为什么额定电压在选择电路保护设备时很重要？

 

对于过电流保护装置（OCPD），这是极其重要的等级。根据其额定电压正确使用过流保护设备要求该设备的额定电压等于或大于系统电压。 当使用过流保护设备超过其额定电压时，可能没有任何初始指示器。 当额定电压不当的设备试图中断过电流时，通常会产生不利后果，这时它可能会以不安全的方式自毁。 

OCPD额定电压有两种类型： 

1. 额定直流电压；
2.  slash voltage rated. 

对于具有额定直电压（即：600V，480V，240V）的过电流保护设备而言，正确的应用很容易实现，并且已经在测试，列出和标记期间使用了完整的相间电压进行了性能评估。例如，所有熔断器的额定电压均为直电压，因此无需担心斜线额定值。 

但是，某些机械过电流保护设备的额定斜切电压为（即480 / 277、240 / 120、600 / 347）。额定极限电压的设备在其应用中受到限制，在考虑使用它们时需要进行额外的评估。下一部分将介绍保险丝的额定电压，然后是其他类型设备的额定斜线电压。

过电流 

过电流是过载电流或短路电流。这 过载电流是相对于正常工作电流的过大电流， 但仅限于由 导体以及配电系统的其他组件和负载。作为 顾名思义，短路电流是在正常电流之外流动的电流。 conducting paths.

超载

过载通常是正常电流水平的一到六倍。 通常，它们是由无害的临时浪涌电流引起的 当电动机启动或变压器通电时。这样的过载电流 或瞬态是正常现象。由于它们的持续时间很短，所以任何 温升微不足道，并且对电路组件没有有害影响。 （重要的是，保护设备不要对其做出反应。） 电动机损坏（例如电动机磨损）可能会导致连续过载 轴承），过载的设备或一个回路上的负载过多。  

这样的 持续的过载具有破坏性，必须通过保护装置将其切断 在它们损坏配电系统或系统负载之前。但是，由于 与短路电流相比，它们的幅度相对较低， 在几秒钟到几分钟内消除过载电流 通常可以防止设备损坏。持续的过载电流会导致 导体和其他组件的过热会导致变质 绝缘层，最终可能导致严重的损坏和短路 if not interrupted.

短路 

过载电流发生在中等水平，而短路或 故障电流可能比正常工作大数百倍 当前的。高级别故障可能是50,000A（或更大）。如果不能在一个月内切断 在几千分之一秒之内，破坏和破坏就可能 become rampant–可能会严重绝缘损坏，融化 导体，金属汽化，气体电离，电弧和火灾。 同时，高水平的短路电流会产生巨大的磁场 场应力。母线和其他导体之间的磁力 每线性英尺可以重数百磅；即使是沉重的支撑也可能不会 足以防止它们被扭曲或变形而无法修复。

保险丝保护

保险丝是可靠的过电流保护装置。一种“fusible” link or links 封装在管中并连接到接触端子包括 基本保险丝的基本要素。链接的电阻是如此 低，它只是充当导体。但是，当破坏性电流 发生时，链路会很快融化并断开电路以保护导体 以及其他电路元件和负载。 

现代保险丝性能稳定 特征。保险丝不需要定期维护或测试。保险丝 具有三个独特的性能特征： 

1. 现代保险丝有一个极端“high interrupting” rating–会造成很高的故障 电流不破裂。
2. 正确使用，保险丝可防止“blackouts.”仅断开最接近故障的保险丝，而不会影响上游保险丝（馈线或电源）–fuses thus provide “selective coordination.”（这些术语在后续页面中进行了精确定义。）
3. 保险丝通过将故障电流保持在较低水平来提供最佳的组件保护 value…They are said to be “current- limiting.”

