对IEC标准低压线路过载保护公式调查的回顾.pdf

专家论坛 对IEC标准低压线路过载保护公式调查的回顾 王厚余 Wang Houyu China Aviation Planning and Construction Development Co Ltd Beijing 100011 China 王厚余 中国航空规划建设发展有限公司 北京市100011 Investigation of the Reason for Low voltage Circuit Overload Protection Formulas in IEC Standard 对 IEC 标准低压线路过载保护公式调查的回顾 摘要建筑电气中的低压线路过载保护是大家 非常熟悉的安全要求 但IEC标准过载保护公式 2 I2 1 45 IZ却被认为是个令人难以理解的公式 作 者20年前参编 低压配电设计规范 时曾在国外对 IEC制订该公式的来由进行过调查 作者回顾当年调 查所得信息结合本人的理解 书成此文供读者参考 关键词过载保护短路保护电气火灾约定 电流约定时间 0引言 笔者上世纪80年代受命参加第二版GB 50054 低压配电设计规范 1995年发布 以下简称 二 版低规 的编制工作 分工起草第四章配电线路的 保护第二 三 四节的条文 当时我国已引进建筑 物电气装置的国际电工标准 IEC TC 64标准 主 管上级提出了在规范中采用国际电工标准的要求 大家知道 我国过去采用的前苏联标准在低压电气 装置中侧重线路的保护而忽视人身的保护 而在IEC 标准中则以人为本 将人身的保护放在第一位 两 者有很大差异 为与IEC标准接轨 在 二版低规 第四章中除第一版原有的短路保护 过载保护外 又仿照当时美国NEC标准的提法增加了名为接地故 障保护的一节 其实质内容是对人身电击的防范 该节内有关 漏电 火灾防范的规定则是因我国 漏 电 火灾猖獗在后来补加的 但与IEC标准相比 缺项还甚多 例如在某些不利情况下 为电子式 RCD的应用设置局部等电位联结作附加保护的补充 措施 笔者认为在规范编制中 条文起草人应首先了解 条文编制的依据和意图 将其写在条文说明中 使同 行明白条文的来龙去脉 以便正确执行条文 不然以 其昏昏 使人昭昭 将误导同行 恐难尽到规范起草 人的责任 笔者起草 二版低规 条文时刚接触IEC 标准几年 很不理解 又因技术水平和外文水平不 高 在采用IEC标准起草 二版低规 时 写条文说 明遇到的困难很多 花费的时间也不少 即使如此 现在看来一些条文说明仍然表达不清或不当 对此笔 者深感歉仄 建筑电气中的过载保护被认为是大家熟 悉的老生常谈 可是IEC标准过载保护两个基本公式 中的第二个公式I2 1 45 IZ 以下简称公式 2 却是前所未见 笔者不明究竟 无法下笔写其说明 险些在 二版低规 中这一公式只能照抄条文 不加 AbstractThelow voltagecircuitoverload protection in building electricity is a safety requirement that is familiar to us but the overload protection formula 2 I2 1 45 IZin IEC standard is considered to be very difficult to understand The author investigated the reason for IEC to formulate this formula in foreign countries when he participated in the formulation of Code for Design of Low Voltage Electrical Installations 20 years ago In combination with own understanding the authorreviewestheinformationacquiredfromthe investigation and writes out this paper for readers reference Key wordsOverload protectionShort circuit protectionElectricalfireConventionalcurrent Conventional time 作者信息 王厚余 男 中国航空规划建设发展有限公司 研究员 电话 010 62039071 宅 3 3 誖 BUILDING ELECTRICITY2 0 1 1年 第期 Jan 2011Vol 30No 1 1 建筑电气 说明 含糊过关 这将使我愧对同行 是机缘使我得 到一个调查机会 勉强渡过这一难关 现在将这一调 查所得的信息和笔者肤浅的理解陈述给同行 也许有 一些参考价值 1调查简况 IEC过载保护的两个基本公式如下 IB