熔断器做短路保护的设计实施

2021/4/30 21:10:00 人评论 次浏览 分类:电工基础  文章地址:/tech/3724.html

熔断器的优势之一是具有良好的短路特性,其允通能量(I2t)值很小,大大降低了短路时发热对线路导体截面积的要求。电工基础在本文分享熔断器做短路保护的设计实施,对大家在低压配电设计中有所帮助。

熔断时间(即切断电源时间)t≥0.1s的分析

t≥0.1s时,应根据熔断体额定电流值按照式计算导体最小截面积;由于熔断体的反时限特性,这种计算费时费力,按照《工业与民用供配电设计手册(第四版)》的方法,在设定一些参数的条件下,计算并编制出表格,可免除麻烦的计算,只需要查表即可。

接地故障的切断电源时间,除部分末端回路外,对于TN系统不应超过5s。而经研究分析,短路持续时间t在0.1-5s之间,以t=5s时对导体截面积(S)的要求最高,因此以t=5s为计算前提既简单又保险、可靠。按t=5s时计算,并符合GB13539.1-2015《低压熔断器 第1部分:基本要求》中封闭式限流熔断
体的gG熔断器(额定电流Ia≥16A)规定的弧前时间的门限值[5s动作的最大电流Imax(5s)]和时间-电流特性,计算出绝缘电线、电缆的不同型和不同截面积(S)时熔断体额定电流(In)的最大允许值,列于表1。
注:当时间t>0.1s时,实际上弧前时间与熔断时间的差异可不计,可以认为熔断时间等于弧前时间。
说明:公式中t为短路持续时间,s;S为导体截面积,mm2;I为预期短路电流,交流方根值,A;K为和导体材料的电阻率、温度系数、热容量以及相应的初始温度和最终温度有关的系数)

表1 按短路保护要求()不同电线、电缆类型及截面积时,熔断体额定电流(In)最大允许值



例:某三级放射式配电系统,其接线方式和各段线路的计算电流(Ic)均标注在图1中,各级均采用gG熔断器保护,按过负荷保护要求Ic≤In≤Iz,按计算电流(Ic)选取的熔断体额定电流(In)值和绝缘电线的截面积(其载流量Iz)亦标注在图中。试问是否符合短路保护要求?


图1 配电系统接线图(用熔断器做短路保护)


解:按照计算电流选择的三段配电线路的类型和截面积,查表1可知,其短路保护的熔断体额定电流(In)最大允许值分别为500、250、80A,比按过负荷保护要求选择的熔断体额定电流值200、100、40A(标注在图1中)大得多,完全满足短路保护要求。


熔断时间t<0.1s的分析

t<0.1s时,应按式计算,即应符合(KS)2≥I2t的要求。
1、计算(KS)2:取一个最小截面积,配电线路绝缘导体按机械强度要求,铜芯线不得小于1.5mm2,常用的两种绝缘线的(KS)2值如下。
①PVC绝缘线:K=115,(KS)2=(115×1.5)2≈29756(A2·s);
②交联绝缘线(XLPE):K=143,(KS)2=(143×1.5)2≈46010(A2·s);

2、I2t值:按GB13539.1-2015规定,gG熔断体0.01s的弧前I2t最大值,当熔断体额定电流In=32A时为5000A2·s;当In=63A时为27000A2·S。

按GB/T13539.2-2015《低压熔断器 第2部分:专职人员使用的熔断器补充要求》规定,刀型触头熔断器(gG型)选择性试验的I2t极限值-最大熔断I2t值,当In=32A时为5750A2·s,当In=63A时为21200A2·S。

3、无论是PVC绝缘线还是XLPE铜芯线,符合机械强度要求的最小截面积为1.5mm2,In为32A或63A时均能满足(KS)2≥I2t要求;况且按过负荷要求,对于1.5mm2铜芯绝缘线,In值应比32A更小,一定能够满足要求。


由此得出结论,当t<0.1s时,只要符合过负荷保护要求和机械强度要求的绝缘线截面积(S)都满足短路热稳定要求,不必校验。

作者:任元会

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