論小型斷路器的保護性能和作用
小型斷路器在建筑電氣系統中的使用量很大，用途也不盡相同，因此較全面地了解它的性能并正確選用，具有重要意義。
小型斷路器（Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）又稱微型斷路器（Ｍｉｃｒｏ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ），是一種適用于家庭或類似場所用的過電流保護斷路器（以下簡稱ＭＣＢ），以前曾稱為導線保護開關（斷路器）。它的主要用途是保護線路末端的電線（或電纜）和用電設備，有別于干線和主支路使用的工業配電型斷路器和電動機保護型斷路器。它大量用于住宅、賓館、辦公大樓、商場等場所，屬于建筑電氣范疇，應該滿足ＩＥＣ３６４《建筑物電氣要求》的規定。
１ ＭＣＢ的額定電流選擇和過載保護電流的選擇
ＭＣＢ的額定電流為Ｉｎ，被保護線路的計算電流為ＩＢ，被保護線路（導體）的允許持續電流為ＩＺ，三者關系如下：
ＩＢ≤Ｉｎ≤ＩＺ（１）
Ｉ２≤１．４５ＩＺ（２）
其中Ｉ２為在線路過載時斷路器必須在一定延時時間內動作的電流。
ＭＣＢ投入運行時，應滿足等效采用ＩＥＣ８９８的我國ＧＢ１０９６３《家用和類似場所過電流保護斷路器》標準的規定：
約定不脫扣電流Ｉ１＝１．１３Ｉｎ，不脫扣時間ｔ≥１ｈ（當Ｉｎ≤６３Ａ時）和不脫扣時間ｔ≥２ｈ（當Ｉｎ＞６３Ａ時）。
約定脫扣電流Ｉ２＝１．４５Ｉｎ，脫扣時間ｔ＜１ｈ（當Ｉｎ≤６３Ａ時）和脫扣時間ｔ≤２ｈ（當Ｉｎ＞６３Ａ時）。
約定脫扣電流Ｉ３＝２．５５Ｉｎ，脫扣時間１ｓ＜ｔ≤６０ｓ（當Ｉｎ≤３２Ａ時）；１ｓ＜ｔ≤１２０ｓ（當Ｉｎ＞３２Ａ時）。
ＭＣＢ的過載特性（約定不脫扣電流和約定脫扣電流等）的確定，是基于以下因素的：
如上所述，ＭＣＢ使用于電路末端，按照有關供（用）電規程的規定，即：供電網路的電壓偏差，三相供電的電壓允許偏差是±７％，單相供電的電壓允許偏差是＋７％和－１０％。一般考慮為－７％。為維持足夠的用電功率，當電壓下偏差為－７％，即供電電壓僅９３％的額定電壓時，電流將上升至１．０７５２Ｉｎ，加之電網電流正常允許的波動上限為＋５％（０．０５），二者相加為１．１２５２Ｉｎ，取整數１．１３Ｉｎ。此時自然不允許ＭＣＢ動作（它與工業用斷路器規定的１．０５Ｉｎ不允許動作的意義是相同的）。而過載，則相當于１．１３×１．３Ｉｎ＝１．４５Ｉｎ（１．３Ｉｎ是工業用斷路器過載必須動作的電流，這種斷路器常用于保護變壓器和電纜）。
ＧＢ１０９６３《家用和類似場所過電流保護斷路器》與ＩＥＣ８９８同名稱標準，都規定了２．５５Ｉｎ和它的動作時間，考慮到電流末端的負載中有一些小型電動機（如冰箱、空調、洗衣機和廚衛設備中的微型電動機）必須躲過它的起動電流，由于這些微型電動機不可能是同時起動的，因此定它為２．５５Ｉｎ。
２ ＭＣＢ的短路保護功能和選擇
關于短路保護，ＩＥＣ８９８和ＧＢ１０９６３均分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四種類型。英國標準ＢＳ３８７１則分為１、２、３、４型。但ＶＤＥ０６４１／６．７８（德國標準）和ＣＥＥ（原歐洲共同體電工產品標準委員會ＣＥＮＥＬＥＣ的縮寫）標準都不作分類。
四種類型的短路保護范圍是：
Ａ型：特別適用于測量回路中的互感器保護、具有特長導線的回路保護和有限的半導體保護（它的過載長延時保護范圍與Ｂ、Ｃ、Ｄ類相同）。短路保護范圍是２Ｉｎ～３Ｉｎ，即≤２Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢常桑釷北匭攵?作（動作時間ｔ＜０．１ｓ）。但Ａ型的用戶極少。ＭＣＢ的短路保護類型一般不提Ａ類，而規定為Ｂ、Ｃ、Ｄ三類（型）。
Ｂ型：用于住宅和插座回路。短路保護范圍是３Ｉｎ～５Ｉｎ，即≤３Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢擔桑釷北匭攵?作（動作時間ｔ＜０．１ｓ）。
