预期短路电流.docx

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预期短路电流

1.对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大（10KV侧的短路容量一般为200~400MVA甚至更大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%）。

2.GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条规定：

“当短路点附近所接电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5∑In。

3.变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接（路），当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分值。

因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预期短路电流。

4.变压器的副边额定电流=Se/1.732U式中Se为变压器的容量（KVA），Ue为副边额定电压（空载电压），在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是:

1.44～.50Se。

5.按（3）对Uk的定义，副边的短路电流（三相短路）为I（3）对Uk的定义，副边的短路电流（三相短路）为I（3）=Ie/Uk，此值为交流有效值。

6.在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则I

（2）=1.732I（3）/2=0.866I（3）

    以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事故。

如果短路点离变压器有一定的距离， 考虑到线路阻抗，短路电流将减小。

例如SL7系列变压器（配导线为三芯铝线电缆），容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I（3）为7210A。

短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I（3）降为4740A； 当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电 流为3616A。

离变压器的距离为100m处短路时， 短路电流为2440A。

远离100m时短路电流分别 为0m的65.74%和67.47%。

所以，用户在设计时， 应计算安装处（线路）的额定电流和该处可能出 现的最大短路电流。

并按以下原则选择断路器：

 因此，在选择断路器上，不必把余量放得过大， 以免造成浪费。

二、断路器的极限短路分断能力和运行短 路分断能力IEC947-2和GB4048.2，对断路器极 限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下 的定义：

断路器的额定极限短路分断能力（Icu）：

 按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路 器继续承载其额定电流能力的分断能力；断路 器的额定运行短路分断能力（Ics）：

按规定的 试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载 其额定电流能力的分断能力。

    极限短路分断能力Icu的试验程序为OTCO。

 其具体试验是：

把线路的电流调整到预期的短 路电流值（例如380V，50KA），而试验按钮未 合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮， 断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断 （OPEN简称O）并熄灭电弧，断路器应完好，且 能再合闸。

T为间歇时间（休息时间），一般为 3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行 一次接通（CLOSE简称C）和紧接着的开断（O） （接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动 和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损）。

此 程序即为CO。

断路器能完全分断，熄灭电弧， 并无超出规定的损伤，就认定它的极限分断 能力试验成功；断路器的运行短路分断能力 （Icu）的试验程序为OTCO T CO，它比Icu的试 验程序多了一次CO。

经过试验，断路器能完全 分断、熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认 定它的额定进行短路分断能力试验通过。

 Icu 和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护 特性复校等试验。

由于运行短路分断后，还 要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。

 Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难，因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu（对A类断路器即塑壳式）或50%、75%、100%Icu（对B类断路器，即万能式或框架式）。

断路器的制造厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。

    万能式断路器，绝大部分都具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线（包括变压器的出线端）都采用它作主开关，因为主干线切除故障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时要求两个CO，而且要求继续承载一段时间的额定电流，因此万能式断路器偏重于它的Icu值；而使用在支路上的塑壳式断路器，经过极限短路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新的（停电的影响较小），一般只注重其Ics值。

但是，无论是万能式或塑壳式断路器，都有必须具备Icu和Ics这两个重要的技术指标。

只有Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑壳式的最小允许Ics可以是25%Icu，万能式最小允许Ics是50%Icu， 有些断路器应用的设计人员，按其所计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力来衡量，由此判定某种断路器（此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行短路分断能力则低于计算电流）为不合格。

这是一个误解。

三、断路器的电气间隙与爬电距离 确定电器产品的电气间隙，必须依据低压系统的绝缘配合，而绝缘配合则是建立在瞬时过电压被限制在规定的冲击耐受电压，而系统中的电器或设备产生的瞬时过电压也必须低于电源系统规定的冲击电压。

