MCCB塑壳断路器详解

MCCB塑壳断路器以ABB公司的Tmax系列断路器为例来展开论述。

1.配电型Tmax断路器的保护特性

图3-42所示为ABB公司的Tmax T4N250R250的配电用热磁式脱扣器的特性曲线。该型断路器属于MCCB类型，一般用于构建馈电回路的线路保护。

图3-42 Tmax断路器T4N250R250的脱扣器特性曲线

图3-42中的横坐标为过载电流相对于额定电流的倍数，纵坐标为热磁式脱扣器的动作时间。

Tmax T4N250R250型号中的R250指出厂热脱扣整定值为250A。通过热脱扣调节器可选择门限值I₁，图中将过载保护门限电流I₁选为0.9I_n（225A）；通过磁脱扣调节器可选门限值I₃，I₃的可选范围为（5～10）I_n，图中将短路保护门限值I₃选为10I_n，相当于2500A。

图3-42中的曲线簇的下边线是处于热态下的断路器过载保护曲线，而曲线簇的上边线则是处于冷态下的断路器过载保护曲线。按图示当整定过载电流为2I₁时，热状态下脱扣时间在21.4s到105.3s之间，冷状态下脱扣时间在105.3s到357.8s之间。

当发生短路故障时，若短路电流为2500A则断路器的磁脱扣将立即产生动作使断路器分闸。

值得注意的是：

1）图3-42中的L参数是反时限的，而I参数则是定时限的。

2）图3-42中的断路器属于配电型断路器，它符合IEC 60947-2标准，对应的国家标准是GB 14048.2—2008《低压开关设备和控制设备 第2部分：低压断路器》。

2.电动机型MCCB断路器的保护特性

图3-43所示为异步电动机运行特性曲线：

图3-43 异步电动机运行特性曲线

在图3-43中：

I₁——L功能脱扣电流（长延时过载保护）；

I₃——I功能脱扣电流（瞬时短路保护）；

I₅——R功能脱扣电流（堵转保护）；

t₅——R功能脱扣时间（堵转保护脱扣时间）；

I₆——U功能脱扣电流（断相或相不平衡保护）；

t₆——U功能脱扣时间（断相或相不平衡保护脱扣时间）；

I_e——电动机额定工作电流；

I_a——电动机起动电流；

I_p——电动机起动电流瞬时峰值；

t_a——电动机起动时间；

t_p——电动机起动阶段瞬态时间；

m——电动机起动典型曲线；

c——带电子脱扣器的电动机保护断路器的脱扣曲线；

Class——带电子脱扣器的电动机保护，可关闭；

L——L功能（过载长延时保护），不可关闭；

R——R功能（堵转保护功能），可关闭；

I——I功能（瞬时短路保护），不可关闭；

U——断相或相不平衡保护，可关闭。

从图3-43中能看出MCCB断路器对异步电动机的保护功能。通过多个门限值与时间值的设定得到一条非常接近电动机起动和运行的功能曲线，由此实现对异步电动机较好的保护功能。

图3-44所示为Tmax T4和T5电动机保护断路器的特性曲线。我们能看出它与配电型断路器的特性曲线有较大的区别：

图3-44 电动机型断路器的保护特性曲线

（1）电动机型断路器的过载保护L功能

图3-44所示为T4250电子脱扣器PR222MP的L功能曲线，其中左边的曲线簇是断路器热态曲线，右边的曲线簇是断路器冷态曲线。(www.xing528.com)

注意：保护电动机的电动机型断路器对应的标准是IEC 60947-2和IEC 60947-4，其中长延时过载保护L参数和堵转保护R参数符合IEC 60947-4标准，而短路瞬时脱扣I参数则符合IEC 60947-2标准。

电子脱扣器PR222MP的L功能实现电动机的过载保护，并且符合IEC 60947-4-1的标准和划分等级。L功能具备温度补偿，对缺相和相不平衡敏感。L功能具备热记忆功能，以便电动机在分闸后重新起动实现温度的连续计算。

