小型斷路器的保護效能和作用

2021-03-04 01:22:59 字數 4695 閱讀 6459

小型斷路器,是一種適用於家庭或類似場所用的過電流保護斷路器,以前曾稱為導線保護開關(斷路器)。它的主要用途是保護線路末端的電線(或電纜)和用電裝置,有別於幹線和主支路使用的工業配電型斷路器和電動機保護型斷路器。它大量用於住宅、賓館、辦公大樓、商場等場所,屬於建築電氣範疇,應該滿足iec364《建築物電氣要求》的規定。

1mcb的額定電流選擇和過載保護電流的選擇

mcb的額定電流為in,被保護線路的計算電流為ib,被保護線路(導體)的允許持續電流為iz,三者關係如下:

其中i2為**路過載時斷路器必須在一定延時時間內動作的電流。

mcb投入執行時,應滿足等效採用iec898的我國gb10963《家用和類似場所過電流保護斷路器》標準的規定:

約定不脫扣電流不脫扣時間t≥1h(當in≤63a時)和不脫扣時間t≥2h(當in>63a時)。

約定脫扣電流脫扣時間t<1h(當in≤63a時)和脫扣時間t≤2h(當in>63a時)。

約定脫扣電流脫扣時間1s<t≤60s(當in≤32a時當in>32a時)。

mcb的過載特性(約定不脫扣電流和約定脫扣電流等)的確定,是基於以下因素的:

如上所述,mcb使用於電路末端,按照有關供(用)電規程的規定,即:供電網路的電壓偏差,三相供電的電壓允許偏差是±7%,單相供電的電壓允許偏差是+7%和-10%。一般考慮為-7%。

為維持足夠的用電功率,當電壓下偏差為-7%,即供電電壓僅93%的額定電壓時,電流將上公升至1.0752in,加之電網電流正常允許的波動上限為二者相加為1.1252in,取整數1.13in。此時自然不允許mcb動作(它與工業用斷路器規定的1.05in不允許動作的意義是相同的)。而過載,則相當於是工業用斷路器過載必須動作的電流,這種斷路器常用於保護變壓器和電纜)。

gb10963《家用和類似場所過電流保護斷路器》與iec898同名稱標準,都規定了2.55in和它的動作時間,考慮到電流末端的負載中有一些小型電動機(如冰箱、空調、洗衣機和廚衛裝置中的微型電動機)必須躲過它的起動電流,由於這些微型電動機不可能是同時起動的,因此定它為2.55in。

2 mcb的短路保護功能和選擇

關於短路保護,iec898和gb10963均分為a、b、c、d四種型別。英國標準bs3871則分為1、2、3、4型。但德國標準)和cee(原歐洲共同體電工產品標準委員會cenelec的縮寫)標準都不作分類。

四種型別的短路保護範圍是:

a型:特別適用於測量迴路中的互感器保護、具有特長導線的迴路保護和有限的半導體保護(它的過載長延時保護範圍與b、c、d類相同)。短路保護範圍是2in~3in,即≤2in不動作(不動作時間應大於0.1s) 大於3in時必須動作(動作時間t<0.1s)。

但a型的使用者極少。mcb的短路保護型別一般不提a類,而規定為b、c、d三類(型)。

b型:用於住宅和插座迴路。短路保護範圍是3in~5in,即≤3in不動作(不動作時間應大於0.1s) 大於5in時必須動作(動作時間t<0.1s)。

c型:優先用於接通大電流的電氣裝置,如燈和電動機。短路保護範圍是5in~10in,即≤5in不動作(不動作時間應大於0.1s) 大於10in時必須動作(動作時間<0.1s)。

d型:適用於產生脈衝電流的電氣裝置、電磁閥和電容器。短路保護範圍是即≤10in不動作(不動作時間大於0.1s),大於50in時必須動作(動作時間<0.1s)。

a型型的型的型的因而可理解為動作也合格,不動作也合格。

目前看來,選用b、c兩種型號的較多(對用於路燈的保護,無論是白熾燈、螢光燈、滷鎢燈、高壓水銀燈、高壓鈉燈、金屬鹵化燈等,它們的起動電流為額定電流的4倍~7倍,因此必須選擇c型)。

d型也有用作小型電動機的短路保護的。例如c45ad和px200cad等型號產品。它們的瞬動電流整定值為10倍~14倍in(出廠時調在14in)。

這種d型產品不設過載長延時保護。過電流保護由電動機保護線路中的熱繼電器承擔。電動機的起動和停止,由接觸器執行,它們僅起短路保護作用。

3 mcb的基準溫度和它的溫度降容係數

gb10963規定,家用和類似場所用斷路器(mcb)的基準(環境)溫度為30℃+5℃(同型別產品的英國bs3871標準的基準溫度為20℃+5℃和40℃+5℃;美國nema標準規定的基準溫度為40℃+5℃;德國規定基準溫度為規定為20℃+5℃),但iec898也規定基準溫度為30℃+5℃。

我國目前市場**最多的dz47型(c45n或px200c型)mcb是按基準溫度30℃+5℃設計的,如果使用溫度超過基準溫度時,必須降低電流使用,其降低值如表1所示。

從總的降容來看,環境溫度越高,降容越大(降容係數越小)。大體上環境溫度從40℃~60℃,降容係數是在0.95~0.78範圍。額定電流為的可參照此降容係數選用。

mcb常被安裝於封閉的外殼中(小型配電箱)。由於散熱條件較放置於自由空氣中要差,因此需要降低使用電流。對金屬防護外殼,降容係數為0.8,對塑料外殼,降容係數取0.7。

