低压断路器的选择和应用.docx

　 １ 电灯（白炽灯）、电热器回路
　　这些回路基本上是电阻负载，选用的是小型断路器（ＭＣＢ）。断路器的额定电流理论上是Ｉｎ≥ＩＬ（Ｉｎ为断路器额定电流，ＩＬ为线路或电气设备的额定电流）。若Ｉｎ取≤ＩＬ，ＭＣＢ可能发生误动作，所以国际上很多国家将用于白炽灯、电热回路的断路器Ｉｎ选为（　１．１～１．１５）ＩＬ。
　　白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程），最大闪流可达１０ＩＬ，故在选用小型断路器时应选用Ｃ型（瞬动电流整定值５～１０倍Ｉｎ）。
　 ２ 高压汞灯、钠灯、金属卤化灯等的回路
　　小型断路器的Ｉｎ≥（１．２～１．４）ＩＬ
水银灯等的特点是电流的畸变率（系数）达１５％，起动时，因镇流器电感因素，将产生冲击电流，但起动的时间也较长。为此，水银灯等的保护用断路器，其瞬动电流应选用Ｃ型。
　　３　电动机回路
　　作为电动机回路直接保护的断路器可采用电动机保护型断路器，它的过载保护有１．２Ｉｎ、１．５Ｉｎ、７．２Ｉｎ（可返回特性），短路瞬动为１２Ｉｎ。这种断路器的额定电流Ｉｎ＝ＩＭ（ＩＭ为电动机的额定电流）。如果无法找到电动机保护型断路器，也可使用一般配电保护型断路器，但这种配电型断路器仅能作电动机的短路保护（线路的过载保护采用热继电器）。
　　由于这种配电型断路器无躲过电动机起动电流的可返回特性，为了避免电动机起动时断路器动作（包括电动机采用Ｙ－Δ起动器等，在起动、运转瞬间的过渡性冲击电流），所以它的额定电流取得较高。日本有关标准（包括一些公司的产品样本介绍）规定：当电动机额定电流ＩＭ≤５０Ａ时，断路器的额定电流Ｉｎ≤３ＩＭ，当ＩＭ＞５０Ａ时，Ｉｎ≤２．５ＩＭ，而瞬动电流仍取１０Ｉｎ（倘额定电流不放大，则瞬动电流必须大于１４ＩＭ），断路器的额定短路分断能力≥电动机的短路电流。
　 ４　电容器回路
　　国际电工委员会ＩＥＣ和德国ＤＩＮ标准都规定，电容器单元必须长期在这样的电流下工作，即：它的有效值不会超过在正弦电压和额定频率时流过电流的１．３倍，对于大多数使用场合中的电容器单元可不采用过载保护，它可使上一级电网通过滤波回路进一步消除谐波。
　　对于短路保护，最普遍的是采用熔断器（此时熔断器的额定电流应是电容器额定电流的１．６～１．７倍），也有很多使用电容器的地方，它的短路保护选择塑料外壳式断路器（ＭＣＣＢ）。
电容器的保护开关（熔断器、断路器）必须符合以下三条要求。
（１）应能承受电容器产生的涌流；
（２）保护开关、电器应有不重燃性；
（３）熔断器或断路器的短路分断能力应大于电容器的短路故障电流。
　　电容器合闸投入运行时，由于端电压不能发生突变（由零变到额定电压），其情况有如短路，因此有较高的频率和较大幅值的浪涌电流（涌流）。
　　单个电容器的涌流峰值按公式（１）计算
Ｉｍ＝ＩＣ （１）
式中：
Ｉｍ--涌流峰值Ａ；
Ｓ--电容器安装处的短路容量，ｋＶＡ；
Ｑ--电容器的无功功率，ｋＶＡＲ；
Ｉｃ--电容器电流，Ａ。
　　为了抑制电容器开断时的过电压和合闸涌流，集中补偿的电容器一般是装切合电阻的。要求加装切合电阻后，将Ｉｍ降下来。加装切合电阻后，涌流（峰值）可降到１６Ｉｃ，有效值为１１．３Ｉｃ，因选用的断路器额定电流Ｉｎ＝（１．３～２．０）Ｉｃ，对断路器来说
　假如它的瞬动电流整定值为１０Ｉｎ则完全可以躲过电容器的峰值电流Ｉｍ。
　　当Ｉｍ、Ｑ和ＩＣ可知时，可以求出Ｓ值，由Ｓ值可以算出电容器的短路电流。
　　用塑料外壳式断路器作电容器回路保护时，断路器的额定电流较常见的是Ｉｎ＝１．５Ｉｃ；断路器的额定工作电压应≥电容器的工作电压。
