คู่มือการเลือกและคำนวณการตั้งค่าวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรอย่างครบถ้วน

วิธีการเลือกและตั้งค่าวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

1. ประเภทของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

1.1 วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบอากาศ (ACB)
เรียกอีกอย่างว่าวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟรมหรือวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรที่ใช้ได้ทั่วไป ซึ่งประกอบด้วยส่วนต่างๆ ที่ติดตั้งภายในเฟรมโลหะที่มีฉนวนกันความร้อน มักเป็นแบบเปิด ทำให้สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนต่างๆ ได้ง่าย และสามารถติดตั้งอุปกรณ์เสริมต่างๆ ได้ ACBs ถูกใช้เป็นสวิตช์หลักสำหรับการจ่ายไฟ หน่วยป้องกันกระแสเกินรวมถึงแบบแม่เหล็ก อิเล็กทรอนิกส์ และอัจฉริยะ ให้การป้องกัน 4 ระดับ: ความหน่วงเวลาในการทำงานนาน ความหน่วงเวลาในการทำงานสั้น การทำงานทันที และการป้องกันการลัดวงจรภาคพื้นดิน โดยแต่ละการป้องกันสามารถปรับได้ตามขนาดของเฟรม

ACBs เหมาะสำหรับเครือข่ายไฟฟ้าสลับ 50Hz ที่มีแรงดันไฟฟ้ากำหนด 380V หรือ 660V และกระแสไฟฟ้ากำหนดจาก 200A ถึง 6300A ใช้สำหรับการกระจายกำลังไฟฟ้าและการป้องกันการโหลดเกิน แรงดันต่ำ ไฟฟ้าลัดวงจร และการลัดวงจรในเฟสเดียว วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรเหล่านี้มีฟังก์ชันการป้องกันอัจฉริยะหลายอย่างและสามารถเลือกการป้องกันได้ ในสภาพปกติ สามารถใช้สำหรับการเปลี่ยนแปลงวงจรที่ไม่บ่อยครั้ง ACBs ที่มีการกำหนดค่าสูงสุด 1250A ยังสามารถป้องกันมอเตอร์จากการโหลดเกินและไฟฟ้าลัดวงจรในระบบ 380V/50Hz ได้อีกด้วย

การใช้งานทั่วไปรวมถึงสวิตช์หลักออกทางด้าน 400V ของหม้อแปลง สวิตช์เชื่อมโยงบัส สวิตช์ฟีดเดอร์ขนาดใหญ่ และสวิตช์ควบคุมมอเตอร์ขนาดใหญ่

1.2 วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบเคสพลาสติก (MCCB)
เรียกอีกอย่างว่าวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบปลั๊ก ซึ่งเทอร์มินอล อุปกรณ์ดับอาร์ค หน่วยป้องกันกระแสเกิน และกลไกการทำงานถูกบรรจุอยู่ภายในเคสพลาสติก คอนแทคเสริม หน่วยป้องกันกระแสเกินจากแรงดันต่ำ และหน่วยป้องกันกระแสเกินจากแรงดันขนานมักจะเป็นโมดูลาร์ ทำให้มีการออกแบบที่กะทัดรัด MCCBs ทั่วไปไม่ได้ออกแบบมาเพื่อซ่อมแซม และมักใช้เป็นการป้องกันวงจรสาขา

MCCBs ส่วนใหญ่มีหน่วยป้องกันกระแสเกินแบบความร้อน-แม่เหล็ก รุ่นที่ใหญ่กว่าอาจมีเซ็นเซอร์ป้องกันกระแสเกินแบบโซลิดสเตต หน่วยป้องกันกระแสเกินสามารถเป็นแบบแม่เหล็กหรืออิเล็กทรอนิกส์ MCCBs แบบแม่เหล็กมักไม่สามารถเลือกได้ ให้การป้องกันเพียงแค่ความหน่วงเวลาในการทำงานนานและการทำงานทันที MCCBs แบบอิเล็กทรอนิกส์ให้การป้องกัน 4 ฟังก์ชัน: ความหน่วงเวลาในการทำงานนาน ความหน่วงเวลาในการทำงานสั้น การทำงานทันที และการป้องกันการลัดวงจรภาคพื้นดิน บางรุ่นใหม่รวมถึงการล็อกเลือกโซน

MCCBs ใช้ทั่วไปสำหรับการควบคุมและป้องกันวงจรฟีดเดอร์ สวิตช์หลักออกทางด้านของหม้อแปลงขนาดเล็ก ปลายทางควบคุมมอเตอร์ และสวิตช์พลังงานสำหรับเครื่องจักรต่างๆ

1.3 วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรขนาดเล็ก (MCB)
MCBs เป็นอุปกรณ์ป้องกันปลายทางที่ใช้มากที่สุดในระบบไฟฟ้าอาคาร ป้องกันวงจรเฟสเดียวและสามเฟสสูงสุด 125A จากไฟฟ้าลัดวงจร การโหลดเกิน และแรงดันไฟฟ้าเกิน มีให้เลือกในรูปแบบ 1P, 2P, 3P, และ 4P

MCB ประกอบด้วยกลไกการทำงาน คอนแทค อุปกรณ์ป้องกัน (หน่วยป้องกันกระแสเกินต่างๆ) และระบบดับอาร์ค คอนแทคจะปิดโดยมือหรือด้วยไฟฟ้าและถูกยึดไว้ด้วยกลไกการปล่อยอิสระ คอยล์ของหน่วยป้องกันกระแสเกินและองค์ประกอบความร้อนของหน่วยป้องกันความร้อนถูกต่อแบบอนุกรมกับวงจรหลัก ในขณะที่คอยล์ของหน่วยป้องกันแรงดันต่ำถูกต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟ

ในการออกแบบไฟฟ้าอาคาร MCBs ใช้สำหรับการป้องกันการโหลดเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร กระแสเกิน แรงดันต่ำ การลัดวงจรภาคพื้นดิน การรั่วไหล การโอนพลังงานสองแหล่งโดยอัตโนมัติ และการเริ่มทำงานและป้องกันมอเตอร์ที่ไม่บ่อยครั้ง

2. พารามิเตอร์ทางเทคนิคสำคัญของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

• แรงดันไฟฟ้าการดำเนินงานกำหนด (Ue)
  แรงดันไฟฟ้าที่วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรถูกออกแบบมาให้ทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ในประเทศจีน สำหรับระบบสูงสุด 220kV แรงดันไฟฟ้าการดำเนินงานสูงสุดคือ 1.15 เท่าของแรงดันไฟฟ้าระบบที่กำหนด สำหรับ 330kV ขึ้นไป คือ 1.1 เท่า วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรต้องรักษาฉนวนและทำการเปลี่ยนแปลงวงจรที่แรงดันไฟฟ้าการดำเนินงานสูงสุดของระบบ

• กระแสไฟฟ้ากำหนด (In)
  กระแสที่หน่วยป้องกันกระแสเกินสามารถดำเนินการอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด 40°C สำหรับหน่วยป้องกันกระแสเกินที่ปรับได้นี่คือกระแสที่ปรับได้สูงสุด ที่อุณหภูมิสูงกว่า 40°C (สูงสุด 60°C) อนุญาตให้ลดลง

• การตั้งค่ากระแสเกินสำหรับการทริป (Ir)
  วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรจะทริปด้วยความหน่วงเวลาเมื่อกระแสเกิน Ir ซึ่งแทนกระแสสูงสุดที่วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรสามารถดำเนินการได้โดยไม่ทริป Ir ต้องมากกว่ากระแสโหลดสูงสุด (Ib) แต่น้อยกว่ากระแสที่ยอมรับได้ของสายเคเบิล (Iz) สำหรับวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบความร้อน-แม่เหล็ก Ir สามารถปรับได้จาก 0.7 ถึง 1.0In สำหรับหน่วยป้องกันกระแสเกินแบบอิเล็กทรอนิกส์ มีช่วงที่กว้างขึ้น ทั่วไปคือ 0.4 ถึง 1.0In สำหรับหน่วยป้องกันกระแสเกินแบบคงที่ Ir = In

• การตั้งค่ากระแสเกินสำหรับการทริปทันที (Im)
  ค่าที่หน่วยทริปทันทีหรือทริประยะสั้นจะทำงานเพื่อแยกวงจรอย่างรวดเร็วในกรณีที่มีกระแสผิดพลาดสูง