例如有一批mcb,額定電流為32a,使用於環境溫度+40℃的場所,置於鐵製防護外殼中,則適用的工作電流為

4 mcb的短路分斷能力

由於mcb是安裝於電路的末端,會碰到各種短路故障,因此gb10963標準通過對小型斷路器的定型等試驗,規定了短路條件下的低電流電流、額定執行短路分斷能力、極限短路分斷能力等試驗。額定執行短路分斷能力在極限短路分斷能力為≤6000a時,與極限短路分斷能力有相同的值。在現有規格中,我們所說的短路分斷能力是指極限短路分斷能力icu(也是執行短路分斷能力ics)。

icu和ics的試驗程式是有區別的,如ics,單極二極試驗程式為ototco(o是開斷,co是接通後立即開斷,t是兩個程式之間的時間間隔),三極程式是otcotco,而icu程式是otco。

符合gb10963標準的mcb,其額定短路分斷能力規定為:in在1a~40a時為6000a;in在50a、63a時為4000a。在同乙個機殼內,將短路分斷能力分為兩檔的原因是:

作短路保護瞬時動作的是一種電磁鐵,它的鐵心和銜鐵(動鐵心)對各種電流規格都是一樣的,只是電磁鐵系統的線圈的線徑和匝數不同而已。電磁鐵是電流型,可將銜鐵吸向鐵心,從而使斷路器脫扣的電磁吸力f是和它的磁勢iw成正比的(i為電流值,w為線圈的匝數)。額定電流越小,要達到一定值的iw,線圈匝數就需要增加(反之電流大匝數就可以少一些),匝數越多,線圈的阻抗越大;另外mcb的過載長延時脫扣器是採用熱雙金屬元件直接通電發熱(50a、60a是採用電阻材料發熱,將熱量傳給雙金屬元件的)。

使之膨脹、彎曲的直熱式或傍熱式。熱源是i2r,電流越大,電阻越少,反之電流越小,電阻越大。額定電流在1a~40a時其線圈匝數比50a、60a多,雙金屬元件的材料電阻率也大。

總的進出線的阻抗大(電流規格大,總的進出線阻抗相對要小),阻抗大限制了短路電流,電阻大使得功率因cosφ大,這都有助於開斷短路電流時電弧的熄滅。因此,1a~40a阻抗大,限流作用大,短路分斷電流大;而50a、63a是採用發熱電阻材料通電發熱,傳給雙金屬元件發熱電阻材料的電阻率很小,限流小,分斷電流就小。儘管有些文章在計算線路短路電流時,把斷路器本身的阻抗忽略了,但其實是不應該忽略的,忽略了它,計算電流偏大,而且使斷路器失去了它的限流作用。

關於mcb的額定短路分斷能力應定在時)和時),能否滿足其保護線路最大預期短路電流時的保護的要求,是許多使用者迫切想知道的。

從大量使用mcb的場所來看,電源變壓器的容量並不大,絕大部分在630kva及以下(如除非是較大的民居區或商業集中區,變壓器容量可達到儘管電源容量大,但到電路的末端,發生的短路故障電流也是有限的。表2是各種容量變壓器的副邊電流和預期短路電流。

從表2可知,短路電流的大小,在規定的工作電壓下,是取決於變壓器功率(容量)和阻抗電壓。但是不同的短路點的短路電流值,還取決於敷設的電纜、電線(或銅排)的阻抗。電纜(或電線、銅排)越長,阻抗越大,該短路點的短路電流便越小(即衰減作用越大)。

sl7系列變壓器的三相短路電流,變壓器容量為125kva,配導線型號為120mm2的三芯鋁質電纜,短路點與變壓器距離為0m,短路電流為4520a;遠離變壓器100m處,短路電流為2800a;變壓器容量為160kva,採用150mm2三芯鋁質電纜,短路點距變壓器為0m,短路電流為5780a;若距離100m處短路電流降為3850a;變壓器為200kva,採用的配導線型號為185mm2的三芯鋁質電纜,在變壓器為0m處短路,短路電流為7225a;若距離為100m處短路,則短路電流降為4740a。把這種型號的變壓器遠離100m處的短路和0m短路作一比較,可知100m處短路的電流分別為0m短路電流的和65.60%;又計算,若是短路點距變壓器50m,則50m處的短路電流值分別是0m的和80.27%。

再例如:一台630kva的變壓器,三相的導線截面積均為185mm2,三根平行電纜將變壓器與距10m處的總配電櫃相連,連線電纜的衰減作用很小,只是將接線柱的短路電流從14.8ka降到14ka。而通過截面積為70mm2,長度為75m的導線後,進入支配電櫃的短路電流就只有7.1ka。

如將截面積再減到10mm2,長度延長至30m,則末端負載電動機的接線柱上的短路電流只有

mcb選用時,其額定電流應≥線路的計算電流,額定短路分斷能力必須≥線路的預期短路電流。而任何工程設計者應對其負載線路可能出現的預期短路電流進行計算。接照上述的變壓器容量和mcb安裝處後面與電源變壓器的距離以及線路的截面積,線路的長短,相間的距離(三相時取平均距離)等,可以算出線路的電阻、電抗,再根據有關資料,算出變壓器的電阻和電抗。

然後求出為變壓器的正序電阻;rl線路電阻;xt為變壓器正序電抗;xl為線路電抗),短路電流i(3)=其中,i(3)表示三相短路電流。rt和xt與變壓器的功率有關可按i(1)=計算(i(1)為相線與中性線或pen線的短路電流,uph為相電壓,取220v)。

根據此例項和計算原理,在額定電流63a及以下的末端電流選用,短路分斷電流在4000a和6000a範圍是足夠了,不必去選用超越實際的高分斷mcb(短路分斷能力越高的mcb,**越高)。當然,分支距離電源較近,線路較短,短路電流較大(譬如超過6000a),是應該選用較高短路分斷能力的mcb的。

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