断路器_熔断器的选择和级联配合

第29卷第5期运城学院学报

Journal of Yuncheng University

Vol．29No．5

2011年10月Oct．2011

断路器、熔断器的选择和级联配合

申莎莎①

（运城学院物理与电子工程系，山西运城044000）

摘

要：基站或者机房中设备发生短路事故，断路器或熔断器直接影响电源系统的稳定性。在电源系统中，

用降额法选择断路器和熔断器型号并利用脱扣曲线和电流特性曲线确定使用范围能提高电源安全性；描点绘图法确定二者选择性配合方式能够保障稳定的电源系统。

关键词：断路器；熔断器；级联中图分类号：TN16

文献标志码：A

文章编号：1008－8008（2011）05－0036－03

电源系统在基站或者机房中发挥着重要的作用，电源系统的稳定性直接关系到用户的设备能否如果在用户的设备某处发生短路事故，电正常工作，

源系统上的断路器或熔断器不能可靠分断，或者因

为级联配合选型不合理，事故发生时断路器或熔断

≤In ≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流

（A ）；IZ 是导线载流量（A ）。

热磁断路器的热脱扣值与使用环境温度成反比关系，当温度较高时减少，而温度降低时增大，所以

器越级熔断，造成断电范围扩大，这些都是电源系统在设计时应该参考标准校正方法。一般温度变化

［1］

脱扣值变化5%。空气断路器并排安装超过配电上不允许出现的失误。本文首先简单介绍断路10K ，器和熔断器选型的基本方法和注意要点，然后介绍

断路器和熔断器的级联配合。

1．关于断路器选择，应遵循以下的基本原则（1）额定电压Un 应该大于或等于工作回路的最大电压，在高于其额定电压的回路中，断路器无法

同一断路器可以规定在几种额定工保证可靠分断，

作电压下使用，但相应的分断能力并不相同。直流

回路中一般用直流液压断路器；如系统电压小于等于60VDC ，也可使用小型交流断路器。还必须注意

由于触点表面氧化的缘故，实际使用线路电压不到，

DC ，得低于12VAC 、电流也应该大于10mA （关于这个数尚无定论），否则由于触点表面氧化可能出现接触电阻变大甚至无法正常导通的情况。

（2）额定电流In 需要满足：热磁式：IB ≤In ×0．9×Ts ≤IZ ；液压式：IB ≤In ×0．9≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是断路器额定电流（A ）；Ts 是温度系数，一般是温度每增加10度电流减少5%；IZ 是导线载流量（A ）。

GB50054－95《低压配电设计规范》中规定：IB

三个时，也要考虑降额问题；液压断路器由于工作原

理与热磁式不同，受温度的影响很小，可以不予考虑

［2］

。

（3）小型交流断路器脱扣特性按IEC898规定，

C ，D 根据不同负载对脱扣时间的不同要求分为B ，几种曲线。主要区别是：在线路过载时分断时间不

B 型适用于接通电流较同和短路时分断倍数不同，

C 型适用于接通电流较高的小的导线和电缆保护，

D 型适用于接通起动电流较大的导线和电缆保护，

所以必须按实际使用中不同负载选择相设备保护，

应脱扣曲线。

（4）按回路中可能发生的最大短路电流来校验，负载回路可在负载端口做短路实验来得到回路的最大短路电流。短路分断能力分为：极限短路分断能力（Icu ）、运行短路分断能力（Ics ）和短时耐受电流（Icw ），使用用Icu 和最大短路电流比较就可以

［3］了，使用Ics 选配空开会造成浪费。

2．关于熔断器选型，应遵循以下的基本原则

（1）额定电压Un 应该大于工作回路的最大电

①

收稿日期：2011－05－28

作者简介：申莎莎（1984－），女，山西运城人，运城学院物理与电子工程系助教，硕士。

·36·

压，在高于其额定电压的回路中，熔断器无法保证可靠分断，而在低于其额定电压的回路中，熔断器具有更大分断能力范围；因此禁止熔断器恢复电压高于其额定电压。对于三相电路中使用的熔断器需要特别注意，需要保证在任何可能故障情况下，熔断器熔断后两端电压均小于其额定电压；如果应用于直流在分断能力要求相同的情况下，使用电压要低回路，

