斷路器三段保護

斷路器的三段保護

斷路器針對過電流的保護,一般分為三類:過載,短路短延時,短路瞬時要想實現斷路器的保護功能,一般來說需要兩個部分:電流值檢測部分(信號),斷路器脫扣機構(執行)

檢測部分

常見的有兩種形式:熱電磁脫扣機構,電子脫扣機構

熱電磁的熱:實際上是一根雙金屬片,當電流達到一定的閾值時,電流所產生的熱量導致雙金屬片彎曲,雙金屬片的末端一般帶有一跟可調整的螺釘,依靠螺釘觸發脫扣機構,斷開斷路器。這個熱保護,有幾種常見的叫法:熱脫扣,過載脫扣,過載長延時脫扣,反時限保護,或者簡稱L(Long time delay).雙金屬片的彎曲速度,影響螺釘觸發脫口機構的速度,而雙金屬片的彎曲速度,與電流發熱量Q有關,Q=I*I*R*T,電流越大,積累到一定熱量的時間越短,這種一般稱為反時限特性。

一般的曲線,是對數座標系。不用去管那個刻度為什麼分佈不均勻。採用對數座標的原因是:這座標系省地方.

橫座標是額定電流的倍數。縱座標是脫扣動作時間。

曲線彎曲的那部分,就是熱保護曲線。一般橫座標從1.05到10倍的區段

一般來說,根據GB14048.2(IEC60947)的規定,在1.05倍額定電流條件下(40攝氏度),斷路器在2小時內不能脫扣(有些規格是1小時)

短路保護

短路保護特性

過載保護(熱保護)主要用於保護線路,過度的熱積累,可能會導致線纜的熱穩定性失效。

而短路保護主要是針對設備、母排等的動穩定性,電流太大時,得趕緊斷開。趕緊的程度,是0.幾秒這麼個概念。還是熱磁脫扣器,這裡的磁,是短路保護的基本結構。

磁,就是電磁鐵,一個串聯在主迴路的線圈,中間一個鐵芯,鐵芯下面支一根特定壓縮力(倔強係數)的彈簧,上面墜在脫扣機構的扳機上,電流一旦瞬時增大(短路)到一定程度,產生的磁場力能夠使鐵芯克服彈簧的支撐力並向下急墜,就會拖動脫扣機構扳機觸發脫扣。時間大約0.幾秒。由於時間相對熱保護短很多,所以又稱為:短路保護,磁保護,瞬動保護,I(Instance)說到曲線,由於一旦電流超過某一值,比如10倍額定電流,脫扣就都是鐵芯向下嗖的那麼一竄,時間短也短不到哪去了,表現在曲線上,就是一根近似水平靠近橫座標軸的直線。

上面說的是常見熱磁脫扣器的構成和熱保護,磁保護的曲線。

順便說一句,國外斷路器型號好標註為:TMD TMF TMA MA(I)什麼的T(Thermal)熱脫扣,M(Meganatic)磁脫扣, A (Adjustable)可調整。F(Fixed)固定不可調整。

電子脫扣與三段保護曲線

電子脫扣,機理與熱磁脫扣器一個樣就是檢測上看起來NX一些,也確實精確些。更重要的,容易調整設定些。

熱磁,是用雙金屬片和電磁鐵響應故障電流的變化,將故障電流信號,轉化為機械動作信號,傳遞給脫扣機構,斷開斷路器、電子,是用互感器將故障電流轉化為弱點信號,傳至運算單元比對故障類型條件,然後發送信號給繼電器器件(分勵脫扣器),觸發動作機構脫扣。

所以為了所謂上下級匹配的選擇性問題,再加上電子的現代化了,就有了三段保護這麼個東西LSI S(Short-time delay)這個S簡單說就是,電流比較大,但是還不夠大的時候,電子脫扣器憋著,憋夠固定的時間,在發信號給繼電器。要是這時間內,故障消失了(下級斷路器給切斷了),就不發信號(可返回)。

