建筑电气小知识：断路器级联选择性及保护分析

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1、级联的介绍

根据低压配电设计规范，工业传感器系统设计最主要的目的就是在遇到短路的情况下，整个系统能够保证动稳定和热稳定。简单说就是选择的断路器能够及时的切断短路电流，减少短路电流对配电系统的冲击。

断路器能够提供三种主要的保护功能。过流保护用来切断过载电流，短路延时保护用来进行阻抗性短路保护，瞬动保护用来进行金属性短路保护。其中断路器的短路分断能力是最为核心的性能参数。

这三种基本保护为配电系统提供了可靠的保护，但整个配电系统不是单个断路器就可以实现保护的，它有上下级的配合。例如民用建筑中低压配电系统一般分为两级配电。第一级配电由变压器供电经低压配电屏以干线方式配出，第二级配电由低压配电屏配出的干线经动力配电箱，照明配电箱向负荷配出。如果有了上下级，就不能单独看一个点了，而需要考虑上下级的配合。级联技术可以在上级使用了限流保护断路器的情况下，在下级使用分断能力低于预期短路电流的断路器。级联适用于所有上下级配电装置，而不仅限于相邻的上下级配电。

2、级联的机制

级联保护机制可理解为，上下级断路器的级与级之间的联动保护，它是建立在限流能力的基础上的。以上下级为例，下级断路器遇到短路，短路电流产生电动斥力，上下级断路器触头微微斥开，回路中串入两段小电弧，小电弧限制了回路中的短路电流，下级断路器在限流后的短路电流下分断，同时上级断路器触头闭合恢复正常的接通。

上下级断路器级联保护

利用断路器的限流能力实现级联保护，说明系统中的元件不是孤立单独的起作用，而是相互配合联动的，是系统的一部分。它的好处主要有三点：

1. 由于限流作用，上级断路器远离了动作电流范围，提供了可靠的选择性保护；2. 由于上下级共同提供的限流作用，下级断路器实际分断电流要小于预期计算的短路电流，降低了下级断路器的分断能力要求，能够降低系统成本；3. 由于共同的限流作用，实际的短路电流会小于计算的预期电流，这样就提高了回路中电器设备的使用寿命。参看下图可以清晰的看到级联对于短路电流的抑制。

级联限流效果

3、级联可靠吗？

级联技术是限流技术的一种运用，是20世纪60年代限流断路器研发成功后于70年代在配电技术应用中发展起来的。这种技术根本上是限流技术的衍生。如果你了解限流技术的实现原理就会对级联技术有信心了。

限流技术主要有三种方式：1. 电动力限流，断路器分断单元中设计了U形回路，能够在短路发生时产生电动斥力，电动斥力可以克服触头的弹簧压力，让触头微微打开，降低短路电流；2. 机械结构限流，机构设计上实现过载时，动触头打开；3. 灭弧限流，设计良好的灭弧能力有效的限制短路电流。

级联的原理已经被IEC364-434.3标准公认，同时级联技术被写入GB 14048．2《低压开关设备和控制设备第2部分: 断路器》的附录A: 包括上下级断路器之间的选择性保护及后备保护。

国外低压供电方式采用两路或多路并联运行的方式，对下级断路器的分断性能要求大大提高，而级联的运用，可大大减少系统的成本，因此级联技术在国外广泛使用。