In IZ 1 I2 1 45 IZ 2 式中 IB 回路的设计电流 A IZ 电缆或电线等导线的允许持续载流量 A In 保护电器的额定电流或整定电流 A I2 保证保护电器在约定时间内可靠动作的 电流 A 当为断路器时 为约定时间 内的约定动作电流 当为熔断器时 为约定时间内的约定熔断电流 公式 1 不难理解 公式 2 笔者当时遍查一 大摞IEC文件也未找到其缘由 请教国内低压电器的 权威专家也无人能解答 这一条的条文说明迟迟未能 写出 成为卡脖子的一个难题 正在笔者为难时 收到1988年IEC TC 64年会 于10月份在澳大利亚的阿得莱德市召开的通知 笔 者在本单位资助下有幸参加了这次年会 这可是一次 天赐良机 笔者准备了一个 二版低规 中有关IEC 标准疑难问题的调查提纲 利用3天会期内的会前 会后和中间休息的间隙时间找有关IEC条文的制订人 请教和调查 上述过载保护公式 2 的制订人告诉笔者 公 式 1 适用于线路工作于稳定负载 constant load 状态时 公式 2 则适用于线路工作于周期性变化 负载 cyclic load 状态时 周期性负载运作时负载 周期性时大时小地变化 对于这类负载提出公式 2 的意图是规定电气设计中不必按短时间内引起导线过 载的电流来选择导线截面 以免造成浪费 因为导线 的线芯 绝缘 接头等都有一定的热容量 温度的上 升需经历一定的时间 而周期性负载的过载电流往往 并不持续很长时间 未等导线温度上升到危害导线的 程度导线电流已回降到导线允许载流量值以下 并不 构成对导线的伤害 按公式 2 校验 既可保证导 线安全又可减小导线截面和节约投资 为此IEC通过 试验规定了上述公式 2 以及使导线不受过载伤 害的保护电器的约定时间和约定动作电流 从这里也 可知公式 2 中的1 45是综合和归纳所作试验结 果并经IEC协商通过的数据 IEC的试验值列于IEC 的产品标准中 也被摘录在 二版低规 第4 3 4 条的条文说明中 限于技术和外文水平 上述陈述可 能理解有误 对此笔者应承担理解错误的责任 对公式 2 条文制订人的解释 笔者当时一下 就明白了 因为联想到与它十分类似的油浸式电力变 压器短时间的允许过载运行 大家知道油浸式变压器 的变压器油和器身有相当大的热容量 它允许在以若 干小时计的时间内在一定百分数的过载条件下运行而 不影响变压器的使用寿命 这样就可减小变压器容 量 从而节约了建设投资和日常的基本电费 减少了 大马拉小车 的无功消耗等 这两者的道理是类似 的 只是对于变压器的过载 我国仅规定了一个简 单的不同过载百分数的允许过载时间表 而IEC则 对低压配电线路的过载保护规定了一个比较难理解的 公式I2 1 45 IZ 公式 2 制订人还告诉笔者 奇胜电器总厂就 在会议所在地阿得莱德 他建议笔者去该厂实验室看 看做导线过载试验的试验台 这样就通过会议介绍去 参观了那台试验设备 实验室负责人的解释和公式 2 制订人的解释基本相同 他还介绍了作过载试 验的程序 这也和产品标准中的规定大致相同 见 二版低规 第4 3 4条的条文说明 不赘述 以上所陈是20年前笔者起草 二版低规 调查 所得的信息 需补充的是2008年IEC已有过流保护 的新版标准发布 在新版中上述过载保护的两个基本 公式仍保持原要求未作改动 2几点说明 2 1新版IEC标准对过载保护新增附录内的说明图 关于IEC标准的过载保护 2008年新版IEC标 准新增的附录B内有一张如图1所示的说明图 可帮 助我们来理解它 图中左侧部分可说明公式 1 即 IB In IZ 其中作为计算电流的IB是指通过导线的 稳定负载电流 permanent load current IZ是指能持 续通过导线的电流 它是能保证导线温度不超过规定 值 能保证导线正常使用寿命的允许最大电流 In是 4 4 指保护电器的额定电流或整定电流 In并非动作电 流 它只是可长期通过保护电器而不使电器保护特性 变劣的最大电流 对于约定不动作电流和约定动作电 流等的含义可简单地作如下理解 当在规定的试验条 件下 通过保护电器的电流如为约定不动作电流 保 护电器在约定时间内是保证不动作的 当通过保护电 器的电流如为约定动作电流 保护电器在约定时间 内是保证动作的 这些数值就是为了避免周期性变 化负载的过载对线路的危害 通过试验而规定的 明白这些含义就不难理解图1右侧所示供电给周期 性变化负载的过载保护公式 2 约定动作电流即是 图1中的I2 因In可在多个值中选用或调整 其相应 的I2值如图1中虚线所示也可为多个 但最大不得大 于1 45 IZ 以免线路受过载的伤害 在电气设计中确定了计算电流IB后可先选择一 合适的导线截面 再选择一满足过载保护公式要求 的合适In值的保护电器 正规的制造商都可提供以 In倍数值表示的约定动作电流I2值等数据 当然 采用制造商提供的数据比产品标准规定的数据更切 合实际 如果I2 1 45 IZ 可肯定满足周期性变化 负载的过载保护要求 如果I2 1 45 