S的曲線不羅嗦了,上圖吧。

斷路器三段保護

先說點環境溫度與動作特性的事

對於過載曲線,標準中規定的為,在40攝氏度條件下。

當環境溫度變化時,例如,櫃內溫度達到70度(夏)時,與櫃內溫度僅有25度(冬,室外)時,相同的過載電流會導致不同的動作時間。

斷路器的溫升指標,一般會考核三個點,手柄處,接線端子處,外殼處。

下接線端子(一般熱脫扣器都擱在這附近)的溫度變化對動作特性的影響,必須在出廠校驗時加以考慮。

說正題

當斷路器剛剛過載脫扣了,這時候有不知道的去把他合上,嘭,開關又跳了,就是熱態脫扣當斷路器剛裝上去,還沒有發熱穩定呢(本來能升到80度,結果剛到40度),來個5倍的過載電流,過半分鐘跳了,這就是冷態脫扣。

一個開關的熱脫扣曲線,需要保證在40度條件下,1.05倍時,大於1小時或者兩小時不脫扣,1.3或者類似值時,小於1小時動作。

元件廠怎麼辦?

校驗一個開關1小時?工人穿宇航服鑽進40度車間?點電爐子保持環境溫度?

一般是把40度下調好的開關做為基準,測量下當日室溫環境下動作時間,找到一個不動點,作為不動作時間。

再找一個一兩分鐘能動作的電流值,作為等效動作時間。兩個過程連著做,前一個就是冷態效驗,後一個就是熱態脫扣。

第一個問題,原圖的數據30ms和0.2秒標註上下位置反了,而且也不是很準確。慚愧更正補一張:圖中的10毫秒錶示短路電流達到額定電流的13倍時,斷路器的動作時間,由以下時間構成:

—短路電流自正常工作電流上升至13倍額定電流的時間(1毫秒以內)。

—電磁脫扣器(電磁線圈)內鐵芯自正常狀態吸合至觸發斷路器脫扣機構的動作時間(1毫秒以內)

—斷路器機械機構動作時間(1毫秒以內)

—斷路器動觸頭自閉合位置移動至斷開位置的時間(2毫秒以內)

斷路器三段保護

—電弧熄滅時間(約6毫秒)。

這幾個過程全部的時間構成了斷路器的全分斷時間。

對於原圖中原來30毫秒的位置,應當寫成時10毫秒+30毫秒。這種動作過程可以粗略地這樣理解:

—短路電流自正常工作電流上升至13倍額定電流的時間(1毫秒以內)。

—人為加入的30毫秒延時,再次之後再繼續執行後續動作

—電磁脫扣器(電磁線圈)內鐵芯自正常狀態吸合至觸發斷路器脫扣機構的動作時間(1毫秒以內)

—斷路器機械機構動作時間(1毫秒以內)

—斷路器動觸頭自閉合位置移動至斷開位置的時間(2毫秒以內)

—電弧熄滅時間(約6毫秒)。

2關於您圖中圓圈標註出的線條。

個人理解應當是您所說的連接線。

在7倍和13倍的短路電流條件下,實際上各種脫扣器時同時有反應的,只是各自的行動速度不一樣。

跑的快的,先把斷路器捅跳了,跑的慢的抬頭看看,短路電流也沒了,

短路短延時,主要是考慮迴路上下級保護節點之間的選擇性而設定的(這裡不討論電動機保護專用斷路器的堵轉特性)。對於一般的末端MCCB,額定電流多在16~160A範圍,這種frame-size的斷路器,其全分斷時間一般可控制在15ms以內。在末端迴路,一般不加裝延時。在末端緊鄰的上一級斷路器,如果設定短延時時間,則要求該短延時時間要大於下級斷路器全分斷時間的1.5倍以上。同時,應當考慮上級斷路器短延時時間取負誤差,下級斷路器全分斷時間取正差的時候的取值。短路短延時時間也不宜過長,要是弄到太長時間,會對電纜造成壓力,較真點的時候去校驗電纜的熱穩定再加大線徑就不經濟了。所以上面的圖中,畫了一個短路瞬時時間10ms,短延時時間30ms的例子。關於30ms的短延時,放一張圖

斷路器三段保護

短延時動作時間,40毫秒的情況,是有的。


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