器上下级之间应有选择性动作。

根据《低压配电设计规范》GB50054-95，4.1.2条规定，“配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性；各级之间应能协调配和。但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性切断”。

按本规范“条文”解释，以往由于我国保护电器的性能较差，在低压配电系统中要做到选择性保护是有困难的。目前低压电器发展较快，熔断器、断路器的更新换代产品的特性已有很大的改善。

例如按新标准生产的熔断器（NT型等）选择比为1：16，具有三段保护的断路器也能大量生产，目前配电系统要做到选择性已具有一定条件。但是考虑到低压配电系统量大面广，低压配电系统要做到完善的选择性还有困难。

结合我国国情，低压配电系统只要部分满足保护选择性就可以了。即保证重要负荷不间断供电，对于非重要负荷允许无选择性切断。

长期以来，设计人员习惯了对配电系统的保护选择性问题不作深究，断路器选择性保护对设计者来说一直是一个没有很好解决的难题，在一些工程回访中，故障点发生短路越级跳闸的现象屡有发生，但变压器主进线断路器越级跳闸是应该绝对避免的。

从一些断路器选择性保护的技术资料及文献来看，设计者应着眼于以下几个方面：

1.上级不宜选用非选择型断路器，因这种情况属无选择性。特别是首端应有选择性动作。

2.上下级的选择性配合，应用上下级断路器的特性曲线配合选择比较准确，只要上下级断路器特性曲线不相交即可，当无断路器特性资料时，可以用上下级的可靠系数选用。根据中国航天工业规划设计研究院等编《工业与民用配电设计手册》-P650公式（11-21），

上级用选择型断路器（一般用于主干线）应按以下要求整定：

a. Izd2（上）≥1.2Izd3(下)或Izd2（上）≥1.2Izd2(下)

b. 当带有短延时脱扣器时,Izd3不宜太小，一般为：

Izd3=（12~15）Izd1.

3.优先保证变压器主进线断路器的选择性保护并兼顾配电柜出线断路器的选择性保护。主进线断路器与各馈出线的保护电器都装在低压配电屏内,距离不过几米,在此范围内发生短路和接地故障的概率很小,如经计算主进线断路器瞬动电流小于下级开关的短路电流，可采取主保护不设瞬动脱扣器而只设长延时及短延时整定电流，以避免故障时主断路器无选择性动作。

并保证断路器长（短）延时整定电流大于下级断路器长（短）延时整定电流的1.2倍，短延时整定电流大于下级断路器瞬时整定电流的1.2倍。

4.对于非选择型断路器，一般用于二级及三级配电出线回路中，比较可靠的选择方法是通过一些厂家的保护选择性配合表或通过上下级断路器的特性曲线配合选择来实现，但这也有很多局限性。

只有少数合资厂家提供了断路器选择性配合表，除选择型断路器外，大多数厂家都未提供断路器保护选择性的配合数据，从目前断路器发展的技术及工艺水平看非选择型断路器的选择性配合保护还不能完全实现。