　　表１为推荐的电容器保护用塑料外壳式断路器规格和二者的主要参数。
　 ５ 焊接机（点焊机、电弧焊机）回路
　　交流电弧焊机、钢板点焊机、储能点焊机等焊接机的工作电流是间断的、脉冲的，因此选用断路器时，必须进行计算才能确定。
设点焊机（电弧焊机）的最大工作电流为Ｉａ，由于是间断工作，某一时刻Ｉａ＝０，热等效等值电流Ｉｅ为：
Ｉ２ａｔ１＋Ｏ２ｔ２＝Ｉ２ｅ（ｔ１＋ｔ２） （２）
式中：
ｔ１--焊接时间，ｔ２--休息时间（间歇时间）
∴Ｉｅ＝＝＝Ｉａ＝Ｉａ
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＝点焊周期，α＝称为使用率。
（例：设Ｉａ＝１００Ａ，ｔ１＝０．３ｓＴ＝３ｓα＝＝０．１，则Ｉｅ＝
Ｉａ＝１００＝３２Ａ）
　　工作电流Ｉａ所引起的发热是按一齿形波规律的。实践告诉我们，使用率ａ越小，热平均温度Ｔｅ与最高温度ＴＭ的差就越大。但是在大部分时间内热等效连续电流超过热平均温度的电流，为了防止断路器的过载长延时脱扣器误动作，一般选择断路器的额定电流Ｉｎ时，Ｉｎ＝（１．２～１．３）Ｉｅ。
由上例可得Ｉｎ＝３２１．２～１．３＝３８．４～４１．６Ａ
断路器的额定电流可取Ｉｎ＝４０Ａ。
　　对于大多数而言规律性间断工作的焊接机的使用率α取０．５。
　　同类型的多台焊接机，它们各自的最大工作电流为Ｉａ，α大致相同，设共有Ｎ台，则：
Ｉｅ＝Ｉａ＝ＮＩａ
　　平衡接于三相时，总干线的断路器额定电流
Ｉｎ＝ＮＩａ
　　表２为不同参数的焊接机选用的断路器规格。
　　焊接机特别是电弧焊机，起动瞬间电弧被短路而尚未引弧，因此电阻很小，电流很大，电焊变压器一次侧（原边）可能有８～１４倍的额定电流。随着电弧的引燃和稳定，电阻及电流也逐渐稳定，这种现象称为过渡性闪流。
　　由于使用焊接机时要频频发生过渡性闪流，当采用瞬动整定电流为（５～１０）Ｉｎ的小型断路器（ＭＣＢ）或瞬动整定值为１０Ｉｎ的塑壳式断路器作保护时，常会在此过渡性闪流下产生误动作。
对于断路器的瞬动电流整定值，国外推荐按公式（３）计算而求得。
Ｉｓ＝×Ｂ　　 （３）
式中：
Ｐ--焊接机容量，ｋＶＡ；
Ｅ--线电压，Ｖ；
Ｂ--过渡性闪流与额定电流之比（Ｂ的范围为８～１４）；
Ｉｓ--断路器瞬时脱扣电流，Ａ。
式（３）可作用户选择时的参考。
　　多台焊接机同时产生过渡性闪流的情况很少，但二台焊接机有可能相隔很短的时间起动，因此按式（３）计算的Ｉｓ再乘一个安全系数１．２。
　　应该说明，断路器是安装在电焊变压器的一次侧（原边）的。
　　６ 可控硅整流回路
　　可控硅整流回路的交流侧安装断路器。断路器的额定电流≥１．４ＩＬ（ＩＬ为整流设备的额定电流），三相全波整流，变压器一次侧的畸变率为３０％，因此不宜选用全电磁型（油杯式）断路器，只能选择开断速度快，全分断时间短的热动--电磁型塑壳式断路器。
　　７　变流器回路
　　电压源逆变器和电流源逆变器，用于按正弦交流电压设计的恒速电动机，根据负载的要求，调节电动机的转速实现节能。对变流器回路，断路器的额定电流Ｉｎ为≥（１．４～２）ＩＬ。变流器回路的输入电流的畸变率达９０％，高次谐波占有率很大，应采用热动--电磁型塑料外壳式断路器。
　　８ 变压器一次回路
　　这里说的是低压变压器，即高压（原边即一次侧）电压不高于４００Ｖ。断路器的额定电流Ｉｎ≥（１．２～３）Ｉｒ（Ｉｒ为变压器一次侧额定电流）。此种回路的特点是变压器励磁冲击电流为额定电流的１０～２０倍。所选的是专门针对变压器保护要求的特殊塑壳式断路器。