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参考： 

• 库珀·巴斯曼

示例：双线接地故障计算

双线接地故障

当三相线上的两相意外接地时，双线接地故障。在这种情况下，故障电流将在相关阶段（例如，B相和C相）内从线路流到地面。

例子：

从下图可以看出，假设发电机已牢固接地并且忽略了故障阻抗。确定系统中发生线对线故障时的相电流和相电压。

《不平衡故障分析：双线对地故障》一文解释并推导了所有顺序网络都并联连接以满足此类故障的条件。

因此，

DLG故障的等效序列网络

通过电路分析，我们可以得出等效阻抗为

• Zeq = Z1//Z2 + Z0 = j0.1//j0.1 + j0.25 = j0.3 pu

令Ea的值= 1（角度0）。 

因此，+ s电流的值为： 

• a 1 = Ea / j0.3 pu = -j 3.33 pu

通过电流除法，我们可以说-s和0s各自的值分别为

• a 2 = Ia0 =-（-j 3.33 / 2）= j 1.67 pu

序列电流汇总， 

• a 1 = -j 3.33 pu
• a 2 = j 1.67 pu
• a 0 = j 1.67浦

使用 序列分量至相位值矩阵公式， 我们可以得到： 

• A相故障电流，IA = 0。
• B相故障电流，IB = 5（角度-30）pu
• C相故障电流，IC = 5（角度-150）pu

应用基本值， 

• 选择：Sb = 20 MVA和kVb = 13.8 kV，然后... 
• Ea = 20 MVA / 20 MVA = 1（角度0）。
• b ase = 20 MVA /（1.73 x 13.8 kV）
• b ase = 0.837 kA

因此，实际的故障电流值是 

• IA = 0
• IB = 5 x 0.837 kA = 4.185 kA（角度-30） 
• IC = 5 x 0.837 kA = 4.185 kA（角度-150） 

电压值

基于等效序列网络，

• Va2 = Z2 x Ia2 = j 0.1 x（-j 1.67）= 0.167（角度0）pu
• 因此， Va2 = Va0 = 0.167（角度0）pu

使用 序列分量至相位值矩阵公式， 我们可以得到： 

• VA = 0.501（角度0）pu
• VB = VC = 0

施加电压基准， 

• VA = 0.501 x（13.8 kV / 1.73）= 3.996 kV
• VB = VC = 0

不平衡故障分析：双线接地故障

当三相线上的两相意外接地时，双线接地故障。在这种情况下，故障电流将在相关阶段（例如，B相和C相）内从线路流到地面。 

双线接地故障-B相和C相

从这种情况下，系统参数可以认为如下： 

• A相的故障电流= 0（因为A相没有故障电流）
• B相的故障电流= If-B
• C相的故障电流= If-C。 
• 在这里我们还可以看到，B相和C相的电压将等于零（忽略接地阻抗）。 

见文章： 如何在不平衡系统中开发序列网络？

使用对称分量方程矩阵公式加上从上述条件中获得的值，可以绘制出当前方程，如下所示： 

DLG故障电流的对称分量矩阵方程

从这个矩阵方程式，我们可以得到以下值： 

• a 0 + Ia1 + Ia2 = 0（所有序列电流之和等于零）
• IA = 0（因为在故障期间A相中没有故障电流流过）。 

在相同情况下，电压的对称分量为： 

DLG故障的电压对称分量矩阵方程

从上面的矩阵方程式，我们可以得到以下电压值：

• Va0 = Va1 = Va2 = Va / 3

根据获得的电压和电流值，我们可以使用以下序列网络对其进行演示，

DLG故障的等效序列网络

该图满足基于给定条件获得的值。

有关示例计算，请参见： 示例：双线接地计算

示例：线对线故障计算

当三相系统中的两个载流导体意外接触时，就会发生传输线上的线对线故障。因此，电力系统的保护装置需要准确响应，以避免严重损坏系统。

请参见不平衡故障分析：线对线故障

因此，了解不平衡系统中线对线故障的计算过程非常重要。

相关文章：

• 双线接地故障
• 单线接地故障
• 对称三相故障

例子： 

从下图可以看出，假设发电机已牢固接地并且忽略了故障阻抗。确定系统中发生线对线故障时的相电流和相电压。

解决方案：

从文章 不平衡故障分析：线对线故障，我们知道正序和负序网络是并联连接的，零序网络不涉及这种类型的故障。

从文章 不平衡故障分析：线对线故障，我们知道等效的正序网络是，

正序网络

负序网络是 

负序网络

并行连接此网络，并查看故障母线和参考母线的戴维南等效值，我们可以得到等效阻抗j 0.25 // j 0.1。 

因此，等效序列网络可以简化为一个单位为1（角度0）的源，等效阻抗为j 0.71每单位。 

因此，正序电流将为 

如果-1 = 1（角度0）/ j 0.71 = -j 1.41或1.41（角度-90）每度

由于If-1 =（-If-2），我们可以直接得出负序电流为， 

If-2 =每单位1.41（角度90）-> 请参见不平衡故障分析：线对线故障

因此，我们可以将序列成分总结如下： 

• If-1 =每单位1.41（角度-90）（正序电流）
• If-2 =每单位1.41（角度90）（负序电流）
• 如果-0 = 0（零序网络不涉及线对线故障）

