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交流电源系统中的过流保护

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介绍过流保护和OCPD(过流保护装置)。

在本文中,我们将介绍过流的类型,过流保护装置以及它们在电路中的位置。

 

过流的类型

过电流的三大类或类型是过载,短路和接地故障。

 

过载过流

过载过电流是自定义的:任何超过额定负载电流的电流实际上都是过载。当需要电路(无论是通过新电路的原始设计还是通过现有电路的改进)来传送超过电路导体的额定负载安培容量的负载电流时,发生过载。

例如,一个20安培的分支电路用一个额外的灯进行了修改,它将负载电流增加到22安培:这将是一个电路过载。

过载情况可能发生在建筑物电力分配系统的服务,馈线或分支电路级别。

当电动机机械过载时,也会发生电过载过电流。这可能是由于其内部轴承表面内的过度摩擦,过热(由于高环境温度或其他故障),或者由其驱动的使用设备中的结合或一些其他机械过载引起的。过载是受控的过流情况,通常是低幅度的。

 

短路过流

短路电流(以及我们接下来要触及的接地故障电流)是高幅度的故障过电流,实际上,它将低电阻与所连接负载的阻抗并联。短路过电流通常涉及至少两个电路导线(供电和返回)的意外交叉连接。这会在电源 - 变压器绕组上产生短路。

图1和图2表示结构中更常见的变压器电源。 

图1是对建筑物(例如家庭或小型工业设施)的单相AC,3线,120/240伏电源的图。变压器中的单个初级绕组(通过感应)提供两个在次级中串联的120伏绕组。当连接在两个串联连接的120伏绕组的两端之间时,利用设备负载将在240伏特下工作。当连接在两个串联连接的120伏绕组的任一端和两个绕组共用的第三条线之间时,利用设备负载将在120伏特下工作(见图1)。

 

图1.来自单相交流住宅服务电力变压器次级的三条电源线的电压关系

 

如图2所示,三相交流配电系统通常具有较高的短路过流值,因为短路通常涉及一个以上的单相交流变压器绕组。

 

图2.来自三相交流商用或工业服务电力变压器次级的四条电源线的电压关系

 

接地故障过电流

接地故障过电流也是一种短路情况,通常只影响其中一个电路导线和接地金属电缆管道或配电或利用设备外壳。

只有当建筑物或结构的配电系统以大地为参考时,才会发生接地故障过电流。“参考接地”要求将一个或多个单相交流变压器绕组(星形变压器配置ICfans)的一端公共连接到接地电极系统,从而形成接地和未接地的电路/电源导线。

接地故障过电流的幅度通常小于同一变压器可提供的短路过电流的幅度。短路可以跨越两个或更多个变压器单相交流绕组。接地故障过电流通常只影响变压器中的一个单相交流绕组,为故障状态供电。

短路和接地故障电流都是由于连接到负载电阻的意外低电阻并联连接引起的高幅度过电流。如果没有与电路导体串联安装的某种形式的过电流保护装置,则故障过电流的唯一限制是导体电阻和变压器可用的电量。

 

过流保护

如图3所示,导体和连接负载的完全过流保护只能通过安装在电路起点(或接收电源)的保险丝或断路器提供。

如果OCPD位于电源下游,则过电流保护在技术上细分为位于上游的短路接地故障保护,以及位于下游的单独过载保护。位于下游的保险丝或断路器为位于其负载侧的任何电路或设备提供完全过流保护,同时仅为其线路或电源侧电路提供过载保护。

 

图3.变压器电路的分离过流保护

 

过流保护装置的形式和功能

电路有三个主要部件:电源,负载和两者之间的连接。 

这三个主要部件补充了开/关控制装置和限制控制装置。两种类型的控制都限制了电路中可以流动的电流量。ON / OFF控制装置通常采用开关(手动,自动,电子或机电)的形式。限制控制装置通常是过电流保护装置,其在电力分配级别是保险丝或断路器(如图4所示)。

 

图4.过流保护装置

 

如图5所示,建筑物或其他结构内的配电系统具有三个主要分类:服务,馈线电路和分支电路。

通常,所有这些电路的导体必须在它们接收电源时提供过电流保护装置。必须按照国家电气规范的要求安装OCPD。导体和它们提供的连接负载都必须以正确的安培数进行保护。

 

图5.建筑物内的配电系统

 

导体的额定载流量,连接负载的满载电流额定值以及OCPD的尺寸或额定载荷是相互关联的。连接负载的满载电流额定值决定了电源导线的尺寸(按额定载流量)和OCPD的额定值或设置。

出于同样的原因,OCPD的额定值或设置以及电路导体的额定载流量决定了可以从服务,馈线或分支电路提供的最大满载电流。任何大于输电线的额定载流量或电气设备的额定负载电流(例如灯具,电动机或变压器)的电流大小都被描述为过电流。

电路过电流保护装置(保险丝,断路器或某种其他类型的限流装置)的主要目的是将电路导体的温度限制在不会损坏导体或其绝缘的值。这是通过限制导体需要传送的电流量(值)来实现的。通过限制导体所需的电流量来保护电路导体免于过热,从而保护所供应的配电和利用设备(连接的负载)免受过电流的影响。