借助ABB公司在2007年9月份發(fā)布的低壓斷路器脫扣曲線白皮書，我們來詳細解讀保護曲線各段的意義，同時與諸位分享一些心得體會。
1、熱磁式斷路器的保護曲線
低壓斷路器的脫扣單元有熱磁式和電子式兩種，由此對應(yīng)兩種脫扣曲線，第一種便是熱磁脫扣曲線，常見于熱磁式塑殼斷路器和微斷。
如下圖所示，I1min是斷路器過載保護的約定不脫扣電流值，當電流小于I1min時，斷路器可以長期承載該電流，不會發(fā)生熱保護動作；I1max是斷路器過載保護的約定脫扣電流值，當電流等于I1max時，斷路器的熱保護會在約定脫扣時間內(nèi)動作。
I3min是斷路器磁保護電流值的下限值，當故障電流低于I3min時，斷路器磁保護不會動作；I3max是斷路器磁保護電流值的上限值，當故障電流大于等于I3max時，斷路器磁保護會立即動作。
介于I1min和I1max之間的電流，斷路器的過載保護可能會動作，也可能不會動作，屬于熱保護的模糊地帶；同理，介于I3min和I3max之間的電流，斷路器的磁保護可能會動作，也可能不會動作，屬于磁保護的模糊地帶；
介于I1max和I3min之間的電流，斷路器的過載保護會動作，動作時間范圍介于該電流對應(yīng)的垂直線與反時限曲線的兩個交點之間。
例如，某熱磁式斷路器的熱保護整定電流I1為200A，磁保護整定電流I3為2000A，當回路里出現(xiàn)300A的過電流時，熱保護動作時間為36.8s左右(此處未考慮時間誤差范圍)。
2、電子式斷路器的保護曲線
第二種類型的保護曲線是電子式脫扣單元保護曲線，常見于塑殼斷路器和框架斷路器，電子式脫扣單元可以實現(xiàn)長延時L、短延時S、瞬時I和接地故障G等保護。
電子式脫扣單元相對于熱磁式，其長延時保護整定電流范圍更寬，一般為脫扣器額定電流的0.4~1.0倍，而熱磁式一般為0.7~1.0倍。電子式脫扣器另一個特點是可以比較精確的設(shè)定短延時保護的電流和延時時間。
2.1 長延時保護L特性
對于斷路器的長延時保護，和熱磁式斷路器熱保護曲線一樣，電流與時間呈反時限特性，即電流越大，斷路器動作時間越短。
ABB在其白皮書中將長延時保護的反時限曲線的允通能量定義為常數(shù)即I2t=K如，下圖所示。通常長延時保護的延時時間一般默認為6Ir所對應(yīng)的時間，常見的有3s，6s，9s和18s等，時間數(shù)值越大，代表斷路器在6倍Ir的過電流下的保護延時時間越長。
長延時保護的延時時間是可調(diào)的，假如某斷路器的長延時保護整定流I1=125A，延時時間設(shè)定值為3s(@6Ir)，那么當發(fā)生3Ir=375A的過電流時，長延時保護的動作時間為多少呢？
根據(jù)I2t=K原則，通過如下公式：
我們可以求出3Ir時的長延時保護時間為：
同理，其他位于長延時保護區(qū)域的過電流所對應(yīng)的動作時間，也可以通過上述方法求出。
2.2 短延時保護S特性
短延時保護曲線有兩種：定時限I2t OFF和反時限I2t ON。
定時限保護I2t OFF的理解很簡單，比如某斷路器的短延時保護S的整定電流值為640A，短延時時間為0.5s，那么當過電流大于等于640A，一直到瞬時保護I的下限動作電流值之間，斷路器都將延時0.5s再動作。
短延時反時限保護I2t ON的理解與前面長延時保護有點類似，都是遵循I2t=K，故障電流越大，動作時間越短。ABB的Emax框架斷路器和Tmax塑殼斷路器分別是以10In和8In作為延時時間的電流基準，例如以0.5s(Tmax@8In)為參考，利用I2t=K等式，可以求出短延時反時限區(qū)域其他電流下的延時時間。
2.3 瞬時保護I的特性
瞬時保護I曲線所對應(yīng)的電流值，當故障電流大于等于瞬時保護整定值時斷路器動作(藍色線)時，瞬時保護立即動作。
值得一提的是ABB的斷路器，和施耐德MT/MTZ框架斷路器一樣也有DIN保護和DINF保護。
DIN保護在GB/T14048.2里也叫瞬時超越保護，當短路電流大于斷路器的短時耐電流值，此時如果斷路器瞬時保護關(guān)閉、短延時保護開啟，那么一旦故障電流超過DIN保護電流值，斷路器出于自身保護，會立即動作。
DIN保護是斷路器的一種自我保護，對于斷路器來講如果自己“扛不住”短路電流(超過了其短時耐受電流能力)，就沒必要再繼續(xù)死撐，還不如盡快跳閘，DIN保護適用于Icw小于等于Ics的斷路器。
DINF保護也叫短路接通分斷保護MCR，如果斷路器在合閘瞬間，恰好合閘在已經(jīng)存在短路故障的線路上，那么斷路器會立即動作，所以斷路器為何需要具備短路接通能力，也是因為斷路器實際使用過程中會遇到這種工況。DINF保護一般在斷路器合閘完成50ms之后自行解除。
3、保護曲線案例分析
前面保護曲線的分析都沒有考慮電流和時間的公差范圍，而實際上斷路器的保護曲線是由上、下兩根曲線所囊括的區(qū)域，上曲線(upper cure)對應(yīng)最大動作時間，下曲線(lower curve)對應(yīng)最小動作時間。
如下圖所示，某斷路器長延時保護整定電流I1為250A，延時時間t1為3s(@6Ir)，短延時保護整定電流I2為5.8In=1450A，公差范圍±10%，定時限保護I2t OFF，延時時間t2為0.5s，公差范圍±10%，瞬時保護I關(guān)閉。
所以結(jié)合電流和時間的公差范圍來分析：
①當故障電流小于I2-10%大于1.3I1時，屬于斷路器的長延時保護區(qū)域，動作時間范圍介于該故障電流垂直線與反時限曲線的兩個交點之間；
②當故障電流介于I2-10%和I2+10%之間時，斷路器動作時間范圍為0.45s~4.75s；
③當故障電流大于I2+10%時，短延時保護的延時時間為0.45s~0.55s之間。
4、總結(jié)
對于低壓斷路器保護曲線的理解，在你沒有捅破這層窗戶紙之前會覺得很難，而一旦理解就會豁然開朗，有種柳暗花明又一村的感覺。
理解保護曲線的幾個難點總結(jié)如下：
第一個是對于兩個動作模糊區(qū)域的理解，過載保護模糊地帶在約定不脫扣電流和約定脫扣電流之間區(qū)域，短路保護模糊地帶在磁保護(瞬時保護)整定電流下限值與上限值之間的區(qū)域。前者是“熱保護(長延時)”可能動作可能不動作，后者是“磁保護(瞬時保護)”動作還是不動作。
第二個是對于短延時保護中反時限I2t ON的理解，因為定時限I2t OFF時，故障電流達到了短延時保護設(shè)定值，就會按固定的延時時間動作，但如果是反時限，動作時間不再是“固定”延時時間，而是電流越大，動作越快；
第三個是對于瞬時超越保護(DIN保護)的理解，它其實是斷路器的一種自我保護機制，超過了自身能力的時候就別再死撐，當斷不斷必受其亂，此時快刀斬亂麻，別猶豫。
作者：賓昭平
