- 低壓成套開關(guān)設(shè)備的原理及其控制技術(shù)(第4版)
- 張白帆編著
- 8716字
- 2024-05-17 10:24:17
1.3 低壓成套開關(guān)設(shè)備的工作條件和若干主要技術(shù)參數(shù)

1.3.1 低壓成套開關(guān)設(shè)備的使用條件
要正確地使用低壓開關(guān)柜和控制設(shè)備,就必須滿足低壓開關(guān)柜的使用條件。
在GB/T 16935.1—2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第1部分:原理、要求和試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中對電氣間隙的要求涉及低壓開關(guān)柜主元件的安裝、一次和二次載流導(dǎo)體的安裝、低壓成套開關(guān)設(shè)備內(nèi)各種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件的電氣間隙以及人身安全防護(hù)距離等各種技術(shù)問題。這些都與低壓成套開關(guān)設(shè)備的設(shè)計和制造密切相關(guān)。
除了電氣間隙和沖擊耐受電壓的要求外,在高海拔地區(qū)使用的低壓開關(guān)柜還需要考慮輻射(紫外線)、靜電、絕緣、滅弧、溫度、沙塵、外形和密封等各種因素,具體可參見GB/T 20626.1—2017《特殊環(huán)境條件 高原電工電子產(chǎn)品 第1部分:通用技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1.低壓成套開關(guān)設(shè)備對安裝區(qū)域海拔的要求
隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在高海拔地區(qū)使用的低壓成套開關(guān)設(shè)備越來越多,例如我國的青藏鐵路,超過49.08%的路段都在海拔4000m以上,沿線數(shù)十個車站所使用的高壓、中壓和低壓開關(guān)設(shè)備安裝場所的海拔自然也就在4000m以上。按照國家標(biāo)準(zhǔn),低壓成套開關(guān)設(shè)備安裝場所的海拔不得超過2000m。對于應(yīng)用在高海拔地區(qū)的低壓成套開關(guān)設(shè)備,如何突破海拔2000m的高度限制是一個很重要的課題。
高海拔地區(qū)空氣密度低,紫外線輻射強(qiáng),所以當(dāng)海拔超過2000m后,開關(guān)設(shè)備內(nèi)部的絕緣和耐壓水平、開關(guān)設(shè)備的散熱能力都隨著海拔的增加而降低,同時各種開關(guān)電器的滅弧能力也隨著海拔增加而降低。如圖1-1所示。

圖1-1 擊穿電壓與pd(氣壓與觸頭間距的乘積)之關(guān)系
我們從圖1-1中看到,開關(guān)電器動、靜觸頭間和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)對接地金屬外殼間的擊穿電壓與海拔的關(guān)系:海拔越高擊穿電壓就越低。此曲線又叫做巴申曲線,是德國科學(xué)家巴申(Friedrich Paschen)在1889年總結(jié)出來的。
我們還看到擊穿電壓存在最小值。最小值之左側(cè)隨著真空度越高擊穿電壓亦越高,這就是真空斷路器的基本原理。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16935.1—2008中,對海拔超過2000m的低壓開關(guān)柜內(nèi)爬電距離和電氣間隙給出了定量數(shù)據(jù)。
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 16935.1—2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第1部分:原理、要求和試驗(yàn)》。
表A2 海拔修正系數(shù)

根據(jù)GB/T 16935.1—2008的表A2計算得出電氣間隙及爬電距離數(shù)據(jù)見表1-6。
表1-6 電氣間隙及爬電距離

一般來說,海拔每升高100m,低壓成套開關(guān)設(shè)備內(nèi)各種絕緣材料的絕緣強(qiáng)度降低1%,母線和低壓開關(guān)電器的溫升增加0.4K,高發(fā)熱低壓開關(guān)電器的溫升增加2K。所以,當(dāng)?shù)蛪撼商组_關(guān)設(shè)備安裝場所的海拔超過2000m后,低壓成套開關(guān)設(shè)備需要整體降容。
關(guān)于高原環(huán)境下低壓開關(guān)電器的技術(shù)要求見GB/T 20645—2021《特殊環(huán)境條件 高原用低壓電器技術(shù)要求》、GB/T 20626.1—2017《特殊環(huán)境條件 高原電工電子產(chǎn)品 第1部分:通用技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)。
用于計算低壓開關(guān)電器隨著海拔高度變化的降容系數(shù)見表1-7。
表1-7 低壓開關(guān)電器隨著海拔高度變化的降容系數(shù)

