断路器的三段保护，指的是断路器对配电线路所执行的过载长延时L参数保护、短路短延时S参数保护和短路瞬时I参数保护。

注意不要把断路器的保护参数与脱扣器相混淆。我们看下图：

图1：断路器的脱扣器

断路器内部有4个最基本脱扣器，分别是过载保护热脱扣器、短路保护磁脱扣器、欠压保护脱扣器和远程操控的分励脱扣器。

注意：脱扣器是断路器执行开断操控的启动单元机构，而保护参数则是断路器根据电路状况实施电气和逻辑测控部分。线路中的被保护参量一旦越限，就会驱动脱扣器执行断路器开断操作。可见，保护参量是断路器的执行保护的测算部分，而脱扣器以及操动机构则是执行器。

以下我来讲讲断路器的三段保护是怎么回事吧。

1.关于断路器的过载长延时L参数保护原理

我们在中学物理中就学过，当电流I流过电阻时，电阻产生的发热热量Q为：

Q=Pt=I2Rt ，式1

式1中的R是供电线路和用电电器的等效电阻，t是通电时间，P是发热功率。

不管是供电线路也好，是用电电器也好，通电导体发热后的温度若超过最高允许值，则导电材料的机械强度会下降，绝缘材料会加速老化，导电材料的电阻亦会增加。所以，我们必须对系统过载实施开断保护，且过载电流越大开断时间越短。

式1中导电材料的发热量Q和电阻R是系统参量，我们把式1写成这样：Q/R=I²t。这个式子的左侧是系统参量，右侧是断路器的保护参量和时间参量。由于线路导电材料的最大允许发热量以及线路分布电阻是固定的，因此我们可以把式1写成： I2t=K，并进一步推得：

t=KI2 ，式2

我们以横坐标为电流I纵坐标为时间t构建坐标系，此坐标系反映的就是安秒特性。我们看断路器的t=f(I)的过载保护安秒特性曲线，如下：

图2：断路器的过载保护L参数特性

图2所示就是断路器执行线路过载保护的L参数曲线，又叫做过载保护的安秒特性，其要点如下：

1）断路器过载保护脱扣时间t与电流的平方成反比，即t=K/I²；

2）当电流等于负载的额定电流时，断路器的脱扣时间是无穷大。

注意1：我们把图1中保护曲线的特性叫做反时限特性。

2.关于断路器的短路瞬时I参数和短路短延时S参数的保护原理及运用

（1）短路电流对线路产生的热冲击作用和电动力冲击作用浅析

当发生短路时，短路电流会对线路、用电设备导电结构产生热冲击和电动力冲击作用。

我们看短路电流Ik对导电结构产生热冲击后的最高温度表达式：

θk=1α0[(1+α0θ0)eρ0α0tkIk2S2cγ−1] ，式3

式3中的θk就是导电结构受到短路电流Ik冲击后的最高温度，tk是短路电流存在的时间。

由于短路电流存在的时间很短，系统来不及散热，故短路电流产生的能量均用于提高导电结构和线路的温度。按能量不变原则，我们可以推得：

Ik12tk1=Ik22tk2 ，式4

利用式4，我们可以选配断路器在不同时间段中的短时耐受电流Icw值。

注意2：由式3，我们看到了短路电流的热冲击作用与电流的平方有关系，但已经不是正比的关系了。

注意3：我们把I²t叫做允通能量。对于具体的线路来说，线路的允通能量存在确定值。当发生短路时，若允通能量超过线路允许值，则线路会发生电气火灾等严重事故，故断路器的保护特性必须确保允通能量不超过线路的允许值。

