（本文由施耐德电气低压断路器产品应用专家程曦撰写）

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6 限流断路器与能量选择性

A类断路器选择性配合的“其他方式”通常为利用断路器的限流和（或）快速分断及其衍生技术，并通过 GB/T14048.2-2020附录A进行试验验证。

6.1 限流断路器

和熔断器具有限流特性一样，A类断路器和部分B 类断路器也具有限流特性。所谓限流断路器，根据GB/T14048.2-2020的定义，在规定的电流范围内能够阻止允通电流达到预期峰值的断路器，其限制允通It值小于对称预期电流半个周波的 It值。

根据GB14048.1-2012的 2.5.19术语定义，允通电流又称为截断电流，断路器在分断预期短路电流时，实际能够达到的最大电流瞬时值。

根据GB14048.1-2012 的 2.5.18术语定义，允通 It称为焦耳积分。为断路器分断预期短路电流过程实际产生的热应力。

例如，对于400/440V下100kA的预期短路电流，根据GB14048.2-2020约定的峰值系数，其预期峰值电流为220k，但经过断路器NSX400限流以后，实际的峰值电流仅有40k，而实际的有效值仅为20kA，如图6.1-1所示。因为实际电流被大幅限制，所以焦耳积分也得到了明显的抑制，从预期的100×106A2s限制为2.8×106A2s（预期能量按半个周波计算）。

断路器的限流通常是利用触头斥开和快速分断实现，触头斥开是利用短路电流产生的霍姆力和洛伦磁力，霍姆力是触点接触时因电流线收缩产生，洛伦磁力由分断单元载流导体产生，并由触头结构或形状形成的载流回路来增强斥开力，例如U型的静触头结构在动静触头之间形成相反的载流回路有利于增强洛伦磁力，触头斥开后在动、静触头之间串联一段阻抗性电弧，双断点触头可产生两段串联电弧而具有更强的限流能力。

ComPacT NSX、EasyPacT CVS系列断路器因采用U型静触头和旋转双动触头而具有优异的限流特性，其每极的分断单元如图6.1-2所示。

限流也可以通过快速分断实现，比如通过判断电流的微分（di/dt=电流上升的速度）或者依靠电动力作用在机构上直接解锁滑扣来实现。触头斥开限流的限流效果优于单纯的快速脱扣，因为触头斥开直接由电动力作用，而快速脱扣需要机构动作传动之后才能完成，限流常通过触头斥开和快速脱扣两种手段结合来实施，这样方可大幅限制峰值电流和允通能量。

如果只通过触头斥开限流而不快速脱扣分断，虽然可以限制电流的峰值和允通能量，但电弧温度和能量均很高，即使短暂的停留也会对触头产生不可逆的灼伤，时间越长，灼伤程度越大。因此斥开限流的同时应尽可能地快速分断熄弧而不是仅斥开让电弧驻留一段时间以后通过短路瞬动保护动作再分断，以最大限度地减轻电弧对触头的损伤，并且快速动作进一步也限制了短路产生的允通能量。

MasterPacT MTZ/MT系列空气断路器的限流型既有通过快速分断也有触头斥开与快速分断结合的方式，空气断路器主要用于一级配电，通常以高短时耐受能力为基础的时间选择性实现与下级的选择性配合，Icw=100%Ics=100%Icu时能够100% 实现全选择性，但空气断路器也有MasterPacT MTZ/MT L1高分断低耐受的限流断路器，通过特殊设计的触头结构斥开限流和机械式瞬时超越脱扣器（机械滑扣式DIN保护）快速分断实现更强的限流，具备高分断高限流特性，如图6.1-3所示，也有只配备机械式瞬时超越脱扣器的高分断低限流特性的MasterPacT MTZ/MT H3型空气断路器。

MTZ/MT L1限流型的空气断路器主要用于多电源并列运行系统中直接保护由一级配电供电的设备，侧重于限制允通电流和能量以更好地保护“末端”或下游线路及设备，这种场景下只要求高分断、低耐受，只需与上级满足选择性配合即可，而且限流使其与上级选择性配合更加容易，这也是有些场合采用限流型断路器更加适合的原因。

但作为二级配电核心元件的塑壳断路器，更多的是需要考虑与上级及下级之间的选择性配合，考虑到其本身是A类断路器，在触头斥开和快速分断实现限流的同时，可衍生出能量脱扣技术作为A类断路器实现选择性配合的“其他方式”之一。