IZ 则可能不能 满足周期性变化负载的过载保护要求 这时为了安 全可加大导线截面 为避免浪费有条件时可请制造 商进行测试 奇胜总厂实验室负责人也告诉过笔者 他们可承担客户要求做过载试验的任务 因为试验结 果表明 少数情况下 I2大于1 45 IZ不多时不一定对 导线引起危害 2 2 二版低规 中的一个疏漏 在IEC标准中清楚说明公式 2 并不能提供完 全的过载保护 对于小于I2的持续长时间的小量的过 载按公式 2 就不能起到过载保护的作用 因为这 时导线长期过载 保护电器却不动作 线路绝缘将受 损伤 公式 2 只适用于不会经常发生持续长时间 过载的线路 由于笔者起草工作中的疏忽大意 IEC 这一重要理念没有体现在 二版低规 中 发现这一 疏漏后曾要求作补充 但因文稿已经报批 修改补充 手续太麻烦而作罢 在 二版低规 发布不久这一疏 漏就被南京民用建筑设计院邹万流先生发现 他撰文 在杂志上提出批评 笔者深感惭愧 当即写信给邹 工 接受批评并表示感谢 在此也请同行注意 二版 低规 内这一疏漏 2 3公式 2 中数值1 45的来由 如上述 公式 2 是试验和协商得出的结果 IEC TC64编制组原先提出的公式是I2 1 5 IZ 后 经会议讨论协商后改为I2 1 45 IZ 2007年在我国 IEC TC64归口委员会年会上 IEC TC23 电气附件 技委会 主席Ziebell先生根据 西门子电气安装技术 手册 第4 1 30图打出一张断路器特性曲线图来 说明导线与断路器特性间的关系和公式 2 中1 45 的来由 为了便于理解 笔者将表达方式稍作简化 示于图2 以便于同行了解 需要说明 没有见到有关熔断器的类似资料 笔 者思忖可能是熔断器制造中难以降低I2以缩小I1和I2 间的差值 narrow the gap between I1and I2 的缘故 有的同行将图中小试验电流I1和大试验电流I2理 解为制造误差离散性形成的一条表征动作特性的一条 带上的两条边线上的两个电流值 而非过载试验得出 的结果 用保护电器制造中的离散性来解释1 45的 来由 这恐怕与IEC原意有出入 保护电器制造误差与动作准确性要求不高的线路 过载保护没有太直接的关系 但与线路的短路保护则 有非常直接的关系 二版低规 第4 2 3条规定 短路电流不应小于断路器瞬时或短延时整定值的 130 这里30 的增加值中的20 就是出于对保 护电器制造误差离散性的考虑 见该4 2 3条的条文 图1IEC标准的过载保护公式 1 2 内各电流 参数相互关系说明图 Fig 1The illustration diagram for the current parameters correlation of the overload protected formula 1 2 in IEC standard 专家论坛 对IEC标准低压线路过载保护公式调查的回顾 王厚余 5 5 誖 BUILDING ELECTRICITY2 0 1 1年 第期 Jan 2011Vol 30No 1 1 建筑电气 图2西门子手册内导线与断路器保护特性的关系 Fig 2The relationship between the conductor and protection features of the circuit breaker in the manual of Simens 注 I1 小试验电流 low test current I2 大试验 电流 high test current I3 容限值 tolerance limitation I4 短路保护的不动作电流 non actuating current of short circuit release I5 短 路 保 护 的 动 作 电 流 tripping current of short circuit release 誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖 誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖 誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖 誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖誖 文章题名 从两起事故看 电楼 现象 概要 通过对两起电击致人死亡事故的分析 认为对有关标准和规范中接地故障保护的规定执行不力是 电楼 致人死亡事故的主要原因 导读 电气安全不容忽视 近年来我国 电楼 频现 浴室电击致人死亡事故也多次发生 追 查事故原因 探讨电击防护措施 请看专家解读 作者信息 贺湘琨 男 中机中电设计研究院教授级高级工程师 全国建筑物电气装置标准化技术委员 会秘书长 敬请期待 说明 以确保线路短路时能及时可靠切断电源 否 则将可能引起火灾 过载保护试验所得的I1及I2值和 制造误