过载长延时、短路短延时、短路瞬时脱
电气圈 2024-06-21

01 断路器框架等级额定电流,脱扣器额定电流

断路器壳架等级额定电流Inm:指基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中能装的最大脱扣器的额定电流。

举个例子:DZ20Y-100/3300-80A

DZ表示塑壳式断路器,20表示设计序号,Y为一般型(指的是额定极限短路分断能力级别),100A表示断路器框架等级额定电流,80A表示脱扣器额定电流,3300中3表示3极,300表示热磁脱扣器。

同一系列中有多种壳架等级额定电流,例如DZ20系列中有100、225、400、630、800、1250等壳架等级额定电流。同一壳架等级额定电流中又有多种脱扣器额定电流,例如100A壳架等级额定电流中有16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A、80A、100A等脱扣器额定电流;225A壳架等级额定电流中有100A,125A、160A、180A、200A、225A脱扣器额定电流。DZ20-100和DZ20-225两种壳架等级中都有100A脱扣器额定电流,但断路器体积外形和分断能力不相同。

02 ‍热磁脱扣、电子脱扣

热磁脱扣:是复式脱扣,它包含热脱扣、电磁脱扣两个功能。热脱扣是通过双金属片过电流延时发热变形推动脱扣传动机构,用于过载保护;电磁脱扣是通过电磁线圈的短路电流瞬时推动衔铁带动脱扣,用于短路保护。电子脱扣:可以有以上所有功能,并可以方便地进行整定。电子脱扣器就是用电子元件构成的电路,检测主电路电流,放大、推动脱扣机构。

优缺点: 热磁脱扣性能稳定且不受电压波动影响、寿命长、灵敏度低;(推荐使用)

电子脱扣功能完善、灵敏度高、整定方便、受电源影响、略易损坏。

适用场合:要求不高而且参数固定不变的一般采用热磁脱扣器,够经济。

精度要求较高,参数需要设定或改变的一般采用电子脱扣器,够安全。

03 施耐德断路器Ir、Tr、Ii、Isd、Tsd参数含义

Ir-   过载长延时脱扣电流整定值

Tr-  过载长延时脱扣时间整定值

Ii-   短路瞬时脱扣电流整定值

Isd- 短路短延时脱扣电流整定值

Tsd-短路短延时脱扣时间整定值

04 过载长延时,短路短延时,短路瞬时脱扣电流整定值

断路器的整定电流Ir脱扣器整定到动作的电流值。

脱扣器额定电流In按(1.2~1.4)xIj进行选择,其中Ij为计算电流,很多人也用1.1。其实不乘系数都可以,只要能满足In≥Ij ,In≤导体(电缆)的载流量就可以。

电磁脱扣器

过载长延时脱扣电流整定:

固定式,Ir=In

可调式,Ir=(0.7~1.0)In

短路短延时脱扣电流整定:Isd=(3~5)In(一般情况)

短路瞬时脱扣电流整定:Ii=(5~10)In(一般情况)

电子脱扣器

过载长延时脱扣电流整定:Ir=(0.4~1.0)In

短路短延时脱扣电流整定:Isd=(1.5~10)In

短路瞬时脱扣电流整定值:Ii=(12~15)In

B型断路器-保护电子类负载,瞬时脱扣电流(3-5)In

C型断路器-保护常规负载和配电线缆,瞬时脱扣电流(5-10)In

D型断路器-保护启动电流大的冲击性负荷(电动机、变压器等),瞬时脱扣电流(10-20)In

注:不同样本系数可能不同。

关于(1.05~1.3)Ir理解

《工业与民用配电手册》(第三版)P624~625 : 过载长延时脱扣器在基准温度下,在约定不脱扣电流,即电流整定值的1.05倍时,脱扣器的各相极同时通电,断路器从冷态开始,在小于约定时间内不应发生脱扣;在约定时间结束后,立即使电流上升至电流整定值的1.3倍,即达到约定脱扣电流,断路器在小于约定时间内脱扣。

具体整定方法(原理)
作配电线路保护用断路器 (参见《工业与民用配电手册》(第三版)P631
1)长延时脱扣器电流整定(反时限)
长延时脱扣器电流整定值Ir,线路计算电流Ij,导体允许持续载流量Iz
则应满足:Ir≥Ij   ;   Ir≤Iz

2)短延时脱扣器电流整定

短延时脱扣器电流整定值Isd,可靠系数1.2,线路中最大一台电动机的起动电流Im1,除去起动电流最大的一台电动机外后线路计算电流Ij(n-1)
短延时脱扣器电流整定值应躲过短时间出现的负荷尖峰电流
应满足:Isd≥1.2×(Im1+Ij(n-1)
整定时间通常有0.1,0.2,0.4,0.6,0.8S几种,上下级时间级差不小于0.1~0.2s。
3)瞬时脱扣器电流整定
应躲过配电线路的尖峰电流
瞬时脱扣器电流整定值Ii,低压断路器瞬时脱扣器可靠系数,取1.2,线路中最大一台电动机全启动电流Im1’,可取2倍的Im1
应满足:Ii>=1.2(Im1’+Ij(n-1))
为了满足被保护线路各级间选择性要求,选择型低压断路器瞬时脱扣器电流整定值还应大于下一级保护电器所保护线路的故障电流。

注:作为照明线路保护的低压断路器脱扣电流整定  参见《工业与民用配电手册》第636页;作为电动机保护的低压断路器脱扣电流整定  参见《工业与民用配电手册》第667页。

05 断路器保护的级间配合

当上下级断路器出线端处预期短路电流有较大差别、且均设有瞬时脱扣器时,则上级断路器的瞬时脱扣整定电流应大于下级的预期短路电流,以保证有选择性保护当上下级断路器距离较近,出线端预期短路电流差别较小时,则上级断路器宜选用带有短延时脱扣器延时动作,以保证有选择配合

当上下级保护电器都采用选择型断路器时,为保证上下级之间的动作选择性,上级断路器的过载长延时和短路短延时的整定电流,宜不小于下级相应保护整定值的1.3倍

▶ 01 过载长延时的整定计算方法

首先需计算出变压器所带负荷的总计算电流IC , 根据IC来选择变压器容量并计算出变压器额定电流,变压器额定电流Ieb需大于负荷的总计算电流IC ,接下来总进线断路器的过载长延时整定电流Izd1如何整定呢?