6.2 断路器的能量脱扣

NSX、CVS 系列塑壳断路器分断单元具有独特专利设计的双旋转触头，在限流时多串联一段电弧，并且静触头采用 U 型结构通过洛伦磁力增加触头的斥开，相比单断点拍合式的断路器具备更加优异的限流特性。同时，内部搭载独有的 Reflex 能量脱扣系统，借助触头斥开后产生高能量的电弧汽化分断单元内部高分子材料，当能量汽化高分子材料在脱扣气腔内产生足够压力时，将直接推动“活塞”机构完成脱扣，在小于半波时间（10ms）内完成故障电流分断，这就是 Reflex 能量脱扣。

Reflex 能量脱扣作为独立的脱扣装置，相比电子脱扣器省去了测量、运算、比较和脱扣线圈动作环节，相比热磁式断路器也缩短了脱扣动作传动链，所以脱扣动作更快。不仅大幅限制了短路电流的峰值和允通能量，同时通过能量脱扣快速动作进一步减小允通能量。

触头斥开未必能够触发能量脱扣，触头斥开是能量脱扣的必要而非充分条件，也就说只有触头先斥开产生串联电弧开始限流，并且限流的同时串联电弧产生的能量足够才能触发能量脱扣。脱扣的能量与短路电流斥开产生的电弧能量有关，动静触头斥开的阈值与触头之间的压力有关，触头压力又与断路器的额定电流有关，因此，能量脱扣的阈值相应地由断路器的额定电流 In 决定。

能量脱扣作为一种特殊的脱扣方式，独立于断路器正常的过载、短路短延时和瞬动脱扣保护，类似于电流不可调的瞬动保护，但与常规保护由脱扣器动作推动机构脱扣不同，能量脱扣由断路器分断单元直接动作推动机构脱扣。常规的瞬动脱扣固有延时 ≥10ms，全分段时间 ≤50ms，电流整定阈值≤15In，而能量脱扣阈值为 25In，脱扣电流高于瞬动保护阈值，分断时间 <10ms，电流和时间均不可调，如图 6.2 所示，绿色区域为 NSX 断路器的能量脱扣区域。

6.3 能量选择性

由前面 5.2 节分析可知，超出上级耐受能力（瞬动保护或者后备保护）之后的选择性通过时间 - 电流特性曲线比对或者理论计算已经无法判断。而 NSX、CVS 系列塑壳断路器的能量脱扣作为一种独立的脱扣方式，对于超过上级耐受之后依然可通过上下级断路器的能量脱扣实现选择性。

在下级下游发生短路故障时，上下级虽然同时检测到故障电流，但上下级限流以后的短路电流产生的能量仅能触发下级断路器能量脱扣，而不足以触发上级能量脱扣。因为下级额定电流较小而限流能力更强，即使上级断路器触头斥开限流，但上级触头斥开产生的能量不足以引起上级能量脱扣，更重要的是，即使上级触头斥开时从实际电流角度衡量上级断路器的瞬动保护会动作脱扣，但因下级的能量脱扣全分断时间小于上级瞬动的固有动作时间，下级能量脱扣以小于上级瞬动固有动作时间的速度快速切除故障，这样，上级的瞬动脱扣因实际故障电流持续时间不足而来不及脱扣，上级的能量脱扣因短路产生的能量不足也无法脱扣，因此对于下级下游的故障只有下级能量脱扣而跳闸，从而实现了串联上下级断路器之间的能量选择性。

能量脱扣也未必一定能够实现全选择性，如果短路电流足够大，即使经过上下级限流，在上下级触头均斥开产生的能量就足以引起上下级断路器同时能量脱扣，此时也将失去能量选择性。在上下级断路器额定电流之比 ≥2.5 倍时，通过能量脱扣可以实现全选择性，因为经上下级限流以后的故障电流仅能够让下级能量脱扣但不足以导致上级能量脱扣。

因此，能量选择性是由于短路以后上下级断路器额定电流的差异，使得同一短路电流在上下级触头斥开各自产生能量，但产生的能量仅能使下级脱扣，而不足以使上级脱扣，从而可以实现选择性。在上下级断路器额定电流之比 ≥2.5 倍时，通常能量脱扣可实现全选择性。

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