变电站低压空气开关选型

尹卓文 辽宁襄平电力勘测设计有限公司

一、前言

以前电气工程和家庭装潢一般使用熔丝作为电路过载保护装置，它安全可靠，但实际应用不方便，须经常更换。现在普遍使用空气开关（以下简称空开），其拥有以下优点：故障时空开会迅速断开，查明原因后可重新闭合，可以无数次地反复使用。从长远使用成本看，价格反而低于保险丝，而且方便、快捷、安全。

工作原理：空开的动作全靠脱扣，脱扣分为两种：热脱扣和电磁脱扣，只有满足以上两种条件之一空开方才动作。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源；当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。

二、空开的选择

空气开关（简称MCB或微型断路器）是建筑电气终端配电装置使用最广泛的一种终端保护电器。空开的选择需要考虑极数、脱扣特性、额定电流以及是否配置相关附件，下面我们分别介绍。

（一）空开按极数可分为

1）单极（1P）220V，切断火线。

2）双极（1+NA）220V，火线及零线都具有手动分断能力，但只有火线上配置脱扣，即只有火线具备自动跳开能力。

3）双极（2P）220V，同时切断火线与零线

4）三极（3P）380V，同时切断三相火线。

5）四极（4P）380V，同时切断三相火线及中性线（零线）。

（二）空开具有以下脱扣特性

B特性——B脱扣特性微型断路器负荷IEC60898-1（GB10963.1）标准，适用于为阻性负载或无冲击电流的负载提供保护。

C特性——C脱扣特性微型断路器负荷IEC60898-1（GB10963.1）标准，适用于为阻性负载和较低冲击电流的感性负载提供保护。

D特性——D脱扣特性微型断路器负荷IEC60898-1（GB10963.1）标准，适用于对线路接通时有较高冲击电流的负载进行保护。

《GB 10963.1-2005 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》中规定：

“瞬动保护的电流整定范围分B、C、D三种特性：B特性为>3In~5In（含5In）；C特性为>5In~10In（含10In）；D特性为>10In~20In（含20In）。在动作电流的下限值，断开时间应该大于0.1s；在动作电流的上限值，断开时间应该小于0.1s。”

如图1所示。

图1

《GB 10963.1-2005 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》中规定：

“断路器冷态、施加1.13In时，对In> 63A，不脱扣约定时间为2h；对In≤63A，不脱扣约定时间为1h。断路器热态（在这里意味着做完1.13n的约定不脱扣时间后，紧接着进行过载脱扣）施加1.45In时，对In>63A及In≤63A的约定脱扣时间分别为2h和1h。”

“瞬动保护的电流整定范围分B、C、D三种特性：B特性为>3In~5In（含5In）；C特性为>5In~10In（含10In）；D特性为>10In~20In（含20In）。在动作电流的下限值，断开时间应该大于0.1s；在动作电流的上限值，断开时间应该小于0.1s。”

本文侧重点在于变电站内的空开选型，所以对于建筑行业情况不做分析。变电站内主要选择C、D两种脱扣特性。其中C特性可以躲过5~10In的瞬间启动电流，故可用于照明回路及不带电动机的动力回路，可满足变电站内绝大多数负荷；而D特性适用于可能带电动机的动力回路，其10In~20In的电磁脱扣特性可以用于保护起动电流大的冲击性负载（如电动机，变压器等）。

（三）额定电流的选择

通过脱扣特性的介绍我们对微断额定电流的选择有了一些认识，结合《GB 50054-2011 低压配电设计规范》中的规定：

6.3.3过负荷保护电器的动作特性，应符合下列公式的要求：

IB≤IN≤IZ

I2≤1.45IZ

式中：

IB——回路计算电流（A）

IN——熔断器溶体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A）

IZ——导体允许持续载流量（A）

I2——保证保护电器可靠动作的电流（A）。当保护电器为断路器时，I2为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I2为约定时间内的约定熔断电流。”

我们可以得出如下结论：

空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流。一般情况下，可以按照1.1~1.3倍线路额定电流选择空开电流规格。

照明电路按1.1倍线路额定电流选择空开额定电流；插座线路会有电动机类有短时大电流的电器设备，所以建议按照1.3倍确定。

（四）其他附件

一般空开具有以下保护形式：1.过载保护；2.短路保护；3.欠电压保护；4.过电压保护。其中欠电压保护与过电压保护需要配置单独的附件（漏电保护也是一种附件）。实际应用中需视工程需要配套安装相关附件，避免造成浪费。

