借助ABB公司在2007年9月份發(fā)布的低壓斷路器脫扣曲線白皮書，我們來(lái)詳細(xì)解讀保護(hù)曲線各段的意義，同時(shí)與諸位分享一些心得體會(huì)。
1、熱磁式斷路器的保護(hù)曲線
低壓斷路器的脫扣單元有熱磁式和電子式兩種，由此對(duì)應(yīng)兩種脫扣曲線，第一種便是熱磁脫扣曲線，常見(jiàn)于熱磁式塑殼斷路器和微斷。
如下圖所示，I1min是斷路器過(guò)載保護(hù)的約定不脫扣電流值，當(dāng)電流小于I1min時(shí)，斷路器可以長(zhǎng)期承載該電流，不會(huì)發(fā)生熱保護(hù)動(dòng)作；I1max是斷路器過(guò)載保護(hù)的約定脫扣電流值，當(dāng)電流等于I1max時(shí)，斷路器的熱保護(hù)會(huì)在約定脫扣時(shí)間內(nèi)動(dòng)作。
I3min是斷路器磁保護(hù)電流值的下限值，當(dāng)故障電流低于I3min時(shí)，斷路器磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；I3max是斷路器磁保護(hù)電流值的上限值，當(dāng)故障電流大于等于I3max時(shí)，斷路器磁保護(hù)會(huì)立即動(dòng)作。
介于I1min和I1max之間的電流，斷路器的過(guò)載保護(hù)可能會(huì)動(dòng)作，也可能不會(huì)動(dòng)作，屬于熱保護(hù)的模糊地帶；同理，介于I3min和I3max之間的電流，斷路器的磁保護(hù)可能會(huì)動(dòng)作，也可能不會(huì)動(dòng)作，屬于磁保護(hù)的模糊地帶；
介于I1max和I3min之間的電流，斷路器的過(guò)載保護(hù)會(huì)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間范圍介于該電流對(duì)應(yīng)的垂直線與反時(shí)限曲線的兩個(gè)交點(diǎn)之間。
例如，某熱磁式斷路器的熱保護(hù)整定電流I1為200A，磁保護(hù)整定電流I3為2000A，當(dāng)回路里出現(xiàn)300A的過(guò)電流時(shí)，熱保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為36.8s左右(此處未考慮時(shí)間誤差范圍)。
2、電子式斷路器的保護(hù)曲線
第二種類型的保護(hù)曲線是電子式脫扣單元保護(hù)曲線，常見(jiàn)于塑殼斷路器和框架斷路器，電子式脫扣單元可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)L、短延時(shí)S、瞬時(shí)I和接地故障G等保護(hù)。
電子式脫扣單元相對(duì)于熱磁式，其長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)整定電流范圍更寬，一般為脫扣器額定電流的0.4~1.0倍，而熱磁式一般為0.7~1.0倍。電子式脫扣器另一個(gè)特點(diǎn)是可以比較精確的設(shè)定短延時(shí)保護(hù)的電流和延時(shí)時(shí)間。
2.1 長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)L特性
對(duì)于斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)，和熱磁式斷路器熱保護(hù)曲線一樣，電流與時(shí)間呈反時(shí)限特性，即電流越大，斷路器動(dòng)作時(shí)間越短。
ABB在其白皮書中將長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的反時(shí)限曲線的允通能量定義為常數(shù)即I2t=K如，下圖所示。通常長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的延時(shí)時(shí)間一般默認(rèn)為6Ir所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，常見(jiàn)的有3s，6s，9s和18s等，時(shí)間數(shù)值越大，代表斷路器在6倍Ir的過(guò)電流下的保護(hù)延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)。
長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的延時(shí)時(shí)間是可調(diào)的，假如某斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)整定流I1=125A，延時(shí)時(shí)間設(shè)定值為3s(@6Ir)，那么當(dāng)發(fā)生3Ir=375A的過(guò)電流時(shí)，長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為多少呢？
根據(jù)I2t=K原則，通過(guò)如下公式：
我們可以求出3Ir時(shí)的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)時(shí)間為：
同理，其他位于長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)區(qū)域的過(guò)電流所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間，也可以通過(guò)上述方法求出。
2.2 短延時(shí)保護(hù)S特性
短延時(shí)保護(hù)曲線有兩種：定時(shí)限I2t OFF和反時(shí)限I2t ON。