因此：

1.电器的额定绝缘电压应≥电源系统的额定电压

2.电器的额定冲击耐受电压应≥电源系统的额定冲击耐受电压

3.电器产生的瞬态过电压应≤电源系统的额定冲击耐受电压。

    基于以上三原则，电器的额定冲击耐受电压（优先值）Uimp就与电源系统的相对地电压和电器的安装类别等有很大的关系：

相对地电压值越大，安装类别越高[分为I（信号水平级）、Ⅱ（负载水平级）、Ⅲ（配电水平级）、Ⅳ（电源水平级）]，要求额定冲击耐受电压就越大。

例如相对地电压为220V，安装类别为Ⅲ时，Uimp为4.0KV，要是安装类别为Ⅳ，Uimp为6.0KV。

一般塑壳式断路器的Uimp为6.0KV污染等级3级或4级，其最小的电气间隙是5.5mm。

而产品的实际的电气间隙，都大于5.5mm。

    关于爬电距离，GB/T14048.1《低压开关设备与控制设备 总则》规定：

电器（产品）的最小爬电距离与额定绝缘电压（或实际工作电压）、电器产品使用场所的污染等级以及产品本身使用的绝缘材料的性质（绝缘组别）有关。

例如：

额定绝缘电压为660（690）V，污染等级为3，产品使用的绝缘材料组别为Ⅲa（175≤cti〈400，CTI为绝缘材料的漏电起痕指数〉，最小爬电距离为10mm。

一般塑壳式断路器的爬电距离都大大超过规定的数值。

    综上所述，如果电器产品的电气间隙和爬电距离，达到绝缘配合要求，就不会因为外来过电压或线路设备本身的操作过电压造成设备的介质电击穿。

GB7251.1-1997《低压成套开关设备和控制设备 第一部分：

型式试验和部分型式试验成套设备》（等郊于IEC439-1：

1992），对绝缘配合的要求与GB/T14048.1是完全一样的。

有一些成套电器制造厂提出断路器接线用铜排，其相与相之间的（空气）距离应大于12mm，有的甚至提出断路器的电气间隙应大于20mm。

这种要求是不合理的，它已经超出了绝缘配合的要求。

对于大电流规格，为了避免在出现短路电流时产生电动斥力，或是大电流时导体发热，为了增加散热空间，因而适当加宽相间的空间距离也是可以的。

此时无论是达到12mm或20mm，都可由成套电器制造厂自行解决，或请电器元件厂提供有弯头的接线端子或联结板（片）来实现。

一般断路器出厂时，都提供电源端相间的隔弧板，以防止电弧喷出时造成相间短路。

零飞弧的断路器为防开断短路电流时有电离分子逸出，也安装这种隔弧板。

如果没有隔弧板，则对裸铜排可包扎绝缘带，其距离应不小100mm。

四、四极断路器的应用 关于四极断路器的应用，目前国家标准或规程还没有对是否使用做出硬性的规定，虽然地区性四极电器的设计规范已经出台，但安装与不安装四极电器的争论还在进行中，某些地区的使用近年来出现一窝蜂的趋势，各断路器制造厂也纷纷设计，制造各种型号的四极断路器投放市场。