通过使用序列到相位矩阵公式，我们可以得出故障电流的值，如下所示： 

• A相的故障电流= 0。
• B相的故障电流= 2.442（角度180）pu
• C相的故障电流= 2.442（角度0）pu

考虑基本值， 

选择：Sb = 20 MVA和kVb = 13.8 kV

然后，

Ea = 20 MVA / 20 MVA = 1（角度0）。

b ase = 20 MVA /（1.73 x 13.8 kV）

b ase = 0.837 kA

因此，故障电流的实际值为 

• A相的故障电流= 0。
• B相的故障电流= 2.04 kA（角度180）
• C相的故障电流= 2.04 kA（角度0） 

电压值

分析正序网络等价物， 

Vf-1 = 1（角度0）-（If-1）*（Z1）= 1-（-j 1.41）（j 0.25）= 0.6475（角度0）（+序列电压）

因为Vf-1 = Vf-2;因此Vf-2 = 0.6475（角度0）（负序电压） 请参见不平衡故障分析：线对线故障

将序列公式应用于相位值矩阵，我们可以得到： 

• A相电压= 1.295（角度0）pu
• B相电压= 0.647（角度180）pu
• C相电压= 0.647（角度180）pu

应用基本值， 

Vbase = 13.8 kV / 1.73 

因此实际电压值是 

• A相电压= 10.31 kV（角度0）
• B相电压= 5.15 kV（角度180）
• C相电压= 5.15 kV（角度180）

更多细节 请参见不平衡故障分析：线对线故障

电力系统分析，故障计算，不平衡故障，短路分析

不平衡故障分析：单线接地故障

图片来源：UNACADEMY

在三相系统中，单线接地故障发生在系统的某一线或某一相意外接地时。在这种情况下，系统中会产生不平衡的电压以及不平衡的电流。

参见单线接地故障样本 Calculation

原则上，所有序列分量，即正，负和零序列分量将串联连接。见文章： 如何在不平衡系统中开发序列网络？

就这一点而言，下面的图可以进一步表示。

单线接地故障

从上图可以看出，故障电流等于Ia。另一方面，Ib和Ic都将为零，因为不会有从该相流过的故障电流。

因此，这种情况下的故障电流可总结为：

• 故障电流 A = Ia
• 故障电流 B = 0
• 故障电流 C = 0

利用对称分量的原理，我们可以获得对应的序列值。 （请参阅文章：什么是对称组件？）

• I0 = IA 
• I1 = IA
• I2 = IA

因此，我们可以将序列网络描述如下： 

在这种情况下，所有序列分量网络，即正，负和零序列都串联连接。这将确认所有顺序电流的相等性。

参见单线接地故障样本 Calculation

在什么情况下感应电动机可能会意外变成发电机？

The induction motor can contribute current to the faulted location 在短路情况下。 Especially for a large induction motor, electrical designers should never neglect its contribution in sizing the exact rating of the protective device. 它代表一个很小但很重要的值，它是确定可用的最大短路电流并由此确定电气设备的短路额定值所需要的。无论电动机的大小或额定电压如何，都可以证明在故障期间存在电动机。 

正常运行期间

在正常运行期间，电动机将电能转换为机械能。在定子中流动的电流会产生旋转磁场，其磁极朝向转子。该旋转磁场将电流感应到转子中。由于定子感应的电流，在转子中会产生磁极朝外的磁场。这导致转子（电动机轴）旋转。只要为定子提供稳定的电压，电动机轴就会继续旋转。 

在短路条件下

在短路条件下，系统电压将衰减。稳定的电源不再存在。转子中的旋转磁场将通过成为电源来尝试支持降低的电压条件。

此时，感应电动机将充当发电机，并向故障位置贡献电流（请参见故障点4）。

电机对故障系统的贡献

感应电动机可贡献的电流量等于其锁定的转子电流40电机FLA的0％至600％。 （ANSI标准C37.010 [1]）。

根据IEC标准，不同的电流符号是什么

IEC标准提供了以下术语 为了使设计人员能够采用统一的方法来进行设计和安装。最重要的考虑因素之一是电流的计算，因为会产生出合适的电缆尺寸和保护装置。电缆的尺寸及其保护设备必须满足多种条件，才能进行安全可靠的设计和安装。

