一般情況下會(huì)選擇大一級(jí)的斷路器或提高瞬時(shí)脫扣整定值，上述措施雖然可以避免斷路器誤動(dòng)作，但同時(shí)也帶來弊端：斷路器額定電流偏大，無法為變壓器提供合適的過載保護(hù)，磁保護(hù)或瞬時(shí)保護(hù)整定值太高，導(dǎo)致保護(hù)靈敏度降低。
本文主要基于低壓變壓器的特性，結(jié)合施耐德斷路器產(chǎn)品為元器件選型和故障分析提供一些思路和參考。
1、變壓器勵(lì)磁涌流
變壓器合閘瞬間，由于鐵芯中的磁通不能突變，主磁通中除了穩(wěn)態(tài)分量外，通常會(huì)有一個(gè)隨著時(shí)間而衰減的自由分量，因此瞬態(tài)過程中鐵芯內(nèi)的主磁通可以比穩(wěn)態(tài)時(shí)大很多，從而使鐵芯達(dá)到高度飽和，導(dǎo)致合閘瞬間勵(lì)磁涌流達(dá)到正常值的幾十倍。
如果合閘瞬間，主磁通穩(wěn)態(tài)分量的瞬時(shí)值?m sinθ恰好等于剩磁磁通?r，則合閘時(shí)磁通的自由分量為0，合閘后變壓器直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，沒有任何電流沖擊；如果合閘瞬間的相位角恰好等于90°(如下圖所示)，鐵芯內(nèi)的磁通量將達(dá)到2倍磁通穩(wěn)態(tài)分量?m加上剩磁磁通?r，這么大的磁通量將使鐵芯達(dá)到高度飽和并產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。
勵(lì)磁涌流的大小取決于：通電時(shí)的電壓值，變壓器鐵芯的剩余磁通大小和變壓器的負(fù)荷特性。首次電流峰值會(huì)達(dá)到全負(fù)荷均方根電流的10~15倍，對(duì)于小型變壓器(小于50kVA)可能會(huì)達(dá)到額定全負(fù)荷電流值的20~25倍甚至更高，該瞬變電流值會(huì)迅速減小，其時(shí)間常數(shù)為幾毫秒到幾十毫秒(如下圖所示)。
表1為日本三菱電氣有限公司實(shí)測(cè)的低壓變壓器勵(lì)磁涌流峰值與額定電流峰值關(guān)系數(shù)據(jù)，可以看出容量越小，勵(lì)磁涌流與額定電流的比值越大，衰減時(shí)間常數(shù)與變壓器容量成正比。
2、如何選擇合適的斷路器
在斷路器選型過程時(shí)既要滿足變壓器過載和短路保護(hù)的要求，又要避免變壓器通電瞬間斷路器誤動(dòng)作。對(duì)于熱磁式斷路器，磁脫扣電流須大于勵(lì)磁涌流的有效值(下圖)；對(duì)于具有三段保護(hù)的電子式斷路器，瞬時(shí)脫扣電流須大于勵(lì)磁涌流的有效值，或通過短延時(shí)保護(hù)設(shè)定延時(shí)時(shí)間躲過勵(lì)磁涌流(見下圖)。
以0.4/0.4kV、容量5kVA的三相變壓器為例，勵(lì)磁涌流與額定電流的倍數(shù)為26倍，衰減時(shí)間常數(shù)為2周波(40ms)。計(jì)算變壓器一次側(cè)額定電流：In=5/0.4/1.732=7.2A，勵(lì)磁涌流大小為Iru=26×7.2=187A。普通的塑殼配電斷路器，其磁脫扣或瞬時(shí)保護(hù)整定值與額定電流的倍數(shù)最大一般為10，即使是D型微斷(磁脫扣范圍10~14In)，都無法滿足躲過勵(lì)磁涌流又滿足過電流保護(hù)的要求。
施耐德專門有一款用于小容量低壓變壓器保護(hù)的熱磁式斷路器GV2RT，其特點(diǎn)是磁保護(hù)脫扣電流與額定電流的倍數(shù)為20倍，額定電流范圍0.25~18A。對(duì)于5kVA變壓器可以選擇GV2RT14，其磁脫扣電流為200A(大于勵(lì)磁涌流187A)，熱脫扣電流范圍為6~10A，可以滿足過載保護(hù)要求，如下圖所示。
如果是0.4/0.4kV、容量10kVA的三相變壓器(額定電流為14.4A，勵(lì)磁涌流為374A)，既可以選擇GV2RT20(熱調(diào)范圍13~18A，磁脫扣電流400A)，還可選擇施耐德的另一款熱磁塑殼斷路器NSXm63TMD16，其殼架電流為63A，熱磁式脫扣器額定電流為16A，熱調(diào)范圍0.7~1倍(11.2~16A)，磁脫扣電流500A，可以滿足10kVA低壓變壓器保護(hù)要求。
