王 雷

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

1885年,基于電氣系統(tǒng)的發(fā)展需求,世界上最早的斷路器產(chǎn)生了,其是一種刀頭、刀架和過(guò)電流脫扣器的組合。現(xiàn)在,斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流,并能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載和開(kāi)斷異?；芈窏l件下電流的開(kāi)關(guān)裝置。

基于實(shí)際工程需求,斷路器“開(kāi)斷異?；芈窏l件下的電流”這一功能的內(nèi)涵也更加豐富了。對(duì)于部分特別重要的負(fù)荷,人們希望在主干系統(tǒng)的承受范圍內(nèi),能夠盡量延緩開(kāi)斷異?；芈坊蚍艑挳惓；芈反胬m(xù)的條件。本文主要探討設(shè)計(jì)中如何應(yīng)對(duì)GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第6.3.6條“過(guò)負(fù)荷斷電將引起嚴(yán)重后果的線路,其過(guò)負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線路,可作用于信號(hào)”的要求,也就是俗稱的“報(bào)警不跳閘”。需要注意的是,本文討論的主要是對(duì)電氣線路的保護(hù),并未針對(duì)設(shè)備。

1 過(guò)負(fù)荷情況分析

過(guò)負(fù)荷斷電將引起嚴(yán)重后果的線路,在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中主要有兩種情況:在消防應(yīng)急情況下,消防用電回路即使出現(xiàn)故障,只要不引起故障范圍擴(kuò)大,都應(yīng)該保持回路持續(xù)工作;各類裝設(shè)UPS的配電設(shè)備,此類負(fù)荷配置UPS的目的就是不間斷供電,因此UPS后配置的開(kāi)關(guān)回路也需要最大限度保持回路持續(xù)工作。根據(jù)IEC 60898-1的定義,過(guò)載電流是電氣上無(wú)損的電路中發(fā)生的過(guò)電流,如過(guò)載電流持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間,也可能發(fā)生損害。正常情況下,配電線路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)當(dāng)在過(guò)負(fù)荷電流引起的導(dǎo)體溫升對(duì)導(dǎo)體的絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍的物質(zhì)造成損害前切斷負(fù)荷電流,但根據(jù)該條規(guī)范要求,在一定的損害范圍內(nèi)(未導(dǎo)致中斷有效供電或引發(fā)更大范圍的故障),可以將過(guò)負(fù)荷作用于信號(hào)[2-6]。

根據(jù)負(fù)荷分類對(duì)過(guò)載電流情況進(jìn)行分析,負(fù)荷過(guò)載分類如表1所示。

2 解決方案

電機(jī)啟動(dòng)電流-時(shí)間曲線圖如圖1所示。

圖1 電機(jī)啟動(dòng)電流-時(shí)間曲線圖

對(duì)應(yīng)于表1序號(hào)1的情況,堵轉(zhuǎn)電流將持續(xù)維持在高位,不僅突破熱繼電器控制曲線,而且長(zhǎng)時(shí)間故障將可能突破電纜耐受曲線。但由于在故障過(guò)程中可能銹蝕的部分會(huì)松動(dòng),這樣電機(jī)電流也就可能降低到正常曲線附近,因此在消防水泵或消防風(fēng)機(jī)單個(gè)設(shè)備末端控制箱配出端的斷路器保護(hù)回路應(yīng)取消熱磁脫扣,串聯(lián)熱繼電器,將其觸點(diǎn)動(dòng)作于信號(hào),也可用電流互感器測(cè)量的方式接入電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)中;當(dāng)電機(jī)或電纜不耐受出現(xiàn)短路故障時(shí),短路保護(hù)仍能可靠動(dòng)作,切除故障。

