过电流产生原因及防护

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过电流overcurrent :

超过额定电流的电流。

大于回路导体额定载电流量的回路电流都是过电流。它包括过载电流和短路电流。其区分是回路绝缘损坏前的过电流称作过载电流;绝缘损坏后的过电流称作短路电流。

过载电流:

电气回路因所接用电设备过多或所供设备过载(例如所接电动机的机械负载过大)等原因而过载。其电流值不过是回路载流量的不多倍,其后果是工作温度超过允许值,使绝缘加速劣化,寿命缩短,它并不直接引发灾害。

短路电流:

当回路绝缘因种种原因(包括过载)损坏,电位不相等的导体经阻抗可忽略不计的故障点而导通,这被称作短路。由于这种短路回路的通路全为金属通路,这种短路被归为金属性短路,其短路电流值可达回路导体载流量的几百以至几千倍,它可产生异常高温或巨大的机械应力从而引起种种灾害。

为使过载防护电器能保护回路免于过载,防护电器与被保护回路在一些参数上应互相配合,它们应满足下列条件:

(1)防护电器的额定电流或整定电流In应不小于回路的计算负载电流IB。

(2)防护电器的额定电流或整定电流In应不大于回路的允许持续载流量人(以下简称载流量)。

(3)保证防护电器有效动作的电流I2应不大于回路载流量的1 . 45倍。

以上条件以公式表示即为

IB≤In≤IZ

和I2≤1.45IZ

式中:

IB―回路的负载电流(A);

In―熔断器的额定电流或断路器的额定电流或整定电流(A);

IZ―回路导体的载流量(A);

I2―保证防护电器有效动作的电流(即熔断电流或脱扣电流)(A)。

晶闸管发生过电流的原因主要有:负载端过载或短路;某个晶闸管被击穿短路,造成其他元件的过电流;触发电路工作不正常或受干扰,使晶闸管误触发,引起过电流。晶闸管承受过电流能力很差,例如一个100A的晶闸管,它的过电流能力如表16-4-1所列。这就是说,当100A的晶闸管过电流为400A时,仅允许持续0.02s,否则将因过热而损坏。由此可知,晶闸管允许在短时间内承受一定的过电流。过电流保护的作用就在于当发生过电流时,在允许的时间内将过电流切断,以防止元件损坏。

晶闸管过电流的保护措施有下列几种:

1.快速熔断器

普通熔断丝由于熔断时间长,用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔

断,这样就起不了保护作用。因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用

的是银质熔丝,在同样的过电流倍数之下,它可以在晶闸管损坏之前熔断,这是晶闸管过电

流保护的主要措施。

快速熔断器的接入方式有三种,如图16-4-1所示。其一是快速熔断器接在输出(负载)端,这种接法对输出回路的过载或短路起保护作用,但对元件本身故障引起的过电流不起保

护作用。其二是快速熔断器与元件串联,可以对元件本身的故障进行保护。以上两种接法一

般需要同时采用。第三种接法是快速熔断器接在输入端,这样可以同时对输出端短路和元件

短路实现保护,但是熔断器熔断之后,不能立即判断是什么故障。

熔断器的电流定额应该尽量接近实际工作电流的有效值,而不是按所保护的元件的电流

定额(平均值)选取。

图16-4-1 快速熔断器的接入方式

2.过电流继电器

在输出端(直流侧)装直流过电流继电器,或在输入端(交流侧)经电流互感器接入灵

敏的过电流断电器,都可在发生过电流故障时动作,使输入端的开关跳闸。这种保护措施对

过载是有效的,但是在发生短路故障时,由于过电流电器的动作及自动开关的跳闸都需要一

定时间,如果短路电流比较大,这种保护方法不很有效。

3.过流截止保护

利用过电流的信号将晶闸管的触发脉冲移后,使晶闸管的导通角减小或者停止触发。

短路和过电流的保护

固态继电器在实际使用的很多情况下,经常由于负载侧的短路而发生固态继电器的损坏,这是广大电气工程师在设计时常碰到的问题。

短路和过流有两种保护方法:

一、固态继电器快速熔断保险丝选择

固态继电器的制造商会在样本里标明一个参数,表明半导体闸流管可以承受的最大电流vs时间。通常这个参数为“熔断用最大I2t”(安培平方秒)。

选择快速熔断保险丝通常要考虑以下几个方面:

1. 保险丝的电压等级。

2. 保险丝的电流等级(需要考虑额定负载时、启动电流、工作温度等)。

3. 保险丝的I2t等级。

4. 固态继电器的I2t等级。

保险丝的I2t等级必须要比固态继电器的I2t等级低,且高于负载的浪涌电流。

见下图:

对于CRYDOM(快达)CW系列,50A熔断用最大I2t为3000,90A熔断用最大I2t为7560。相对应的快熔保险丝:I<50A, I2t<3000; I<90A, I2t<7560。

由于目前真正的快速熔断器的售价很高,甚至价格高于固态继电器本身的价格,所以目前在国内市场基本上使用普通的保险丝(个别情况是标称是速断型,但是最关键的参数I2t不标示出来,)来保护固态。在配合不当时,往往固态继电器熔断的时间比一般保险丝的熔断时间要快的多,所以经常发生固态损坏后保险丝还没有动作,所以一般的保险丝根本不能起到保护固态的作用。

二、施耐德Osmart C32N B型断路器的选择

另一种方案就是使用施耐德Osmart C32N B曲线的断路器来保护固态继电器,经过大量试验

C32N B曲线的断路器在负载端短路的时候也能保护固态继电器。其脱扣曲线见下图。

C32N B特性脱扣曲线

由上图我们可以看出当电流达到断路器额定电流的3-5倍时,断路器的脱扣时间是11ms-21ms,快达公司CW系列10A、25A、50A、90A的固态在20ms的时间内能承受的最大电流分别是380A、570A、810A、1290A,分别是额定电流的38倍、27倍、16倍、14倍。所以断路器会在负载短路时能够及时(最慢在21ms之内)跳闸。从而起到保护固态继电器的作用。

该方法的特点和优势是:既能保护固态,又能在短路故障排除后直接合上断路器,不用更换。这是保险丝无法做到的。

该方案既解决了固态继电器的保护问题,又解决了快速熔断器的成本过高问题,是一个值得推广的保护方式。

建议选型表: