Pagsiguro ug Paghimo sa Circuit Breaker: Kompletong Ginuhit gikan sa Basikong mga Parameter hangtod sa Selective Protection
Klasipikasyon sa mga Circuit Breaker
(1) Air Circuit Breaker (ACB)
Ang air circuit breaker, o tinatawag ding molded frame o universal circuit breaker, naglalaman ng lahat ng komponente sa isang insuladong metal na frame. Karaniwang bukas ito, na nagbibigay-daan para sa pag-install ng iba't ibang accessories, at nagpapahusay sa pagsasalitla ng contacts at parts. Karaniwang ginagamit ito bilang pangunahing switch sa main power supply. Ang overcurrent trip units ay kasama ang electromagnetic, electronic, at intelligent types. Ang breaker ay nagbibigay ng apat na yugto ng proteksyon: long-time delay, short-time delay, instantaneous, at ground fault protection. Ang bawat setting ng proteksyon ay maaaring i-adjust sa loob ng range batay sa laki ng frame.
Ang air circuit breakers ay angkop para sa AC 50Hz, rated voltages ng 380V o 660V, at rated currents mula 200A hanggang 6300A sa mga distribution networks. Ginagamit ito upang magbigay ng electrical energy at protektahan ang circuits at power equipment mula sa overloads, undervoltage, short circuits, single-phase grounding, at iba pang mga kaparaanan. Ang mga breakers na ito ay nagbibigay ng maraming intelligent protection functions at nagbibigay ng selective protection. Sa normal na kondisyon, maaari itong gamitin para sa infrequent switching ng circuits. Ang mga ACBs na may ratings hanggang 1250A ay maaaring gamitin sa AC 50Hz, 380V networks upang protektahan ang motors mula sa overload at short circuits.
Karaniwang ginagamit din ang air circuit breakers bilang main switches sa 400V side ng mga transformers, bus tie switches, high-capacity feeder switches, at large motor control switches.
(2) Molded Case Circuit Breaker (MCCB)
Tinatawag din itong plug-in circuit breaker, ang molded case circuit breaker ay naglalaman ng terminals, contacts, arc extinguishing chambers, trip units, at operating mechanisms sa isang plastic enclosure. Ang auxiliary contacts, undervoltage trip units, at shunt trip units ay kadalasang modular. Ang struktura nito ay kompakto, at hindi karaniwang inaasahan ang maintenance. Ito ay angkop para sa branch circuit protection. Ang molded case breakers ay karaniwang kasama ang thermal-magnetic trip units, habang ang mas malalaking models ay maaaring equipped ng solid-state trip sensors.
Ang overcurrent trip units para sa MCCBs ay available sa electromagnetic at electronic types. Karaniwan, ang electromagnetic MCCBs ay non-selective at nagbibigay lamang ng long-time delay at instantaneous protection. Ang electronic MCCBs ay nagbibigay ng apat na proteksyon: long-time delay, short-time delay, instantaneous, at ground fault protection. Ang ilang bagong ipinakilala na electronic MCCBs ay may zone-selective interlocking.
Ang molded case circuit breakers ay karaniwang ginagamit para sa feeder circuit control at proteksyon, main switches sa low-voltage side ng small distribution transformers, terminal power distribution control, at bilang power switches para sa iba't ibang production machinery.
(3) Miniature Circuit Breaker (MCB)
Ang miniature circuit breaker ang pinaka-widely used na terminal protection device sa building electrical terminal distribution systems. Ginagamit ito para sa proteksyon laban sa short circuits, overloads, at overvoltage sa single-phase at three-phase circuits hanggang 125A, at mayroong single-pole (1P), double-pole (2P), triple-pole (3P), at four-pole (4P) configurations.
Ang MCB ay binubuo ng operating mechanism, contacts, protective devices (various trip units), at arc extinguishing system. Ang main contacts ay isinasara manual o electrically. Pagkatapos ng closing, ang free-tripping mechanism ay nakakakandado ang contacts sa closed position. Ang coil ng overcurrent trip unit at ang heating element ng thermal trip unit ay konektado sa series sa main circuit, habang ang coil ng undervoltage trip unit ay konektado sa parallel sa power supply.
