低压熔断器和断路器的比较及应用

1 问题的提出
    “都什么年代了，还使用熔断器！”“熔断器已过时了！”这是一个似乎很有道理而又奇怪的技术问题，摆在电气专业技术人员的面前。真的，这十多年来，无论是工业建筑、民用建筑和户外装置的低压配电系统设计中，使用低压熔断器越来越少，大多数甚至是千篇一律地使用低压断路器，更有甚者有些地方标准都出现不应采用熔断器作为保护元件；与之相应的是低压配电箱中装设熔断器的也大大减少。在低压配电系统保护电器的应用中，我认为这是一个不正确的或不全面的认识。因此有必要对熔断器和断路器（以下均指低压）进行一些比较和分析，以资能更正确、合理地选用这两种保护电器。
2  配电线路的保护和保护电器的发展
2.1  配电线路保护要求
    低压配电线路，为了防护在发生故障（如过载、短路和接地故障）时危及人身安全（间接接触导致的电击），或使线路过热而导致损坏，甚至引起电气火灾，配电线路应有必要的防护措施，以保护线路安全和用电安全。由于低压配电线路遍布各种建筑以至户外各处，发生故障的机率大，而且有大量非专业人员可能接触，更显得这种防护特别重要。
    最主要的防护措施就是在各级配电线路装设保护电器，以保证在电路发生故障时，能有效地断开故障电路。这些保护应符合国家标准《低压配电设计规范》（GB50054-95）的有关规定。为此，各级线路不仅要设置保护电器，还必须要正确整定其参数，以保证在规定时间内可靠切断故障；还要求应有选择地切断电路，即要求最靠近故障点的保护电器动作，而其上级的保护电器不动作，以使得切断电路的范围最小。
2.2  保护电器的类型和发展
    保护电器主要有两种：一是断路器，二是熔断器。断路器类型很多，从与本文相关的保护特性看，有非选择型和选择型断路器两大类；此外，还有带漏电防护的断路器。这些保护电器各有自身的特点，自然也有其不足之处，应根据配电系统各处的具体条件和要求选用，不能简单地用先进或落后给予评价。
    在当今世界上，特别是一些发达国家，断路器产品和技术发展十分迅速，不断研制出更新型、保护功能更完善的断路器。近几十年来，差不多每十年左右更新换代一次，一直到推出功能完善、具有通信模块的智能型断路器，为配电线路防护提供了性能极佳的保护电器。
    近二十年来，我国电器工业发展十分迅速，断路器产品紧跟国际先进技术潮流，研制了多种智能型断路器，为配电线路提供了更完善的保护功能。
    但是，在欧美一些发达国家，并没有因为断路器的快速发展而淘汰熔断器，也没有把熔断器视作落后的或过时的产品，据知在德、法等国家，如西门子、溯高美等电器公司，不但仍生产熔断器，还继续研制新的产品，技术上也不断前进。从这些方面说明：断路器是先进的保护电器，而熔断器也决非过时或落后的产品。应该说，两者相辅相成，各有自己的应用处所。
3  熔断器和断路器的比较
    现就熔断器和断路器的保护性能和其他特点进行比较，断路器则按非选择型和选择型两类分别叙述。
3.1  熔断器
3.1.1  熔断器的主要优点和特点
    ⑴  选择性好：上下级熔断器的熔断体额定电流，只要符合国标GB13539.1-92、GB13539.2-92和IEC标准规定的过电流选择比为1.6：1的要求，即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6倍，就视为上下级能有选择性切断故障电流。
    ⑵  限流特性好，分断能力高。
    ⑶  相对尺寸较小。
    ⑷  价格较便宜。
3.1.2  熔断器的主要缺点和弱点
    ⑴  故障熔断后必须更换熔断体。
    ⑵  保护功能单一，只有一段过电流反时限特性，过载、短路和接地故障都用此防护。
    ⑶  发生一相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后果，当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补。
    ⑷  不能实现遥控，需要与电动刀开关、负荷开关组合才有可能。
3.2  非选择型断路器
3.2.1  主要优点的特点