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20626.1—2017對應(yīng)用在高原環(huán)境下的低壓成套開關(guān)設(shè)備和低壓開關(guān)電器提出了一系列特殊要求:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 20626.1—2017《特殊環(huán)境條件 高原電工電子產(chǎn)品 第1部分:通用技術(shù)要求》
第5.3部分:電工電子產(chǎn)品的電氣間隙

第5.6部分:工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓
工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓的海拔修正系數(shù)表

在試驗(yàn)測試時,要按當(dāng)?shù)氐暮0螌⒐ゎl耐受電壓和沖擊耐受電壓乘以表中的系數(shù)K。
【例1-1】設(shè)某型低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定絕緣電壓Ui符合如下要求:300V<Ui≤690V,對應(yīng)的工頻耐受電壓是AC 1890V/5s。如果此低壓成套開關(guān)設(shè)備被用在海拔4000m處,試問此低壓成套開關(guān)設(shè)備的工頻耐受電壓是多少?
解:
我們設(shè)想此低壓成套開關(guān)設(shè)備的原型在海拔接近零之處進(jìn)行型式試驗(yàn)(例如上海電科所試驗(yàn)站,它的海拔是4m),查GB/T 20626.1—2017的第5-6部分的表格得知海拔4000m處的修正系數(shù)是1.67,于是在4000m處的工頻耐受電壓1890/1.67≈1132V。
如果要保持工頻耐受電壓為1890V/5s,則必須加大電氣間隙。查GB/T 20626.1—2017第5-2部分的表得知4000m處的電氣間隙倍增系數(shù)是1.29,也即低壓成套開關(guān)設(shè)備的最小電氣間隙由10mm增至10×1.29=12.9mm。
注:低壓成套開關(guān)設(shè)備的工頻耐受電壓等級見GB/T 7251.1—2023的表8“主電路的工頻耐受電壓值”。
2.低壓成套開關(guān)設(shè)備周圍空氣溫度和大氣條件
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》(等同于IEC 61439-1:2020),我們有如下定義:
(1)低壓成套開關(guān)設(shè)備的周圍空氣溫度
1)低壓配電所戶內(nèi)的成套設(shè)備的周圍空氣溫度:周圍空氣溫度不得超過+40℃,而且在24h內(nèi)其平均溫度不超過+35℃。周圍空氣溫度的下限為-5℃。
2)低壓配電所戶外成套設(shè)備的周圍空氣溫度:周圍空氣溫度不得超過+40℃,而且在24h內(nèi)其平均溫度不超過+35℃。周圍空氣溫度的下限為
——溫帶地區(qū)為-25℃;
——嚴(yán)寒地區(qū)為-50℃。
(2)大氣條件
1)低壓配電所戶內(nèi)成套設(shè)備的大氣條件:空氣清潔,在最高溫度為40℃時,其相對濕度不得超過50%。在較低溫度時,允許有較大的相對濕度。例如,+20℃時相對濕度為90%。但應(yīng)考慮到由于溫度的變化,有可能會偶爾產(chǎn)生適度的凝露。
2)低壓配電所戶外成套設(shè)備的大氣條件:最高溫度為+25℃時,相對濕度短時可高達(dá)100%。
3.污染等級
對于低壓成套開關(guān)設(shè)備來說,柜內(nèi)絕緣材料都按污染等級3來考慮。包括型式試驗(yàn)和出廠檢驗(yàn),爬電距離和電氣間隙也一律按污染等級3的要求確定試驗(yàn)參數(shù)和檢驗(yàn)參數(shù)。
(1)污染等級
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》(等同于IEC 61439-1:2020),我們有如下定義:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》
