(1)配电保护用电器。
用于电力网系统,主要是指低压熔断器、低压隔离电器(刀开关、隔离开关、负荷开关等)、低压断路器(自动开关)等。技术要求是通断电流能力强、限流效果好、保护性能好、抗电动力和热耐受性好。
(2)控制用电器。
用于电力拖动及自动控制系统,主要是接触器、启动器和各种控制继电器、主令电器等。技术要求是有相应的转换能力、操作频率高、电寿命和机械寿命长。
4.6.2.2 低压熔断器
低压配电系统中的熔断器是起安全保护作用的一种电器,熔断器广泛应用于电网保护和用电设备保护,当电网或用电设备发生短路故障或过载时,可自动切断电路,避免电器损坏,防止事故蔓延。
熔断器中的主要组成部分是金属熔件,由铅、锡、锑、锌、铜等金属制成。熔件制成金属丝状的称为熔丝,俗称保险丝。熔件制成片状的称为熔片。由于熔件的熔点低、电阻大、截面小,当通过熔件的电流超过其额定电流时,与同一回路的导线和电气设备比较,熔件发热量多,断得快,从而能够起到保护电气线路和电器的作用。为限制熔件在运行中的温度不超过80℃~100℃,而允许长期通过熔件的电流称为熔件的额定电流,通过熔件的电流超过其额定电流时,熔件的温度就会上升,以致熔断。熔件开始熔断时的电流称为熔断电流,熔断电流约等于额定电流的1.5~2倍。在熔体熔断切断电路的过程中会产生电弧,为了安全有效地熄灭电弧,一般均将熔体安装在熔断器壳体内,采取措施,快速熄灭电弧。
熔断器具有结构简单、使用方便、价格低廉等优点,在低压系统中广泛被应用。
熔断器主要技术参数如下:
(1)额定电压。
指熔断器能长期正常工作时承受的电压,其值一般等于或大于电气设备的额定电压。
(2)额定电流。
熔断器长期工作时各部件温升不超过规定值时所能承受的电流称为熔断器额定电流,而熔体能长期流过而不被熔断的电流则称为熔体额定电流,其值应大于或等于电气设备的额定电流。
(3)分断能力。
指熔断器在额定电压等规定工作条件下可以分断的预期短路电流值,也就是熔断器可以分断的最大短路电流值。
(4)保护特性。
又称安秒特性,指熔体的熔化电流I与熔断时间t的关系。电流通过熔体时产生的热量与电流通过时间成正比。电流越大,则熔体熔断的时间越短。
(5)熔断器熔化系数。
通常将熔断器熔体额定电流与最小熔化电流之比称为熔化系数,一般≥1.5~2,该系数反映熔断器在过载时的保护特性,若要使熔断器能保护小过载电流,则熔化系数应低;为避免电动机启动时的短时电流,熔体熔化系数就应选高。
4.6.2.3 低压隔离电器
对电气设备带电部分进行维修时,隔离器分断能保证将电路中的电流通路切断,并保持有效的隔离距离,一般规定660V及以下的隔离距离应大于25mm,对地距离不小于20mm,但不起频繁接通和分断电气控制线路的作用。
根据组合开关型号可查阅更多技术参数,表征组合开关性能的主要技术参数如下:
(1)额定电压。
额定电压是指在规定条件下,开关在长期工作中能承受的最高电压。
(2)额定电流。
额定电流是指在规定条件下,开关在合闸位置允许长期通过的最大工作电流。
(3)通断能力。
通断能力指在规定条件下,在额定电压下能可靠接通和分断的最大电流值。
(4)机械寿命。
指在需要修理或更换机械零件前所能承受的无负载操作次数。
(5)电寿命。
指在规定的正常工作条件下,不需要修理或更换零件情况下,带负载操作的次数。
选用低压隔离电器时,其额定电流应为低于被隔离电路中各负载电流的总和;用于控制电动机时,其额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。应根据电气控制线路中实际需要,确定组合开关接线方式,正确选择符合接线要求的低压隔离开关规格。
4.6.2.4 低压断路器
低压断路器俗称自动空气开关,用来接通和分断负载电路,具有过载和短路保护等功能,是电网中一种重要的保护电器,是HPC集群机房低压配电系统的重要组成部分。
断路器实现过载及短路保护,主要是靠断路器内部的脱扣器来完成的。目前,应用的断路器脱扣器主要有两种:热磁脱扣器和电子脱扣器。
热磁脱扣器包含热脱扣、电磁脱扣两个功能。热脱扣是通过双金属片过电流延时发热变形推动脱扣传动机构,主要完成断路器的过载保护;磁脱扣是通过电磁线圈的短路电流瞬时推动衔铁带动脱扣,主要完成断路器的短路保护。(www.xing528.com)
电子脱扣器包含过载及短路保护功能,并可以方便地进行整定。电子脱扣器是用电子元件构成的电路,用来检测、放大主电路电流,然后推动脱扣机构动作以实现保护。
热磁脱扣器性能稳定且少受电压波动影响、寿命长、灵敏度低、不易整定,一般用于200A以下小容量断路器。电子脱扣器的功能完善、灵敏度高、整定方便、但是相对容易受到受电源影响,主要用于大容量断路器。
低压断路器的主要技术参数:
(1)额定电压。
①额定工作电压:是指与通断能力以及使用类别相关的电压值,对多相电路是指相间的电压值。分断能力与电压大小有关系。
②额定绝缘电压:在任何情况下,最大额定工作电压不能超过额定绝缘电压,断路器额定绝缘电压与介电性能试验电压、爬电距离等有关。