• กระแสทนทานระยะสั้นที่กำหนด (Icw)
  กระแสที่วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรสามารถทนทานได้ในระยะเวลาที่กำหนดโดยไม่เกิดความเสียหายทางความร้อน

• ความสามารถในการตัดวงจร
  กระแสผิดพลาดสูงสุดที่วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรสามารถตัดได้อย่างปลอดภัย ไม่ขึ้นอยู่กับกระแสที่กำหนด ค่าทั่วไปคือ 36kA และ 50kA แบ่งออกเป็นความสามารถในการตัดวงจรสูงสุด (Icu) และความสามารถในการตัดวงจรสำหรับการใช้งาน (Ics)

3. หลักการทั่วไปในการเลือกวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

• แรงดันไฟฟ้าการดำเนินงานกำหนด ≥ แรงดันไฟฟ้าระบบที่กำหนด

• ความสามารถในการตัดวงจรสั้น/ตัดวงจรสูงสุด ≥ กระแสโหลดที่คำนวณได้

• ความสามารถในการตัดวงจรสั้น/ตัดวงจรสูงสุด ≥ กระแสผิดพลาดสูงสุดที่เป็นไปได้ในวงจร

• กระแสผิดพลาดระหว่างเฟสเดียวและภาคพื้นดินที่ปลายวงจร ≥ 1.25 × การตั้งค่าทริปทันที (หรือทริประยะสั้น)

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับหน่วยป้องกันแรงดันต่ำ = แรงดันไฟฟ้าระบบที่กำหนด

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับหน่วยป้องกันกระแสเกินแบบขนาน = แรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายควบคุม

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับกลไกการทำงานด้วยไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายควบคุม

• สำหรับวงจรแสงสว่าง ตั้งค่ากระแสทริปแม่เหล็กทันทีเป็น 6 เท่าของกระแสโหลด

• สำหรับการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรของมอเตอร์เดี่ยว: 1.35× กระแสเริ่มต้นของมอเตอร์ (DW series) หรือ 1.7× (DZ series)

• สำหรับมอเตอร์หลายตัว: 1.3× กระแสเริ่มต้นของมอเตอร์ที่ใหญ่ที่สุด + ผลรวมของกระแสการทำงานของมอเตอร์อื่นๆ

• สำหรับสวิตช์ด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงหลัก: ความสามารถในการตัดวงจร > กระแสผิดพลาดที่แรงดันต่ำของหม้อแปลง กระแสทริปที่กำหนด ≥ กระแสที่กำหนดของหม้อแปลง การตั้งค่ากระแสเกินสั้น = 6–10× กระแสที่กำหนดของหม้อแปลง การตั้งค่ากระแสเกินยาว = กระแสที่กำหนดของหม้อแปลง

• หลังจากเลือกเบื้องต้น ประสานกับวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรขึ้นและลงเพื่อป้องกันการทริปแบบคาสเคดและลดขอบเขตการขาดแคลนพลังงาน

4. การเลือกสรรของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร
วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรถูกจำแนกเป็นแบบเลือกสรรหรือไม่เลือกสรร วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบเลือกสรรให้การป้องกัน 2 หรือ 3 ระดับ: ทันทีและระยะสั้นสำหรับไฟฟ้าลัดวงจร ระยะยาวสำหรับการโหลดเกิน วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบไม่เลือกสรรมักเป็นแบบทันที (เฉพาะไฟฟ้าลัดวงจร) หรือระยะยาว (เฉพาะการโหลดเกิน) การเลือกสรรทำได้โดยใช้หน่วยทริประยะสั้นที่มีการตั้งค่าเวลาที่แตกต่างกัน ประเด็นสำคัญ:

• การตั้งค่ากระแสทริปทันทีขึ้นสตรีม ≥ 1.1 × กระแสไฟฟ้าลัดวงจร 3 เฟสสูงสุดที่ขาออกของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรข้างล่าง

• หากวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรข้างล่างเป็นแบบไม่เลือกสรร การตั้งค่ากระแสทริประยะสั้นขึ้นสตรีม ≥ 1.2 × การตั้งค่ากระแสทริปทันทีข้างล่าง เพื่อรักษาการเลือกสรร

• หากวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรข้างล่างเป็นแบบเลือกสรร การตั้งค่าเวลาทริประยะสั้นขึ้นสตรีม ≥ การตั้งค่าเวลาทริประยะสั้นข้างล่าง + 0.1 วินาที
  โดยทั่วไป Iop.1 ≥ 1.2 × Iop.2.