7.1.2.污染等級
附錄C中提及的污染等級是指成套設(shè)備所處的宏觀環(huán)境條件。
對于外殼內(nèi)的開關(guān)器件和元件,可使用外殼內(nèi)微觀環(huán)境條件的污染等級。
為了評定電氣間隙和爬電距離,確定了以下四個微觀環(huán)境的污染等級。
污染等級1:
無污染或僅有干燥的、非導(dǎo)電性污染。此污染無影響。
污染等級2:
一般情況下只有非導(dǎo)電性污染,但要考慮到偶然由于凝露造成的暫時導(dǎo)電性。
污染等級3:
存在導(dǎo)電性污染,或者由于凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變成導(dǎo)電性的污染。
污染等級4:
持久的導(dǎo)電性污染,例如由于導(dǎo)電塵埃、雨雪或其他潮濕條件造成的污染。
成套設(shè)備內(nèi)部的微觀環(huán)境可能不同于外部的宏觀環(huán)境。特定類型的成套設(shè)備的污染等級在相關(guān)的成套色號被標(biāo)準(zhǔn)中給出。
注:設(shè)備微觀環(huán)境的污染等級可能受外殼內(nèi)安裝方式的影響。當(dāng)需要打開成套設(shè)備以正常使用或運(yùn)行時,安裝的宏觀環(huán)境能對微觀環(huán)境產(chǎn)生影響。
(2)工業(yè)用途的污染等級標(biāo)準(zhǔn)
如果沒有其他規(guī)定,工業(yè)用途的成套設(shè)備一般在污染等級3環(huán)境中使用。而其他污染等級可以根據(jù)特殊用途或微觀環(huán)境考慮采用。
1.3.2 低壓成套開關(guān)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)——額定電壓和額定電流參數(shù)
低壓成套開關(guān)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)包括:額定電壓Un、額定絕緣電壓Ui、額定沖擊耐受電壓Uimp,以及額定電流InA。這幾個主要技術(shù)參數(shù)來源于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》和GB/T 14048.1—2023《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》。
1.額定電壓Un、額定絕緣電壓Ui和額定沖擊耐受電壓Uimp
低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定電壓Un、額定絕緣電壓Ui和額定沖擊耐受電壓Uimp的定義來自國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》,摘錄如下:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》
3.8.9.1:額定電壓 rated voltage
Un
成套設(shè)備制造商宣稱成套設(shè)備主電路預(yù)定連接的電氣系統(tǒng)最大標(biāo)稱值。
注1:對于多相電路,指線間電壓。
注2:不考慮瞬態(tài)電壓。
注3:由于系統(tǒng)允差,電源電壓值可超過額定電壓。
注4:電壓分別為交流和直流應(yīng)用的有效值和平均值。
3.8.9.2:額定工作電壓 rated operational voltage
Ue
成套設(shè)備制造商為成套設(shè)備或成套設(shè)備的一條電路宣稱的與額定電流共同確定設(shè)備使用的電壓值,交流(有效值)或直流(平均值)。
注:對于多相電路,指線間電壓。
3.8.9.3:額定絕緣電壓 rated insulation voltage
Ui
由成套設(shè)備制造商為成套設(shè)備或成套設(shè)備的一條電路給出的,表征絕緣規(guī)定的(長期)耐受能力的耐受電壓有效值。