Ｃ型：優先用于接通大電流的電氣設備，如燈和電動機。短路保護范圍是５Ｉｎ～１０Ｉｎ，即≤５Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢保埃桑釷北匭攵?作（動作時間＜０．１ｓ）。
Ｄ型：適用于產生脈沖電流的電氣設備、電磁閥和電容器。短路保護范圍是１０Ｉｎ～５０Ｉｎ，即≤１０Ｉｎ不動作（不動作時間大于０．１ｓ），大于５０Ｉｎ時必須動作（動作時間＜０．１ｓ）。
Ａ型＞２Ｉｎ，＜３Ｉｎ；Ｂ型的＞３Ｉｎ，＜５Ｉｎ；Ｃ型的＞５Ｉｎ，＜１０Ｉｎ；Ｄ型的＞１０Ｉｎ，＜５０Ｉｎ。因而可理解為動作也合格，不動作也合格。
目前看來，選用Ｂ、Ｃ兩種型號的較多（對用于路燈的保護，無論是白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈、高壓水銀燈、高壓鈉燈、金屬鹵化燈等，它們的起動電流為額定電流的４倍～７倍，因此必須選擇Ｃ型）。
Ｄ型也有用作小型電動機的短路保護的。例如Ｃ４５ＡＤ和ＰＸ２００ＣＡＤ等型號產品。它們的瞬動電流整定值為１０倍～１４倍Ｉｎ（出廠時調在１４Ｉｎ）。這種Ｄ型產品不設過載長延時保護。過電流保護由電動機保護線路中的熱繼電器承擔。電動機的起動和停止，由接觸器執行，它們僅起短路保護作用。
３ ＭＣＢ的基準溫度和它的溫度降容系數
ＧＢ１０９６３規定，家用和類似場所用斷路器（ＭＣＢ）的基準（環境）溫度為３０℃＋５℃（同類型產品的英國ＢＳ３８７１標準的基準溫度為２０℃＋５℃和４０℃＋５℃；美國ＮＥＭＡ標準規定的基準溫度為４０℃＋５℃；德國ＶＤＥ０６４１／６．７６規定基準溫度為２０℃＋５℃；ＣＥＥ１９規定為２０℃＋５℃），但ＩＥＣ８９８也規定基準溫度為３０℃＋５℃。
我國目前市場供應最多的ＤＺ４７型（Ｃ４５Ｎ或ＰＸ２００Ｃ型）ＭＣＢ是按基準溫度３０℃＋５℃設計的，如果使用溫度超過基準溫度時，必須降低電流使用，其降低值如表１所示。
從總的降容來看，環境溫度越高，降容越大（降容系數越小）。大體上環境溫度從４０℃～６０℃，降容系數是在０．９５～０．７８范圍。額定電流為４０Ａ、５０Ａ、６３Ａ的可參照此降容系數選用。
ＭＣＢ常被安裝于封閉的外殼中（小型配電箱）。由于散熱條件較放置于自由空氣中要差，因此需要降低使用電流。對金屬防護外殼，降容系數為０．８，對塑料外殼，降容系數取０．７。
例如有一批ＭＣＢ，額定電流為３２Ａ，使用于環境溫度＋４０℃的場所，置于鐵制防護外殼中，則適用的工作電流為３２×０．９３４×０．８＝２３．９２≈２４Ａ
４ ＭＣＢ的短路分斷能力
由于ＭＣＢ是安裝于電路的末端，會碰到各種短路故障，因此ＧＢ１０９６３標準通過對小型斷路器的定型等試驗，規定了短路條件下的低電流（５００Ａ）、１５００Ａ電流、額定運行短路分斷能力、極限短路分斷能力等試驗。額定運行短路分斷能力在極限短路分斷能力為≤６０００Ａ時，與極限短路分斷能力有相同的值。在現有規格中，我們所說的短路分斷能力是指極限短路分斷能力Ｉｃｕ（也是運行短路分斷能力Ｉｃｓ）。Ｉｃｕ和Ｉｃｓ的試驗程序是有區別的，如Ｉｃｓ，單極二極試驗程序為Ｏ ｔ Ｏ ｔ ＣＯ（Ｏ是開斷，ＣＯ是接通后立即開斷，ｔ是兩個程序之間的時間間隔），三極程序是Ｏ ｔ ＣＯ ｔ ＣＯ，而Ｉｃｕ程序是Ｏ ｔ ＣＯ。
符合ＧＢ１０９６３標準的ＭＣＢ，其額定短路分斷能力規定為：Ｉｎ在１Ａ～４０Ａ時為６０００Ａ；Ｉｎ在５０Ａ、６３Ａ時為４０００Ａ。在同一個機殼內，將短路分斷能力分為兩檔的原因是：
