微型断路器MCB的设计与使用

　　微型断路器（以下简称MCB）是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。 MCB虽然是一种终端电器。但它量大面广，若选用了不合适的MCB，造成的损失也是惨重的。本文根据MCB的常用电气参数谈MCB的正确选用方法。
　　McB的额定分断能力额定分断能力就是在保证断路器不受任何损坏的前提下能分断的最大短路电流值。现在市场上见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料和设计手册，一般有4．5kA、6kA、10kA等几种额定分断能力。我们在选用MCB时，应当像选用MCCB（塑壳断路器）、ACB（框架式断路器）一样，计算在该使用场合的最大短路容量，再选择MCB。如果MCB的额定分断能力小于被保护范围内的短路故障电流，则在发生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它电气设备线路的安全运行。
　　低压配电线路的短路电流与该供电线路的导线截面、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为0．23／O．4LV，变压器容量大多为1600kVA及以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。对于不同容量的配变，低压馈线端短路电流是不同的。一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于由当地供电部门的低压电网供电，供电线路的电缆或架空导线截面较细，用电设备距供电电源距离较远，选用4．5kA及以上分断能力的MCB即可。对于有专供或有10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆萍面较粗，供电距离较短，应选用6kA及以上额定分断能力的MCB。而对于如变配电站（站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排）以
　　及大容量车间变配电站（供车间用电设备）等供电距离较短的类似场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。此外，特别要注意的三点是：
　　1．随着现代建筑物中配变容量的增大；大容量母线槽的使用以及用电设备与电源间的距离在缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。
　　2．MCB有两个产品标准：一个是IEC898《家用装置及类似装置用断路器》（GBl0963—1999）；另一个是IEC947—2《低压开关设备及控制设备低压断路器》。！EC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC947—2是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。若按IEC947—2的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中，这些使用对象都是一般的工作人员。因此在选用 MCB时一定要注意加以区别，不能混淆。
　　3．一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。在工程中若遇到特殊情况下要求下端子进线、上端子出线，由于开断故障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。现在有些厂商制造的MCB，上下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但笔者认为，在非万不得已的情况下，宜以上进下出为妥。MCB的保护特性根据 IEC898，MCB分为人、B、C、D四种特性供用户选用：A．特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流／n的2—3倍），以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护；B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A特性相比较，B特性允许通过的峰值电流＜3In一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护；C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而MCB不动作，C特性允许通过的峰值电流＜5In一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护；D特性一般适用于很高的峰值电流（《10In）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下的控制变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。