电动机必须选择起动等级，起动等级决定了过载脱扣的时间。我们来看与IEC 60947-4等同使用的GB 14048.4标准中相关内容：

标准摘录：GB 14048.4—2010《低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电动机起动器》，等同于IEC 60947-4-1：2009 Ed.3.0，MOD。

5.7.3 继电器或脱扣器的特征量

b）过载继电器

根据表2分类的脱扣级别或在8.2.1.5.1表3中D列规定的条件下脱扣时间超过40s时的最大脱扣时间，单位为s；

表2 过载继电器的脱扣级别

注：1.根据继电器的类型，在8.2.1.5条中给出了脱扣条件；

2.对于转子变阻式起动器，过载继电器通常接在定子电路中。因此，过载继电器不能有效地保护转子电路，特别是电阻器（通常，起动器在故障条件下起动时，电阻器比转子本身和开关电器更易损坏），因此，转子电路的保护应符合制造厂和用户的协议（见8.2.1.1.3）。

3.对于两级自耦减压起动器，起动用自耦变压器一般仅在起动时间内使用，如在故障条件下起动时，自耦变压器不能受到过载继电器的有效保护。因此，自耦变压器的保护应符合制造厂和用户的协议（见8.2.1.1.4）。

4.考虑到不同的热元件特性和制造误差，可选择T_p的最小值。

电动机型断路器脱扣器PR222MP的过载保护必须符合IEC 60947-4-1中电动机起动等级的规定，见表3-23。

表3-23 电动机型断路器的过载保护等级

（2）电动机型断路器的堵转保护R功能和断相/相不平衡U功能

图3-45所示为电子脱扣器PR222MP的R和U功能曲线。

注意图3-45中的R功能的参数整定范围是（3～10）倍I₁，U功能的参数整定范围是（0.4～1.0）倍I₁。

R功能实现了电动机在运转过程中的堵转保护。根据电动机是在起动阶段或在运行阶段出现堵转故障，R保护设置了两种保护模式：

1）起动阶段模式：R保护与L保护相联系。当电动机在起动阶段发生堵转故障时，在L脱扣的时间范围内，R保护被限制；当超过L脱扣的时间限制后，R保护被激活。R保护的脱扣时间是t₅，断路器在t₅时间过后产生脱扣分闸操作。

2）运行阶段模式：在电动机的运行阶段出现堵转，则R立即被激活。当至少一相的电流越过设定值并且时间超过t₅后，断路器立即产生脱扣分闸操作。

R保护通过PR222MP的面板设置从3倍的I₁到10倍的I₁电流门限值，还可通过面板设置从1s、4s、7s和10s的t₅脱扣时间。

图3-45 电子脱扣器PR222MP的R和U功能曲线

U功能的作用是精确地控制断相和三相电流不平衡。当一相或两相的电流降到低于L功能设定的电流I₁的0.4倍并且持续时间4s后U保护脱扣动作。

（3）I功能：短路保护

图3-46所示为电子脱扣器PR222MP的I功能曲线。I功能的参数整定范围是6～13I_n。

图3-46 电子脱扣器PR222MP的短路保护I功能

当相间出现短路或某单相电流越过设置的门限时I功能提供保护动作。

I功能的脱扣电流最大可达脱扣器额定电流的13倍。I功能的参数可通过电子脱扣器PR222MP的面板设定。

电动机型MCCB断路器还有一款单磁的产品，它的脱扣器只有瞬时短路保护I参数项，用于对电动机回路的短路保护，而电动机的过载保护和堵转保护由热继电器去执行。图3-47所示为ABB的单磁断路器T2160-T3250-MA的保护特性曲线。

图3-47 可调门限的单磁MCCB特性曲线

需要着重指出的是：电动机型断路器的短路保护功能对应的标准是IEC 60947-2，等同使用的国家标准是GB 14048.2—2008《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》。事实上，包括单磁断路器在内，所有用于短路保护的断路器其制造标准都是IEC 60947-2。

（4）Tmax断路器的附件及功能（见表3-24）

表3-24 Tmax断路器的附件及功能

Tmax断路器的这些功能方便了用户的使用，同时也加强了断路器的基本功能。