作短路保護瞬時動作的是一種電磁鐵，它的鐵心和銜鐵（動鐵心）對各種電流規格都是一樣的，只是電磁鐵系統的線圈的線徑和匝數不同而已。電磁鐵是電流型，可將銜鐵吸向鐵心，從而使斷路器脫扣的電磁吸力Ｆ是和它的磁勢ＩＷ成正比的（Ｉ為電流值，Ｗ為線圈的匝數）。額定電流越小，要達到一定值的ＩＷ，線圈匝數就需要增加（反之電流大匝數就可以少一些），匝數越多，線圈的阻抗越大；另外ＭＣＢ的過載長延時脫扣器是采用熱雙金屬元件直接通電發熱（５０Ａ、６０Ａ是采用電阻材料發熱，將熱量傳給雙金屬元件的）。使之膨脹、彎曲的直熱式或傍熱式。熱源是Ｉ２Ｒ，電流越大，電阻越少，反之電流越小，電阻越大。額定電流在１Ａ～４０Ａ時其線圈匝數比５０Ａ、６０Ａ多，雙金屬元件的材料電阻率也大。總的進出線的阻抗大（電流規格大，總的進出線阻抗相對要小），阻抗大限制了短路電流，電阻大使得功率因ｃｏｓφ大，這都有助于開斷短路電流時電弧的熄滅。因此，１Ａ～４０Ａ阻抗大，限流作用大，短路分斷電流大；而５０Ａ、６３Ａ是采用發熱電阻材料通電發熱，傳給雙金屬元件發熱電阻材料的電阻率很小，限流小，分斷電流就小。盡管有些文章在計算線路短路電流時，把斷路器本身的阻抗忽略了，但其實是不應該忽略的，忽略了它，計算電流偏大，而且使斷路器失去了它的限流作用。
關于ＭＣＢ的額定短路分斷能力應定在４０００Ａ（Ｉｎ＝５０Ａ、６３Ａ時）和６０００Ａ（Ｉｎ＝１Ａ～４０Ａ時），能否滿足其保護線路最大預期短路電流時的保護的要求，是許多使用者迫切想知道的。
從大量使用ＭＣＢ的場所來看，電源變壓器的容量并不大，絕大部分在６３０ｋＶＡ及以下（如２００ｋＶＡ、３１５ｋＶＡ、４００ｋＶＡ、５００ｋＶＡ），除非是較大的民居區或商業集中區，變壓器容量可達到１０００ｋＶＡ～１６００ｋＶＡ，盡管電源容量大，但到電路的末端，發生的短路故障電流也是有限的。表２是各種容量變壓器的副邊電流和預期短路電流。
從表２可知，短路電流的大小，在規定的工作電壓下，是取決于變壓器功率（容量）和阻抗電壓。但是不同的短路點的短路電流值，還取決于敷設的電纜、電線（或銅排）的阻抗。電纜（或電線、銅排）越長，阻抗越大，該短路點的短路電流便越小（即衰減作用越大）。
ＳＬ７系列變壓器的三相短路電流，變壓器容量為１２５ｋＶＡ，配導線型號為１２０ｍｍ２的三芯鋁質電纜，短路點與變壓器距離為０ｍ，短路電流為４５２０Ａ；遠離變壓器１００ｍ處，短路電流為２８００Ａ；變壓器容量為１６０ｋＶＡ，采用１５０ｍｍ２三芯鋁質電纜，短路點距變壓器為０ｍ，短路電流為５７８０Ａ；若距離１００ｍ處短路電流降為３８５０Ａ；變壓器為２００ｋＶＡ，采用的配導線型號為１８５ｍｍ２的三芯鋁質電纜，在變壓器為０ｍ處短路，短路電流為７２２５Ａ；若距離為１００ｍ處短路，則短路電流降為４７４０Ａ。把這種型號的變壓器遠離１００ｍ處的短路和０ｍ短路作一比較，可知１００ｍ處短路的電流分別為０ｍ短路電流的６１．９４％、６６．６０％和６５．６０％；又計算，若是短路點距變壓器５０ｍ，則５０ｍ處的短路電流值分別是０ｍ的７７．８％、８１．１４％和８０．２７％。
再例如：一臺６３０ｋＶＡ的變壓器，三相的導線截面積均為１８５ｍｍ２，三根平行電纜將變壓器與距１０ｍ處的總配電柜相連，連接電纜的衰減作用很小，只是將接線柱的短路電流從１４．８ｋＡ降到１４ｋＡ。而通過截面積為７０ｍｍ２，長度為７５ｍ的導線后，進入支配電柜的短路電流就只有７．１ｋＡ。如將截面積再減到１０ｍｍ２，長度延長至３０ｍ，則末端負載電動機的接線柱上的短路電流只有２．１９ｋＡ（２１９０Ａ）。
ＭＣＢ選用時，其額定電流應≥線路的計算電流，額定短路分斷能力必須≥線路的預期短路電流。而任何工程設計者應對其負載線路可能出現的預期短路電流進行計算。接照上述的變壓器容量和ＭＣＢ安裝處后面與電源變壓器的距離以及線路的截面積，線路的長短，相間的距離（三相時取平均距離）等，可以算出線路的電阻、電抗，再根據有關資料，算出變壓器的電阻和電抗。然后求出Ｚ＝（Ｒ＝ＲＴ＋ＲＬ·Ｘ＝ＸＴ＋ＸＬ，ＲＴ為變壓器的正序電阻；ＲＬ線路電阻；ＸＴ為變壓器正序電抗；ＸＬ為線路電抗），短路電流Ｉ（３）＝其中，Ｉ（３）表示三相短路電流。ＲＴ和ＸＴ與變壓器的功率有關，Ｉ（２）＝０．８６６Ｉ（３）、Ｉ（１）可按Ｉ（１）＝計算（Ｉ（１）為相線與中性線或ＰＥＮ線的短路電流，Ｕｐｈ為相電壓，取２２０Ｖ）。
根據此實例和計算原理，在額定電流６３Ａ及以下的末端電流選用，短路分斷電流在４０００Ａ和６０００Ａ范圍是足夠了，不必去選用超越實際的高分斷ＭＣＢ（短路分斷能力越高的ＭＣＢ，價格越高）。當然，分支距離電源較近，線路較短，短路電流較大（譬如超過６０００Ａ），是應該選用較高短路分斷能力的ＭＣＢ的。
