低压熔断器在过电流防护中的选用苏志杰

低压熔断器在过电流防护中的选用苏志杰

苏志杰

广西蓝天科技股份有限公司广西区桂林市541000

摘要：从目前工业与民用项目电气设计的现状出发，对在低压线路、三相交流异步电动机过电流防护中，低压熔断器的选用进行归纳、比较、分析，以与设计同仁探讨。

关键词：电气设计；低压熔断器；线路；三相异步电动机；过电流防护

大于回路导体额定电流都是过电流，包括过载电流和短路电流。当回路绝缘因种种原因（包括过载）损坏，电位不相等的导体经阻抗可忽略不计的故障点而导通，这种现象被称作短路。短路电流值可达导体载流量的几百乃至几千倍，当短路电流甚大时可产生异常高温或巨大的机械应力从而引起种种危害。除特殊情况外，回路都应装设断路器、熔断器之类的过电流防护电器来防范电气过载和短路引起的灾害。本文主要对熔断器在过电流防护中的选用进行论述。

1过载保护电器应满足的条件

线路熔断器过载保护应满足两个条件，即

Ib≤IN≤IZ；I2≤1.45IZ

式中IZ—线路的载流能力，A；Ib—计算电流，A；I2—在约定时间内的约定熔断电流，A；IN—熔断器的熔体额定电流，A。

2短路保护电器应满足的条件

每个短路保护电器应满足以下两个条件：

（1）短路保护电器的分断能力不得小于其安装处的预期短路电流。如果在供电侧已装有具有分断能力的保护电器，则本保护电器的分断能力允许小于预期短路电流；此时，这两个保护电器的动作特性必须配合，使该段线路及保护电器能承受通过的短路能量。

（2）在回路任一点短路引起的电流，使导体达到极限温度之前应分断电路。

1）对于持续时间不超过5s的短路，由已知的短路电流使导体从正常运行时的最高允许温度的时间t可近似地用下式计算：

t=（kS/I）²

式中t—短路持续时间，s；S—导体截面积，m㎡；I—预期短路电流交流方均根值，A；k—计算系数，取决于导体材料的电阻率、温度系数和热容量以及短路时初始和最终温度，详《工业与民用供配电手册第四版》表11.2-2。

2）对于持续时间小于0.1s的短路，应计入短路电流非周期分量对热作用的影响，以保证保护电器在分断短路电流前，导体能承受包括非周期分量在内的短路电流的热作用。这种情况应按下式进行校验：

k²S²≥I²t

式中k—计算系数；S—导体截面积，m㎡；I²t—保护电器允许通过的能量值，由产品标准或制造厂提供。

3熔断器的选用

3.1熔断器的常用类别

目前比较常用的按分断范围和使用类别组合，有gG、gM、aM、gR、gS五种，其功能及选用原则如下：

gG—一般用于全范围分断的熔断体，常用于馈电回路实现对电线电缆的短路保护。

gM—全范围分断的保护电动机电路的熔断体，既可用于对电动机电路的过载保护，也可用于对电动机回路的短路保护。

aM—部分范围分断的保护电动机电路的熔断体，仅用于对电动机电路的短路保护。用在电动机主回路时需在回路中配套热继电器。电动机的短路和接地故障采用熔断器保护时，应优先选用aM型熔断器。熔断体额定电流可取电动机额定电流的1.1倍左右。当电动机频繁启动和控制时，熔体的额定电流应再加大1~2级。

gR—全范围分断的快速熔断器。熔断器的动作时间极短，是针对过电流承受能力很差的半导体设备的保护需求而产生的类型，也被称为半导体熔断器。

gS—“S”熔断器与“R”熔断器的特性基本相同，但具有更低的功耗，更加节能环保。

3.2熔断器上下级安装的配合关系

当熔断器是按上下级安装时，需考虑选择性配合关系。g类熔断体的过电流选择比有1.6:1和2:1两种。一般地，专职人员使用的带刀口的熔断体过电流选择比为1.6:1，带螺栓连接的熔断体和圆筒形熔断体其过电流选择比为2:1。

3.3应用在变压器进线回路的熔断器

对于功率较小的电力变压器，选择开关熔断器作为主进线开关时，需将预期短路电流Ip乘以峰值系数n，并依此查熔断体的电流-时间曲线求得截断电流Id。熔断体选择完毕后，再根据变压器的额定电流选择开关熔断器组合隔离开关部分的额定电流和短路电流接通能力Icm这两个参数。

3.4应用在电动机主回路的熔断器

对于单台的电动机主回路，熔断器截断电流应躲过电动机的启动冲击电流，熔断体的额定电流应等于（1.5~3.5）In，In是电动机的额定电流。

当开关熔断器组合需要驱动多台电动机主回路，可按下式计算额定电流：

Ie=（2.0~2.5）In.MAX+∑In

式中Ie—熔断体额定电流，A；In.MAX—最大功率的电动机额定电流，A；In—其余多台电动机的额定电流，A。

3.5应用在硅整流器件和晶闸管保护的快速熔断器

用于硅整流器件和晶闸管前方电源侧的快速熔断器额定电流应按下式来选择：

Ie=KdId.MAX

式中Ie—熔断体额定电流，A；Kd—硅整流器件和晶闸管的保护系数；Id.MAX—流过硅整流器件的最大整流电流或者流过晶闸管的最大电流，A。

3.6采用熔断器作为TN系统接地故障保护时，应根据故障回路持续时间不大于5s、0.4s、0.2s来选择熔断体截断电流（Id）与额定电流（In）的比值。

4结语

目前，在我国的电气设计中，普遍使用断路器作为短路保护电器，因为断路器如因过电流脱扣，排出故障后即可合闸供电，十分方便。而熔断器必须更换相同规格的熔断体，为此需配置多种规格的备件，给使用者带来不少麻烦。但是，干线上大遮断容量的断路器售价高昂，而额定电流小至30A的熔断器切断高达50kA的短路电流却很容易。还有，符合产品标准（即约定不熔断电流Inf为1.25In，约定熔断电流If为1.6In）的各级熔断器的电流级差为1.6倍时，产品标准规定各级熔断器作过载防护性能时保证其选择性，而断路器却难以做到这点。在用作防雷SPD短路失效的后备保护电器时，熔断器防雷害的效果更优于断路器。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院，组编.工业与民用供配电设计手册，第四版.北京:中国电力出版社，2016.

[2]尹天文主编.低压电器技术手册.北京：机械工业出版社，2014.

[3]王厚余.建筑物电气装置600问.北京:中国电力出版社,2013.

[4]张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术.北京:机械工业出版社,2017.