注1:對于多相電路,指線間電壓。
注2:額定絕緣電壓不一定等于設(shè)備的額定工作電壓,額定工作電壓主要與功能特性有關(guān)。
3.8.9.4:額定沖擊耐受電壓 rated impulse withstand voltage
Uimp
成套設(shè)備制造商為成套設(shè)備或成套設(shè)備的一條電路規(guī)定的以表征其絕緣規(guī)定的耐受瞬態(tài)過電壓能力的沖擊耐受電壓值。
從國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1—2023中,我們看到成套開關(guān)設(shè)備的額定電壓Un與開關(guān)柜柜內(nèi)電路的額定電壓Ue不同,Ue屬于開關(guān)柜柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行電壓的范疇。此外,Ue的最大值就是開關(guān)柜內(nèi)額定絕緣電壓Ui,而開關(guān)柜柜內(nèi)電路的絕緣特性所規(guī)定的耐受過電壓沖擊能力的電壓值就是額定沖擊耐受電壓Uimp。
低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定電壓Ue一般使用IEC推薦的標(biāo)準(zhǔn)值。主電路的額定工作電壓一般為400V和690V,控制電路的額定電壓則一般采用220V交流或直流。主電路的額定工作電壓和控制回路的額定電壓允許偏差為±10%。
低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定絕緣電壓Ui與柜內(nèi)電氣間隙和爬電距離有關(guān)。
低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定電壓要高過低壓配電網(wǎng)標(biāo)稱電壓5%~10%。例如低壓配電網(wǎng)的標(biāo)稱電壓為380V,而低壓成套開關(guān)設(shè)備額定電壓Ue的電壓范圍是(5%~10%)×380V≈400~418V。
關(guān)于低壓配電網(wǎng)的標(biāo)稱電壓,見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 156—2017在前言中有一段說明,摘錄如下:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 156—2017《標(biāo)準(zhǔn)電壓》。
IEC 60038是一項(xiàng)較特殊的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),它在尊重各國標(biāo)準(zhǔn)電壓體系的前提下,通過協(xié)商提供了以50Hz和60Hz為基本參數(shù)的兩個標(biāo)準(zhǔn)電壓系列,并在每個系列中綜合提供了該系列基本電壓等級。各國可根據(jù)本國情況選擇其中的標(biāo)準(zhǔn)電壓系列和該系列的基本電壓等級。我國一直采用50Hz的標(biāo)準(zhǔn)電壓系列。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的大部分標(biāo)準(zhǔn)電壓等級與IEC 60038一致,個別電壓等級存在較大差異。主要差異如下:
——刪掉了IEC序言和前言;
——根據(jù)我國實(shí)際將IEC標(biāo)準(zhǔn)電壓230/400V和400/690V分別改為220/380V和380/660V,同時增加了我國煤礦井下使用的1140V(見表1);
——鑒于我國有專門的供電電壓允許偏差標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12325),且技術(shù)要求更嚴(yán)格,因此刪去了IEC 60038的電壓范圍規(guī)定;
4.7 發(fā)電機(jī)的額定電壓(見表7)
表7 發(fā)電機(jī)的額定電壓