根据《全国民用建筑工程设计技术措施--电气》2009版 第5.4.4条要求:总进线断路器的过载长延时整定电流Izd1=K1*Ieb,其中K1为可靠系数取1.1(考虑整定误差),也就是过载长延时整定电流Izd1为变压器额定电流的1.1倍。

措施中推荐整定1.1倍是考虑误差原因,其实1.1倍这个值还比较合适,这意味着变压器可能会在过载10%的情况下运行,对于民用建筑电气设计中,经常采用两台变压器成对配置,两台变压器的低压母线联络,变压器过载的情况最有可能是一路10kV电源或一台变压器故障,另外一台变压器带所有负荷的情况;

那么这种过载是临时的,变压器制造标准本身也允许变压器过载10%可以正常运行一段时间,这段时间内可以根据变压器负载率情况,切除一些不重要的负荷以保障变压器的正常运行。另外过载长延时整定电流Izd1如果整定小于变压器额定电流Ieb,则所选变压器容量并不能得到充分利用。

总进线断路器的三段保护电流整定简图如下:

▶ 02 短路短延时的整定计算方法

短路短延时的脱扣器需躲过最大一台电机的启动时线路出现的最大电流,因此首先要计算出变压器所带的最大一台电机的启动电流IstM1和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流IC1,那么短路短延时的整定电流Izd2 ≥ K2*(IstM1+IC1),其中K2为低压总进线断路器过电流脱扣器的可靠系数,取1.2。

《全国民用建筑工程设计技术措施--电气》2009版 第5.4.4条推荐Izd2取值为变压器额定电流Ieb的3~5倍,再考虑可靠系数1.3,就为3.9~6.5倍,那么这个数值得采用吗?下面通过一个例子简单试算一下。

举个例子,项目的供电变压器容量为800kVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流IstM1=(90/1.732/0.38/0.8) *7=1196A,

线路计算电流IC1近似地按变压器的额定电流计算

IC1=Ieb=800/1.732/0.4=1155A,

过载长延时整定电流Izd1=1.1x1155=1270A,

则Izd2 ≥ K2*(IstM1+IC1)=1.2*(1196+1155)=2821A;

那么Izd2/Ieb=2821/1155=2.4倍,Izd2/Izd1=2821/1270=2.2倍,可以看出,在所供的电机容量不是很大的情况,就如本例,如果按《全国民用建筑工程设计技术措施--电气》2009版推荐的Izd2值就会偏大很多,所以还是需根据实际项目情况简单算一下Izd2 的整定值更能起到准确的保护。

▶ 03 短路瞬时保护的整定计算方法

一般断路器的短路瞬动脱扣的全分断时间在20ms以内,而电机启动电流的非周期分量的衰减时间约为30ms左右,因此短路瞬动保护值的整定就要把电机启动电流的非周期分量也考虑进去,即需考虑电机的全启动电流,这样才能保证最大一台电机启动时,总进线断路器的瞬时保护不至于脱扣。

首先要计算出变压器所带的最大一台电机的全启动电流I'stM1和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流IC1,那么短路瞬时保护的整定电流Izd3 ≥ K3*(I'stM1+IC1),其中K3为低压总进线断路器瞬动脱扣器的可靠系数,取1.2。《全国民用建筑工程设计技术措施--电气》2009版 第5.4.4条推荐Izd3取值为不小于过载长延时Izd1的10倍,那么也通过一个例子简单试算一下。

还是上面那个例子,变压器容量为800kVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流IstM1=(90/1.732/0.38/0.8) *7=1196A,电机的全启动电流I'stM1=2.3x1196=2750A,线路计算电流IC1近似地按变压器的额定电流计算IC1=Ieb=800/1.732/0.4=1155A,则Izd3 ≥ K3*(I'stM1+IC1)=1.2*(2750+1155)=4687A;

过载长延时整定电流Izd1=1.1x1155=1270A,那么Izd3/Izd1=4687/1270=3.7倍,可以看出,在所供的电机容量不是很大的情况,断路器的瞬时保护整定电流Izd3并不大,没有达到过载长延时整定的10倍,但是为了尽可能的避免出现越级跳闸的情况,总进线断路器的瞬时保护整定电流可以按技术措施的要求取过载长延时Izd1的10倍,但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。

▶ 04 低压总断路器保护整定总结

综上所述,在设计10/0.4kV变电所系统时,变压器的低压总进线断路器的保护可以按以下整定:

1、过载长延时保护整定:可按变压器额定电流的1.1倍整定,以充分利用变压器的容量;

2、短路短延时保护整定:需经过简单计算变压器供电的最大一台电机启动电流来确定短路短延时电流整定值,整定范围可能在2~5倍的过载长延时整定电流之间,需根据不同项目实际计算出的线路电流值而确定;

3、短路瞬时保护整定:一般可以按过载长延时整定电流的10倍来整定,但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。如果灵敏度不够,应适当调低其整定倍数。



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