　　从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的MCB。如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择MCB，则往往在开灯瞬间导致MCB的误脱扣。
　　在保护特性方面，瓜C898标准内明确规定，MCB不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。在这方面，设计人员往往容易忽视，并且在一些生产厂商的样本和设计资料手册上也有一些误导的地方。大家知道，电动机在起动瞬间有一个5—7In持续时间为10s的起动电流，即使C特性在电磁脱扣电流设定为（5—lO）In，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流；但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1．45Jn，也就是说电动机要承受45％以上的过载电流时MCB才能脱扣，这对于只能承受＜20％过载的电机定子绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受的。因此，在某些场合如确需用MCB对电机进行保护，可选用ABB公司特有的符合IEC947—2标准中 K特性的MCB，或采用MCB外加热继电器的方式，对电动机进行过载和短路保护。
　　McB的使用频率
　　MCB的设计和使用是针对50~60Hz交流电网的，由于磁脱扣器的电磁力与电源频率、动作电流有关，因此对于在交流电压下使用的MCB用于直流电路或其它电源频率场合的保护时，磁脱扣器的动作电流是不同的。一般应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流同电源频率变化系数来换算。当交流用MCB用于直流电路的保护时，由于灭弧的原因，应选用类似西门子的5SX5直流专用MCB。
　　McB的使用环境温度
　　MCB的过载保护依靠热脱扣器，通常，现有MCB的热脱扣器额定电流是生产厂家根据IEC898标准在基准温度为30C条件下整定的，MCB的工作温度一般推荐为—25C—十55C。热脱扣器由一种双金属片组成，当通过的电流达到某设定值并维持一定时间后使MCB脱扣。因此，热脱扣器与温度是息息相关的。如环境温度变化将导致MCB的工作温度变化，使热脱扣器的工作特性相应变化。由于MCB通常安装于配电箱内，使用环境温度也不可能恒定为30C，实际使用时，终端配电箱内的MCB是紧密无间地安装在一起的，且大多数场合又是嵌在、墙内安装，导致散热效果差，使配电路内的温升上升很大，故MCB的实际工作温度总比环境温度高10C~15C左右。因此，当环境温度大于或小于校准温度值时，我们必须根据有关制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值。一般来说，当环境温度大于或低于校正值10C时，MCB，的额定电流值须减小或增加5%左右。
　　MCB的前后级选择性配合
　　大家知道，在供配电线路中，对于保护电器必须达到“三性——选择性、快速性、灵敏性”。快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关，而选择性则与上下级保护电器之间的配合有关。配合恰当，则能有选择地将事故回路切除，保证供电系统的其它无故障部分继续正常运行，反之，则影响供电的可靠性。MCB的选择性可分两个区域，一个是过载区的选择性，另一个是短路区的选择性。如图1所示：
　　MCB的热脱扣器的电流—时间特性是一个反时限曲线，曲线中 t1‘、t2’分别代表QLl、Q12的最长不开断时间，t1“、t2”分别代表QLl、Q12的最长开断时间。对于某一电流，如果断路器QL1的t1’与Q12的 t2“构成的关系是tl”＞t2“，说明过载区有选择性。通过实践证明，一般MCB在过载区若I1／I》2，即能在过载区有选择性。当短路电流流过电磁脱扣系统时，MCB上下间要获得选择性是很困难的，为了防止越级脱扣，一般应使QLl的瞬时脱扣电流
　　Im1与Q12的瞬时脱扣电流Im2之比大于1．4。当短路电流大于7ml时，要想只有Q12开断，应选限流型断路器作为Q12，这样可以减少电流的峰值及持续时间，使QLl免于断开，当然也可选用具有延时的断路器作为QLl。当短路电流很大时，是很难保证有选择性的，只能获得部分选择性。制造厂商为了方便设计人员选用合适的MCB以确保选择性，在设计参考资料中都有向用户推荐的匹配表，设计人员可以根据匹配表选用上下级的MCB。