如果是0.4/0.4kV、容量50kVA的三相變壓器(額定電流為72.2A，勵(lì)磁涌流為1660.6A，衰減時(shí)間100ms)。GV2RT型斷路器電流等級(jí)太小(最大18A)，NSX160/NSXm160熱磁式斷路器磁脫扣電流最大為1250A，無法躲過變壓器勵(lì)磁涌流，NSX200/250熱磁式斷路器雖然可以躲過勵(lì)磁涌流，但熱保護(hù)整定范圍為0.7~1.0，最小整定電流為140A已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了變壓器額定電流，不滿足過載保護(hù)要求。
這時(shí)候可以選擇具有三段保護(hù)功能的電子脫扣器斷路NSX160-Micrologic5.0A-160A，長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)Ir整定0.5倍額定電流In(即80A)滿足過載保護(hù)要求，將短延時(shí)保護(hù)設(shè)定為10Ir(即800A),短延時(shí)時(shí)間設(shè)定為200ms(大于勵(lì)磁電流衰減時(shí)間100ms)，再將瞬時(shí)保護(hù)設(shè)定為11In(即1760A)，躲過勵(lì)磁涌流。
將表1中各種容量變壓器的額定電流與勵(lì)磁涌流參數(shù)計(jì)算之后，選擇施耐德斷路器的型號(hào)和保護(hù)整定如下表所示：
3、關(guān)于D型微斷的討論
對(duì)于額定電流低于63A的0.4/0.4kV低壓變壓器，一次側(cè)能否選用D型微斷？以10kVA變壓器為例，額定電流為14.4A，勵(lì)磁涌流為374.4A，選用D16微斷可以滿足過載保護(hù)要求，但是因?yàn)镈型微斷的瞬時(shí)脫扣范圍為10~14倍額定電流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于勵(lì)磁涌流374.4A，斷路器會(huì)誤動(dòng)作。
如果將額定電流等級(jí)放大4檔選D40，瞬時(shí)脫扣電流最小為400A，大于勵(lì)磁涌流374.4A，斷路器誤動(dòng)作故障消除，但由于40/14.4=2.7，意味著即使變壓器過載2.7倍運(yùn)行，斷路器也不會(huì)有任何反應(yīng)，造成變壓器繞組溫升升高損傷絕緣，會(huì)大大縮短變壓器的使用壽命。綜上所述，選用放大電流等級(jí)的D型斷路器，雖然可以避免斷路器誤動(dòng)作，但變壓器沒有過載保護(hù)。
4、總結(jié)
對(duì)于低壓/低壓變壓器一次側(cè)斷路器選型和保護(hù)整定，既要滿足過載和短路保護(hù)靈敏度的要求，又要避免變壓器勵(lì)磁涌流超過磁保護(hù)或瞬時(shí)保護(hù)設(shè)定值，造成斷路器誤動(dòng)作。
選擇類似GV2RT這樣的低壓變壓器專用斷路器，其磁脫扣電流與額定電流比值為20，在滿足過載保護(hù)的同時(shí)還可以避免斷路器誤動(dòng)作；也選擇選擇具有三段保護(hù)功能的電子式脫扣器塑殼斷路器，通過設(shè)定短路短延時(shí)整定電流和短延時(shí)時(shí)間或瞬時(shí)保護(hù)電流躲過變壓器勵(lì)磁涌流。
斷路器選型是基于變壓器勵(lì)磁涌流參數(shù)已知或制造商可以提供的情況下，如果上述信息都沒有，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生斷路器誤動(dòng)作故障，可用示波器實(shí)測(cè)變壓器勵(lì)磁涌流參數(shù)，再比較其與變壓器額定電流的關(guān)系，最后選擇合適的斷路器，切不可盲目放大斷路器電流等級(jí)，這樣雖然可以避免斷路器誤動(dòng)作，但變壓器的過載保護(hù)幾乎沒有，失去了保護(hù)的意義。
作者：賓昭平
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