王 雷

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司, 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、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流,并能在規(guī)定的時間內(nèi)關(guān)合、承載和開斷異?；芈窏l件下電流的開關(guān)裝置。

基于實際工程需求,斷路器“開斷異?；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)計中如何應(yīng)對GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》[1]第6.3.6條“過負(fù)荷斷電將引起嚴(yán)重后果的線路,其過負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線路,可作用于信號”的要求,也就是俗稱的“報警不跳閘”。需要注意的是,本文討論的主要是對電氣線路的保護(hù),并未針對設(shè)備。

1 過負(fù)荷情況分析

過負(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,過載電流是電氣上無損的電路中發(fā)生的過電流,如過載電流持續(xù)足夠長的時間,也可能發(fā)生損害。正常情況下,配電線路的過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)當(dāng)在過負(fù)荷電流引起的導(dǎo)體溫升對導(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),可以將過負(fù)荷作用于信號[2-6]。

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

2 解決方案

電機啟動電流-時間曲線圖如圖1所示。

圖1 電機啟動電流-時間曲線圖

對應(yīng)于表1序號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,而且長時間故障將可能突破電纜耐受曲線。但由于在故障過程中可能銹蝕的部分會松動,這樣電機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)機單個設(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,將其觸點動作于信號,也可用電流互感器測量的方式接入電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)中;當(dāng)電機或電纜不耐受出現(xiàn)短路故障時,短路保護(hù)仍能可靠動作,切除故障。

表1 負(fù)荷過載分類

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;對應(yīng)于表1序號2的情況,多個電機類消防設(shè)備采用同一斷路器配電時,考慮到電動機堵轉(zhuǎn)電流可能達(dá)到電動機額定電流的5～12倍,遠(yuǎn)超熱磁斷路器熱保護(hù)電流,且堵轉(zhuǎn)電流在電機燒毀前將持續(xù)產(chǎn)生,因此電機類多個消防設(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;對應(yīng)于表1序號3的情況,由于消防電梯控制箱已有過載保護(hù)裝置,為保障配電系統(tǒng)對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;對應(yīng)于表1序號4、序號5,由于直流切換交流過程中,設(shè)備瞬時峰值電流過大,而UPS在1 min能承受的最大電流為額定電流的120%～150%,超過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,這時就要根據(jù)UPS參數(shù)重新考慮斷路器脫扣器設(shè)置;對應(yīng)于表1序號6,UPS內(nèi)部移相變壓器起動時,過電流持續(xù)時間0.2～0.4 s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于斷路器短路保護(hù)時間,這時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)計規(guī)范》第6.3.6條雖然給出了技術(shù)要求,卻沒有明確具體的技術(shù)措施。電氣設(shè)計人員必須將技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為可供實施的技術(shù)措施和設(shè)計內(nèi)容,才能指導(dǎo)施工人員正確完成實際工程建設(shè),確保工程質(zhì)量,滿足實際需求。針對該技術(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,改變斷路器的過電流脫扣單元,將此單元的長延時過載保護(hù)脫扣功能取消,利用其他輔助器件達(dá)到報警功能,或者將長延時過載保護(hù)的脫扣功能更改為報警功能;方案二,調(diào)整斷路器選型,確保脫扣曲線的長延時過載保護(hù)段可以避免設(shè)備的持續(xù)過電流。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 工程實踐

對于方案一: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],取消長延時過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)定的過電流保護(hù)要求的斷路器,簡稱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),同時避免故障范圍擴大,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。進(jìn)一步來說,符合方案一,僅取消過載脫扣器的斷路器稱為 CBI-X。對于CBI-X,其額定限制短路電流Icc需要等于原體斷路器的ICU。

消防電機類設(shè)備配電控制系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 消防電機類設(shè)備配電控制系統(tǒng)圖

以某工程一臺22 kW的排煙風(fēng)機配電控制為例,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)機配電控制使用的Ex9M1系列,樣本上也明確說明Ex9M1系列和Ex9M2系列產(chǎn)品無電磁脫扣。之所以采用較高殼架等級的斷路器是因為斷路器的最高使用溫升與最高額定電流關(guān)聯(lián),Ex9M3系列殼架等級的最高額定電流可達(dá)500 A,遠(yuǎn)高于Ex9M1系列殼架等級的最高額定電流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XKY(J)F-1形式,熱繼電器只報警不跳閘。對于該回路放射式供電的上級回路斷路器可采用同一規(guī)格MCCB。

同樣對于總配電回路的斷路器,應(yīng)根據(jù)計算電流采用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)計中可以基于原斷路器特性,做出相應(yīng)調(diào)整,如對于塑殼斷路器可以增設(shè)配置定時限短延時斷路器,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)整短路短延時脫扣電流,躲過勵磁涌流;另外對于小容量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所用過電流保護(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,此時可以將小型斷路器調(diào)整為額定電流更高等級的小型斷路器,將設(shè)備過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電流持續(xù)時間短,不可能對線路產(chǎn)生損害,因此無需設(shè)置過負(fù)荷報警裝置。

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限曲線不能躲避正常的啟動電流,故采用電子脫扣器SU20S,設(shè)置定時限過電流保護(hù),躲過勵磁電流。對于小型UPS設(shè)備,如該設(shè)備計算電流12 A,采用Ex9BNC16/3P,但由于不能躲過正常啟動電流,故調(diào)整為Ex9BND16/3P,如仍無法通過勵磁電流,則需要調(diào)整為Ex9BND20/3P,根據(jù)規(guī)范“過負(fù)荷不跳閘”的原則,相應(yīng)導(dǎo)線截面可無需調(diào)整。

4 結(jié) 語

對GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第6.3.6條的理解應(yīng)根據(jù)實際工程實踐,選擇合適的應(yīng)對措施,針對各種不同的過流情況設(shè)計不同的應(yīng)對措施,無需設(shè)置過負(fù)荷報警的地方就不設(shè)置,無需增大電纜的地方就不增大,從系統(tǒng)的角度分析問題,同時有效避免故障范圍擴大。