表1 負(fù)荷過(guò)載分類

同樣,為末端切換控制箱配電的放射式斷路器保護(hù)回路首端也應(yīng)按上述要求處理;對(duì)應(yīng)于表1序號(hào)2的情況,多個(gè)電機(jī)類消防設(shè)備采用同一斷路器配電時(shí),考慮到電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)電流可能達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的5～12倍,遠(yuǎn)超熱磁斷路器熱保護(hù)電流,且堵轉(zhuǎn)電流在電機(jī)燒毀前將持續(xù)產(chǎn)生,因此電機(jī)類多個(gè)消防設(shè)備的總配電回路斷路器宜仍采用與單設(shè)備同樣的策略;對(duì)應(yīng)于表1序號(hào)3的情況,由于消防電梯控制箱已有過(guò)載保護(hù)裝置,為保障配電系統(tǒng)對(duì)消防電梯控制箱的持續(xù)供電,可采用上述單設(shè)備同樣的策略;對(duì)應(yīng)于表1序號(hào)4、序號(hào)5,由于直流切換交流過(guò)程中,設(shè)備瞬時(shí)峰值電流過(guò)大,而UPS在1 min能承受的最大電流為額定電流的120%～150%,超過(guò)其配出回路熱磁斷路器的脫扣曲線范圍,故造成斷路器跳閘,這時(shí)就要根據(jù)UPS參數(shù)重新考慮斷路器脫扣器設(shè)置;對(duì)應(yīng)于表1序號(hào)6,UPS內(nèi)部移相變壓器起動(dòng)時(shí),過(guò)電流持續(xù)時(shí)間0.2～0.4 s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于斷路器短路保護(hù)時(shí)間,這時(shí)也需要重新考慮斷路器脫扣器的設(shè)置。

GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.6條雖然給出了技術(shù)要求,卻沒(méi)有明確具體的技術(shù)措施。電氣設(shè)計(jì)人員必須將技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為可供實(shí)施的技術(shù)措施和設(shè)計(jì)內(nèi)容,才能指導(dǎo)施工人員正確完成實(shí)際工程建設(shè),確保工程質(zhì)量,滿足實(shí)際需求。針對(duì)該技術(shù)要求以及需求條件和解決方案分析,初步可以考慮兩種方案:方案一,改變斷路器的過(guò)電流脫扣單元,將此單元的長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載保護(hù)脫扣功能取消,利用其他輔助器件達(dá)到報(bào)警功能,或者將長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載保護(hù)的脫扣功能更改為報(bào)警功能;方案二,調(diào)整斷路器選型,確保脫扣曲線的長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載保護(hù)段可以避免設(shè)備的持續(xù)過(guò)電流。民用建筑主要重要負(fù)荷配電解決方案如表2所示。

表2 民用建筑主要重要負(fù)荷配電解決方案

3 工程實(shí)踐

對(duì)于方案一:首先需要選用合適的斷路器,根據(jù)GB/T 14048.2—2020《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第2部分:斷路器的標(biāo)準(zhǔn)要求》[7],取消長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載脫扣功能的斷路器其本質(zhì)屬于不符合該規(guī)范正文規(guī)定的過(guò)電流保護(hù)要求的斷路器,簡(jiǎn)稱CBI。這類斷路器雖然不能提供電路保護(hù),但可在短路條件下脫扣,以用作自身保護(hù),同時(shí)避免故障范圍擴(kuò)大,其可以限制短路電流額定值,并可用于隔離。該類斷路器按規(guī)范附錄L的要求試驗(yàn)。進(jìn)一步來(lái)說(shuō),符合方案一,僅取消過(guò)載脫扣器的斷路器稱為 CBI-X。對(duì)于CBI-X,其額定限制短路電流Icc需要等于原體斷路器的ICU。

消防電機(jī)類設(shè)備配電控制系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 消防電機(jī)類設(shè)備配電控制系統(tǒng)圖