③额定冲击耐受电压:电器在规定试验条件下能耐受具有规定波形和特性的冲击电压峰值而无故障。额定冲击耐受电压与电气间隙等有关。额定冲击耐受电压应等于或大于该电器所处电路中可能产生的瞬态过电压。
(2)额定电流。
①额定不间断电流:是额定持续电流,是电器在不间断工作制中能够承载的电流。
②断路器壳架等级额定电流:是基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中能承载的最大额定电流。
③脱扣器电流整定值:是在规定的脱扣器和电流条件下的断路器工作电流。
④约定发热电流:是大气中不封闭电器用做温升试验的试验电流最大值(无通风和外来辐射的大气条件)。
⑤额定短时耐受电流:是在规定实验条件下短时能承载而不损坏的电流值,短时时间为0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s。电流不大于2500A断路器短时,耐受电流最小值为12倍额定电流或5kA(取较大者)。
(3)额定频率。
除非具体产品标准有约定,否则一般频率为50Hz或60Hz。
(4)短路分断能力。
①额定短路通断能力(小型断路器):是在规定条件下能够接通,在其分断时间内能够承受和能够分断预期电流值。在一般情况下,断路器额定短路分断能力优先从下列数值中选取:1.5kA、3kA、4.5kA、6kA、10kA。
②额定短路接通能力:是在额定工作电压、额定频率和规定的功率因数(交流)或时间常数(直流)下,电器能够接通的短路电流值。
③额定短路分断能力:是在额定工作电压、额定频率和规定的功率因数(交流)或时间常数(自流)下,电器能够分断的短路电流值。用规定条件下的预期分断电流值(交流用有效值标示)。
④额定短时耐受电流:是在规定实验条件下短时能承载而不损坏的电流值,短时时间为0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s。电流不大于2500A断路器短时,耐受电流最小值为12倍额定电流或5kA(取较大者)。该参数主要用于选择性断路器。
在低压配电系统中使用的低压断路器按其保护性能可分为选择性和非选择性两类。所谓选择性低压断路器,是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时动作的三段保护特性.绝大部分框架式断路器和部分塑壳断路器就属于选择性断路器。有二段保护和三段保护两种。非选择性低压断路器,是指只具有过载长延时、短路瞬时动作的二段保护特性。微型断路器和部分塑壳断路器就属于非选择性断路器。
HPC集群机房使用大量IT及动力设备,它们的工作原理也对断路器的应用提出了特殊的要求,需要注意。
(1)慎用剩余电流断路器(漏电保护断路器)。
剩余电流保护装置的工作原理:在正常情况下,电路中没有发生人身电击、设备漏电或接地故障时,剩余电流保护装置通过电流互感器一次侧电路的电流矢量和等于零。这样,在电流互感器的二次线圈中没有感应电压输出,因此剩余电流保护装置保持正常供电。
当电路中发生人身电击、设备漏电或故障接地时,通过设备接地电阻有接地电流流过,则通过互感器电流的矢量和不等于零,在剩余电流互感器中产生的磁通矢量和也不等于零。
互感器二次回路中有一个感应电压输出,此电压直接或通过电子信号放大器施加在脱扣线圈上,产生一个工作电流。二次回路的感应电压输出随着故障电流的增大而增大,当接地交流电压达到额定值时,脱扣线圈中的电流足以推动脱扣机构动作,使主开关断开电路,或使报警装置发出报警信号。
在HPC集群机房中,如UPS设备及IT设备,为了电磁兼容性(EMC)的需要,在相线对地、N线对地之间增加电容。在实际运行中会有漏电流的存在,一台中、大容量的UPS漏电流可到1~2A,远大于一般剩余电流断路器的漏电0.03A的动作电流,IT设备漏电电流也可能达到数毫安。因此,为防止误动作,一般不建议在UPS输入端和IT设备输入端配置漏电保护断路器。
(2)用电设备启动冲击电流问题。
用电设备有较大的启动冲击电流,特别是UPS和空调系统。因此,在选择断路器时,断路器脱扣器的脱扣曲线可以包含负荷最大启动电流的峰值,即在负荷启动最大电流时,断路器依然处于不动作状态,有效避开负荷启动电流的冲击。负荷启动电流示意图如图4-13所示。
图4-13 负荷启动电流示意图
要对于微型断路器而言,也可以选择其他脱扣特性的空开。
微型断路器脱扣特性主要有A、B、C、D、K五种。
①A:适用于过载能力差负载需快速脱扣保护的线路,如半导体设备等。冲击电流承受在2~3倍额定电流下反时限。
②B:适用于过载能力较差负载快速脱扣保护的线路,如电子、二次控制设备等。冲击电流承受在3~5倍额定电流下反时限。
③C:适用感性负荷和高感照明系统提供线路保护。此特性适用于大多数电气保护。冲击电流承受在5~10倍额定电流下反时限。
④D:适用高感性负荷和较大冲击电流产生的配电系统提供线路保护。冲击电流承受在10~20倍额定电流下反时限。
⑤K:适用电动机及变压器配电系统提供线路保护。1.2倍额定电流脱扣保护电动机负载。冲击电流承受在8~14倍额定电流下反时限。
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