在这方面，IEC 60364提供以下内容：

• b = Design Current
• 伊兹 =电缆制造商提供的遵循IEC标准的电缆连续电流额定值。 
• 在 =保护设备的额定电流，如果断路器是可调的， 在 指所选值。 
• a =在给定时间将导致保护装置断开的电流值。
• I2 =电流额定值可确保保护装置的有效运行，该额定值也由制造商手册提供。 

作为安全的设计实践，IEC提供了有用的关系，以指导电气工程师进行设计。 

• b < = In < = Iz and I2 < = 1.45 x Iz

例子： 

10 kW电动机负载连接到功率为pf的380 V AC电源。

查找设计电流Ib

b = 10,000 /（1.73 x 380 x 0.8）->忽略效率，因为额定值已经以kW为单位

b = 19安培 

查找断路器的额定值

b < = 在 或者 在 > = Ib

为了这 情况，我们可以选择一个 C型20安培MCB，3极。注意19< 25.

注意：C型MCB，BSEN 60898跳闸为额定值的5到10倍（Ia = 5到10 x In）。因此，即使电动机是通过DOL启动来启动的，该断路器仍然可以承受浪涌电流。 

相关阅读： 如何选择合适的微型断路器MCB

查找电缆的额定电流Iz

在 < = 伊兹 或者 伊兹 > = In

IEC标准开启了IEC断路器的可能性 可以与非IEC电缆（例如NEC标准电缆）一起安装。因此，在关键安装中，建议执行 电缆与保护装置之间的协调研究. 

获得Iz的值后，请参阅IEC后面的电缆制造商手册，以找到要使用的正确电缆尺寸。

从上面的表中，我们需要6 sqmm cable （34安培）用于安装。请注意，在此示例中，我们忽略了安装类型。我们假定该安装属于A1型安装，其中管道中的两根电缆安装在绝缘墙内。

额定电流的倍数

以下是具有热磁特性的MCB的典型IEC断路器曲线。请注意，曲线的下限始于1.0 MRC 而上限从1.45 MRC开始。 

MRC表示额定电流的倍数。例如，断路器In的标称额定值为100安培，则1.45 MRC为100 x 1.45，等于145安培。这是为了容纳 当前额定值较大。  

那么，这是什么意思呢？ CB和电缆的适当配合意味着电缆损坏曲线必须始终在CB曲线的右侧，以便在出现故障和过载时保护电缆。 

请注意，这是一个基本的设计过程，在本示例中，作者没有将电压降分析和接地故障回路阻抗也纳入其中，这也是电气设计过程的一部分。 

变压器的阻抗百分比如何影响短路分析

在选择断路器和保险丝以保护电气系统时，短路量 必须在变压器的端子上知道可用电流。这是为了确定断路器的机械耐受等级以承受中断 在短路情况下。 

定义：

阻抗百分比表示该百分比 产生满负载所需的额定电压 变压器输出短路时的最大电流。 （伊顿（Eaton），2015年）。

因此，使用百分比阻抗的短路公式 Isc = IFL x（100 /％Z） 

计算

变压器额定值

• 75 kVA
• 240 V次级
• 5％阻抗

满载次级电流= 75,000 / 240 = 312安培

应用公式：Isc = IFL x（100 /％Z）。

Isc = 312 /（100 / .05）= 6,240安培。  

在此示例中，最大短路电流为FLA的20倍（6240/312）。 

上图简单地告诉我们，如果变压器的阻抗百分比降低，则SC电流也将成比例地增加。 

在此示例中，将变压器阻抗减小到2.5％也会使SC电流增加到40倍。 

所以

...在此示例中，我们需要选择5％变压器阻抗的kAIC额定值不小于6,240安培的断路器。断路器的kAIC额定值选择不当会完全损坏设备，并可能造成巨大的灾难。 

注意：这只是有关阻抗百分比如何影响SC分析的简短示例，因为在计算系统中的SC时还需要考虑几个因素。有关更详细的SC分析，请阅读 如何使用点对点方法解决短路计算问题。 

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