５ 安裝和使用ＭＣＢ，其保護范圍（線路長度）必須受控
ＭＣＢ在確定其瞬動電流整定值后，導體（線路）的長度是有一定限制的，即其保護范圍必須受控。
很早以前的ＩＥＣ１２００—５３文件，就提出一個“在得不到供電部門數據時，三相有中性線線路可采用簡化法計算其短路電流”。
Ｉ＝（３）
式中：
Ｉ——預期短路電流（或短路瞬動電流整定值）；
Ｕ０——相與中性線之間的電壓，取２２０Ｖ；
Ｓ——導線截面積，ｍｍ２；
ρ２０——２０℃時相線的電阻率Ω·ｍｍ２／ｍ；
ｍ——中性線（或ＰＥＮ線）電阻與相線電阻的比值，或相線與中性線導線截面積之比；
Ｌ——線路長度，單位為ｍ。
經變換，式（３）可換成式（４）
Ｌ＝（４）
（現在國際上不少國家采用的計算公式為：
Ｉ＝或Ｌ＝，
較之公式Ｉ＝此公式的計算數值要大一些）。
已知銅質電纜的ρ２０＝２２．５×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，鋁質電纜的ρ２０＝３６×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，銅質絕緣電線的ρ２０＝１８．４×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，鋁質絕緣電線的ρ２０＝２２．３１Ω·ｍｍ２／ｍ。
舉例?熒璧繼邐?截面積１０ｍｍ２的ＰＶＣ銅芯線，線路電流５０Ａ，選用的ＭＣＢ為Ｃ５０（Ｃ型額定電流５０Ａ），短路瞬動電流整定值為１０Ｉｎ（５００Ａ），中性線導線截面積為相線的１／２（即ｍ＝２）?熐笏?的最大線路長度Ｌｍａｘ。
Ｌｍａｘ＝＝４２．５ｍ（若中性線截面積與相線大小一樣，則ｍ＝１，Ｌｍａｘ＝６３．７５ｍ）
以上計算結果表明，在線路長度為４２．５ｍ內，發生短路故障，短路電流為５００Ａ時，ＭＣＢ可在０．１ｓ內切斷故障電路。換一個角度講，在４２．５ｍ之內發生短路時（導線為銅質ＰＶＣ線，截面積為１０ｍｍ２，ｍ＝２），短路電流達到５００Ａ（有效值）。
如果線路拉長至６０ｍ，則??
Ｉ＝＝３５４．３Ａ
線路拉長至８０ｍ，則??
Ｉ＝＝＝２６５．７Ａ
Ｌ＝６０ｍ時，Ｉ＝３５４．３Ａ，＝＝７．０９倍；
Ｌ＝８０ｍ時，Ｉ＝２６５．７Ａ，＝＝５．３１倍。
查Ｃ型的ＭＣＢ保護曲線（安秒特性曲線）可知，當整定電流Ｉ為５．３１Ｉｎ和７．０９Ｉｎ時。最大的動作時間達５ｓ～１０ｓ。如此長的時間，很可能造成設備或線路的燒毀事故。這不是斷路器的質量問題，而是電流整定值不對或線路過長引起的，所以線路長度必須受控。
６ 關于選擇性保護
所謂選擇性保護是指ＭＣＢ之間的協作（調）配合。當一個故障出現在設施的任一點時，故障應由在其上的ＭＣＢ來切斷電路，而不涉及上一級的ＭＣＢ，即上一級的ＭＣＢ應保持閉合狀態。
如圖１所示，當在Ａ點出現故障（短路），應是Ｄ２（ＭＣＢ）切斷故障電路，而Ｄ１（ＭＣＢ）不動作，如能做到這一點，就屬于選擇性保護范疇了。
在發生過載時，Ｄ２延時運作。為確保護Ｄ１不動作，設Ｄ１的整定電流為Ｉ１，Ｄ２的整定電流為Ｉ２，應使≥２；在發生短路時，Ｄ２瞬動，Ｄ１不動作，設Ｄ１的整定電流為Ｉｍ１，Ｄ２的整定電流為Ｉｍ２，應≥１．４。
以上是梅蘭日蘭公司提供的數字，但是在短路電流很大時，很難保證有全區域的選擇性，只能做到局部區域的選擇性（短路電流在某一定值及以下范圍內實現選擇性）。圖２為局部區域選擇性保護，圖３為全區域選擇性保護。
在圖２中Ｄ２的曲線有一部分與Ｄ１曲線相交，故不是全區域而是局部區域選擇性保護。
７ 關于ＧＢ１０９６３與ＩＥＣ１５７—１的關系
有些制造廠和一些介紹文章說，某些類型ＭＣＢ符合ＩＥＣ１５７—１的要求，這種說法欠妥。因為ＩＥＣ１５７—１是工業用低壓斷路器標準，現已被ＩＥＣ６０９４７—２所替代。ＭＣＢ屬于建筑電氣系統，它只能符合ＩＥＣ８９８（即ＧＢ１０９６３），它主要涉及的是過載保護特性。ＩＥＣ８９８與ＩＥＣ６０９４７的過載保護特性截然不同，前者的短路分斷程序也與后者有很大的差異，所以兩個標準不能混淆。