5. การป้องกันแบบคาสเคด
ในการออกแบบระบบ การประสานกันระหว่างวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรขึ้นและลงจะช่วยให้การเลือกสรร ความเร็ว และความไว ประสานกันอย่างเหมาะสม การประสานกันอย่างเหมาะสมช่วยให้สามารถแยกวงจรที่ผิดพลาดได้โดยเลือกสรร รักษาพลังงานให้กับวงจรที่ยังทำงานได้ การป้องกันแบบคาสเคดใช้ผลของการจำกัดกระแสของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรขึ้นสตรีม (QF1) เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรข้างล่าง (ที่ QF2) การจำกัดกระแสของ QF1 จะลดกระแสผิดพลาดที่เกิดขึ้นจริง ทำให้ QF2 สามารถตัดกระแสที่สูงกว่าความสามารถในการตัดวงจรที่กำหนดได้ ทำให้สามารถใช้วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรข้างล่างที่มีราคาถูกและมีความสามารถในการตัดวงจรต่ำลงได้ เงื่อนไขรวมถึงไม่มีโหลดสำคัญบนวงจรข้างเคียง (เพราะการทริปของ QF1 จะทำให้ QF3 ขาดแคลนพลังงาน) และการจับคู่การตั้งค่าทันทีอย่างเหมาะสม ข้อมูลการป้องกันแบบคาสเคดถูกกำหนดโดยการทดสอบและให้โดยผู้ผลิต

6. ความไวของวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร
เพื่อให้การดำเนินงานเชื่อถือได้ในสถานการณ์ผิดพลาดขั้นต่ำ ความไว (Sp) ต้อง ≥1.3 ตาม GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3
ที่ Iop คือการตั้งค่ากระแสทริปทันทีหรือระยะสั้น และ Ik.min คือกระแสผิดพลาดขั้นต่ำที่ปลายวงจรที่ได้รับการป้องกันภายใต้การดำเนินงานขั้นต่ำของระบบ สำหรับวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบเลือกสรรที่มีทั้งการทริประยะสั้นและทันที ต้องตรวจสอบความไวของการทริประยะสั้นเท่านั้น

7. การเลือกและการตั้งค่าหน่วยทริป

(1) การตั้งค่ากระแสทริปทันทีสำหรับกระแสเกิน ต้องมากกว่ากระแสสูงสุด (Ipk) ระหว่างการเริ่มต้นมอเตอร์:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = ปัจจัยความน่าเชื่อถือ)

(2) การตั้งค่ากระแสทริประยะสั้นและเวลา
Iop(s) ≥ Krel × Ipk เวลาที่หน่วงมักจะเป็น 0.2s, 0.4s, หรือ 0.6s ตั้งค่าเพื่อให้เวลาการดำเนินงานขึ้นสตรีมมากกว่าข้างล่างหนึ่งขั้นตอนเวลา

(3) การตั้งค่ากระแสทริประยะยาวและเวลา
ป้องกันการโหลดเกิน: Iop(l) ≥ Krel × I30 (กระแสโหลดสูงสุด) เวลาที่ตั้งค่าต้องมากกว่าเวลาการโหลดเกินระยะสั้นที่ยอมรับได้

(4) การประสานกันระหว่างการตั้งค่าหน่วยทริปและความสามารถในการนำไฟฟ้าของสายเคเบิลเพื่อป้องกันการเกิดความร้อนหรือไฟไหม้ของสายเคเบิลโดยไม่ทริป:

Iop ≤ Kol × Ial
ที่ Ial = ความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ยอมรับได้ของสายเคเบิล, Kol = ปัจจัยการโหลดเกินระยะสั้น (4.5 สำหรับการทริปทันที/ระยะสั้น 1.1 สำหรับการทริประยะยาวเป็นการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร 1.0 สำหรับการป้องกันการโหลดเกินเท่านั้น) หากไม่พอใจ ปรับการตั้งค่าหน่วยทริปหรือเพิ่มขนาดของสายเคเบิล