注:與發(fā)電機(jī)出線端配套的電氣設(shè)備額定電壓可采用發(fā)電機(jī)的額定電壓,并應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中加以具體規(guī)定。
由此可見,400V和690V的額定電壓可以理解為發(fā)電機(jī)的端口電壓,也包括變壓器低壓繞組的端口額定電壓。
對于低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備內(nèi)部安裝的低壓開關(guān)電器,它們的額定工作電壓Ue、額定絕緣電壓Ui等參數(shù),國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14048.1—2023有如下規(guī)定:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 14048.1—2023《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》。
5.3.1 額定電壓
電器應(yīng)規(guī)定幾種額定電壓:
注:一定型式的電器可以有一個或多個額定電壓或一個額定電壓范圍。
5.3.1.1 額定工作電壓(Ue)
電器的額定工作電壓是一個與額定工作電流組合共同確定電器用途的電壓值,它與相應(yīng)的試驗(yàn)和使用類別有關(guān)。
對于單極電器,額定工作電壓一般規(guī)定為跨極二端電壓。對于多極電器,額定工作電壓規(guī)定為相間電壓。
對于某些電器和特殊用途電器,可采用不同的方法確定Ue,具體方法在有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。
對用在多相電路中的多極電器,應(yīng)區(qū)分以下兩點(diǎn):
a)用于單一對地故障不會在一極兩端出現(xiàn)相間全電壓的系統(tǒng)的電器:
——中性點(diǎn)接地系統(tǒng);
——不接地和用阻抗接地的系統(tǒng)。
b)用于單一對地故障會在一極兩端出現(xiàn)相間全電壓的系統(tǒng)(即相接地系統(tǒng))的電器。
對于不同的工作制和使用類別,電器可以規(guī)定多組額定工作電壓和額定工作電流或額定功率組合。
對于不同的工作制和使用類別,電器可以規(guī)定多組額定工作電壓和相應(yīng)的接通和分?jǐn)嗄芰Α?/p>
注1:應(yīng)注意的是額定工作電壓可能與電器內(nèi)的實(shí)際工作電壓不同(見3.7.52)
根據(jù)IEC60038,應(yīng)規(guī)定三相系統(tǒng)的額定工作電壓,如230/400V或者400V(50Hz)、277/480V或480V(60Hz),如適用。較低值為對中性線的電壓值,較高值是相同電壓值。當(dāng)僅標(biāo)明一個電壓值時,它指的是三線系統(tǒng)相間電壓值。
注2:某些類型的設(shè)備可能不止一個額定電壓或者額定電壓范圍。
5.3.1.2 額定絕緣電壓(Ui)
電器的額定絕緣電壓是一個與介電試驗(yàn)電壓和爬電距離有關(guān)的電壓值。在任何情況下最大的額定工作電壓值不應(yīng)超過額定絕緣電壓值。
注:若電器沒有明確規(guī)定額定絕緣電壓,則規(guī)定的工作電壓的最高值被認(rèn)為是額定絕緣電壓值。
5.3.1.3 額定沖擊耐受電壓(Uimp)
在規(guī)定的條件下,電器能夠耐受而不擊穿的具有規(guī)定形狀和極性的沖擊電壓峰值。該值與電氣間隙有關(guān)。電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)等于或大于該電器所處的電路中可能產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓規(guī)定值。
注:額定沖擊耐受電壓優(yōu)選值見表12。
表12 額定沖擊耐受電壓