小型斷路器（Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）又稱微型斷路器（Ｍｉｃｒｏ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ），是一種適用于家庭或類似場所用的過電流保護斷路器（以下簡稱ＭＣＢ），以前曾稱為導線保護開關（斷路器）。它的主要用途是保護線路末端的電線（或電纜）和用電設備，有別于干線和主支路使用的工業配電型斷路器和電動機保護型斷路器。它大量用于住宅、賓館、辦公大樓、商場等場所，屬于建筑電氣范疇，應該滿足ＩＥＣ３６４《建筑物電氣要求》的規定。
１ ＭＣＢ的額定電流選擇和過載保護電流的選擇
ＭＣＢ的額定電流為Ｉｎ，被保護線路的計算電流為ＩＢ，被保護線路（導體）的允許持續電流為ＩＺ，三者關系如下：
ＩＢ≤Ｉｎ≤ＩＺ（１）
Ｉ２≤１．４５ＩＺ（２）
其中Ｉ２為在線路過載時斷路器必須在一定延時時間內動作的電流。
ＭＣＢ投入運行時，應滿足等效采用ＩＥＣ８９８的我國ＧＢ１０９６３《家用和類似場所過電流保護斷路器》標準的規定：
約定不脫扣電流Ｉ１＝１．１３Ｉｎ，不脫扣時間ｔ≥１ｈ（當Ｉｎ≤６３Ａ時）和不脫扣時間ｔ≥２ｈ（當Ｉｎ＞６３Ａ時）。
約定脫扣電流Ｉ２＝１．４５Ｉｎ，脫扣時間ｔ＜１ｈ（當Ｉｎ≤６３Ａ時）和脫扣時間ｔ≤２ｈ（當Ｉｎ＞６３Ａ時）。
約定脫扣電流Ｉ３＝２．５５Ｉｎ，脫扣時間１ｓ＜ｔ≤６０ｓ（當Ｉｎ≤３２Ａ時）；１ｓ＜ｔ≤１２０ｓ（當Ｉｎ＞３２Ａ時）。
ＭＣＢ的過載特性（約定不脫扣電流和約定脫扣電流等）的確定，是基于以下因素的：
如上所述，ＭＣＢ使用于電路末端，按照有關供（用）電規程的規定，即：供電網路的電壓偏差，三相供電的電壓允許偏差是±７％，單相供電的電壓允許偏差是＋７％和－１０％。一般考慮為－７％。為維持足夠的用電功率，當電壓下偏差為－７％，即供電電壓僅９３％的額定電壓時，電流將上升至１．０７５２Ｉｎ，加之電網電流正常允許的波動上限為＋５％（０．０５），二者相加為１．１２５２Ｉｎ，取整數１．１３Ｉｎ。此時自然不允許ＭＣＢ動作（它與工業用斷路器規定的１．０５Ｉｎ不允許動作的意義是相同的）。而過載，則相當于１．１３×１．３Ｉｎ＝１．４５Ｉｎ（１．３Ｉｎ是工業用斷路器過載必須動作的電流，這種斷路器常用于保護變壓器和電纜）。
ＧＢ１０９６３《家用和類似場所過電流保護斷路器》與ＩＥＣ８９８同名稱標準，都規定了２．５５Ｉｎ和它的動作時間，考慮到電流末端的負載中有一些小型電動機（如冰箱、空調、洗衣機和廚衛設備中的微型電動機）必須躲過它的起動電流，由于這些微型電動機不可能是同時起動的，因此定它為２．５５Ｉｎ。
２ ＭＣＢ的短路保護功能和選擇
關于短路保護，ＩＥＣ８９８和ＧＢ１０９６３均分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四種類型。英國標準ＢＳ３８７１則分為１、２、３、４型。但ＶＤＥ０６４１／６．７８（德國標準）和ＣＥＥ（原歐洲共同體電工產品標準委員會ＣＥＮＥＬＥＣ的縮寫）標準都不作分類。
四種類型的短路保護范圍是：
Ａ型：特別適用于測量回路中的互感器保護、具有特長導線的回路保護和有限的半導體保護（它的過載長延時保護范圍與Ｂ、Ｃ、Ｄ類相同）。短路保護范圍是２Ｉｎ～３Ｉｎ，即≤２Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢常桑釷北匭攵?作（動作時間ｔ＜０．１ｓ）。但Ａ型的用戶極少。ＭＣＢ的短路保護類型一般不提Ａ類，而規定為Ｂ、Ｃ、Ｄ三類（型）。
Ｂ型：用于住宅和插座回路。短路保護范圍是３Ｉｎ～５Ｉｎ，即≤３Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢擔桑釷北匭攵?作（動作時間ｔ＜０．１ｓ）。
