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施耐德電動機協調配合表中接觸器選型疑問

2023/7/2 0:10:36 人評論 次瀏覽 分類:電工基礎  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/5011.html

經常查閱施耐德《低壓配電產品選型手冊》的設計師們,在第十三部分電動機回路配合選型表中,會發現相同功率的電動機,選擇不同斷路器時,接觸器電流檔差異比較大,這是為什么呢?

電力儀表以2023年最新版的低壓配電產品選型手冊中380V/11kW電動機為例,如果不考慮“2類配合”,11kW電動機的額定電流為22A左右,一般情況下選擇LC1D25接觸器足夠,但是選型手冊中斷路器為GV2L20時接觸器選擇的是LC1D25;當斷路器為GV4L或NSXm-MA時接觸器選擇LC1D65A;當斷路器為NSX100-MA時接觸器選擇LC1D80,手冊中給出的接觸器電流規格遠遠高于計算電流所選的接觸器。

2類配合

2類配合表

選型手冊中提到的“2類”配合,在GB 14048.4-2020 第4-1部分:接觸器和電動機起動器(含電動機保護器)標準中,指的是接觸器、熱繼電器與斷路器在短路條件下的協調配合,按照接觸器主觸頭熔焊程度、熱繼電器是否損壞等條件,劃分為1類協調配合和2類協調配合。


“1”類協調配合,要求接觸器或起動器在短路條件下不應對人及設備引起危害,在未修理和更換零件前,允許不能繼續使用。


“2”類協調配合,要求接觸器或起動器在短路條件下不應對人及設備引起危害,且應能夠繼續使用。允許觸頭熔焊,但制造商應指明關于設備維修所采用的方法。


總的來說,在斷路器成功分斷短路電流的情況下,1類協調配合允許接觸器主觸頭熔焊,必須更換接觸器才能重新運行。2類協調配合允許接觸器出現可分離的輕微熔焊,無需更換接觸器只需要采取合適的方式將觸頭分離即可重新運行,相對于1類協調配合,后者的供電連續性更高。


從元器件功能的角度分析,當電動機回路發生短路故障時,斷路器可以直接分斷短路電流,而接觸器的主觸頭和熱繼電器的的雙金屬片只能承受短路電流產生的電動力和熱效應。


斷路器分斷速度的快慢、限流能力的強弱,以及接觸器和熱繼電器耐受電流能力的高低,都將直接影響接觸器的規格和熱繼電器的損壞程度。


我們甚至可以大膽猜測,如果斷路器分斷速度越快、限流能力越強,那么流過接觸器和熱繼電器的“實際短路電流”就會越小,接觸器主觸頭在此電流下也不容易粘連,接觸器的規格會越小,熱繼電器也不會損壞,反之接觸器的規格會越大、熱繼電器也容易損壞。


我們回到前面11kW電動機回路的元器件配置,分析選配不同斷路器時,為何接觸器電流規格不一樣。


先看GV4L斷路器的限流能力,由于GV4L是單磁斷路器,所以它必須搭配熱繼電器一起用于電動機回路,熱繼電器的雙金屬片具有比較大的內阻,對限制短路電流有一定幫助,我們將單獨GV4L的限流能力和GV4L+LRD325的限流能力對比如下。

GV4L斷路器參數

單獨GV4L斷路器在50kA的預期短路電流下,限流后的峰值電流為15kA,限流后的I2t值為2.2x10^5A2S。



GV4L斷路器+LRD325熱繼電器在50kA的預期短路電流下,限流后的峰值電流為12kA,限流后的I2t值為2.0x10^5A2S。



單獨GV2L斷路器在50kA的預期短路電流下,限流后的峰值電流為10kA,限流后的I2t值為1.0x10^5A2S。

GV2L斷路器參數

GV2L斷路器+LRD熱繼電器在50kA的預期短路電流下,限流后的峰值電流為9.6kA,限流后的I2t值為1.0x10^5 A2S。

GV2L斷路器+LRD熱繼電器

單獨NSX100-MA斷路器在50kA的預期短路電流下,限流后的峰值電流為20kA,限流后的I2t值為5x10^5A2S。


我們將上述所有斷路器的在單獨時的限流能力以及與熱繼電器搭配情況下的限流能力列在下表。雖然熱繼電器內阻對限制短路電流由一定幫助,但幫助并不是特別明顯,所以NSX100-MA與LRD3322組合后的限流能力可以參考NSX100-MA。NSX塑殼斷路器具有很強的限流能力,但是相對于GV2L斷路器,后者的限流能力更強。

斷路器的在單獨時的限流能力以及與熱繼電器搭配情況下的限流能力

短路電流經過限流斷路器的限制,其短路峰值電流和允通能量I2t都會降低。由于接觸器的觸頭壓力需要克服電流峰值產生電動力,如果電流峰值產生的電動力超過了觸頭壓力,接觸器主觸頭必然會斥開。


GB14048.4標準中接觸器的接通能力一般為其額定電流的12倍,比如額定電流為25A接觸器,必須可以接通180A的電流,意味著接觸頭的觸頭壓力可以抵抗此電流產生的電動力,而不至于產生很大的彈跳引起觸頭熔焊。

不同使用類別的接通與分斷能力的接通和分斷條件

無論斷路器限流能力多強,限流后的峰值電流動輒幾個到十幾個kA,此時接觸器主觸頭必然會斥開產生拉弧。如果斷路器限流后的允通能量I2t值低于接觸器觸頭的熔焊的I2t值(短時耐受電流值),那么接觸器在此情況下不會發生熔焊,或即使熔焊也是輕微的可分離的。


我們在校驗短路條件下電纜熱穩定的時候,經常會用到《工業與民用配電設計手冊》中的公式11.2-5。將電纜的的允許熱應力與斷路器限流后的允通能量I2t值作比較,如果電纜的最大允許熱應力值大于斷路器限流后的允通能量I2t值,說明選擇的斷路器可以保護此電纜。

《工業與民用配電設計手冊》中的公式11.2-5

電纜最大允許的熱應力

同樣的道理,接觸器其實也有與電纜類似的熱耐受曲線,將所選斷路器限流后的允通能量I2t值與接觸器的熱耐受曲線比較,如果接觸器熱耐受值高于允通能量I2t值,說明觸頭發生熔焊的概率比較低,反之容易熔焊。


對于元器件廠家來說,斷路器的限流性能、接觸器和熱繼電器的熱耐受能力都是長期實驗數據積累的經驗。斷路器的限流曲線和允通能量值在樣本中可以查到,而接觸器和熱繼電器的熱耐受能力曲線一般在產品的設計文件中,在校驗各個元器件協調配合時,先做理論對比,再通過試驗驗證。


總結,施耐德《低壓配電產品選型手冊》中相同功率電動機回路,在選用不同斷路器時,由于斷路器的限流能力不同,在滿足2類協調配合的前提下,會選擇不同電流規格的接觸器,限流能力越強的斷路器,接觸器規格越小,反之則越大。


作者:賓昭平


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