小型漏电断路器原理及其应用.docx

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小型漏电断路器原理及其应用

小型（漏电）断路器原理及其应用

11　小型断路器的基本知识

11.1　小型断路器的定义、分类及其执行的标准

11.1.1　定义：

小型断路器是一种用于低压电网[交流（50HZ或60HZ）额定电压不超过440V，额定电流不超过125A的配电电器，按其用途，低压断路器被定义为能够接通、承载及分断正常电路条件的电流，也能在非正常条件下（如过载，短路、过电压以及发生单相接地故障时）接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。

过去又称之为自动开关、空气开关和空气断路（空开空断等）。

11.1.2　小型断路器的分类

a、按小型断路器的极数来分为单极，两极、三极、四极，漏电保护断路器按极数分：

1P+N、2P、3P、3P+N、4P；；

b、按产品的使用功能来分：

家用和类似用途、剩余电流保护；

c、按脱扣器型式分：

B型脱扣器、C型脱扣器、D型脱扣器；

d、按产品的保护功能来分：

过载保护、短路保护、漏电保护、过压保护（定做）；

11.1.3　标准

不同类型的断路器其性能应符合如下标准，以本公司生产的小型断路器为例；

DZ47-32、63、DZ30-32符合GB10963-2005标准；

DZ47LE-32、63；DZ30LE-32符合GB16917.1-2003标准；

DZ47-100符合GB14048.2-2005标准

DZ47LE-100符合GB14048.2-2005标准；

11.2　小型（漏电）断路器的主要技术性能指标

11.2.1　短路电流的通断能力（短路接通和分断能力）

短路接通能力：

是指断路器在线路发生短路时瞬间的接触，断路器能承受而不引起机械（电动力）、电气（电气引起的热），可能造成的机械破损和绝缘热老化的电流值，它是以短路电流的峰值来表示。

短路的分断能力：

是指断路器能够分断的线路预期最大短路电流的大小（以周期分量的有效值来表示）。

11.2.2　极限短路分断能力与运行短路分断能力

短路分断能力分极限短路分断能力与运行短路分断能力两种：

极限短路分断能力ICU—按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力，用通俗的语言说就是这台断路器在使用时，线路发生短路故障时能分断预期的最大短路电流而不致于对线路造成损坏，换句话说就是对线路进行了保护，这台断路器就功成名就了，光荣退休了。

运行短路分断能力ICS—按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力，用通俗的语言说就是这台断路器在使用时，线路发生短路故障时能分断不超过一定比例的预期的最大短路电流而不致于对线路造成损坏，换句话说就是这台断路器对线路进行了保护，但是仍要求它继续有能力执行原来的使命：

继续承载其额定电流能力的分断能力。

11.2.3　额定剩余动作电流I△n

在规定剩余条件下，使剩余（漏电）电流保护器动作的剩余（漏电）电流值，用有效值表示，I△n适用于剩余电流动作保护器（断路器）具有0.006、0.01、0.03、0.1、0.3等规格。

11.2.4　额定剩余不动作电流（I△n0）

在规定剩余条件下，使剩余（漏电）电流保护器不动作的剩余（漏电）电流值，用有效值表示，I△n的值通常是I△n的一半，即I△n0=1/2I△n。

11.2.5　单相负载时不动作过电流的极限值

单相负载时不动作过电流的极限值是指：

在没有剩余电流的情况下，能够流过剩余电流保护装置（不论极数多少）而不导致其动作的最大单相过电流，仅适用于剩余电流动作断路器。

11.2.6　剩余短路接通和分断能力

剩余短路接通和分断能力是指；在规定的使用条件和性能条件下，能够接通，在分断时间内，能承受和分断的预期剩余（漏电）电流值，而不导致剩余电流保护装置失去保护性能。

仅适用于剩余电流动作断路器。

上面的意思是：

当漏电动作断路器在规定的使用条件和性能条件下，当所保护的线路中出现预期的短路电流，漏电保护部分应不动作而由过载、短路保护部分去进行保护，与此同时（无过载、短路保护功能时）如有达漏电动作值的漏电流产生，漏电保护应动作。