笔者同意一种意见，就是用或不用应以是否能确保供电的可靠性、安全性为准，因此大体上是：

1.TN-C系统。

TN-C系统中，N线与保护线PE合二为一（PEN线），考虑安全，任何时候不允许断开PEN线，因此绝对禁用四极断路器；

2. TT系统、TN-C-S系统和TN-S系统可使用四极断路器，以便在维修时保障检修者的安全，但是TN-C-S和TN-S系统，断路器的N极只能接N线，而不能接PEN或PE线；

3.装设双电源切换的场所，由于系统中所有的中性线（N线）是通联的，为了确保被切换的电源开关（断路器）的检修安全，必须采用四极断路器；

4. 用于380V系统的应选用四极 剩余电流保护器（漏电断路器）。

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6月17日

照明灯具

不同灯具的电源介绍

    3.1 标准白炽灯和卤钨灯

    （１）直接启动，卤钨灯比标准白炽灯光聚度高；

    （２）在启动瞬间，由于冷灯丝的电阻小，启动冲击电流峰值较大；

    （３）功率因数为１；

    （４）额定电流计算公式：

In＝Pn/U

    ３．２ 荧光灯

    （１）串联一个镇流器（电感）限制电弧的强度

    （２）需使用启辉器，其作用为预热灯丝，产生瞬间高电压启动灯管；

    （３）启辉器动作时（大约１秒），灯从电源吸收的电流约为额定电流的两倍；

    （４）功率因数较低：

铁芯镇流器无功率因数补偿电容时Ｃosφ＝0.6；铁芯镇流器带功率因数补偿电容时Cosφ＝0.86；电子镇流器Cosφ＝0.96；

    （５）额定电流计算公式：

Ｉｎ＝（Ｐｂａｌｌａｓｔ＋Ｐｎ）／ＵＸＣｏｓφ

    注：

Pballast为镇流器损耗功率

    （６）电子镇流器的优点是：

通过高频化提高灯效率，可以瞬间点灯，无频闪，无噪音，自身功耗小，体积小，重量轻，可以实现调光等。

    3.3 放电灯

    （１）启动时间长，约为４分钟～１５分钟；

    （２）启动电流大，约为额定电流的１倍～２倍；

    （３）其它特点与荧光灯相似，具体数据可参照灯具厂商的说明书。

    4、供电回路设计注意事项

    4.1 灯具的实际吸收电流

设计时应首先考虑灯具的实际吸收电流，否则由于大电流通过会引起过载保护装置的频繁跳闸。

    进行电流计算时要考虑所有功耗元件，尤其是荧光灯类负载，不要忘记考虑镇流器的功率。

    对荧光灯类负载，若无特别注明，铁芯镇流器的功率应按灯具的25％考虑；电子镇流器的功率应按灯具的５％～10％考虑。

    对白炽灯类负载，应注意电源电压为灯具额定电压的１０％，电流也相应增大。

    过电流保护的整定值应综合考虑回路的功率与功率因数。

    4.2 启动时的过电流

    照明回路的控制和保护元件有继电器、可控硅开关、远控开关、接触器和断路器等。

启动电流峰值与电源变压器的功率、电缆的长度、灯具的数量有关，瞬间的启动电流峰值会造成电磁式保护元件的触点熔焊，或使半导体固态开关损坏。

    限制控制和保护元件所控制灯的个数，向制造商查询详细的技术要求。

    表４所示为１６Ａ的控制和保护元件所能控制的荧光灯的个数。

    ４.3 中性线过载

    由于带电子镇流器的荧光灯和电子类设备的大量使用，３次和３次整数倍的谐波会导致中性线过载。

    ＩＥＣ60364章523－5－3中规定：

如果电路中的谐波分量超过１０％，中性导体的截面积不应小于相线的截面积。

另外，有必要提供带中性线保护的４极断路器（不能用于ＴＮ－Ｃ系统中），并且相线和中性线应同时分断。

    ４.4 对地泄漏电流

    由于电子镇流器对地分布电容引起的漏电流会引起保护装置的跳闸。

因此，可使用抗此类泄漏电流干扰的剩余电流保护装置（可向施耐德电气公司查询）。

    ４.5 过电压

    照明回路启动时会有瞬时的过电流，过电流过后会引起电网电压的波动。

电网电压的波动会影响敏感性负载（微机、温度控制器等）的正确运行。

应将敏感性负载的电源与照明回路分开。

    4.6 高频干扰

    高频发射、传导和辐射会干扰敏感性系统的运行。

设计安装时应注意灯与镇流器应近距离安装。

当然，在实际应用过程中还有其它应注意的事项，在此不再赘述。

    5、结束语

    随着绿色照明概念的提出，新型的节能灯具不断出现。

智能化工厂和住宅要求有既安全、舒适又方便的照明控制与管理。

施耐德电气公司推出了一系列产品来满足用户的需求如抗干扰的Ｃ６５系列漏电保护断路器、远程控制元件、时间管理元件等。

相信随着科技的发展，未来的照明控制与管理将实现网络化、智能化以及节能环保。

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5月25日

异步电动机保护

浅论异步电动机的各种保护

摘要：

本文论述了异步电动机在发生过载、短路、断相、欠电压等故障时产生的后果以及它们的有效保护方法。

关键词：

异步电动机　　故障　　保护

 电动机的故障大体分为两部分：

一部分是机械的原因。

例如轴承和风机的磨损或损坏：

另一部分是电磁故障，二者互有关连。

如轴承损坏，引起电动机的过载，甚至堵转，而风叶损坏，使电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。