Ｃ型：優先用于接通大電流的電氣設備，如燈和電動機。短路保護范圍是５Ｉｎ～１０Ｉｎ，即≤５Ｉｎ不動作（不動作時間應大于０．１ｓ）?煷笥冢保埃桑釷北匭攵?作（動作時間＜０．１ｓ）。
Ｄ型：適用于產生脈沖電流的電氣設備、電磁閥和電容器。短路保護范圍是１０Ｉｎ～５０Ｉｎ，即≤１０Ｉｎ不動作（不動作時間大于０．１ｓ），大于５０Ｉｎ時必須動作（動作時間＜０．１ｓ）。
Ａ型＞２Ｉｎ，＜３Ｉｎ；Ｂ型的＞３Ｉｎ，＜５Ｉｎ；Ｃ型的＞５Ｉｎ，＜１０Ｉｎ；Ｄ型的＞１０Ｉｎ，＜５０Ｉｎ。因而可理解為動作也合格，不動作也合格。
目前看來，選用Ｂ、Ｃ兩種型號的較多（對用于路燈的保護，無論是白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈、高壓水銀燈、高壓鈉燈、金屬鹵化燈等，它們的起動電流為額定電流的４倍～７倍，因此必須選擇Ｃ型）。
Ｄ型也有用作小型電動機的短路保護的。例如Ｃ４５ＡＤ和ＰＸ２００ＣＡＤ等型號產品。它們的瞬動電流整定值為１０倍～１４倍Ｉｎ（出廠時調在１４Ｉｎ）。這種Ｄ型產品不設過載長延時保護。過電流保護由電動機保護線路中的熱繼電器承擔。電動機的起動和停止，由接觸器執行，它們僅起短路保護作用。
３ ＭＣＢ的基準溫度和它的溫度降容系數
ＧＢ１０９６３規定，家用和類似場所用斷路器（ＭＣＢ）的基準（環境）溫度為３０℃＋５℃（同類型產品的英國ＢＳ３８７１標準的基準溫度為２０℃＋５℃和４０℃＋５℃；美國ＮＥＭＡ標準規定的基準溫度為４０℃＋５℃；德國ＶＤＥ０６４１／６．７６規定基準溫度為２０℃＋５℃；ＣＥＥ１９規定為２０℃＋５℃），但ＩＥＣ８９８也規定基準溫度為３０℃＋５℃。
我國目前市場供應最多的ＤＺ４７型（Ｃ４５Ｎ或ＰＸ２００Ｃ型）ＭＣＢ是按基準溫度３０℃＋５℃設計的，如果使用溫度超過基準溫度時，必須降低電流使用，其降低值如表１所示。
從總的降容來看，環境溫度越高，降容越大（降容系數越小）。大體上環境溫度從４０℃～６０℃，降容系數是在０．９５～０．７８范圍。額定電流為４０Ａ、５０Ａ、６３Ａ的可參照此降容系數選用。
ＭＣＢ常被安裝于封閉的外殼中（小型配電箱）。由于散熱條件較放置于自由空氣中要差，因此需要降低使用電流。對金屬防護外殼，降容系數為０．８，對塑料外殼，降容系數取０．７。
例如有一批ＭＣＢ，額定電流為３２Ａ，使用于環境溫度＋４０℃的場所，置于鐵制防護外殼中，則適用的工作電流為３２×０．９３４×０．８＝２３．９２≈２４Ａ
４ ＭＣＢ的短路分斷能力
由于ＭＣＢ是安裝于電路的末端，會碰到各種短路故障，因此ＧＢ１０９６３標準通過對小型斷路器的定型等試驗，規定了短路條件下的低電流（５００Ａ）、１５００Ａ電流、額定運行短路分斷能力、極限短路分斷能力等試驗。額定運行短路分斷能力在極限短路分斷能力為≤６０００Ａ時，與極限短路分斷能力有相同的值。在現有規格中，我們所說的短路分斷能力是指極限短路分斷能力Ｉｃｕ（也是運行短路分斷能力Ｉｃｓ）。Ｉｃｕ和Ｉｃｓ的試驗程序是有區別的，如Ｉｃｓ，單極二極試驗程序為Ｏ ｔ Ｏ ｔ ＣＯ（Ｏ是開斷，ＣＯ是接通后立即開斷，ｔ是兩個程序之間的時間間隔），三極程序是Ｏ ｔ ＣＯ ｔ ＣＯ，而Ｉｃｕ程序是Ｏ ｔ ＣＯ。
符合ＧＢ１０９６３標準的ＭＣＢ，其額定短路分斷能力規定為：Ｉｎ在１Ａ～４０Ａ時為６０００Ａ；Ｉｎ在５０Ａ、６３Ａ時為４０００Ａ。在同一個機殼內，將短路分斷能力分為兩檔的原因是：
作短路保護瞬時動作的是一種電磁鐵，它的鐵心和銜鐵（動鐵心）對各種電流規格都是一樣的，只是電磁鐵系統的線圈的線徑和匝數不同而已。電磁鐵是電流型，可將銜鐵吸向鐵心，從而使斷路器脫扣的電磁吸力Ｆ是和它的磁勢ＩＷ成正比的（Ｉ為電流值，Ｗ為線圈的匝數）。額定電流越小，要達到一定值的ＩＷ，線圈匝數就需要增加（反之電流大匝數就可以少一些），匝數越多，線圈的阻抗越大；另外ＭＣＢ的過載長延時脫扣器是采用熱雙金屬元件直接通電發熱（５０Ａ、６０Ａ是采用電阻材料發熱，將熱量傳給雙金屬元件的）。使之膨脹、彎曲的直熱式或傍熱式。熱源是Ｉ２Ｒ，電流越大，電阻越少，反之電流越小，電阻越大。額定電流在１Ａ～４０Ａ時其線圈匝數比５０Ａ、６０Ａ多，雙金屬元件的材料電阻率也大。總的進出線的阻抗大（電流規格大，總的進出線阻抗相對要小），阻抗大限制了短路電流，電阻大使得功率因ｃｏｓφ大，這都有助于開斷短路電流時電弧的熄滅。因此，１Ａ～４０Ａ阻抗大，限流作用大，短路分斷電流大；而５０Ａ、６３Ａ是采用發熱電阻材料通電發熱，傳給雙金屬元件發熱電阻材料的電阻率很小，限流小，分斷電流就小。盡管有些文章在計算線路短路電流時，把斷路器本身的阻抗忽略了，但其實是不應該忽略的，忽略了它，計算電流偏大，而且使斷路器失去了它的限流作用。