此时接通的电流为其通断能力值。

保护特性

11.2.7　小型断路器的保护特性包括：

过载长延时、短路瞬动保护，如是小型漏电断路器还有漏电保护功能，根据客户的要求还增加过压保护功能等。

过载长延时的实现较多的采用双金属元件，利用双金属随温度变化而弯曲的性能，恰当地选用双金属元件，经调试就能生产出符合标准要求的产品。

短路瞬动保护性能：

小型断路器一般采用电磁铁结构，由铁芯、电流线圈、线圈骨架，弹簧等组成，由于电流线圈套在铁芯上，当有电流通过时出现电磁感应就产生吸力，由于电流线圈匝数少、微弱的电流产生的吸力，不足以克服弹簧的反作用力，所以正常工作状态断路器不会动作，只有电流达整定电流时才会动作。

根据整定电流大小的不同，选取合适的弹簧（一般选用压缩弹簧）反作用力，在同一壳架的产品中就派生出B型脱扣器，C型脱扣器，D型脱扣器，短路保护特性也不一样，直接影响产品的选型，具体参数将在后面陈述。

对地泄漏电流保护：

即漏电保护；

过压保护：

电网电压超过规定值的上限时，将会造成设备损坏及加速线路绝缘损坏以致人身及火灾事故的发生，因此对一些电压不稳定的地区或场所应采取过压保护措施。

过电压的整定值一般取280（1±5%）V，特殊情况由用户提出，过压保护功能由用户提出定做，常规产品不具备此项功能。

11.2.8　产品的温升

温升时指断路器在通以额定工作电流（约定发热电流）一定时间后，各零部件（如作外部连接的接线端子，可触及但不是手握的部件等）和线圈（如果有的话）的温度与周围空气温度之差。

产品的温升直接影响产品的长延时性能，引起产品的早跳或不跳。

在实际销售的产品中，温升高是一个普遍的现象，因此在安装使用时尽量要求客户按说明书选用相应线径的导线，而且尽可能与铜线为主，因为说明书给出的线径与作温升试验的导线一致，减少实际使用与试验室试验的差异性。

11.2.9　寿命

小型断路器的寿命是以完成闭合、断开操作的次数来表示的。

试验时规定了操作的频率，既每小时的闭合--断开（机械寿命）和接通分断（电气寿命）的次数。

寿命分机械寿命和电气寿命两种，机械寿命又称无载寿命。

电气寿命又称有载寿命。

有载寿命规定了施加的工作电压、工作电流和线路的功率因数（功率因数通常取COS￠=0.8）它与线路的正常情况贴合。

寿命在标准中有具体的规定，产品说明书中也有说明。

11.2.10　额定电压

一般额定电压是指相间电压，即线电压，我国绝大多数的负载电压为三相交流50Hz、380V、单相负载额电压为220V。

小型断路器按最新标准规定三相额定电压为400V、单相电压为230V，完全可以满足负载对配电电器的要求。

11.2.11　安装类别

又称过电压类别。

根据限定（或控制）电路中（或具有不同标称电压的电气系统中）产生的预期瞬态过电压和为限制过电压而采用的有关方法为基础而确定的分类。

安装类别分为四个等级：

安装类别Ⅰ（信号水平级）

安装类别Ⅱ（负载水平级）

安装类别Ⅲ（配电水平级）

安装类别Ⅳ（电源水平级）

从以上分类可知小型断路器属于安装类别Ⅲ，配电水平级

11.2.12　污染等级

污染等级是根据导电的或吸湿的尘埃，游离气体或盐类和相对湿度的大小以及由于吸湿或凝露导致表面介电强度和（或）电阻率下降事件发生频度而对环境条件作出的分级，污染等级可分为四级。