注:表12適用于均勻電場,情況B(見2.5.62)。
表19 與額定絕緣電壓對應(yīng)的介電試驗(yàn)電壓

注:a 僅適用于直流。
b 試驗(yàn)電壓值依據(jù)GB/T 16935.1—2008中的4.1.2.3.1第3段。
c 直流試驗(yàn)電壓僅在交流試驗(yàn)電壓不適用時使用,見8.3.3.4.1.3的規(guī)定。
低壓開關(guān)電器常用的額定電壓見表1-8。
表1-8 開關(guān)電器的常用額定電壓

①數(shù)據(jù)為常用數(shù)據(jù)。
對于低壓斷路器的輔助回路,在GB/T 14048.2—2020(等同于IEC 60947-2:2006標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定了輔助回路額定電壓的優(yōu)先值。輔助回路額定電壓見表1-9。
表1-9 GB/T 14048.2—2020中規(guī)定的輔助回路額定電壓

額定絕緣電壓Ui對所有的開關(guān)電器的絕緣特性有重要意義,開關(guān)電器的絕緣特性就是按照Ui的標(biāo)準(zhǔn)化值來設(shè)計的;額定工作電壓Ue關(guān)系到斷路器的通斷能力參數(shù),而對交流接觸器則關(guān)系到工作制和使用類別。
在低壓開關(guān)電器的產(chǎn)品樣本中,每種設(shè)備都給出了Ui和Ue的數(shù)值。
2.額定電流Ie與溫升
與額定電壓的定義類似,低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定電流與低壓開關(guān)電器的額定電流不完全一致。具體見GB/T 7251.1—2023和GB/T 14048.1—2023。
我們看GB/T 7251.1—2023是如何定義低壓成套開關(guān)設(shè)備的額定電流的。
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》
3.8.10.1 額定電流 rated current
成套設(shè)備制造商宣稱的,在規(guī)定的條件下能承載的,成套設(shè)備各部件的溫升不超過規(guī)定限值的不間斷電流值。
注1:成套設(shè)備的額定電流(InA)見3.8.10.7;主電路的額定電流(Inc)見
3.8.10.5;主電路組額定電流見3.8.10.6。
注2:一般情況下,在確定電路的額定電流時,不考慮電動機(jī)、變壓器等的涌流。
3.8.10.2 額定峰值耐受電流 rated peak withstand current
Ipk
成套設(shè)備制造商宣稱的在規(guī)定條件下能承受的短路電流峰值。
3.8.10.3 額定短時耐受電流 rated short-time withstand current
Icw
成套設(shè)備制造商宣稱的,在規(guī)定條件下,用電流和時間定義的能耐受的短時電流交流有效值或直流平均值。
注:額定短時耐受電流與IEC TR61641中給出的內(nèi)部電弧故障額定值不同。
3.8.10.4 額定限制短路電流 rated conditional short-circuit current
Icc
成套設(shè)備制造商宣稱的在規(guī)定條件下在SCPD全部動作時間內(nèi)(斷開時間)能承受的預(yù)期短路電流值。
3.8.10.5 主電路額定電流 rated current of a main circuit
Inc
當(dāng)主電路是成套設(shè)備一個柜架單元中唯一有電流的主電路時,主電路所能承載的額定電流。
注1:根據(jù)各自的器件標(biāo)準(zhǔn),主電路的額定電流能低于安裝在主電路中的器件的額定電流。
注2:由于決定額定電流的因素很復(fù)雜,因此無標(biāo)準(zhǔn)值給出。
注3:一個成套設(shè)備只能由一個單獨(dú)的柜架單元組成。
3.8.10.6 主電路組額定電流 group rated current of a main circuit
Ing
考慮同時加載在成套設(shè)備同一柜架單元的其他電路的相互熱影響,主電路所能承載的額定電流。
注1:在某些成套設(shè)備設(shè)計上,Ing可能等于Inc。
注2:一個成套設(shè)備可能只由一個單獨(dú)的柜架單元組成。
3.8.10.7 成套設(shè)備額定電流 rated current of an assembly
InA
在任何部件的溫升不超過規(guī)定極限的情況下,能由成套設(shè)備分配的額定電流。
注:如果將來進(jìn)一步增加電路,則不超過成套設(shè)備的額定電流。
3.8.10.8 設(shè)計電流(電氣回路的)design current(of an electric circuit)
IB
正常運(yùn)行時電氣回路承載的電流。
注:IB通常由用戶提供。