电磁故障的原因很多，如电动机的过载、断相、欠电压和短路都足以使电动机受损和毁坏。

过载、断相、欠电压运行都会使绕组内的电流增大，发热量增加（导体的发热量是和电流的平方成正比的），而短路造成的危害就更大。

短路的原因是电动机本身的绝缘材料质量差或电动机受潮（在农村是经常发生的，例如受雨淋或落水），以致于绕组的相间击穿，引起短路。

此外，还有电动机置于有酸碱物的场所，因受腐蚀而损坏绝缘。

    一、电动机的过载及其保护

 电动机的过载除上述原因外，还有：

a.电动机周围环境温度过高，散热条件差；

b.电动机在大的起动电流下缓慢起动；

c.电动机长期低速运行；

d.电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。

  电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。

  从电动机的结构来看，鼠笼型电机的定子铁心置放绕组的槽内必须有良好的绝缘物，绕组（铜线）表面有绝缘漆层，绕线式电动机转子绕组与定子绕组一样，绕组与铁心槽衬以绝缘物，三个端线所接的铜滑环，环间，环与转轴之间也是彼此绝缘的。

为了保证电动机的相间、带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料的。

各种绝缘都有一定的耐受工作温度的指标。

IEC85规定A级（105℃）、E级（120℃）、B级（130℃）、F级（155℃）……。

八十年代，IEC216提出了一个新的耐热标准，称为温度指数TI（TemperatureIndex）以此代替IEC85。

TI是按阿尼罗乌丝（Arrhenins）公式t=10a＋b/T计算的。

式中：

t—寿命[小时（h）]

T—绝缘材料使用的温度（℃）

a、b—与材料有关的常数

例如：

某电动机使用的绝缘材料a=－2，b=1034，使用温度T=164℃

得t=10－2＋（1034/642）=104.30=2000h

它表示此绝缘物使用于164℃时，其使用寿命为20000小时。

如果把使用温度提高8℃，则T=164＋8=172℃

t=10－2＋（1034/172）=104=10000h

它说明很早以来，电工技术工作者提出的绝缘材料的使用温度每增加8℃，其使用寿命就减半是有理论和实践依据的。

电动机的过载保护安秒（I－t）曲线（反时限）

1.电动机的过载特性

2.保护电器的保护特性

3.电动机的起动电流特性

 保护器的I－t曲线在电动机过载特性之内，但两曲线间距不必拉得过大，以便做到既不使电动机因为过载造成温升增大影响寿命，又充分利用电动机本身的最大耐受过载能力。

根据生产和科学实践，对电动机的保护特性已由IEC947—4《低压开关设备和控制设备。

低压机电式接角器和电动机起动器》作出了新的规定（我国的GB14048.4等效于IEC标准），对无温度补尝的保护电器：

1.0In>2h不动作

1.2In≤2h动作

7.2In：

2s

 在八十年代，我国曾有科技人员对绕组采用B级绝缘（允许工作温度为130℃）的电动机，进行了实测（即不动作和动作的时间极限，此极限表明不会引起绝缘水平下降的电流与时间的最大值）：

以上实测值是在几台电动机上测试的，不够全面，但它表明，这个标准还是比较实际的（6In是老标准）旧标准把6In作为可返回特性的电流，它相当于电动机的起动电流，经可返回时间（在通以6In时的延时时间，后将电流返回1倍In或0.9In，此段时间内保护电器不允许动作，这种可返回特性的规定是为了躲过电动机的起动，它的可返回时间应大于电动机的起动时间，旧标准的可返回时间分1s、3s、8s、13s几种）。

鉴于把起动电流定在6倍和可返回时间固定在上述的4种已不能完全反映现实情况（例如Y型鼠笼型电动机的起动电流倍数就有5、5.5、6、6.5、6.8、7的六种），因此我国的GB14048.4（等效采用IEC947－4）统一规定为7.2倍，并对不同的起动时间规定了延时时间Tp。

美国NEMA（美国全国电气制造商协会）1993年的MG－1标准对电动机的过载和失速（相当于电动机的堵转和刚起动——笔者注）保护作了新的规定：

“输出功率不超过500HP（马力，相当于368kW—笔者注），额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常工作温度初次起动，耐受1.5倍全额电流的时间应不等于2min”，又规定：

“功率输出不超过500HP，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常温度初次起动时，应能耐锁定转子电流的失速时间不少于12s”，从以上标准和对我国绝大多数的电动机的起动时间的统计来看，选1.5In为2min，7.2In为2s

当然，如果失速或起动时间超过10s也可取其他的Tp值。

怎样进行电动机的过载保护?