小型断路器根据其使用环境以及执行的标准不同属于Ⅱ类污染等级的产品包括：

DZ47（LE）-32、63；DZ30（LE）-32、属于Ⅱ类污染等级

属于Ⅲ类污染等级的产品是：

DZ47（LE）-100；

因为DZ47（LE）-100执行GB/T14048.2标准，与塑壳式断路器执行同一标准，漏电部分参照GB16917.1标准，因其额定电流在63A~100之间，一般适合工业设备配电，家用一般不需要这么大的额定电流，工业环境相对于家用场所环境要恶劣得多，因此规为Ⅲ类。

其余的产品由于额定电流小，一般适用于家用及类似场所，规为Ⅱ类，执行GB10963标准及GBI6971.1标准。

11.2.13　防护等级

是指外壳能防止直径超过规定值的固体异物进入壳内，能防止长度或厚度（或直径）不超过规定值的工具，金属丝试验探针等触及壳内带电或运动部分，小型断路器的防护等级为IP20，IP20能防止直径大于12.5mm的固体异物进入壳内和防止手指或长度大于80mm的类似物体及壳内带电部分或运动部件。

11.3　小型断路器的保护特性与其所执行的标准

11.3.1　DZ47（LE）-100的保护特性及其所执行的标准

DZ47（LE）-100按GB14048.2《低压断路器》标准执行、检验。

配电型断路器的反时限特性如下表：

DZ47（LE）-100断路器的反时限断开标准

周围空气温度

整定电流倍数

试验时间

起始状态

30±2℃

1.05In

≥2h

冷态

1.30In

＜2h

热态

3In

可返回时间＞5S

冷态

任何合适温度

8In

≥0.2S

冷态

12In

＜0.2S

冷态

由于DZ47（LE）-100与塑壳式断路器又有差别，根据使用的需要可拼成1至4极的断路器，在作等效特性试验时，1极不变，2极乘以1.1的系数，3极、4极乘以1.2的系数。

11.3.2　DZ47LE-32、63；DZ30（LE）-32的过载脱扣特性

以上几种产品的过载脱性能按GB10963的标准执行，具体特性要求如下表

脱扣器型式

断路器的脱扣器的额定电流In（A）

通过电流

规定时间（脱扣或不脱扣极限时间）

预期结果

B、C、D

≤63

1．13In

≥1h

不脱扣

＞63

≥2h

B、C、D

≤63

1．45In

＜1h

脱扣

＞63

＜2h

B、C、D

≤32

2．55In

1S＜T＜60S

脱扣

＞32

1S＜T＜120S

B

所有值

3In

≥0.1s

不脱扣

C

5In

D

10In

B

所有值

5In

＜0.1s

脱扣

C

10In

D

20In

表中的B、C、D型是瞬时脱扣器的型式：

B型脱扣器的脱扣电流为＞3In~5In表示的意思是：

当瞬时电流为3倍的额定电流，使用此类脱扣器的产品在≥0.1s时间内应不动作，而在5In时，在＜0.1s内必须百分之百动作，有可能整定的瞬时动作电流3In~5In之间，但前提是保证3In时必须百分之百不误动作，此整定在3In~5In之间的电流，如用5In的测试电流当然会百分之百动作。

C型脱扣器的脱扣电流为＞5In~10In、D型脱扣器的脱扣电流为＞10In~20In它们所表示的意思按B型脱扣器进行类推。

具有B、C、D型是瞬时脱扣器的产品的使用范围：

B型：

脱扣器电流3In~5In，是标准特性，用于住宅建筑和专用建筑的插座回路，在实际生产中此类产品销售不多，如有需要须定做，一般没有库存。

C型：

脱扣器电流5In~10In，优先用于接通大电流的电气设备，如灯和电动机，特别适用于家用场所。

D型：

脱扣器电流10In~20In，适用于产生脉冲的电气设备，如变压器，电焊机，电磁阀、电容器、动力保护。

顺便提下还有A型脱扣器，由于用量极少以至标准中也未将其列入。

A型：

特别适用于测量回路中的互感器保护，具有特长导线回路保护和有限的半导体保护，它的过载保护特性与B、C、D一样按上表规定，而短路保护则为2In~3In，A型用户极少，这里只作常识性介绍，知道有这么一回事。