低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中某支路的額定電流由該支路的主元件決定,而主元件的額定電流則由該主元件制造廠根據(jù)其內(nèi)部各元器件的額定值、布置方式和應(yīng)用情況來確定,只有其內(nèi)部各個部件按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件下測試溫升不超過限定值才允許承載上述額定電流。
我們看GB/T 7251.1—2023是怎么說的:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》
5.3 電流額定數(shù)據(jù)
5.3.1 成套設(shè)備的額定電流(InA)
成套設(shè)備的額定電流應(yīng)為下列所述情況的電流最小值:
——進(jìn)線電路的總組額定電流(Ing),它是單個進(jìn)線電路的組額定電流,或者是成套設(shè)備內(nèi)并行且同時工作的進(jìn)線電路的組額定電流的總和;
——特殊布置的成套設(shè)備中主母線能分配的總電流。該電流應(yīng)在各個部件的溫升不超過9.2規(guī)定的限值的情況下承載。
注1:進(jìn)線電路的組額定電流可能低于安裝在成套設(shè)備內(nèi)的(符合各自器件標(biāo)準(zhǔn)的)進(jìn)線器件的額定電流。
注2:就此而論主母線是指在運(yùn)行中正常連接的單個母線或單個母線的組合體,例如使用母線連接器。
5.3.2 主出線電路的額定電流(Inc)
主出線電路的額定電流是當(dāng)同一柜架單元內(nèi)所有其他出線主電路都不帶電流時,該出線電路所能承載的電流(見10.10)。該電流應(yīng)在成套設(shè)備各個部件的溫升不超過9.2規(guī)定的限值的情況下承載。
如果給出了電路的組額定電流Ing,則一條電路的額定電流Inc是自愿給出的。如果指定了Inc,則可評估在輕載柜架單元單個電路上的最大允許連續(xù)負(fù)載電流,單個電路上的負(fù)載有可能允許超過Ing,但絕不允許超過Inc。
注:Ing表示在全負(fù)載柜架單元內(nèi)的最大允許連續(xù)負(fù)載電流。
5.3.3 主電路組額定電流(Ing)
主電路組額定電流是,在初始制造商規(guī)定的一個特定的協(xié)議中,可能由該電路連續(xù)并同時與至少同一個成套設(shè)備或成套設(shè)備的柜架單元的一個其他電路承載的電流。該電流應(yīng)在成套設(shè)備各個部件的溫升不超過9.2規(guī)定的限值的情況下承載。
注1:如果成套設(shè)備的設(shè)計中已經(jīng)按照IEC 61439(所有部分)之前的版本給出RDF,則Ing能用 Inc×RDF計算。如果聲明Ing,初始制造商應(yīng)說明組額定電流所涵蓋的特定布置:
——同一成套設(shè)備或柜架單元中允許安裝的電路/功能單元的類型、額定值和最大數(shù)量;
——各柜架單元和/或成套設(shè)備內(nèi)的功能單元的布置。
注2:對于具有給定Ing的功能單元,也能用功率損耗來說明成套設(shè)備或成套設(shè)備柜架單元的具體布置。
注3:在大多數(shù)情況下,初始制造商提供的同一類型的柜架單元能根據(jù)特定客戶的需求,配備不同數(shù)量和不同類型的電路(功能單元)。通常,并不是安裝在一個柜架單元的所有電路都連續(xù)且同時承載其額定電流。因此,由初始制造商規(guī)定的具體布置明確了哪些情況由Ing值所包含連續(xù)且同時承載的主電路組額定電流應(yīng)等于或大于出線電路的假定負(fù)載(等于IEC 60364-1中電路的設(shè)計電流 IB)。
出線電路的假定負(fù)載應(yīng)由相關(guān)成套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
……
為每種類型的主電路給出Ing的另一種選擇是為每種類型的主電路給出Inc和適當(dāng)?shù)腞DF。
以上GB/T 7251.1—2023定義的各種電流參數(shù),對于低壓成套開關(guān)設(shè)備來說非常重要。另外,峰值耐受電流Ipk和短時耐受電流Icw在1.4.2節(jié)中闡述。
GB/T 7251.1—2023中定義的主電路組額定電流Ing和出線電流Inc的關(guān)系,就是額定分散系數(shù)RDF的關(guān)系。額定分散系數(shù)RDF的值見于GB/T 7251.1—2005的表1,雖然此表在該標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)版本中沒有出現(xiàn),但是依然具有實(shí)踐意義。
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2005《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備》
表1 額定分散系數(shù)RDF