于1/2额定电压Un 。

（2）按照GB50054－95《低压配电设计规范》中规定：IB ≤InX0．9（0．75）XTs ≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A ）；Ts 是温度降额，具体值参考厂家的规格书；IZ 是导线载流量（A ）。

（3）时间电流曲线熔断器最重要的特性就是反

接地故障（包括零序电流和剩余电流保护）保护，分别实现过载、断路延时、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，容易满足各种防护要求。另外，可有级联保护功能，具有更良好的选择性动作性能；多具有智能特点，除保护功能外，还有电量测量、故障记录，以及通信借口，实现配电装置及系统集中监控管理。

（2）断路器相比熔断器的缺点：成本相对高；体积相对大；分断能力相对低。

（3）熔断器相对断路器的优点：成本低；安装体积小；分断能力强。

（4）熔断器相对断路器的缺点：故障熔断后必须更换熔断体；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；发生一

时限特性，也就是通过电流越大，熔断时间就越短，相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后

果，当然可用加装别的设备予以弥补，实现一相熔断

可断开三相；不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。

综上所述，虽然断路器功能强大，但是熔断器由价格低廉，而且很多场合只需要一些基础于体积小，

的保护功能就可以达到目的，所以在这些场合建议

［5］使用熔断器。

4．断路器和熔断器的级联配合

这就是下面要说的时间电流曲线，熔断器要提供可靠的保护，其时间－电流特性曲线应当位于被保护如图

：设备耐受时间－电流特性曲线的左下方，

断路器和熔断器的级联配合，也叫选择性配合，

就是选择合适的额定电流和断路器的整定时间，保证上下级配合时的选择性和可靠性，就是“该断的

。下面分别说明不该断的绝对不能断”一定要断，

图1

熔断器和被保护设备的时间－电流特性曲线

（4）最大分断能力范围在一般的条件下，要满

足回路保护的要求：即熔断器分断能力范围应大于线路可能产生的故障电流的范围或线路保护设计要

而保险丝分断电路后，保险丝管不求其保护的范围，

应破裂、铜帽飞脱、且铜帽两端的绝缘电阻不小于

0．1M Ω。

3．熔断器和断路器的比较

近几年熔断器的使用量越来越少，工业和民用配电都越来越喜欢使用断路器，因为断路器可以重复使用，可以安装多种辅助触点和辅助功能，但是熔断器也有优点，现在就简单比较一下两种器件的优缺点

［4］

断路器和熔断器级联选择的简单方法。

（1）熔断器和熔断器的级联配合：熔断器级联相对容易一些，各级熔断器保证级差的合理配合。一般认为上下级额定电流比大于1．6∶1就可以保证精度，而实际应用中上、下级熔断器之间额定电流值最好保证2－4级级差。这样基本不会出现“该断不断”的情况，但如果干路和支路不是一种类型的熔断器，那务必保证干路是慢熔，支路是快熔。（2）断路器和断路器级联配合，按时限级差配合，支路选用瞬动，干路选用短延时0．2－0．4S ，务必选用可选择的断路器，保证干路空开比支路的延时0．2－0．4S ，且容量大1－2个级别。（3）熔断器和断路器，这种配合一般是把熔断器放在干路里，断路器放在支路里，目地是增大主回路的短路分断能力，比如支路里空开的短路分断能力是5KA ，那么干路的熔丝有可能是40KA 。如果有不同于以上三种级联配合的选型要求，可查阅所用器件的时间/电流脱扣特性曲线，务必保

·37·

：

（1）断路器相比熔断器的优点：故障断开后，可

以手动复位，不必更换元件；有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时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；带电操机构时可实现遥控；具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和

