无论是商业、机构、市政还是工业,或早或晚,几乎每个设施都会遇到某种类型的过电流情况。除非及时处理,否则即使是适度的过电流水平也会导致系统组件过热并损坏绝缘、导体和设备。如果电流足够大,过流条件会破坏绝缘并熔化导体。故障电流和短路还会引起火灾、爆炸、电弧闪光和电弧爆炸,可能造成人员伤亡。
电力以高于大多数设施所能使用的电压分配。变压器将传输级电压降至中压。如果一个设施使用中压设备,如大型电机,电力通过中压开关柜分配。然而,对于大部分非住宅用电来说,二次变电站的变压器将输入电压降至低电压。尽管IEEE将低电压系统定义为运行在1000v以下的系统,但大多数工业应用的额定电压为600v或更低。
根据设备的类型,低压开关柜通过馈线将电力分配到分支电路。这些分支电路可以包括电机控制中心和驱动器、负载中心,甚至相关设备,如计量模块、电容器和谐波滤波。
一些较大的设施可能需要保证关键任务应用有可靠的电力供应。设施可能有二次供电、现场发电或备用发电机,通常通过自动转换开关运行。
许多设施中的设备——尤其是工业设备——需要480伏才能运行。对于照明和控制面板,电压进一步降低,并从三相转换为单相电源。有相当多的三相降压变压器组合。然而,工业用途中最常见的配置是Delta-Wye。用Wye配置(208y / 120v)连接二次变压器的三相变压器从相到相(A到B, B到C或A到C)产生208v,从任何相到中性产生120v。
过载和短路
当电流超过导体、设备或电气设备的安培额定值时,就存在过流情况。设施需要保护电路和设备不受过流影响的设备。
过流包括短路和过载。在短路时,电流绕过负载,通过电阻最小的路径。线路故障、设备连接不当、绝缘击穿等均可引起短路。故障电流的大小范围从一安培到200 kA以上,由系统阻抗(交流电阻)决定。
在无故障条件下,连接的负载决定正常电路电流的大小。当正常电路电流超过,而不存在短路时,即为过载状态。如果过载持续下去,可能会对线路或设备造成损坏。暂时的过载可能是无害的;持续的过载会造成损坏。
暂时使设备超过其极限可能导致暂时过载。例如,如果一个箱子在输送机上转弯时卡住,输送机电机可能会比正常情况下产生更多的电流。如果箱子移动得很快,或者有人重新放置它,过载是暂时的。临时过载很常见。它们通常是无害的,应该让它们消退。过流保护装置不应打开电路,使负载稳定。
电力驱动的机械设备持续过载、轴承失效或设备故障都会导致持续过载。如果安装的设备或照明电路增加了超出计划容量的电力需求,也会导致持续的过载。
电流过大保护
最常见的过流保护装置是保险丝和断路器。对于保险丝,必须使用单独的断开连接。保险丝设计为只在过电流情况下开启。当使用断路器时,不需要单独断开,因为断路器可以手动打开和关闭。
有些人认为保险丝一旦流过它的电流超过额定值就会断开。然而,典型的熔断器具有逆时间-电流特性。换句话说,电流越大,保险丝开得越快。熔断器的时间-电流特性不能调节。
某些断路器的时间-电流特性是可以调节的。例如,大多数低压电源断路器具有可调跳闸功能。起下钻时间延迟可短可长,取决于起下钻单元的调整。重要的是,断路器跳闸单元的设置应基于设施电气系统设计师或合格的电气工程师进行的协调研究。
协调保护装置
协调研究包括根据短路额定值和适用的适当设置正确选择保护装置。一个适当协调的系统不仅可以保护电缆和电气设备免受损坏,还可以隔离和中断故障电流,同时确保电力提供给电气系统中未受影响的分支。良好的保护装置协调提供了选择性和系统保护之间的最佳平衡。
选择性协调有效地将过载或故障的电路与电气系统的其余部分隔离开来,从而最大限度地减少由于恼人跳闸造成的停机时间。只有离故障最近的上游过流保护装置才会打开。如果一个系统没有选择性地协调,单个电路出现故障就有可能关闭部分或全部设备。
在协调研究期间,电气工程师检查设施电气系统每个分支中每个保护装置的时间-电流曲线。对于断路器,工程师将时间-电流曲线“叠加”,以确保在任何可能的故障电流处曲线不重叠。对于熔断器,只要电气系统设计师保持熔断器制造商推荐的比例,并且维护设施的人员不替换不同的熔断器等级、类型或等级,就可以实现协调。
适当的协调性取决于良好的协调性研究。一个好的协调研究依赖于一个设施有准确的电气文件。
要建议专栏主题或对本文或我的任何“Solid Ground”专栏发表评论,请发送电子邮件至jacksmith.writes@gmail.com.
在下次节目之前,站在"坚实的地面"上