MCB断路器在照明工程设计和施工中的应用

MCB断路器是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。MCB虽然是一种终端电器，但其应用量大而且面广，若选用了不合适的MCB，由其造成的损失是不可忽视的。

1.额定分断选择

MCB的额定分断能力是指在保证断路器不受任何损坏的前提下能分断的最大短路电流值。现在市场上见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料和设计手册，一般有4.5kA、6kA、10kA等几种额定分断能力。在选用MCB时，应先计算使用场合的最大短路容量，再选择MCB。如果MCB的额定分断能力小于被保护范围内的短路故障电流，则在发生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB的爆炸，危及人身和其他电气设备线路的安全运行。

低压配电线路的短路电流与供电线路的导线截面积、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为0.23/0.4kV，变压器容量大多在1600kVA以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。对于不同容量的配电变压器，低压馈线端短路电流是不同的。一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于当地供电部门采用高压深入负荷中心的配电网络接线，其配电变压器的容量都控制在1600kVA以下，并采取单母线分段运行方式的低压电网供电，用电设备距供电电源距离较远（大于250m），选用4.5kA及以上分断能力的MCB即可。对于有专供或有10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆截面积较粗，供电距离较短，应选用6kA及以上额定分断能力的MCB。而对于如变配电站（站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排）以及大容量车间变配电站（供车间用电设备）等供电距离较短的场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。此外，还要特别注意以下几点：

①随着现代建筑物中配电变压器容量的增大、大容量母线槽的使用以及用电设备与电源间的距离在缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。

②MCB有两个产品标准：一个是IEC 60898-2 Edition 1.1—2003等效《家用装置及类似装置用断路器》（GB 10963.2—2008）；另一个是IEC 60947-2—2006等效《低压开关和控制设备 第2部分：断路器》（GB 14048.2—2008）。IEC 60898-2 Edition 1.1—2003是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC 60947-2—2006是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。若按IEC 60947-2—2006的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作；若按IEC 60898-2 Edition1.1—2003来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的箱柜中，这些使用对象都是一般的工作人员。因此在选用MCB时一定要注意加以区别，不能混淆。

③一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。在工程中若遇到特殊情况，要求下端子进线、上端子出线，由于开断故障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。现在有些厂商制造的MCB，上、下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但在实际应用中应以上进下出为好。

④MCB的保护特性根据IEC 60898-2 Edition 1.1—2003分为A、B、C、D四种特性供用户选用。

A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流I_n的2～3倍），以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过电流保护及互感测量回路的保护。

B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合。与A特性相比较，B特性允许通过的峰值电流小于3I_n，一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护。

C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流小于5I_n，一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护。

D特性一般适用于很高的峰值电流（<10I_n）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下的控制变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。

从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的MCB。如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择MCB，则往往在开灯瞬间会导致MCB的误脱扣。在保护特性方面，在IEC 60898-2 Edition1.1—2003标准内明确规定，MCB不能用于对电动机进行保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。

2.MCB的使用频率(www.xing528.com)

MCB的设计和使用是针对50～60Hz交流电网的，由于磁脱扣器的电磁力与电源频率、动作电流有关，因此对于在交流电压下使用的MCB用于直流电路或其他电源频率场合时，磁脱扣器的动作电流是不同的。一般应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流和电源频率变化系数来换算。当交流用MCB用于直流电路的保护时，由于灭弧的原因，应选用类似西门子的5SX5直流专用MCB。

3.MCB的使用环境温度

MCB的过载保护依靠热脱扣器。通常现有的MCB的热脱扣器额定电流是生产厂商根据IEC 60898-2 Edition 1.1-2003标准在基准温度为30℃的条件下整定的，MCB的工作温度一般推荐为25～55℃。热脱扣器由一种双金属片组成，当通过的电流达到某设定值，并维持一定时间后使MCB脱扣。因此，热脱扣器与温度是息息相关的。如环境温度变化将导致MCB的工作温度变化，使热脱扣器的工作特性相应变化。由于MCB通常安装于配电箱内，使用环境温度也不可能恒定为30℃。实际使用时，终端配电箱内的MCB是紧密无间地安装在一起的，且大多数场合又是嵌在墙内，导致散热效果差，故MCB的实际工作温度总比环境温度高10～15℃左右。因此，当环境温度大于或小于校准温度值时，必须根据有关制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值。一般来说，当环境温度大于或低于校正值10℃时，MCB的额定电流值须减小或增加5%左右。

图4-3 MCB的热脱扣器的电流时间特性曲线

4.MCB的前后级选择性配合

在供配电线路中，对于保护电器必须具有选择性、快速性、灵敏性。快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关，而选择性则与上下级保护电器之间的配合有关。配合恰当，则能有选择地将事故回路切除，保证供电系统的其他无故障部分继续正常运行；反之，则会影响供电的可靠性。MCB的选择性可分两个区域：一个是过载区的选择性，另一个是短路区的选择性。MCB的热脱扣器的电流时间特性是一个反时限曲线，如图4-3所示。

在图4-3所示曲线中t₁、t₂分别代表Q₁、Q₂的最长不开断时间，t′₁、t′₂分别代表Q₁、Q₂的最长开断时间。对于某一电流，如果断路器Q₁的t′₁与Q₂的t₂′构成的关系是t₁′＞t₂′，说明过载区有选择性。通过实践证明，一般MCB在过载区若I₁＞I₂，即能在过载区有选择性。当短路电流流过电磁脱扣系统时，MCB上下间要获得选择性是很困难的，为了防止越级脱扣，一般应使Q₁的瞬时脱扣电流I_m1与Q₂的瞬时脱扣电流I_m2之比大于1.4。当短路电流大于7I_m1时，要想只有Q₂开断，应选限流型断路器作为Q₂，这样可以减少电流的峰值及持续时间，使Q₁免于断开，当然也可选用具有延时的断路器作为Q₁。当短路电流很大时，是很难保证有选择性的，只能获得部分选择性。制造厂商为了方便设计人员选用合适的MCB以确保选择性，在设计参考资料中都有向用户推荐的匹配表，设计人员可以根据匹配表选用上下级的MCB。

5.MCB的附件选用

MCB有一些电气辅助装置和保护附件能与MCB本体拼装组合在一起，扩展使用范围，其中最主要的是漏电保护器（简称RCD）、分励脱扣器（简称ST）和欠电压脱扣器（简称UR）。RCD与MCB组合在一起就能成为带过电流保护的漏电断路器（简称RCBO），安装在配电箱内能防止线路发生单相接地故障时危及人身安全发生，并可有效抑制电气火灾。

MCB的附件UR是当电源电压下降到70%以下时，使MCB脱扣；当电源未恢复正常时，防止MCB重新接通。这样既可防止一些电气设备在欠电压下运行而损坏设备，也可防止电源突然恢复正常时，线路上的电动机等大容量负荷在没有接到控制信号下自行起动，从而提高了线路的安全性。但对于一些特殊要求的场合和一般照明回路则不宜安装UR装置。分励脱扣装置是一种能远距离控制MCB脱扣的装置。

上述两种脱扣装置都是电压型线圈，都能使MCB达到脱扣的目的，但两者也是有区别的。UR是按长时间通电设计的，而ST是按瞬间通电设计的，这一点往往在选用时被疏忽，误把ST当做UR使用，导致ST的烧毁。如果UR当做ST使用，理论上是可行的，但实际上是不经济的。因为UR是24h接入线路中的，终究要消耗一定的电功率，并且发出一定的热量。如果要使UR兼有失压和分励脱扣作用，则在控制回路中应接入一常闭按钮，这点在实际应用中务必注意。