现在对电动机的过载保护采用最多的是热继电器，也有相当数量采用有复式脱扣器（热动和电磁脱扣器，后者用于短路保护）的断路器。

对于重载起动的电动机（起动时间为一般电动机的数倍），如果使用一般的热继电器，常常会在起动过程中发生误动作（跳闸），使电动机无法起动。

因此需要选用带速饱和电流互感器或限流电阻的热继电器，这种型式是通过速饱和电流互感器或限流电阻使起动电流成比例地缩小，就可以大大延长电动机的起动时间，保证正常起动，还有采取起动时将热继电器短接，起动完毕再将热继电器投入运行——完全短路法。

此外，对带速饱和互感器的热继电器，起动时将互感器二次绕组短接，起动完毕后再使之投入等方法，来满足重载起动电动机的需要。

   二、电动机的短路保护（电动机保护电器瞬时动作电流整定值）电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。

一些文献提到，断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流，其关系式为：

式中：

Isct—断路器瞬时动作电流整定值A；k—可靠系数，它考虑了电动机起动电流的误差和断路器瞬动电流的误差，k一般取1.2；I'st—全起动电流值，也称尖峰电流A。

所谓全起动电流，是包括周期分量和非周期分量两部分。

非周期分量的衰减时间约为30ms左右，而一般的非选择性断路器的全分断时间在20ms之内，因此必须把非周期分量考虑进去。

I’st为1.7～2倍的电动机起动电流I’st。

在诸多文献中，如《建筑电气设计手册》规定Isct≥（1.7～2）Ist，而《工业与民用配电设计手册》规定Isct=1.7Ist，有的手册则规定Icst为2～2.5倍的电动机起动电流。

低压电器标准，如JB1284《低压断路器》的编制说明中认为，根据实验和统计，保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8～15倍电动机的额定电流的，而绕线式电动机应整定在3～6倍电动机额定电流。

8～15倍鼠笼型电动机额定电流是一个范围，具体的数值还需要考虑电动机的型号、容量、起动条件等等因素。

以下，我们分析一下，鼠笼型电动机起动时的全起动电流（类峰电流）。

1.起动电流的低功率因数，过渡过程的非周期分量的存在。

在这种情况下，周期分量的幅值尽管稳定，但受非周期分量的影响，故有尖峰电流流过（功率因数低，表示电感L大，时间常数T=L/R大，非周期分量Imsin（Ψ—）e－t/T值大，非周

期分量的衰减慢）。

当起动电流的COS=0.3时，尖峰电流为起动电流（有效值）的2倍左右；

2.残余电压的影响而产生的瞬间再合闸的尖峰电流。

电动机切断电源后再接通时，当切断电源而电动机尚未停下，就带有残余电压。

这种残余电压不仅是由于有剩磁而产生，而且还由于次级线圈（转子）有残余电流而形成，所存在的残余电压与再合闸时的电源电压在某一相位时的叠加，就会产生尖峰电流。

其大小与电动机完全停止后再起动相比，要大（残余电压＋电源电压）比电源电压倍，这种尖峰电流虽然仅出现1－2周波，但足以使断路器的瞬时脱扣器动作。

因为1、2两个原因，可出现下列情况：

（1）电动机直接起动

由于COS为0.3，尖峰电流为（6In）的2倍，等于In（有效值）故塑壳式断路器的瞬时脱扣器整定电流值最小值为8.5In，（In为电动机的额定电流）

（2）星—三角（Y－Δ）起动

也假设为COS0.3，当从Y起动到Δ运转的一瞬间（1～2周波），尖峰电流（峰值）约为额定电流（有效值）的19倍，则断路器必须把瞬时动作电流整定到14In?

以上。

（3）自耦减压起动时

COS=0.3，电动机起动电流为6In，由于有尖峰电流的存在，原来按80％抽头的正常起动电流为3.84In，现提高到7.7In，按65％抽头的正常起动电流为4.3In，现提高到5In。

（4）瞬时再起动

按COS为0.3，起动电流为6In，考虑到残余电压的影响，尖峰电流为最大，是额定电流的24倍（6×2×2）（峰值），其有效值为=16.97≈17，因而断路器的瞬时脱扣器的整定电流必须在电动机额定电流的17倍以上。

从以上分析可知，正是电动机的型号、结构、起动方式等的不同，导致尖峰电流的出现，由此而推出Isct在8～15倍In之内（个别的还可达到17倍In），对于瞬时动作电流可调的断路器，其调节范