三、空开的极数选择

问题1：三相进线开关配置3P还是4P？

目前国内还没有国家标准或规程之类做很详细的使用要求的规定，而且两种配置方式均有利弊。

两种方式的区别在于是否断开中性线。

1）断开

优点：检修时不会产生危险电压，保证人身安全。

缺点：存在断“零”风险，在中性线上增加一对触头，由于老化及故障原因，增大中性线断线的概率，造成三相负载不平衡，严重时会烧坏电器。

2）不断

优点：减少断“零”风险。

缺点：检修时可能存在危险电压对人生造成损害。

再加一条理论，PE线不允许断开，如断开则有使设备外壳失去接地保护的危险。

我们试着就用这三条理论分析后面的问题。

针对这条问题我们分情况讨论。

（一）TN-C系统严禁采用4P开关

分析：TN-C系统中，由于N线与PE线是合并的，采用4P开关在回路故障空开跳闸时，PEN线也被断开，此时设备的外露导电部分与电力系统接地点失去连接，致使设备外壳可能存在危险电压对人身造成伤害（见图2、图3）。

图2 TN-C系统

图3 TN-S系统

（二）TN-S系统中不需装设4P开关

分析：TN-S系统中，因为有等电位联结（N线与PE线相连），发生单相短路故障时N线虽然可能存在对地电压，但N线与PE线同电位，人即使到N线也不会发生触电，可不必为检修安全配置4P开关。

（三）TN-C-S系统中不需装设4P开关

分析：同TN-S系统，且须强调的是，TN-C-S系统兼具TN-C系统与TN-S系统的特点，判断其是否需要采用4P空开要视其处于何种阶段。

举例说明：变电站采用TN-C-S系统，两台站用变分别给交流屏提供电源，在交流屏进线处设的总开关不能采用4P，因为此时站用变进线电缆为4芯，正处于TN-C系统中，PEN线尚未分开，此时采用4P空开会造成断PE线的恶果（见图4、图5）。

图4 TN-S系统

图5 TN-S系统

（四）TT系统应装设4P开关

分析：与3.2及3.3类似，由于TT系统不存在等电位联结（N线与PE线未联通），故故障状态下N线与PE线存在电位差，电位差将对电气检修人员构成电击危险。

（五）配置漏电保护器时

分析：依据《GB 50054-2011 低压配电设计规范》中3.1.11的规定：

“除在TN-S系统外，当中性导体为可靠地点位时可不断开外，应能断开所保护的贿赂的所有带电导体”。

除TN-S系统外，其他系统当空开采用漏电保护器时需配置4P开关，断N线。

问题2：1P、1P+NA与2P有什么区别，如何选择？

首先介绍1P、1P+NA与2P空开的区别：

1）1P 220V，切断火线

2）1+NA 220V，火线及零线都具有手动分断能力，但只有火线上配置脱扣，即只有火线具备自动跳开能力。此外需注意的是1+NA与2P模数相等，ABB为例均为35mm宽。

3）2P 220V，火线零线均配置脱扣。

我们分析的前提条件如下：

1）为了减少断零风险，尽量不要在中性极配置空开。

2）依据《GB 50054-2011 低压配电设计规范》中3.1.11的规定：

“除在TN-S系统外，当中性导体为可靠地点位时可不断开外，应能断开所保护的贿赂的所有带电导体”。

分析如下：

➣照明分支回路中不配置漏电保护器微断可以采用1P或1P+NA（2P增加断零风险）。但存在一个问题，如果分支回路零线漏电用1P微断无法断开零线，即无法查找具体哪条回路零线漏电，所以推荐采用1P+NA。

➣照明总回路配置可选择3P或4P微断。

TN-C系统：由于N线与PE线合并，不允许断开PE线，故应选用3P。

TT系统：由于N线与PE线没有等电位联结，所以需采用4P微断保证检修时人身安全。

TN-C-S系统：有等电位联结，考虑到照明总回路需配置漏电保护器，故应选用4P。

TN-S系统：有等电位联结，当我们采用专门的PE线与N线连接时，可认为是可靠的地电位，这样即使配置漏电保护器，也可不断开N线，故仅需配置3P。

➣动力分支回路中需配置漏电保护器，故除TN-S系统外，均需配置2P。

➣动力总回路，不需配置漏电保护器。

TN-C系统：同照明，3P。

TT系统：同照明，4P。

TN-C-S系统：有等电位联结，不需配置漏电保护器，故可选用3P。

TN-S系统：同照明，3P。

四、结语

电源进线开关N线是否断开应区别不同接地系统，切勿混淆引发事故。为减少断“零”风险，应在满足检修人员安全的前提下尽量减少N线开关的使用。