我们再看短路电流Ik对导电结构和线路产生的电动力冲击作用，其表达式如下：

F_0=2\times 10^{-7}K_cI_k^2\frac{L}{d} ，式5

式5中，Kc是导电结构的截面系数，Ik就是短路电流，L是导电结构的长度，d是导电结构的中心距。

我们看下图：

图3：单相交流短路电流i产生的电动力F之曲线变化规律

我们看到，短路电动力最大处就在短路电流取最大值处。我们再看短路电流的波形：

图4：短路电流波形

从4中看到，短路电流的最大值（冲击短路电流峰值Ipk）出现在短路后0.01秒。

对于三相导电结构，A相、B相和C相受到的电动力分别为为：

\[\left\{\begin{array}{11}F=2.65F_0，A相和C相\\F=2.80F_0,B相\end {array}\right.\] ，式6

我们看到，B相导体或者线路受到的短路电动力最大。

（2）断路器执行短路保护的方式

断路器执行短路保护有两种方式，其一是限流方式，也即短路电流未达到其峰值前就把线路切断，实现线路的限流保护；其二是短路电流的有效值一旦越过门限值，就切断线路。由于断路器开断时间的限制，线路和断路器自身必须承受冲击短路电流峰值的冲击。

注意4：第二种短路保护方式就是题主探讨的内容。至于断路器的限流型保护，由于题主的主题未涉及，此处从略。

（3）断路器的定时限I参数短路保护和反时限S参数短路保护原理及运用

当短路电流一旦越限，断路器立刻执行开断操作。从断路器脱扣器侦测到短路电流越限到断路器实施开断操作所经历的时间是固定的，我们把这种短路保护叫做定时限I参数特性。

我们看下图：

图5：断路器瞬时保护I参数的安秒特性曲线

我们从图5中看到的动作门限值I3，它就是短路保护动作的最小值。只要短路电流大于I3，则断路器的动作时间长度都是tp，这就是短路瞬时I参数保护被称为定时限保护的原因。

（4）实用中的断路器保护动作安秒特性曲线

先看热磁式断路器的安秒特性曲线：

图6：塑壳断路器的安秒特性曲线

图6中，曲线部分就是过载长延时L参数的反时限保护特性，下部垂直和水平部分就是短路保护I参数的定时限保护特性。图5又叫做L-I两段保护特性。

我们再看下图：

图7：断路器电子式脱扣器的安秒特性曲线

图7中，红色的是过载长延时L参数保护曲线，黄色的是短路瞬时I参数保护曲线。对照图1和图4，我们很容易明白这两段曲线的意义。

（5）反时限短路保护S参数的意义

我们看下图：

图8：各级配电网中的短路点和动作要求

例如图8中最下端的短路点发生在末端电缆上，按道理应当是距离故障点最近的二级配电系统馈电断路器先跳闸，二级配电系统的进线断路器后跳闸。如果二级配电的馈电断路器不跳闸而让二级配电的进线断路器跳闸，则其它正常运行的回路也发生了停电事故，造成事故扩大化。

为了防止事故扩大化，一般让上级断路器的保护动作门限电流为下级断路器的1.5倍，保护动作时间长70ms。我们把这种关系叫做选择性保护配合关系。断路器的短路保护S参数反时限动作特性就是为了实现选择性而配套的，见图6中绿色的S特性曲线。

3.结论

现在，我们可以给出结论了：

断路器的三段保护指的是LSI保护特性。其中L是过载长延时保护特性，S是短路短延时保护特性，I是短路瞬时保护特性。

最后，给个提醒：

断路器的三段保护指的是断路器执行线路保护时的具体措施，且要把断路器的三段保护与断路器的电流参数关联起来。

断路器的电流参数不等式为：

I1≤In<I2<I3<Icw≤Ics≤Icu<Icm ，式7

式7中的I1就是过载保护L参数的门限值，I2是短路反时限保护S参数的门限值，I3是短路瞬时I参数的门限值，In是额定电流，Icw是短时耐受电流，Icu是极限短路分断能力，Icm是短路接通能力。

从Icw开始往右，是断路器用于保护它自身的参数。我们看到，即使是I3，它也是小于Icw的。

要把断路器用于保护线路的三段保护措施与保护它自身的几个参数区分开来，一定不能弄混。要从原理和选配上明确式7的意义，并能熟练掌握式7。

就写到这里吧。