11.3.3　小型漏电保护断路器的保护特性与其所执行的标准

DZ47LE-32、63、100；TGM65LE-63、TGM30LE-32的漏电保护特性执行GB16917.1-2003标准

根据本公司产品的实际状况，所有漏电产品都有带有过载，短路保护功能按国际标准称为RCBO,不带过载、短路保护功能，只有漏电保护功能的产品称为称为剩余电流动作断路器，以前又称为漏电开关，按国际标准称为RCCB。

小型漏电断路器的漏电动作作时间（一般型）＜0.1S;

当额定漏电动作电流≤30mA时，必须作50V（电源故障情况下）脱扣试验，且分断时间＜0.1S;

12　与小型断路器有关的电气知识

12.1　了解三大类供电系统及对RCBO（小型漏电断路器）的适用性

12.1.1　IT方式供电系统

如果I在T前面，则I表示电源侧没有工作接地，T表示负载侧电气设备保护接地，其接线示意图如下：

IT方式供电系统的特点：

此类接地系统的供电距离不是很长时，供电的可靠性高，安全性好，一般用于不停电的场所，或者是要求严格供电的地方，如电力炼钢，大医院的手术室、地下矿井处。

适用工厂方式供电系统，即使中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流小，不会破坏电源电压的平衡，所以比中性点接地的系统更安全，但是供电距离很长时，供电系统对大地的分布电容就不可忽视，由于经过导线对地分布电容（导线越长，分布电容就越大，充电电流就越大）和电源发生电的联系，保护设备不一定动作，这是危险的，只有供电距不较长时才比较安全。

因此为了保证此类接地系统的安全可靠性，在所保护的设备之前安装RCBO，它的漏电回路是：

A、B、C三相对地分布电容C→大地→设备外壳→设备绝缘破损处→A、B、C三相。

12.1.2　TT方式供电系统

T在前表示电源中性点接地，T在后表示电气设备可导电部分接到与电源端接地点无关的接地极（实际上电源端的接地极与设备保护接地极通过大地构成通路，从这个意义上讲，他们是有关联的）。

其示意图如下：

特点：

当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或绝缘破坏）时，由于有接地保护可以大减少触电的危险性，但是低压断路器不一定跳闸（如两接地电阻各为4欧姆，这是接地的要求≤4欧姆，当发生单相接地故障时，220/8=27.5A,达不到断路器或熔断器的动作电流，不能切断故障回路）因此这种情况下使用RCBO，检测漏电信号，就能进行保护。

由于TT接地系统为达到接地要求，耗费的钢材多、难以回收，费工时、费料，难以推广。

12.1.3　TN-S方式供电系统

系统的中性点直接接地，电气设备外露可导电部分通过保护线（PE线或PEN线）与该接地点连接，按中性线与与保护线的组合方式，TN系统可分为三种。

12.1.3.1　TN-S方式供电系统

T表示电源中性点接地，N表示电源中性点引出的零线，S表示工作零线与保护零线是严格分开TN-S方式供电系统示意图如下；

特点

1）系统正常运行时专用保护线上无电流，，只是工作零线上有不平衡电流，PE专用线上没有电压，电气设备外接在PE线上更安全。

2）工作零线只用作单相设备上。

3）专用保护线不允断线，也不许进入漏电开关。

4）干线上使用漏电保护器RCBO，工作零线不得有重复接地，而PE线可以有重复接地，但是不经过漏电保护器RCBO。

5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业民用建筑等低压系统，在建筑施工时必须采TN-S方式供电系统。

12.1.3.2　TN-C-S方式供电系统

T表示电源中性点接地，N表示电源中性点引出的零线，C表示工作零线与保护零线合二为一，S表示工作零线与保护零线是严格分开，TN-C-S方式供电系统示意图如下：

特点：

整个系统中性线N与PE保护线有一部分合二为一，另一部分分开，以G处为分界点，前部分适用于三相平衡负载，后部适用于三相不平衡负载。

整个系统可以使用RCBO，但是PEN线与G点后的PE线不能穿过RCBO。

12.1.3.3　TN-C方式供电系统

T表示电源中性点接地，N表示电源中性点引出的零线，C表示工作零线与保护零线合二为一，TN-C方式供电系统示意图如下：

特点：

TN-C方式供电系统，整个系统的中性线（N）线和保护线（PE）合二为一，为了减少因PEN断线后带上近乎相电压的对地电压，就常在PEN线上采取重复接地的措施，不能使用RCBO，否则合不上开关。