证支路所用器件的时间/电流脱扣特性曲线在干路器件时间/电流脱扣特性曲线的左方，如果要求更准确防止误动作可把干路器件的电流等级提高2－3级。

5．举例

现在有一48V 电源系统，要求干路额定电流10A ，使用空开，支路共三个，为节省成本使用熔断

以下时空开不会越级跳闸，而10A 电源系统的短路

电流肯定不会超过80A ，选择性配合选型有效。另外还有几点补充说明：电池回路如果短路不能及时切断，有可能引发火灾，所以可以采用空开和熔丝串联来增加可靠性。现在的模块很多都在短路时输出限流，如果输出回路较多，采用断路器和熔断如果输出只有一路或者两路，因器保护能发挥作用，

器，第一路负载为照明设备，纯阻性，最大4A ，第二为短路时模块限流断路器和熔断器也无法切断故

路负载为为用户的二次模块，恒功率输入，最大5A ，障，所以这时使用断路器和熔断器就没有太大意义第三路是客户的其他负载，最大电流3A ，环境温度了。空开在高温下离散的很厉害，同样50A 的空开要求65度。

分析过程：

（1）首先确定各个分路的熔断器型号：4A 纯阻性，电流4A 电压48V ，按照公式IB ≤InX0．9（0．75）XTs ≤IZ 来选择，考虑温度降额，选择电流6．3A 电压250VAC 的熔丝，由于是支路中器件，所以选择快熔。5A 二次模块，电流5A 电压48V 。3A 其他负

电流3A 电压48V 。载，

在环境温度65度时，有些带20A 负载就会跳闸，有

的带45A 都不跳，只能按照最低值来选择，防止空开误动作。空开的触点在低电压低电流下有可能出现接触电阻变大甚至断路，的情况，所以要避免空开在低电压低电流下工作，多低是低电压低电流呢？

1A 以下就一般认为112VAC /DC以下就算低电压，算低电流

［6］

。

（2）选择干路空开型号：电压和电流，最大电流参考文献：

1］张涛．试论断路器的选择与应用［J ］．科技信息，2009，10A ，电压48VDC ，按照IB ≤In ×0．9×Ts ≤IZ 选择［

28．电流，额定电流为16A 的断路器在65度时降额到

2］梁海深．配电变压器容量的选择及经济效益的探讨［J ］．12A 使用，0．9×12=10．8A ≥10A ，电流降额满足要［

求。脱扣曲线，负载没有特殊要求，选择普通用配电［3］张洪亮．．电力变压器的正确使用与节能措施［J ］．黑龙

断路器，也就是C 型脱扣曲线，分断能力为6KA ，由于模块有输出限流功能，对分断能力要求并不高。

（3）验算上下级配合：首先在断路器的时间－

2008，（7）．江科技信息，

［4］罗文骥，．谢冰．智能选相真空断路器的研究与应用［J ］

2007，（2）．西铁科技，

2008，16．广东科技，

电流曲线上选取一些点，得到在一些参考电流上的［5］董林，程武山，司海立，李如甲．低压断路器智能测控系

跳闸时间。J ］．微计算机信息，2009，28．统的设计与实现［

6］胥俊勇．低压熔断器和断路器的比较和应用［J ］．新疆（4）再在熔断器的曲线按照断路器的额定电流［

2008，（3）．化工，值选取一些点，得到熔断器在相应电流值时的熔断

时间。

用描点绘图法将两组数据放在同一坐标系中，

可得两组曲线，比较两组曲线，可知在短路电流80A

【责任编辑

马太来】

The choose and coordination of circuit breakers and fuses

SHEN Sha －sha

（Department of physics and Electronic Engineering ，Yuncheng University ，Yuncheng 044000，China ）Abstract ：Abstract ：When the base station or the equipment room fall into a short －circuit accident ，circuit breakers of fuses may play an important role in the stability of power system．The system using a quota －ruducing method to select the circuit breakers and fuses can enhances the safety of electrical source．And the point －scan-ning method to determine the selective coordination of them can do better to ensure the stability of a power supply system．