Sa civil building electrical design, ang miniature circuit breakers ay karaniwang ginagamit para sa proteksyon at operasyon tulad ng overload, short circuit, overcurrent, loss of voltage, undervoltage, grounding, leakage, automatic transfer ng dual power sources, at infrequent motor starting.
Basic Characteristic Parameters ng Circuit Breakers
(1) Rated Operating Voltage (Ue)
Ang rated operating voltage ay ang nominal voltage ng circuit breaker, kung saan maaari itong mag-operate continuously sa ilalim ng specified normal service at performance conditions.
Sa China, para sa voltage levels hanggang 220kV, ang maximum operating voltage ay 1.15 times ang system rated voltage; para sa 330kV at ibabaw, ang maximum operating voltage ay 1.1 times ang rated voltage. Ang circuit breaker ay dapat mag-retain ng insulation at capable ng closing at interrupting sa ilalim ng maximum operating voltage ng sistema.
(2) Rated Current (In)
Ang rated current ay ang current na maaaring carry continuously ng trip unit sa ambient temperature na below 40°C. Para sa breakers na may adjustable trip units, ito ay tumutukoy sa maximum current na maaaring carry continuously ng trip unit.
Kapag ginamit sa ambient temperatures na above 40°C pero hindi lumampas sa 60°C, maaaring mag-operate ang breaker sa reduced load para sa long-term service.
(3) Overload Trip Current Setting (Ir)
Kapag lumampas ang current sa setting ng trip unit na Ir, ang circuit breaker ay trip after a time delay. Ito rin ang kumakatawan sa maximum current na maaaring carry ng breaker nang walang tripping. Ang value na ito ay dapat mas mataas sa maximum load current Ib ngunit mas mababa sa maximum allowable current Iz ng circuit.
Para sa thermal-magnetic trip units, ang Ir ay karaniwang adjustable sa 0.7–1.0In. Para sa electronic trip units, ang adjustment range ay karaniwang mas malawak, karaniwang 0.4–1.0In. Para sa breakers na may non-adjustable overcurrent trip units, Ir = In.
(4) Short-Circuit Trip Current Setting (Im)
Ang short-circuit trip unit (instantaneous o short-time delay) ay nagdudulot ng tripping ng circuit breaker nang mabilis kapag may mataas na fault currents. Ang trip threshold nito ay Im.
(5) Rated Short-Time Withstand Current (Icw)
Ito ang current value na pinapayagan na dumaan sa conductor sa isang specified duration nang hindi nagdudulot ng pinsala dahil sa overheating.
(6) Breaking Capacity
Ang breaking capacity ng circuit breaker ay tumutukoy sa kanyang kakayahan na safely interrupt fault currents, na hindi kinakailangang may kaugnayan sa kanyang rated current. Common ratings include 36kA at 50kA. Ito ay karaniwang hinahati sa ultimate short-circuit breaking capacity (Icu) at service short-circuit breaking capacity (Ics).
General Principles para sa Circuit Breaker Selection
Una, piliin ang type at number ng poles batay sa application; pagkatapos, piliin ang rated current batay sa maximum operating current; finally, piliin ang type ng trip unit at accessories. Specific requirements are as follows:
Ang rated operating voltage ng circuit breaker ≥ line rated voltage.
Ang rated short-circuit making/breaking capacity ng circuit breaker ≥ calculated load current ng line.
Ang rated short-circuit making/breaking capacity ng circuit breaker ≥ maximum possible short-circuit current sa line (karaniwang ina-compute bilang RMS value).
Single-phase-to-ground short-circuit current sa end ng line ≥ 1.25 times ang instantaneous (o short-time delay) trip setting ng circuit breaker.
Ang rated voltage ng undervoltage trip unit = line rated voltage.
Ang rated voltage ng shunt trip unit = control power supply voltage.
Ang rated operating voltage ng electric operating mechanism = control power supply voltage.
