过电流保护器用于故障防护

在GB/T16895.5中的过电流包括了过负荷电流和短路电流，且都发生在同一回路的不同导体间。关于“过电流防护”笔者专门撰写过小文，这里不再赘述。而在GB/T16895.21[2]电击防护中的故障电流则产生于回路带电导体接触到外界可导电部分时、例如接地的金属外壳。而故障电流足够大时就有可能进入过电流保护器脱扣动作区间，至于能否满足自动切断电源的时间要求就取决于故障回路阻抗的大小了。见GB/T16895.21[2]中411.3.2条在故障情况下的自动切断电源时间要求：4对于不超过如下额定电流的终端回路，其最长的切断电源的时间应符合表41.1的规定:——装1个或多个插座的回路为63A;

和——只供电给固定连接用电设备的回路为32A

。4

在TN系统内配电回路和411.3.2.2

规定之外的回路，其切断电源的时间不可超过5s。4

在TT系统内配电回路和411.3.2.2

规定之外的回路，其切断电源的时间不可超过1s。我们选择最常用热磁式断路器作为故障防护时的过电流保护器。本文中的过电流保护器，选择的微型断路器应符合的产品标准见GB/T10963.1

[3]，而塑壳断路器的产品标准见GB/T14048.2

[4]。在GB/T16895.5-2012[1]

中有过电流保护器选择要求。1、TN系统采用过电流保护器自动切断电源见如下GB/T16895.21中如下规则：式中：Zs一故障回路的阻抗，单位为欧姆(Ω)……；Ia一在

411.3.2.2

，411.3.2.3

规定的时间内能使切断电器自动动作的电流，单位为安培(A)。U0一交流或直流线对地的标称电压，单位为伏特(V)。1.1

在回路额定电流值125A以下时，我们利用某厂家提供的C曲线微型断路器。假设回路电缆额定载流量为Iz=60A，根据GB16895.5[1]中In≥Iz的要求，我们选择C曲线微型断路器额定电流为In=63A。从厂家提供的脱扣电流-时间曲线图1可以沿着脱扣时间0.4s和5s的分别画横线与C脱扣曲线的最右线相交点为Ia≈10In和Ia≈4.8In。这里说明一下，图1、图2中的过电流保护器脱扣电流-时间曲线都有两条曲线，这是厂家表示过电流保护器脱扣动作值误差区间的方法。我们利用最右侧的曲线表示的脱扣电流最大值，这时对应要求的故障回路阻抗最小而有利于计算结果更可靠。还有些厂家习惯使用单根曲线表示脱扣电流-时间曲线，这时厂家会声明脱扣曲线的误差为±20%，这时同样道理我们采用+20%的正误差来计算脱扣动作电流最大值。图1某微型断路器脱扣动作电流-时间曲线图用公式（1）推导出计算故障回路阻抗公式：——见图1自动切断电源最长时间要求为≤0.4s时,Ia=10In，则要求：——见图1自动切断电源要求最长时间为≤5s时Ia=4.8In，则要求：从以上验算结果可以得出结论：——如果实际或实测故障回路阻抗Zs’≤Zs≤0.365Ω,则选择额定电流63A的C曲线微型断路器可以满足4条表41.1中最长自动切断电源≤0.4s时间要求。——如果实际或实测故障回路阻抗Zs’≤Zs≤0.761Ω选择额定电流63A的C曲线微型断路器可以满足4条自动切断电源≤5s时间要求。注：Zs’表示了回路电缆发生故障时实际或实测故障回路阻抗值。1.2

假设回路额定电流值为180A选择额定电流In=200A的塑壳断路器。图2某塑壳断路器脱扣动作电流-时间曲线图利用某制造商提供的塑壳断路器脱扣电流-时间曲线图2求出脱扣时间0.4s和5s的脱扣电流分别为Ia≈12In和Ia≈11In。还是用推导公式计算：——见图2自动切断电源最长时间要求为≤0.4s时,Ia=12In、则;——见图2自动切断电源最长时间要求为≤5s时,Ia=11In、则接下来要用实际或实测故障回路阻抗值Zs’与计算值Zs比较，如果Zs’≤Zs时塑壳断路器就能满足自动切断电源的时间要求，反之则不能。由于TN系统具有PE（PEN）导体使得故障回路阻抗很低，过电流保护器大概率可以起到故障防护作用。2、TT系统采用过电流保护器自动切断电源见如下GB/T16895.21中的规则：在表41.1中交流U0为230V时有0.2s和4条中有1s这两个自动切断电源时间要求。2.1同以上1.1条选额定电流63A的C曲线微型断路器，在图1上找到0.2s对应的脱扣电流为10In，继续找到1s对应的脱扣电流是8In。用公式（2）推导出计算故障回路阻抗公式：：——见图1自动切断电源最长时间要求为≤0.2s时Ia≈10In，则：——见图1自动切断电源要求最长时间为≤1s时Ia≈8In，则：2.2同上1.2条回路电缆载流量180A时选择额定电流200A的塑壳断路器，在图2上找到0.2s和1s对应的脱扣电流倍数都为12计算。还是用推导公式计算：——见图2自动切断电源最长时间要求为≤0.2s和≤1s时，Ia≈12In、则;从以上验算结果可以得出结论:——在回路电缆载流量60A时选择额定电流63A的C曲线微型断路器，满足0.2s时间要求则需Zs≤0.365Ω，而满足1s时间要求则需Zs≤0.456Ω；——在回路电缆载流量180A时选择额定电流200A的塑壳断路器，满足0.2s和1s时间要求计算结果一样，都需满足Zs≤0.096Ω。但TT系统的Zs’包括了系统接地极阻抗和装置保护接地极阻抗所以数值很高，Zs’远远大于Zs，所以所选的过电流保护器不能作为TT系统中回路的故障防护，这也是GB/T16895.21[2]中为什么推荐TT系统采用RCD作为故障防护(附加防护)的原因。至于如何求得故障回路实际阻抗Zs’请参见笔者以前的IEC快递|故障回路的阻抗。上述仅是笔者根据公式(1)、(2)要求，假设采用过电流保护器来推演Zs的过程，在实际工作中还需要看官自