    ⑴  故障断开后，可以手操复位，不必更换器件，除非切断大短路电流后需要维修。
    ⑵  有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时过电流脱扣器两段保护功能，分别作为过载和短路防护用，各司其职。
    ⑶  带电操机构时可实现遥控。
3.2.2  主要缺点和弱点
    ⑴  上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断，故障电流较大时，很容易导致上下级断路器均瞬时断开。
    ⑵  相对价格略高。
    ⑶  部分断路器分断能力较小，如额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时，将使分断能力不够。现在有高分断能力的产品可以满足，但价较高。
3.3  选择型断路器
3.3.1  主要优点和特点
    ⑴  具有非选择型断路器上述各项优点。
    ⑵  具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和接地故障（包括零序电流和剩余电流保护）防护，分别实现过载、短路延时、大短路电流瞬时动作及接地故障防护，保护灵敏度极高，调节各种参数方便，容易满足配电线路各种防护要求。另外，还可有级联保护功能，具有更良好的选择性动作性能。
    ⑶  现今产品多具有智能特点，防保护功能外，还有电量测量、故障记录，以及通信接口，实现配电装置及系统集中监控管理。
3.3.2  主要问题
    ⑴  价格很高，因此只宜在配电线路首端和特别重要场所的分干线使用。
    ⑵  尺寸较大。
4  配电线路特点和保护电器选型
4.1  配电线路特点和对保护电器的要求
    ⑴  配电系统通常有树干式和放射式两类，还有两者的混合系统。一般说，树干式系统的干线较长，对保护电器要求较高，往往需要高档保护电器，即选择型断路器。
    ⑵  配电线路可分为主干线、分干线和末端线路三种。主干线是从变电所低压配电屏引出的馈电线，当为树干式线路，此干线容量很大时，通常使用母干线。
    ⑶  末端线路是直接连接用电设备的线路，短路或接地故障时，要求尽快以至瞬时切断电路，没有选择性要求。
4.2  配电线路故障特点
    ⑴  短路和接地故障，发生在末端回路多，大约占到90%以上，特别是插座回路更是如此，原因是插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出故障。
    ⑵  就故障类型说，接地故障多，相间短路少，前者约占80%～90%。
    ⑶  电动机等设备的末端回路，通常是过载多，短路故障较少，电动机的过载约占80%以上，而过载是用热继电器保护，不会使熔断器、断路器动作。
4.3  保护电器选型方案
    根据前面叙述的电路故障特点和几种保护电器性能的比较，提出保护电器选型方案的建议。本文只论述熔断器和断路器的选型方案，而不涉及保护电器参数的整定。
4.3.1  以下位置应选用选择型断路器
    ⑴  变压器低压出线的总开关。
    ⑵  变电所低压配电屏引出的母干线，或引出的电流容量较大（如500A以上）的树干式线路的保护。
    ⑶  重要场所的低压配电屏引出的电流容量较大（如300A以上）的放射式线路的保护。
4.3.2  以下位置可选用非选择型断路器
    ⑴  末端回路的保护。
    ⑵  靠近末端回路的上一级分干线的保护，当供给用电设备不多，且偶然停电影响不太大时。
4.3.3  以下位置宜选用熔断器
    ⑴  配电线路中间各级分干线的保护。
    ⑵  变电所低压配电屏引出的电流容量较小（如300A以下）的主干线的保护。
    ⑶  有条件时也可用作电动机末端回路的保护，但此处不宜选用gG型熔断器（即全范围分断、一般用途的熔断器），而应选用aM型熔断器（即部分范围分断、电动机保护用熔断器）。因aM型熔断器选用的熔断体额定电流比gG型小得多，有利于提高保护灵敏性，也避免了使上级保护电器选得过大。
4.3.4  保护电器选型综合方案
    各级线路保护电器选型建议列于表1。