論低壓斷路器的選擇和應(yīng)用
時(shí)間:2008-03-20 13:11:00來源:hanjuan
導(dǎo)語(yǔ):?低壓斷路器用途廣泛,它不僅用于主干線、支路、電路末端等作線路(電纜、電線)及電氣設(shè)備的不頻繁合、分和過載、短路、欠電壓等故障的保護(hù),還應(yīng)用于各種負(fù)載
低壓斷路器用途廣泛,它不僅用于主干線、支路、電路末端等作線路(電纜、電線)及電氣設(shè)備的不頻繁合、分和過載、短路、欠電壓等故障的保護(hù),還應(yīng)用于各種負(fù)載,如照明回路、電熱回路、電動(dòng)機(jī)回路、可控硅整流回路、電容器回路等的單獨(dú)使用和保護(hù)。負(fù)載的性質(zhì)不同,選用斷路器的額定電流和保護(hù)特性也有差異。
1 電燈(白熾燈)、電熱器回路
這些回路基本上是電阻負(fù)載,選用的是小型斷路器(MCB)。斷路器的額定電流理論上是In≥IL(In為斷路器額定電流,IL為線路或電氣設(shè)備的額定電流)。若In取≤IL,MCB可能發(fā)生誤動(dòng)作,所以國(guó)際上很多國(guó)家將用于白熾燈、電熱回路的斷路器In選為( 1.1~1.15)IL。
白熾燈和電熱回路在通電的瞬間都可能產(chǎn)生閃流(由冷態(tài)電阻逐漸形成熱態(tài)電阻的過程),最大閃流可達(dá)10IL,故在選用小型斷路器時(shí)應(yīng)選用C型(瞬動(dòng)電流整定值5~10倍In)。
2 高壓汞燈、鈉燈、金屬鹵化燈等的回路
小型斷路器的In≥(1.2~1.4)IL水銀燈等的特點(diǎn)是電流的畸變率(系數(shù))達(dá)15%,起動(dòng)時(shí),因鎮(zhèn)流器電感因素,將產(chǎn)生沖擊電流,但起動(dòng)的時(shí)間也較長(zhǎng)。為此,水銀燈等的保護(hù)用斷路器,其瞬動(dòng)電流應(yīng)選用C型。
3 電動(dòng)機(jī)回路
作為電動(dòng)機(jī)回路直接保護(hù)的斷路器可采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器,它的過載保護(hù)有1.2In、1.5In、7.2In(可返回特性),短路瞬動(dòng)為12In。這種斷路器的額定電流In=IM(IM為電動(dòng)機(jī)的額定電流)。如果無法找到電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器,也可使用一般配電保護(hù)型斷路器,但這種配電型斷路器僅能作電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)(線路的過載保護(hù)采用熱繼電器)。
由于這種配電型斷路器無躲過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的可返回特性,為了避免電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)斷路器動(dòng)作(包括電動(dòng)機(jī)采用Y-Δ起動(dòng)器等,在起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)瞬間的過渡性沖擊電流),所以它的額定電流取得較高。日本有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(包括一些公司的產(chǎn)品樣本介紹)規(guī)定:當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電流IM≤50A?xí)r,斷路器的額定電流In≤3IM,當(dāng)IM>50A?xí)r,In≤2.5IM,而瞬動(dòng)電流仍?。保埃桑睿ㄌ阮~定電流不放大,則瞬動(dòng)電流必須大于14IM),斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰Α蓦妱?dòng)機(jī)的短路電流。
4 電容器回路
國(guó)際電工委員會(huì)IEC和德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定,電容器單元必須長(zhǎng)期在這樣的電流下工作,即:它的有效值不會(huì)超過在正弦電壓和額定頻率時(shí)流過電流的1.3倍,對(duì)于大多數(shù)使用場(chǎng)合中的電容器單元可不采用過載保護(hù),它可使上一級(jí)電網(wǎng)通過濾波回路進(jìn)一步消除諧波。
對(duì)于短路保護(hù),最普遍的是采用熔斷器(此時(shí)熔斷器的額定電流應(yīng)是電容器額定電流的1.6~1.7倍),也有很多使用電容器的地方,它的短路保護(hù)選擇塑料外殼式斷路器(MCCB)。
電容器的保護(hù)開關(guān)(熔斷器、斷路器)必須符合以下三條要求。
(1)應(yīng)能承受電容器產(chǎn)生的涌流;
(2)保護(hù)開關(guān)、電器應(yīng)有不重燃性;
(3)熔斷器或斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?yīng)大于電容器的短路故障電流。
電容器合閘投入運(yùn)行時(shí),由于端電壓不能發(fā)生突變(由零變到額定電壓),其情況有如短路,因此有較高的頻率和較大幅值的浪涌電流(涌流)。