以某工程一臺(tái)22 kW的排煙風(fēng)機(jī)配電控制為例,樣本選用諾雅克的產(chǎn)品參數(shù),根據(jù)參數(shù)MCCB必須為Ex9M3系列,不能采用常規(guī)風(fēng)機(jī)配電控制使用的Ex9M1系列,樣本上也明確說(shuō)明Ex9M1系列和Ex9M2系列產(chǎn)品無(wú)電磁脫扣。之所以采用較高殼架等級(jí)的斷路器是因?yàn)閿嗦菲鞯淖罡呤褂脺厣c最高額定電流關(guān)聯(lián),Ex9M3系列殼架等級(jí)的最高額定電流可達(dá)500 A,遠(yuǎn)高于Ex9M1系列殼架等級(jí)的最高額定電流160 A,可以滿足GB/T 14048.2—2020規(guī)定的CBI-X指標(biāo)。原本在回路上選用的接觸器和熱繼電器滿足二類配合要求,接觸器選用Ex9C50,熱繼電器選用Ex9R10050A,控制原理采用16D303-2第14頁(yè)XKY(J)F-1形式,熱繼電器只報(bào)警不跳閘。對(duì)于該回路放射式供電的上級(jí)回路斷路器可采用同一規(guī)格MCCB。

同樣對(duì)于總配電回路的斷路器,應(yīng)根據(jù)計(jì)算電流采用Ex9M3、Ex9M4、Ex9M5系列的MCCB,最高額定電流800 A除采用電磁脫扣單元外,也可采用電子脫扣器SU20LM。

對(duì)于方案二:要考慮斷路器的脫扣特性,斷路器脫扣特性分類如表3所示。

表3 斷路器脫扣特性分類

設(shè)計(jì)中可以基于原斷路器特性,做出相應(yīng)調(diào)整,如對(duì)于塑殼斷路器可以增設(shè)配置定時(shí)限短延時(shí)斷路器,Isd一般設(shè)置為6～8倍。如使用的是小型斷路器可以更換為塑殼斷路器,調(diào)整短路短延時(shí)脫扣電流,躲過(guò)勵(lì)磁涌流;另外對(duì)于小容量UPS供電設(shè)備,其使用的大多是符合GB/T 10963.1—2020《電氣附件家用及類似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)斷路器 第1部分 用于交流的斷路器》[8]所規(guī)定的設(shè)備,此時(shí)可以將小型斷路器調(diào)整為額定電流更高等級(jí)的小型斷路器,將設(shè)備過(guò)電流限制在脫扣曲線范圍內(nèi)。UPS設(shè)備的這兩種情況由于過(guò)電流持續(xù)時(shí)間短,不可能對(duì)線路產(chǎn)生損害,因此無(wú)需設(shè)置過(guò)負(fù)荷報(bào)警裝置。

以整定電流為100 A的UPS設(shè)備為例,原擬采用100 A熱磁斷路器Ex9M1TM100,由于熱磁脫扣的反時(shí)限曲線不能躲避正常的啟動(dòng)電流,故采用電子脫扣器SU20S,設(shè)置定時(shí)限過(guò)電流保護(hù),躲過(guò)勵(lì)磁電流。對(duì)于小型UPS設(shè)備,如該設(shè)備計(jì)算電流12 A,采用Ex9BNC16/3P,但由于不能躲過(guò)正常啟動(dòng)電流,故調(diào)整為Ex9BND16/3P,如仍無(wú)法通過(guò)勵(lì)磁電流,則需要調(diào)整為Ex9BND20/3P,根據(jù)規(guī)范“過(guò)負(fù)荷不跳閘”的原則,相應(yīng)導(dǎo)線截面可無(wú)需調(diào)整。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.6條的理解應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程實(shí)踐,選擇合適的應(yīng)對(duì)措施,針對(duì)各種不同的過(guò)流情況設(shè)計(jì)不同的應(yīng)對(duì)措施,無(wú)需設(shè)置過(guò)負(fù)荷報(bào)警的地方就不設(shè)置,無(wú)需增大電纜的地方就不增大,從系統(tǒng)的角度分析問(wèn)題,同時(shí)有效避免故障范圍擴(kuò)大。