12.2　线路短路电流

在低压三相交流电力系统中，短路类型有三相短路、二相短路或有一相与中性线、或接地线之间的三相短路，直接发生在供电变压器低压侧端子上的三相或单相时的短路电流最大，在一般情况下，低压电力系统中都是根据三相短路电流值来考虑低压电器的技术要求的。

下表是三相交流电力系统中短路类型及其短路电流的周期分量值。

短路类型

变压器端上的短路

在导线中产生的短路

短路电流

关系式

短路电流

关系式

三相

图1

IK3=

U

IK3/IK2=1

图4

IK3=

U

IK3/IK2=1

1.732Z

1.732Z

二相

图2

IK2=

U

IK2/IK3=0.87

图5

IK3=

U

IK1/IK3=0.87

2Z

2Z

单相

（接地故障）

图3

IK1=

U

IK3/IK2=1

图6

IK1=

U

IK1/IK3≤0.5

1.732Z

1.732×（Z+ZN）

注：

U-线电压IK1-单相短路电流z-相导线阻抗

IK2二相短路电流Zn-中性线阻抗IK2-三相短路电流

从以上短路电流的计算公式分析，短路电流与整个线路的阻抗有很大的关系，因此在安装小型断路器时一定要按说明书规定的线径接线，说明书规定的线径与温升试验导线一致，只有这样才能减少实际使用中的产品与试验室试验的产品的差异，确保产品质量。

导线使用不符合说明书要求（偏小），而在产品选型时往往又超过实际容量很多，极易造成相与相或相与零线之间短路而不跳，失去保护的情况，轻则引起整个线路毁坏，重则引起火灾以至人身事故的发生。

发生短路情况下不进行保护，除了配电线径不按说明书要求，选型不当之外，电网进入用户的进线的容量、配电电力变压器的容量也有关系，但后者不是重点考虑的对象。

因为线径小，电阻大，输出的短路电流达不到产品瞬时脱扣器的整定值，开关不脱扣（断开），短路电流产生的发热量足以毁坏整个配电线路。

短路电流的计算比较复杂，在这里不详述。

12.3　产品选型中用到的电工讲算公式

12.3.1　功率的计公式：

功率（P）

=电压（U）×电流（I）×功率因数（COS￠）×1.732（三相）

=电压（U）×电流（I）（单相）

在我国三相动力设备额定电压为380V，单相电压为220V，在电工的经验算法中三相动力设备，每KW功率电流是2A，单相设备每KW是4.5A.

12.3.2　电功：

W=UIt

即用电设备在一定时间内所作的功，电度表就是计量电功的设备.U电压（V）、I电流（A）、T通电时间（S）W功率（J），例：

1KW.h=1000×1表示功率为1000瓦的设备在1小时的时间所作的功,即通常所说的一度电.

12.3.3　、欧姆定律：

I=U/R{I导体的电流强度（A）、U导体两端的电压（V）、R导体电阻（Ω）

12.3.4　I=q/t{I、导体电流强度（A）,q在单位时间t内通过导体横截面的电量（C），t时间（S）

12.3.5　电阻定律：

R=РL/S{P电阻率（Ω.m㎡/m,l长度（m）,S体的横横截面积）。

由公式知，导体的电阻率一定时，导体的电阻的大小与长度成正比，与截面成反比，这与分析短路电

流的大小有关。

主要讲以上常用的公式，有些别的公式请大家查阅相关资料。

12.4　家用及类似场所电气设计有关的电气知识

小型路器自然离不开家用及类似场所，这些场所电气线路的规范与否直接影响到小型路器各种保护功能的实现，进而影响到产品质量，作为一个销售人员有必要了解，可以为客户提供一些技术方面的谘询。