Key Words ：Breakers ，Fuses ，Cascade coordination ·38·

第29卷第5期运城学院学报

Journal of Yuncheng University

Vol．29No．5

2011年10月Oct．2011

断路器、熔断器的选择和级联配合

申莎莎①

（运城学院物理与电子工程系，山西运城044000）

摘

要：基站或者机房中设备发生短路事故，断路器或熔断器直接影响电源系统的稳定性。在电源系统中，

用降额法选择断路器和熔断器型号并利用脱扣曲线和电流特性曲线确定使用范围能提高电源安全性；描点绘图法确定二者选择性配合方式能够保障稳定的电源系统。

关键词：断路器；熔断器；级联中图分类号：TN16

文献标志码：A

文章编号：1008－8008（2011）05－0036－03

电源系统在基站或者机房中发挥着重要的作用，电源系统的稳定性直接关系到用户的设备能否如果在用户的设备某处发生短路事故，电正常工作，

源系统上的断路器或熔断器不能可靠分断，或者因

为级联配合选型不合理，事故发生时断路器或熔断

≤In ≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流

（A ）；IZ 是导线载流量（A ）。

热磁断路器的热脱扣值与使用环境温度成反比关系，当温度较高时减少，而温度降低时增大，所以

器越级熔断，造成断电范围扩大，这些都是电源系统在设计时应该参考标准校正方法。一般温度变化

［1］

脱扣值变化5%。空气断路器并排安装超过配电上不允许出现的失误。本文首先简单介绍断路10K ，器和熔断器选型的基本方法和注意要点，然后介绍

断路器和熔断器的级联配合。

1．关于断路器选择，应遵循以下的基本原则（1）额定电压Un 应该大于或等于工作回路的最大电压，在高于其额定电压的回路中，断路器无法

同一断路器可以规定在几种额定工保证可靠分断，

作电压下使用，但相应的分断能力并不相同。直流

回路中一般用直流液压断路器；如系统电压小于等于60VDC ，也可使用小型交流断路器。还必须注意

由于触点表面氧化的缘故，实际使用线路电压不到，

DC ，得低于12VAC 、电流也应该大于10mA （关于这个数尚无定论），否则由于触点表面氧化可能出现接触电阻变大甚至无法正常导通的情况。

（2）额定电流In 需要满足：热磁式：IB ≤In ×0．9×Ts ≤IZ ；液压式：IB ≤In ×0．9≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是断路器额定电流（A ）；Ts 是温度系数，一般是温度每增加10度电流减少5%；IZ 是导线载流量（A ）。

GB50054－95《低压配电设计规范》中规定：IB

三个时，也要考虑降额问题；液压断路器由于工作原

理与热磁式不同，受温度的影响很小，可以不予考虑

［2］

。

（3）小型交流断路器脱扣特性按IEC898规定，

C ，D 根据不同负载对脱扣时间的不同要求分为B ，几种曲线。主要区别是：在线路过载时分断时间不

B 型适用于接通电流较同和短路时分断倍数不同，

C 型适用于接通电流较高的小的导线和电缆保护，

D 型适用于接通起动电流较大的导线和电缆保护，

所以必须按实际使用中不同负载选择相设备保护，

应脱扣曲线。

（4）按回路中可能发生的最大短路电流来校验，负载回路可在负载端口做短路实验来得到回路的最大短路电流。短路分断能力分为：极限短路分断能力（Icu ）、运行短路分断能力（Ics ）和短时耐受电流（Icw ），使用用Icu 和最大短路电流比较就可以

［3］了，使用Ics 选配空开会造成浪费。

2．关于熔断器选型，应遵循以下的基本原则

（1）额定电压Un 应该大于工作回路的最大电

①

收稿日期：2011－05－28

作者简介：申莎莎（1984－），女，山西运城人，运城学院物理与电子工程系助教，硕士。

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压，在高于其额定电压的回路中，熔断器无法保证可靠分断，而在低于其额定电压的回路中，熔断器具有更大分断能力范围；因此禁止熔断器恢复电压高于其额定电压。对于三相电路中使用的熔断器需要特别注意，需要保证在任何可能故障情况下，熔断器熔断后两端电压均小于其额定电压；如果应用于直流在分断能力要求相同的情况下，使用电压要低回路，