關于ＭＣＢ的額定短路分斷能力應定在４０００Ａ（Ｉｎ＝５０Ａ、６３Ａ時）和６０００Ａ（Ｉｎ＝１Ａ～４０Ａ時），能否滿足其保護線路最大預期短路電流時的保護的要求，是許多使用者迫切想知道的。
從大量使用ＭＣＢ的場所來看，電源變壓器的容量并不大，絕大部分在６３０ｋＶＡ及以下（如２００ｋＶＡ、３１５ｋＶＡ、４００ｋＶＡ、５００ｋＶＡ），除非是較大的民居區或商業集中區，變壓器容量可達到１０００ｋＶＡ～１６００ｋＶＡ，盡管電源容量大，但到電路的末端，發生的短路故障電流也是有限的。表２是各種容量變壓器的副邊電流和預期短路電流。
從表２可知，短路電流的大小，在規定的工作電壓下，是取決于變壓器功率（容量）和阻抗電壓。但是不同的短路點的短路電流值，還取決于敷設的電纜、電線（或銅排）的阻抗。電纜（或電線、銅排）越長，阻抗越大，該短路點的短路電流便越小（即衰減作用越大）。
ＳＬ７系列變壓器的三相短路電流，變壓器容量為１２５ｋＶＡ，配導線型號為１２０ｍｍ２的三芯鋁質電纜，短路點與變壓器距離為０ｍ，短路電流為４５２０Ａ；遠離變壓器１００ｍ處，短路電流為２８００Ａ；變壓器容量為１６０ｋＶＡ，采用１５０ｍｍ２三芯鋁質電纜，短路點距變壓器為０ｍ，短路電流為５７８０Ａ；若距離１００ｍ處短路電流降為３８５０Ａ；變壓器為２００ｋＶＡ，采用的配導線型號為１８５ｍｍ２的三芯鋁質電纜，在變壓器為０ｍ處短路，短路電流為７２２５Ａ；若距離為１００ｍ處短路，則短路電流降為４７４０Ａ。把這種型號的變壓器遠離１００ｍ處的短路和０ｍ短路作一比較，可知１００ｍ處短路的電流分別為０ｍ短路電流的６１．９４％、６６．６０％和６５．６０％；又計算，若是短路點距變壓器５０ｍ，則５０ｍ處的短路電流值分別是０ｍ的７７．８％、８１．１４％和８０．２７％。
再例如：一臺６３０ｋＶＡ的變壓器，三相的導線截面積均為１８５ｍｍ２，三根平行電纜將變壓器與距１０ｍ處的總配電柜相連，連接電纜的衰減作用很小，只是將接線柱的短路電流從１４．８ｋＡ降到１４ｋＡ。而通過截面積為７０ｍｍ２，長度為７５ｍ的導線后，進入支配電柜的短路電流就只有７．１ｋＡ。如將截面積再減到１０ｍｍ２，長度延長至３０ｍ，則末端負載電動機的接線柱上的短路電流只有２．１９ｋＡ（２１９０Ａ）。
ＭＣＢ選用時，其額定電流應≥線路的計算電流，額定短路分斷能力必須≥線路的預期短路電流。而任何工程設計者應對其負載線路可能出現的預期短路電流進行計算。接照上述的變壓器容量和ＭＣＢ安裝處后面與電源變壓器的距離以及線路的截面積，線路的長短，相間的距離（三相時取平均距離）等，可以算出線路的電阻、電抗，再根據有關資料，算出變壓器的電阻和電抗。然后求出Ｚ＝（Ｒ＝ＲＴ＋ＲＬ·Ｘ＝ＸＴ＋ＸＬ，ＲＴ為變壓器的正序電阻；ＲＬ線路電阻；ＸＴ為變壓器正序電抗；ＸＬ為線路電抗），短路電流Ｉ（３）＝其中，Ｉ（３）表示三相短路電流。ＲＴ和ＸＴ與變壓器的功率有關，Ｉ（２）＝０．８６６Ｉ（３）、Ｉ（１）可按Ｉ（１）＝計算（Ｉ（１）為相線與中性線或ＰＥＮ線的短路電流，Ｕｐｈ為相電壓，取２２０Ｖ）。
根據此實例和計算原理，在額定電流６３Ａ及以下的末端電流選用，短路分斷電流在４０００Ａ和６０００Ａ范圍是足夠了，不必去選用超越實際的高分斷ＭＣＢ（短路分斷能力越高的ＭＣＢ，價格越高）。當然，分支距離電源較近，線路較短，短路電流較大（譬如超過６０００Ａ），是應該選用較高短路分斷能力的ＭＣＢ的。
５ 安裝和使用ＭＣＢ，其保護范圍（線路長度）必須受控