自2000年后，随着两网改造，居民生活水平的提高，居民用电总功率越来越大，过去由单一

闸刀开关配电向小型断路器配电，为了实现小型断路器的保护功能，目前家庭电路设计的规范是：

以下指的是铜芯线：

进户线：

6~10mm2照明：

2.5mm2插座：

4mm2空调：

6mm2

GB4706.1-1998规定的电线负载电流值如下表：

铜芯截面积（mm2）

允许长期电流（A）

直径

2.5

16~25

1.78

4

25~32

2.2

6

32~40

2.78

在相同的负载条件下电源铜芯线与铝芯线相比为3：

1，即下表所示：

铝芯截面积（mm2）

允许长期电流（A）

直径

2.5

13~20

1.78

4

20~25

2.2

6

25~32

2.78

具有条件的家庭尽可能采用类如PZ30终端配电箱，根据各分支路的功率的大小及类别选用与其负载电流相近的额定电流的小型断路器配电，只有这样才能发挥产品的各种保护功能。

12.5　人体电气学

要了解电对人身的危害程度，首先应了解电流通过人体可能产生的效应，交流电比直流电对人体的危害大，我们的产品主要是用在交流上，不同的交流电的频率对人的危害程度是不一样的，相比较讲工频（50HZ或60HZ）比高频、低频危害大得多。

除了通过人体的电流值和电流持续的时间长短外，影响电击危害的还有下面几个因素：

1）人体的重量

2）电流流过人体的途径

3）人体的电阻

4）引起电击死亡的心室纤维颤动的临界值。

人体心室纤维颤动：

医学上认为，人的触电死亡是由心脏的心室纤维颤动现象引起，而心室纤维颤动则是由生理参数和物理条件（电流大小、种类及电流的持续时间等）决定，如果接触到的是交流50HZ或60HZ的电流则有必要考虑降低心室纤维性颤动临界值，通过人体的电流其持续时间超过心脏的跳动周期（搏动周期），则电流使心脏外部收缩，，因而产生不同的刺激是很明显的，电击（触电）电流为400~500mA,持续时时间20~100ms时，不会发生心室性纤维颤动，如果电击电流为40~50mA时，持续时间可等于或略大于1S，但电流与持续时间两面二者的乘积应不大于50mAs作为临界值，为了安全起见在50mAs的基础上再乘以0.6的安全系数，即50mAs×0.6=30mAs,在实际生产的额定漏电动作电流为30mA产品中要求≤0.1S动作，完全能够保证人身安全。

另外说明下，引起火灾的漏电流在500mA及以上。

13　公司具体产品的介绍

13.1　DZ47LE漏电断路器

由于DZ47LE漏电断路器包括DZ47小型断路器部分，因此DZ47小型断路器不单独讲述。

13.1.1　产品型号及其含义

DZ47LE□-□/□□-□

额定剩余动作电流（mA）

带有不可分断的中性线时用N表示

极数

额定电流

中性线接线方式派生代号：

Ⅰ或Ⅱ

特殊派生代号（电子式漏电断路器）

设计序号

塑料外壳式断路器

13.1.2　分类

13.1.2.1　按壳架等级额定电流分：

32A、63A、100A三种。

（这与DZ47是相同的、是公共部分）

13.1.2.2　按额定电流分（这与DZ47是相同的、是公共部分）

13.1.2.3　壳架等级32A时有6A、10A、16A、20A、25A、32A；（

13.1.2.4　壳架等级32A时有10A、16A、20A、25A、32A、40A50A、63A；

13.1.2.5　壳架等级100A时有63A、80A、100A；（这与DZ47是相同的、是公共部分）

13.1.2.6　按极数分：

1P+N、2P、3P、3P+N、4P（P表示极数、DZ47只有1P、2P、3P、4P之分）；

13.1.2.7　按保护种类分：

有带过压保护和不带过压保护二种

13.1.2.8　按瞬时脱扣器特性