于1/2额定电压Un 。

（2）按照GB50054－95《低压配电设计规范》中规定：IB ≤InX0．9（0．75）XTs ≤IZ 。式中IB 是线路计算负载电流（A ）；In 是熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A ）；Ts 是温度降额，具体值参考厂家的规格书；IZ 是导线载流量（A ）。

（3）时间电流曲线熔断器最重要的特性就是反

接地故障（包括零序电流和剩余电流保护）保护，分别实现过载、断路延时、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，容易满足各种防护要求。另外，可有级联保护功能，具有更良好的选择性动作性能；多具有智能特点，除保护功能外，还有电量测量、故障记录，以及通信借口，实现配电装置及系统集中监控管理。

（2）断路器相比熔断器的缺点：成本相对高；体积相对大；分断能力相对低。

（3）熔断器相对断路器的优点：成本低；安装体积小；分断能力强。

（4）熔断器相对断路器的缺点：故障熔断后必须更换熔断体；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；发生一

时限特性，也就是通过电流越大，熔断时间就越短，相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后

果，当然可用加装别的设备予以弥补，实现一相熔断

可断开三相；不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。

综上所述，虽然断路器功能强大，但是熔断器由价格低廉，而且很多场合只需要一些基础于体积小，

的保护功能就可以达到目的，所以在这些场合建议

［5］使用熔断器。

4．断路器和熔断器的级联配合

这就是下面要说的时间电流曲线，熔断器要提供可靠的保护，其时间－电流特性曲线应当位于被保护如图

：设备耐受时间－电流特性曲线的左下方，

断路器和熔断器的级联配合，也叫选择性配合，

就是选择合适的额定电流和断路器的整定时间，保证上下级配合时的选择性和可靠性，就是“该断的

。下面分别说明不该断的绝对不能断”一定要断，

图1

熔断器和被保护设备的时间－电流特性曲线

（4）最大分断能力范围在一般的条件下，要满

足回路保护的要求：即熔断器分断能力范围应大于线路可能产生的故障电流的范围或线路保护设计要

而保险丝分断电路后，保险丝管不求其保护的范围，

应破裂、铜帽飞脱、且铜帽两端的绝缘电阻不小于

0．1M Ω。

3．熔断器和断路器的比较

近几年熔断器的使用量越来越少，工业和民用配电都越来越喜欢使用断路器，因为断路器可以重复使用，可以安装多种辅助触点和辅助功能，但是熔断器也有优点，现在就简单比较一下两种器件的优缺点

［4］

断路器和熔断器级联选择的简单方法。

（1）熔断器和熔断器的级联配合：熔断器级联相对容易一些，各级熔断器保证级差的合理配合。一般认为上下级额定电流比大于1．6∶1就可以保证精度，而实际应用中上、下级熔断器之间额定电流值最好保证2－4级级差。这样基本不会出现“该断不断”的情况，但如果干路和支路不是一种类型的熔断器，那务必保证干路是慢熔，支路是快熔。（2）断路器和断路器级联配合，按时限级差配合，支路选用瞬动，干路选用短延时0．2－0．4S ，务必选用可选择的断路器，保证干路空开比支路的延时0．2－0．4S ，且容量大1－2个级别。（3）熔断器和断路器，这种配合一般是把熔断器放在干路里，断路器放在支路里，目地是增大主回路的短路分断能力，比如支路里空开的短路分断能力是5KA ，那么干路的熔丝有可能是40KA 。如果有不同于以上三种级联配合的选型要求，可查阅所用器件的时间/电流脱扣特性曲线，务必保

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：

（1）断路器相比熔断器的优点：故障断开后，可

以手动复位，不必更换元件；有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时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；带电操机构时可实现遥控；具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和