　　McB的附件选用
　　MCB有一些电气辅助装置和保护附件能与MCB本体拼装组合在一起，扩展使用范围，其中最主要的是剩余电流动作保护器（简称RCD）、分励脱扣器（简称ST）、欠压脱扣器（简称UR）。RCD与MCB组合在一起就能成为带过电流保护的剩余电流动作断路器（简称RCBO），安装在配电箱内能防止线路发生单相接地故障时危及人身安全和有效抑制电气火灾。关于RCD的工作原理，本文不作赘述，在此特别提出六点注意事项。
　　1．该RCBO使用于何种低压配电接地型式中不能有半点含糊，因为用于TT、TN、IT的系统中的接线要求都有不同，详见《电世界》1996年“剩余电流保护器讲座”等有关文章。但不管如何干变万化，凡是带电载流导体（个性线也是载流导体）必须全部接入RCD，而保护线PE则绝对不能接入RCD，PE线应与设备的金属外壳连接。笔者认为：为避免许多不必要的误脱扣，RCBO的极数宜与该接入回路的载流导体数相等。
　　2．RCD的额定脱扣电流入数值应根据 JGJ／T16—92《民用建筑电气设计规范》第14．3．11条进行选择。从安全的角度考虑，RCD的入选择得越小越好，但实际上，任何供电回路的用电设备都有正常的泄漏电流，如果RCD的比小于正常的泄漏电流或者该回路的正常泄漏电流大于50％In，则供电回路无法正常运行，故从供电的可靠性来考虑，In选择得不能太小，它主要受到正常泄漏电流的制约。
　　3．RCD的上下级配合问题。一般来说，RCD的额定剩余不动作电流In0（根据IEC有关的标准）等于In的50%。如果干线和支线上的RCD动作电流值很接近，就有可能使几个支线的不动作电流 In0之和大于干线上的RCD的In，使干线上的 RCD误动，两者之间就失去了选择性。通常，上下两级RCD额定动作电流之比应大于2．5，当然，RCD的选择性也可根据动作时间的差异来达到。一般对终端配电箱来说电源总断路器处的RCD主要为防止电气火灾，可选用In＝100—300mA、时间t＝0．3s左右的产品，如梅兰日兰的vigiS型产品。支线上的RCD
　　主要为防止人身电击，可选用In＝6—30mA（视具体使用场合）、瞬动型产品，如梅兰日兰vigi型产品。
　　4．对于TT系统，装有RCD的支路与不装RCD
　　的支路不应使用公共接地极。TT制接地系统因中性点接地与凹线接地分开，个性线N与PE线无连接，供电线路一般较长，相—地回路阻抗较大，发生单相接地故障时，线路保护装置不能可靠地切断电源，容易造成电击和火灾事故，因此这种系统中装设RCD作单相接地保护是有效的措施之一。但个别装RCD的分支回路必须有单独的接地极与PE线，否则当未装RCD的回路发生漏电时，会通过PE线傅u装有RcD的设备外壳上，但RCD不动作；而造成电击事故。因此，必须有独立的接地板与PE线专供有RCD的分支回路用，它们之间不能有电气连接。
　　5．目前在我国生产的RCD有两种形式，一种为电磁式（ELM），另一种为电子式（ELE）。对于ELE，笔者认为要慎用，ELE在工作时要有一稳定的操作电压。现市场上的一般EIE均无独立的操作电源，该操作电源均由 RCD所控制的电源供电，而在发生故障时，往往电网电压偏低或过高，导致ELE不能正常工作。因此，设计人员应对装设ELE的RCD处发生事故时的电源电压进行验算，如果不符合产品的规定值，应考虑采取补救措施或选用 ELM的RCD。 ELM的RCD进出线可以倒装，而ELE的 RCD进出线不可倒装。
　　6．对于一些特殊场合和一些特殊用途的电源，如化工、石油、各类保安电源、事故照明、消防设备电源、医院手术室供抢救用电源等，不应安装RCD，若有必要可酌情安装剩余电流报警装置。着重提一下，RCD不是防止电击事故的唯一措施，只是措施之一，某些场合还应当与总等电位或局部等电位联结等其它措施相结合使用。
　　MCB的附件UR是当电源电压下降到70％以下时，使MCB脱扣；当电源末恢复正常时，防止MCB重新接通。既可防止一些电气设备在低电压下运行而损坏设备，也可防止电源突然恢复正常时，线路上的电动机等大容量负荷在没有接到控制信号下自行起动，从而提高了线路的安全性。但对于一些特殊要求的场合和一般照明回路则不宜安装UR装置。分励脱扣装置ST是一种能远距离控制MCB脱扣的装置。
　　上述两种脱扣装置都是电压型线圈，都能使MCB达到脱扣的目的，但两者是有区别的。 UR是按长时间通电设计的，而ST是按瞬间通电设计的，这一点往往在选用时被疏忽，误把ST当作UR使用，导致ST的烧毁。如果UR当作ST使用，理论上是可行的，但实际上是不经济的。因为 UR是24h接入线路中的，终究要消耗一定的电功率，并且发出一定的热量。如果要使UR兼有失压和分励脱扣作用，则在控制回路中应接人一常闭按钮，这点请务必注意。