【范例解析】
看如下所示的框架單元的單線圖:

圖中進(jìn)線電流是Ing,出線電流是Inc。按GB/T 7251.1—2023的5.3.3條的注1,可用Ing=RDF×ΣInc來計算。
設(shè)10路饋電回路的電流總和ΣInc=1000A,查GB7251.1—2005的表1得到RDF值:RDF=0.6,則總進(jìn)線電流Ing=0.6×1000=600A,也即上圖中的進(jìn)線斷路器額定電流取值為600A。
額定電流與低壓成套開關(guān)設(shè)備的柜內(nèi)溫升緊密關(guān)聯(lián)。GB/T 7251.1—2023中對額定電流與溫升的關(guān)系做了說明,如下:
標(biāo)準(zhǔn)摘錄:GB/T 7251.1—2023《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》
9.2.溫升極限
成套設(shè)備和它的電路在特定條件下應(yīng)能承載其額定電流(見5.3.1、5.3.2和5.3.3),考慮到元件的額定數(shù)據(jù)、它們的布置和應(yīng)用,且當(dāng)按照10.10驗(yàn)證時不超過表6中所給出的溫升限值適用于周圍空氣平均溫度不超過35℃。
……
表6 溫升限值(9.2)

(續(xù))

a“內(nèi)裝元件”一詞指:
——常用的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備;
——電子部件(例如:整流橋、印刷電路);
——設(shè)備的部件(例如:調(diào)節(jié)器、穩(wěn)壓電源、運(yùn)算放大器)
b 溫升極限為70K是根據(jù)10.10的常規(guī)試驗(yàn)而定的數(shù)值。在安裝條件下使用或試驗(yàn)的成套設(shè)備,由于接線、端子類型、種類、布置與試驗(yàn)(常規(guī))所用的不盡相同,因此端子的溫升會不同,這是允許的
c 那些只有在成套設(shè)備打開后才能接觸到的操作手柄,例如:不經(jīng)常操作的抽出式手柄,其溫升極限允許提高到25K
d 除非另有規(guī)定,在正常工作情況下可以接近但不需觸及的外殼和覆板,允許其溫升提高10K。距離成套設(shè)備基座2m以上的外表面和部件可認(rèn)為是不可觸及的
e 就某些設(shè)備(如電子器件)而言,它們的溫升限值不同于那些通常的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備,因此有一定程度的靈活性
f 對于10.10的溫升試驗(yàn),須由初始制造商在考慮元件制造商所采用的任何附加測量點(diǎn)和限值的基礎(chǔ)上規(guī)定溫升限值
g 如滿足列出的所有判據(jù),裸銅母線和裸銅導(dǎo)體的最大溫升不應(yīng)超過105K
我們從標(biāo)準(zhǔn)中看到了溫升的限制值。
對于低壓成套開關(guān)設(shè)備在進(jìn)行型式試驗(yàn)時允許的溫升限定值,見表1-10。
表1-10 低壓成套開關(guān)設(shè)備在進(jìn)行型式試驗(yàn)時允許的溫升限定值

70℃的溫升極限是基于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的常規(guī)試驗(yàn)確定的數(shù)值。在實(shí)際安裝條件下,由于接線的形式、布置和試驗(yàn)條件不盡相同,可能出現(xiàn)不同的溫升,所以測試時允許出現(xiàn)不同的溫升。
裝在成套開關(guān)設(shè)備內(nèi)部的操作手柄、抽出式把手等,若不經(jīng)常操作,只是在打開門板后才能觸及,則此手柄或把手的溫升允許略高一些。除非另有規(guī)定,有些在正常工作時無須觸及的外殼和蓋,溫升界限可提高10℃。
特別提醒:溫升是設(shè)備表面溫度與環(huán)境溫度之差,因此溫升的單位既可以是攝氏度(℃),也可以是開爾文溫標(biāo)K。不管溫升的單位采用℃還是K,兩者的數(shù)值是一樣的。
3.短路電流
在成套設(shè)備中一條電路由于故障或者錯誤連接而造成短路故障,由此而導(dǎo)致的過電流被稱為短路電流。
在短路狀態(tài)下短路電路的線路阻抗和短路點(diǎn)阻抗很小,因此短路電流很大,導(dǎo)線和開關(guān)電器因此而劇烈發(fā)熱,有時還伴隨著劇烈的電弧放電。
GB/T 7251.1—2013在3.8.7條中對一條電路中出現(xiàn)的預(yù)期短路電流給出定義:在盡可能接近成套設(shè)備電源端,用一根阻抗可以忽略不計的導(dǎo)體使電路的供電導(dǎo)體短路時流過的電流的有效值。
我們在選配低壓線路中各種開關(guān)電器時,元器件的短路分?jǐn)嗄芰Χ际且罁?jù)預(yù)期短路電流來確定的。
另外,低壓成套開關(guān)設(shè)備的短路參數(shù)主要是指主母線系統(tǒng)的額定峰值耐受電流Ipk和額定短時耐受電流Icw,它們決定了低壓成套開關(guān)設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,具體見第2.2.3節(jié)。
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