证支路所用器件的时间/电流脱扣特性曲线在干路器件时间/电流脱扣特性曲线的左方，如果要求更准确防止误动作可把干路器件的电流等级提高2－3级。

5．举例

现在有一48V 电源系统，要求干路额定电流10A ，使用空开，支路共三个，为节省成本使用熔断

以下时空开不会越级跳闸，而10A 电源系统的短路

电流肯定不会超过80A ，选择性配合选型有效。另外还有几点补充说明：电池回路如果短路不能及时切断，有可能引发火灾，所以可以采用空开和熔丝串联来增加可靠性。现在的模块很多都在短路时输出限流，如果输出回路较多，采用断路器和熔断如果输出只有一路或者两路，因器保护能发挥作用，

器，第一路负载为照明设备，纯阻性，最大4A ，第二为短路时模块限流断路器和熔断器也无法切断故

路负载为为用户的二次模块，恒功率输入，最大5A ，障，所以这时使用断路器和熔断器就没有太大意义第三路是客户的其他负载，最大电流3A ，环境温度了。空开在高温下离散的很厉害，同样50A 的空开要求65度。

分析过程：

（1）首先确定各个分路的熔断器型号：4A 纯阻性，电流4A 电压48V ，按照公式IB ≤InX0．9（0．75）XTs ≤IZ 来选择，考虑温度降额，选择电流6．3A 电压250VAC 的熔丝，由于是支路中器件，所以选择快熔。5A 二次模块，电流5A 电压48V 。3A 其他负

电流3A 电压48V 。载，

在环境温度65度时，有些带20A 负载就会跳闸，有

的带45A 都不跳，只能按照最低值来选择，防止空开误动作。空开的触点在低电压低电流下有可能出现接触电阻变大甚至断路，的情况，所以要避免空开在低电压低电流下工作，多低是低电压低电流呢？

1A 以下就一般认为112VAC /DC以下就算低电压，算低电流

［6］

。

（2）选择干路空开型号：电压和电流，最大电流参考文献：

1］张涛．试论断路器的选择与应用［J ］．科技信息，2009，10A ，电压48VDC ，按照IB ≤In ×0．9×Ts ≤IZ 选择［

28．电流，额定电流为16A 的断路器在65度时降额到

2］梁海深．配电变压器容量的选择及经济效益的探讨［J ］．12A 使用，0．9×12=10．8A ≥10A ，电流降额满足要［

求。脱扣曲线，负载没有特殊要求，选择普通用配电［3］张洪亮．．电力变压器的正确使用与节能措施［J ］．黑龙

断路器，也就是C 型脱扣曲线，分断能力为6KA ，由于模块有输出限流功能，对分断能力要求并不高。

（3）验算上下级配合：首先在断路器的时间－

2008，（7）．江科技信息，

［4］罗文骥，．谢冰．智能选相真空断路器的研究与应用［J ］

2007，（2）．西铁科技，

2008，16．广东科技，

电流曲线上选取一些点，得到在一些参考电流上的［5］董林，程武山，司海立，李如甲．低压断路器智能测控系

跳闸时间。J ］．微计算机信息，2009，28．统的设计与实现［

6］胥俊勇．低压熔断器和断路器的比较和应用［J ］．新疆（4）再在熔断器的曲线按照断路器的额定电流［

2008，（3）．化工，值选取一些点，得到熔断器在相应电流值时的熔断

时间。

用描点绘图法将两组数据放在同一坐标系中，

可得两组曲线，比较两组曲线，可知在短路电流80A

【责任编辑

马太来】

The choose and coordination of circuit breakers and fuses

SHEN Sha －sha

（Department of physics and Electronic Engineering ，Yuncheng University ，Yuncheng 044000，China ）Abstract ：Abstract ：When the base station or the equipment room fall into a short －circuit accident ，circuit breakers of fuses may play an important role in the stability of power system．The system using a quota －ruducing method to select the circuit breakers and fuses can enhances the safety of electrical source．And the point －scan-ning method to determine the selective coordination of them can do better to ensure the stability of a power supply system．

Key Words ：Breakers ，Fuses ，Cascade coordination ·38·