低壓熔斷器和斷路器的比較

1. 問題的提出

“熔斷器已經(jīng)過時了!”這話似乎很有道理，但又是一個實際面對的技術(shù)問題。真的，近十多年來，無論是工業(yè)建筑、民用建筑和戶外裝置的低壓配電系統(tǒng)設計中，使用低壓熔斷器越來越少，大多數(shù)甚至千篇一律地使用低壓斷路器;與之相對應的是低壓配電箱中裝設熔斷器的也大大減少。在低壓配電系統(tǒng)保護電器的應用中，筆者認為這是一個不正確的或不全面的認識。因此，有必要對熔斷器和斷路器(以下均指低壓)進行一些比較和分析，以能更正確、合理地選用這兩種保護電器。

2. 配電線路保護和保護電器的發(fā)展

2.1 配電線路保護要求

低壓配電線路，為了防護在發(fā)生故障(如過載、短路和接地故障)時危及人身安全(間接接觸導致的電擊)，或是線路過熱而導致?lián)p壞甚至引起電氣火災，配電線路應有必要的防護措施，以保護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外各處，發(fā)生故障的幾率大，而且有大量非專業(yè)人員可能接觸，更顯得這種防護特別重要。最主要的防護措施就是在各級配電線路裝設保護電器，以保證在電路發(fā)生故障時，能有效地斷開故障電路。這些保護應符合GB50054-95《低壓配電設計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。為此，各級線路不僅要設置保護電器，還必須要正確整定其參數(shù)，以保證在規(guī)定的時間內(nèi)可靠切斷故障;還要求應有選擇地切斷電路，即要求最靠近故障點的保護電器動作，而其上級的保護電器不動作，以使得切斷電路的范圍最小。

2.2 保護電器的類型和發(fā)展

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

在當今世界，特別是一些發(fā)達國家，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、保護功能更完善的斷路器。近十年來，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，為配電線路防護提供了性能極佳的保護電器。近20 年來，我國電器工業(yè)發(fā)展十分迅速，斷路器產(chǎn)品緊跟國際先進技術(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功能。但是，在歐美一些發(fā)達國家，并沒有因為斷路器的快速發(fā)展而淘汰熔斷器，也沒有把熔斷器視作落后或過時的產(chǎn)品。據(jù)知，在德、法等國家如西門子、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)上也不斷進步。從這些方面說明：斷路器是先進的保護電器，而熔斷器也絕非過時或落后的產(chǎn)品。應該說，兩者相輔相成，各有自己的應用范圍。

3. 熔斷器和斷路器的比較

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

3.1 熔斷器

(1) 熔斷器的主要優(yōu)點和特點

① 選擇性好。上下級熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國標和IEC標準規(guī)定的過電流選擇比為1.6：1 的要求，即上級熔斷體額定電流不小于下級的該值的1.6 倍，就視為上下級能有選擇性切斷故障電流;

② 限流特性好，分斷能力高;

③ 相對尺寸較小;

④ 價格較便宜。

(2) 熔斷器的主要缺點和弱點

① 故障熔斷后必須更換熔斷體;

② 保護功能單一，只有一段過電流反時限特性，過載、短路和接地故障都用此防護;

③ 發(fā)生一相熔斷時，對三相電動機將導致兩相運轉(zhuǎn)的不良后果，當然可用帶發(fā)報警信號的熔斷器予以彌補，一相熔斷可斷開三相;

④ 不能實現(xiàn)遙控，需要與電動刀開關(guān)、開關(guān)組合才有可能。

3.2 非選擇型斷路器

(1) 主要優(yōu)點和特點

① 故障斷開后，可以手操復位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修;

② 有反時限特性的長延時脫扣器和瞬時電流脫扣器兩段保護功能，分別作為過載和短路防護用，各司其職;

③ 帶電操機構(gòu)時可實現(xiàn)遙控。

(2) 主要缺點和弱點

① 上下級非選擇型斷路器間難以實現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時，很容易導致上下級斷路器均瞬時斷開;

② 相對價格略高;

③ 部分斷路器分斷能力較小，如額定電流較小的斷路器裝設在靠近大容量變壓器位置時，會使分斷能力不夠?，F(xiàn)在有高分斷能力的產(chǎn)品可以滿足，但價較高。

3.3 選擇型斷路器

(1) 主要優(yōu)點和特點

① 具有非選擇性斷路器上述各項優(yōu)點;

② 具有多種保護功能，有長延時、瞬時、短延時和接地故障(包括零序電流和剩余電流保護)保護，分別實現(xiàn)過載、斷路延時、大短路電流瞬時動作及接地故障防護，保護靈敏度極高，調(diào)節(jié)各種參數(shù)方便，容易滿足配電線路各種防護要求。另外，可有級聯(lián)保護功能，具有更良好的選擇性動作性能;

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

(2) 主要問題

① 價格很高，因此只宜在配電線路首端和特別重要場所的分干線使用;

② 尺寸較大。

4. 配電線路特點和保護電器選型

4.1 配電線路特點和對保護電器的要求

(1) 配電系統(tǒng)通常有樹干式和放射式兩類，還有兩者的混合系統(tǒng)。一般樹干式系統(tǒng)的干線較長，對保護電器要求較高，往往需要高檔保護電器，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，當為樹干式線路，此干線容量很大時，通常使用母干線。

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

4.2 配電線路故障特點

(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、插座和移動電器及其導線和接頭等較容易出故障;

(2) 就故障類型而言，接地故障多，相間短路少，前者約占80%~90%;

(3) 電動機等設備的末端回路，通常是過載多，短路故障較少，電動機的過載約占80%以上，而過載是用熱繼電器保護的，不會使熔斷器、斷路器動作。

4.3 保護電器選型方案

根據(jù)前面敘述的電路故障特點和幾種保護電器性能的比較，提出保護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，而不涉及保護電器參數(shù)的整定。

(1) 以下位置應選用選擇型斷路器

① 變壓器低壓出線的總開關(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)的樹干式線路的保護;

③ 重要場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。

(2) 以下位置可選用非選擇型斷路器

① 末端回路的保護;

② 靠近末端回路的上一級分干線的保護，當供給用電設備不多，且偶然停電影響不太大時。

(3) 以下位置宜選用熔斷器

① 配電線路中間各級分干線的保護;

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;

③ 有條件時也可用作電動機末端回路的保護，但此處不宜選用gG型熔斷器(即全范圍分斷、一般用途的熔斷器)，而應選用aM型熔斷器(即部分范圍分斷、電動機保護用熔斷器)。因aM 型熔斷器選用的熔斷體額定電流比gG 型小得多，有利于提高保護靈敏性，也避免了使上級保護電器選的過大。

(4) 保護電器選型綜合方案

各級線路保護電器選型建議列于表1。

5. 關(guān)于合理應用熔斷器的建議

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

(2) 修訂熔斷器產(chǎn)品標準?，F(xiàn)行熔斷器國家標準GB13539.1-92 和GB13539.2-92 是1992 年頒布實施的，系等效采用IEC269 標準，IEC 已于1998 年和1999 年修訂了該標準，建議及時修訂該國標，使熔斷器標準跟上國際先進水平。

(3) 努力提高熔斷器產(chǎn)品水平。由于對熔斷器應用的一些不正確理解和其他原因，近年來該產(chǎn)品市場不景氣，一些企業(yè)技術(shù)進步較少。希望能按新的IEC 標準和新修訂國標，必要時引進國外先進技術(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，應有一定數(shù)量的熔斷器方案，以供配電設計人員和用戶選用。