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建筑电气小知识断路器级联选择性及保护分析

2021-09-15 来源:晋中农业机械网

树上鸟教育电气设计—断路器级联技术对很多朋友来说是一个熟悉的陌生人。下文给大家做个简单的介绍,希望在熟悉它以后,能够给您的设计带来帮助。

1、级联的介绍

根据低压配电设计规范,电器系统设计最主要的目的就是在遇到短路的情况下,整个系统能够保证动稳定和热稳定。简单说就是选择的断路器能够及时的切断短路电流,减少短路电流对配电系统的冲击。

断路器能够提供三种主要的保护功能。过流保护用来切断过载电流,短路延时保护用来进行阻抗性短路保护,瞬动保护用来进行金属性短路保护。其中断路器的短路分断能力是最为核心的性能参数。

这三种基本保护为配电系统提供了可靠的保护,但整个配电系统不是单个断路器就可以实现保护的,它有上下级的配合。例如民用建筑中低压配电系统一般分为两级配电。第一级配电由变压器供电经低压配电屏以干线方式配出,第二级配电由低压配电屏配出的干线经动力配电箱,照明配电箱向负荷配出。如果有了上下级,就不能单独看一个点了,而需要考虑上下级的配合。级联技术可以在上级使用了限流保护断路器的情况下,在下级使用分断能力低于预期短路电流的断路器。级联适用于所有上下级配电装置,而不仅限于相邻的上下级配电。

2、级联的机制

级联保护机制可理解为,上下级断路器的级与级之间的联动保护,它是建立在限流能力的基础上的。以上下级为例,下级断路器遇到短路,短路电流产生电动斥力,上下级断路器触头微微斥开,回路中串入两段小电弧,小电弧限制了回路中的短路电流,下级断路器在限流后的短路电流下分断,同时上级断路器触头闭合恢复正常的接通。

上下级断路器级联保护

利用断路器的限流能力实现级联保护,说明系统中的元件不是孤立单独的起作用,而是相互配合联动的,是系统的一部分。它的好处主要有三点:

1. 由于限流作用,上级断路器远离了动作电流范围,提供了可靠的选择性保护;2. 由于上下级共同提供的限流作用,下级断路器实际分断电流要小于预期计算的短路电流,降低了下级断路器的分断能力要求,能够降低系统成本;3. 由于共同的限流作用,实际的短路电流会小于计算的预期电流,这样就提高了回路中电器设备的使用寿命。参看下图可以清晰的看到级联对于短路电流的抑制。

级联限流效果

3、级联可靠吗?

级联技术是限流技术的一种运用,是20世纪60年代限流断路器研发成功后于70年代在配电技术应用中发展起来的。这种技术根本上是限流技术的衍生。如果你了解限流技术的实现原理就会对级联技术有信心了。

限流技术主要有三种方式:1. 电动力限流,断路器分断单元中设计了u形回路,能够在短路发生时产生电动斥力,电动斥力可以克服触头的弹簧压力,让触头微微打开,降低短路电流;2. 机械结构限流,机构设计上实现过载时,动触头打开;3. 灭弧限流,设计良好的灭弧能力有效的限制短路电流。

级联的原理已经被iec364-434.3标准公认,同时级联技术被写入gb 14048.2《低压开关设备和控制设备第2部分: 断路器》的附录a: 包括上下级断路器之间的选择性保护及后备保护。

国外低压供电方式采用两路或多路并联运行的方式,对下级断路器的分断性能要求大大提高,而级联的运用,可大大减少系统的成本,因此级联技术在国外广泛使用。

产品的级联技术能力一般只能由厂家在试验室进行试验验证,并由制造厂家提供产品的级联组合表。能提供限流技术的产品很多,如施耐德,abb,西门子,eaton,穆勒等,但是可以提供完整的级联配合表的厂家很少,其中比较完整的是施耐德低压断路器,提供了从框架断路器,塑壳断路器到末端的微型断路器全系列的级联配合表,同时还有比较多的实际项目数据,参考起来会比较容易。

4、级联应用举例

考虑三台断路器串联的配电系统,在380/415v系统中,经计算上级断路器a额定电流220a,计算的预期短路电流为80ka, 断路器b额定电流为63a,预期短路电流为40ka,断路器c额定电流25a,预期短路电流26ka。这里以compact nsx断路器级联表为例,上级断路器a选择了nsx250l,分断能力为150ka,通过表格可以查到下级短路器b可以使用分断能力为36ka的nsx100f, 因为与上级断路器nsx250l级联配合后分断能力可以增强到150ka。相同的第三级可以使用分断能力为15ka的ic65l,因为与上级断路器nsx250l级联配合后,分断能力可以增强为30ka。所谓的增强不是说这个断路器实际分断能力提高,而是说由于上级断路器的配合,下级短路器的分断能力相当与增强了。这样的设计大大降低了系统的成本以及系统的体积。

三级级联断路器选择

级联配合表

低压短路器采用限流技术的级联效应给低压配电设计带来了新的设计思路,既满足了参数的要求,又能够节省产品体积和成本。

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