單個(gè)電容器的涌流峰值按公式(1)計(jì)算
Im=IC (1)
式中:
Im——涌流峰值A;
S——電容器安裝處的短路容量,kVA;
Q——電容器的無功功率,kVAR;
Ic——電容器電流,A。
為了抑制電容器開斷時(shí)的過電壓和合閘涌流,集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜饕话闶茄b切合電阻的。要求加裝切合電阻后,將Im降下來。加裝切合電阻后,涌流(峰值)可降到16Ic,有效值為11.3Ic,因選用的斷路器額定電流In=(1.3~2.0)Ic,對(duì)斷路器來說 假如它的瞬動(dòng)電流整定值為10In則完全可以躲過電容器的峰值電流Im。
當(dāng)Im、Q和IC可知時(shí),可以求出S值,由S值可以算出電容器的短路電流。
用塑料外殼式斷路器作電容器回路保護(hù)時(shí),斷路器的額定電流較常見的是In=1.5Ic;斷路器的額定工作電壓應(yīng)≥電容器的工作電壓。
5 焊接機(jī)(點(diǎn)焊機(jī)、電弧焊機(jī))回路
交流電弧焊機(jī)、鋼板點(diǎn)焊機(jī)、儲(chǔ)能點(diǎn)焊機(jī)等焊接機(jī)的工作電流是間斷的、脈沖的,因此選用斷路器時(shí),必須進(jìn)行計(jì)算才能確定。
設(shè)點(diǎn)焊機(jī)(電弧焊機(jī))的最大工作電流為Ia,由于是間斷工作,某一時(shí)刻Ia=0,熱等效等值電流Ie為:
I2at1+O2t2=I2e(t1+t2) (2)
式中:
t1——焊接時(shí)間,t2——休息時(shí)間(間歇時(shí)間)
∴Ie===Ia=Ia
T=t1+t2=點(diǎn)焊周期,α=稱為使用率。
(例:設(shè)Ia=100A,t1=0.3sT=3sα==0.1,則Ie=
Ia=100=32A)
工作電流Ia所引起的發(fā)熱是按一齒形波規(guī)律的。實(shí)踐告訴我們,使用率a越小,熱平均溫度Te與最高溫度TM的差就越大。但是在大部分時(shí)間內(nèi)熱等效連續(xù)電流超過熱平均溫度的電流,為了防止斷路器的過載長(zhǎng)延時(shí)脫扣器誤動(dòng)作,一般選擇斷路器的額定電流In時(shí),In=(1.2~1.3)Ie。
由上例可得In=321.2~1.3 =38.4~41.6A斷路器的額定電流可?。桑睿剑矗埃?。
對(duì)于大多數(shù)而言規(guī)律性間斷工作的焊接機(jī)的使用率α取0.5。
同類型的多臺(tái)焊接機(jī),它們各自的最大工作電流為Ia,α大致相同,設(shè)共有N臺(tái),則:
Ie=Ia=NIa
平衡接于三相時(shí),總干線的斷路器額定電流In=NIa
焊接機(jī),特別是電弧焊機(jī),起動(dòng)瞬間電弧被短路而尚未引弧,因此電阻很小,電流很大,電焊變壓器一次側(cè)(原邊)可能有8~14倍的額定電流。隨著電弧的引燃和穩(wěn)定,電阻及電流也逐漸穩(wěn)定,這種現(xiàn)象稱為過渡性閃流。
由于使用焊接機(jī)時(shí)要頻頻發(fā)生過渡性閃流,當(dāng)采用瞬動(dòng)整定電流為(5~10)In的小型斷路器(MCB)或瞬動(dòng)整定值為10In的塑殼式斷路器作保護(hù)時(shí),常會(huì)在此過渡性閃流下產(chǎn)生誤動(dòng)作。
對(duì)于斷路器的瞬動(dòng)電流整定值,國(guó)外推薦按公式(3)計(jì)算而求得。
Is=×B (3)
式中:
P——焊接機(jī)容量,kVA;
E——線電壓,V;
B——過渡性閃流與額定電流之比(B的范圍為8~14);
Is——斷路器瞬時(shí)脫扣電流,A。
式(3)可作用戶選擇時(shí)的參考。
多臺(tái)焊接機(jī)同時(shí)產(chǎn)生過渡性閃流的情況很少,但二臺(tái)焊接機(jī)有可能相隔很短的時(shí)間起動(dòng),因此按式(3)計(jì)算的Is再乘一個(gè)安全系數(shù)1.2。
應(yīng)該說明,斷路器是安裝在電焊變壓器的一次側(cè)(原邊)的。
6 可控硅整流回路
可控硅整流回路的交流側(cè)安裝斷路器。斷路器的額定電流≥1.4IL(IL為整流設(shè)備的額定電流),三相全波整流,變壓器一次側(cè)的畸變率為30%,因此不宜選用全電磁型(油杯式)斷路器,只能選擇開斷速度快,全分?jǐn)鄷r(shí)間短的熱動(dòng)——電磁型塑殼式斷路器。
7 變流器回路
電壓源逆變器和電流源逆變器,用于按正弦交流電壓設(shè)計(jì)的恒速電動(dòng)機(jī),根據(jù)負(fù)載的要求,調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)變流器回路,斷路器的額定電流In為≥(1.4~2)IL。變流器回路的輸入電流的畸變率達(dá)90%,高次諧波占有率很大,應(yīng)采用熱動(dòng)——電磁型塑料外殼式斷路器。
8 變壓器一次回路
這里說的是低壓變壓器,即高壓(原邊即一次側(cè))電壓不高于400V。斷路器的額定電流In≥(1.2~3)Ir(Ir?yàn)樽儔浩饕淮蝹?cè)額定電流)。此種回路的特點(diǎn)是變壓器勵(lì)磁沖擊電流為額定電流的10~20倍。所選的是專門針對(duì)變壓器保護(hù)要求的特殊塑殼式斷路器。
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