ＭＣＢ在確定其瞬動電流整定值后，導體（線路）的長度是有一定限制的，即其保護范圍必須受控。
很早以前的ＩＥＣ１２００—５３文件，就提出一個“在得不到供電部門數據時，三相有中性線線路可采用簡化法計算其短路電流”。
Ｉ＝（３）
式中：
Ｉ——預期短路電流（或短路瞬動電流整定值）；
Ｕ０——相與中性線之間的電壓，取２２０Ｖ；
Ｓ——導線截面積，ｍｍ２；
ρ２０——２０℃時相線的電阻率Ω·ｍｍ２／ｍ；
ｍ——中性線（或ＰＥＮ線）電阻與相線電阻的比值，或相線與中性線導線截面積之比；
Ｌ——線路長度，單位為ｍ。
經變換，式（３）可換成式（４）
Ｌ＝（４）
（現在國際上不少國家采用的計算公式為：
Ｉ＝或Ｌ＝，
較之公式Ｉ＝此公式的計算數值要大一些）。
已知銅質電纜的ρ２０＝２２．５×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，鋁質電纜的ρ２０＝３６×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，銅質絕緣電線的ρ２０＝１８．４×１０－３Ω·ｍｍ２／ｍ，鋁質絕緣電線的ρ２０＝２２．３１Ω·ｍｍ２／ｍ。
舉例?熒璧繼邐?截面積１０ｍｍ２的ＰＶＣ銅芯線，線路電流５０Ａ，選用的ＭＣＢ為Ｃ５０（Ｃ型額定電流５０Ａ），短路瞬動電流整定值為１０Ｉｎ（５００Ａ），中性線導線截面積為相線的１／２（即ｍ＝２）?熐笏?的最大線路長度Ｌｍａｘ。
Ｌｍａｘ＝＝４２．５ｍ（若中性線截面積與相線大小一樣，則ｍ＝１，Ｌｍａｘ＝６３．７５ｍ）
以上計算結果表明，在線路長度為４２．５ｍ內，發生短路故障，短路電流為５００Ａ時，ＭＣＢ可在０．１ｓ內切斷故障電路。換一個角度講，在４２．５ｍ之內發生短路時（導線為銅質ＰＶＣ線，截面積為１０ｍｍ２，ｍ＝２），短路電流達到５００Ａ（有效值）。
如果線路拉長至６０ｍ，則??
Ｉ＝＝３５４．３Ａ
線路拉長至８０ｍ，則??
Ｉ＝＝＝２６５．７Ａ
Ｌ＝６０ｍ時，Ｉ＝３５４．３Ａ，＝＝７．０９倍；
Ｌ＝８０ｍ時，Ｉ＝２６５．７Ａ，＝＝５．３１倍。
查Ｃ型的ＭＣＢ保護曲線（安秒特性曲線）可知，當整定電流Ｉ為５．３１Ｉｎ和７．０９Ｉｎ時。最大的動作時間達５ｓ～１０ｓ。如此長的時間，很可能造成設備或線路的燒毀事故。這不是斷路器的質量問題，而是電流整定值不對或線路過長引起的，所以線路長度必須受控。
６ 關于選擇性保護
所謂選擇性保護是指ＭＣＢ之間的協作（調）配合。當一個故障出現在設施的任一點時，故障應由在其上的ＭＣＢ來切斷電路，而不涉及上一級的ＭＣＢ，即上一級的ＭＣＢ應保持閉合狀態。
如圖１所示，當在Ａ點出現故障（短路），應是Ｄ２（ＭＣＢ）切斷故障電路，而Ｄ１（ＭＣＢ）不動作，如能做到這一點，就屬于選擇性保護范疇了。
在發生過載時，Ｄ２延時運作。為確保護Ｄ１不動作，設Ｄ１的整定電流為Ｉ１，Ｄ２的整定電流為Ｉ２，應使≥２；在發生短路時，Ｄ２瞬動，Ｄ１不動作，設Ｄ１的整定電流為Ｉｍ１，Ｄ２的整定電流為Ｉｍ２，應≥１．４。
以上是梅蘭日蘭公司提供的數字，但是在短路電流很大時，很難保證有全區域的選擇性，只能做到局部區域的選擇性（短路電流在某一定值及以下范圍內實現選擇性）。圖２為局部區域選擇性保護，圖３為全區域選擇性保護。
在圖２中Ｄ２的曲線有一部分與Ｄ１曲線相交，故不是全區域而是局部區域選擇性保護。
７ 關于ＧＢ１０９６３與ＩＥＣ１５７—１的關系
有些制造廠和一些介紹文章說，某些類型ＭＣＢ符合ＩＥＣ１５７—１的要求，這種說法欠妥。因為ＩＥＣ１５７—１是工業用低壓斷路器標準，現已被ＩＥＣ６０９４７—２所替代。ＭＣＢ屬于建筑電氣系統，它只能符合ＩＥＣ８９８（即ＧＢ１０９６３），它主要涉及的是過載保護特性。ＩＥＣ８９８與ＩＥＣ６０９４７的過載保護特性截然不同，前者的短路分斷程序也與后者有很大的差異，所以兩個標準不能混淆。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
上一篇：淺談交聯電纜接頭故障原因及對策
服務咨詢