定時(shí)限保護(hù)I2t OFF的理解很簡(jiǎn)單，比如某斷路器的短延時(shí)保護(hù)S的整定電流值為640A，短延時(shí)時(shí)間為0.5s，那么當(dāng)過(guò)電流大于等于640A，一直到瞬時(shí)保護(hù)I的下限動(dòng)作電流值之間，斷路器都將延時(shí)0.5s再動(dòng)作。
短延時(shí)反時(shí)限保護(hù)I2t ON的理解與前面長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)有點(diǎn)類似，都是遵循I2t=K，故障電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。ABB的Emax框架斷路器和Tmax塑殼斷路器分別是以10In和8In作為延時(shí)時(shí)間的電流基準(zhǔn)，例如以0.5s(Tmax@8In)為參考，利用I2t=K等式，可以求出短延時(shí)反時(shí)限區(qū)域其他電流下的延時(shí)時(shí)間。
2.3 瞬時(shí)保護(hù)I的特性
瞬時(shí)保護(hù)I曲線所對(duì)應(yīng)的電流值，當(dāng)故障電流大于等于瞬時(shí)保護(hù)整定值時(shí)斷路器動(dòng)作(藍(lán)色線)時(shí)，瞬時(shí)保護(hù)立即動(dòng)作。
值得一提的是ABB的斷路器，和施耐德MT/MTZ框架斷路器一樣也有DIN保護(hù)和DINF保護(hù)。
DIN保護(hù)在GB/T14048.2里也叫瞬時(shí)超越保護(hù)，當(dāng)短路電流大于斷路器的短時(shí)耐電流值，此時(shí)如果斷路器瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉、短延時(shí)保護(hù)開(kāi)啟，那么一旦故障電流超過(guò)DIN保護(hù)電流值，斷路器出于自身保護(hù)，會(huì)立即動(dòng)作。
DIN保護(hù)是斷路器的一種自我保護(hù)，對(duì)于斷路器來(lái)講如果自己“扛不住”短路電流(超過(guò)了其短時(shí)耐受電流能力)，就沒(méi)必要再繼續(xù)死撐，還不如盡快跳閘，DIN保護(hù)適用于Icw小于等于Ics的斷路器。
DINF保護(hù)也叫短路接通分?jǐn)啾Ｗo(hù)MCR，如果斷路器在合閘瞬間，恰好合閘在已經(jīng)存在短路故障的線路上，那么斷路器會(huì)立即動(dòng)作，所以斷路器為何需要具備短路接通能力，也是因?yàn)閿嗦菲鲗?shí)際使用過(guò)程中會(huì)遇到這種工況。DINF保護(hù)一般在斷路器合閘完成50ms之后自行解除。
3、保護(hù)曲線案例分析
前面保護(hù)曲線的分析都沒(méi)有考慮電流和時(shí)間的公差范圍，而實(shí)際上斷路器的保護(hù)曲線是由上、下兩根曲線所囊括的區(qū)域，上曲線(upper cure)對(duì)應(yīng)最大動(dòng)作時(shí)間，下曲線(lower curve)對(duì)應(yīng)最小動(dòng)作時(shí)間。
如下圖所示，某斷路器長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)整定電流I1為250A，延時(shí)時(shí)間t1為3s(@6Ir)，短延時(shí)保護(hù)整定電流I2為5.8In=1450A，公差范圍±10%，定時(shí)限保護(hù)I2t OFF，延時(shí)時(shí)間t2為0.5s，公差范圍±10%，瞬時(shí)保護(hù)I關(guān)閉。
所以結(jié)合電流和時(shí)間的公差范圍來(lái)分析：
①當(dāng)故障電流小于I2-10%大于1.3I1時(shí)，屬于斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)區(qū)域，動(dòng)作時(shí)間范圍介于該故障電流垂直線與反時(shí)限曲線的兩個(gè)交點(diǎn)之間；
②當(dāng)故障電流介于I2-10%和I2+10%之間時(shí)，斷路器動(dòng)作時(shí)間范圍為0.45s~4.75s；
③當(dāng)故障電流大于I2+10%時(shí)，短延時(shí)保護(hù)的延時(shí)時(shí)間為0.45s~0.55s之間。
4、總結(jié)
對(duì)于低壓斷路器保護(hù)曲線的理解，在你沒(méi)有捅破這層窗戶紙之前會(huì)覺(jué)得很難，而一旦理解就會(huì)豁然開(kāi)朗，有種柳暗花明又一村的感覺(jué)。
理解保護(hù)曲線的幾個(gè)難點(diǎn)總結(jié)如下：
第一個(gè)是對(duì)于兩個(gè)動(dòng)作模糊區(qū)域的理解，過(guò)載保護(hù)模糊地帶在約定不脫扣電流和約定脫扣電流之間區(qū)域，短路保護(hù)模糊地帶在磁保護(hù)(瞬時(shí)保護(hù))整定電流下限值與上限值之間的區(qū)域。前者是“熱保護(hù)(長(zhǎng)延時(shí))”可能動(dòng)作可能不動(dòng)作，后者是“磁保護(hù)(瞬時(shí)保護(hù))”動(dòng)作還是不動(dòng)作。
第二個(gè)是對(duì)于短延時(shí)保護(hù)中反時(shí)限I2t ON的理解，因?yàn)槎〞r(shí)限I2t OFF時(shí)，故障電流達(dá)到了短延時(shí)保護(hù)設(shè)定值，就會(huì)按固定的延時(shí)時(shí)間動(dòng)作，但如果是反時(shí)限，動(dòng)作時(shí)間不再是“固定”延時(shí)時(shí)間，而是電流越大，動(dòng)作越快；
第三個(gè)是對(duì)于瞬時(shí)超越保護(hù)(DIN保護(hù))的理解，它其實(shí)是斷路器的一種自我保護(hù)機(jī)制，超過(guò)了自身能力的時(shí)候就別再死撐，當(dāng)斷不斷必受其亂，此時(shí)快刀斬亂麻，別猶豫。
作者：賓昭平