Kapag ginamit sa lighting circuits, ang instantaneous trip setting ng electromagnetic trip unit ay karaniwang 6 times ang load current.
Kapag ginamit ang circuit breaker para sa short-circuit protection ng single motor, ang instantaneous trip setting ay 1.35 times ang motor starting current (para sa DW series) o 1.7 times (para sa DZ series).
Kapag ginamit ang circuit breaker para sa short-circuit protection ng multiple motors, ang instantaneous trip setting ay 1.3 times ang starting current ng pinakamalaking motor plus ang operating currents ng natitirang motors.
Kapag ginamit ang circuit breaker bilang main switch sa low-voltage side ng distribution transformer, ang breaking capacity nito ay dapat lumampas sa short-circuit current sa low-voltage side ng transformer. Ang trip unit’s rated current ay hindi dapat bababa sa rated current ng transformer. Ang short-circuit protection setting ay karaniwang 6–10 times ang rated current ng transformer; ang overload protection setting ay equal sa rated current ng transformer.
Pagkatapos ng preliminarily selection ng circuit breaker type at rating, kailangan ng coordination sa upstream at downstream protective devices upang iwasan ang cascading tripping at minimize ang scope ng accident.
Selectivity ng Circuit Breakers
Sa distribution systems, ang circuit breakers ay classified bilang selective o non-selective batay sa protection performance. Ang selective low-voltage circuit breakers ay may dalawang-stage o tatlong-stage protection. Ang instantaneous at short-time delay characteristics ay ginagamit para sa short-circuit protection, habang ang long-time delay characteristics ay ginagamit para sa overload protection. Ang non-selective breakers ay karaniwang instantaneous, ginagamit lamang para sa short-circuit protection, o long-time delay, ginagamit lamang para sa overload protection.
Sa distribution systems, kung ang upstream breaker ay selective at ang downstream breaker ay non-selective o selective, ang selectivity ay nakuha sa pamamagitan ng paggamit ng time delay ng short-time delay trip unit o differences sa time delay settings. Kapag ang upstream breaker ay nag-operate sa time delay, kailangan ng consider ang mga sumusunod:
Anuman ang downstream breaker ay selective o non-selective, ang instantaneous overcurrent trip setting ng upstream breaker ay dapat hindi bababa sa 1.1 times ang maximum three-phase short-circuit current sa output ng downstream breaker.
Kung ang downstream breaker ay non-selective, upang iwasan ang upstream short-time delay overcurrent trip unit mula sa pag-operate unang-una dahil sa insufficient sensitivity ng downstream instantaneous trip unit sa panahon ng short circuit, ang short-time delay overcurrent trip setting ng upstream breaker ay dapat hindi bababa sa 1.2 times ang downstream breaker’s instantaneous trip unit.
Kung ang downstream breaker ay selective, upang matiyak ang selectivity, ang short-time delay operating time ng upstream breaker ay dapat hindi bababa sa 0.1 seconds longer kaysa sa downstream breaker.
Karaniwan, upang matiyak ang selective operation sa pagitan ng upstream at downstream low-voltage circuit breakers, ang upstream breaker ay dapat preferably may short-time delay overcurrent trip unit, at ang operating current nito ay dapat hindi bababa sa one level higher kaysa sa downstream trip unit. At minimum, ang upstream operating current Iop.1 ay dapat hindi bababa sa 1.2 times ang downstream operating current Iop.2, i.e., Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.
Cascading Protection ng Circuit Breakers
Sa distribution system design, ang coordination sa pagitan ng upstream at downstream circuit breakers ay dapat makamit ang "selectivity, speed, at sensitivity." Ang selectivity ay kaugnay sa coordination sa pagitan ng breakers, habang ang speed at sensitivity ay kaugnay sa characteristics ng protective device at mode ng operation ng circuit.
Ang tamang coordination sa pagitan ng upstream at downstream breakers ay nagbibigay ng selective isolation ng faulty circuit, na nagse-secure na ang iba pang non-faulty circuits ay patuloy na mag-operate nang normal. Ang mahina na coordination ay nakakaapekto sa reliability ng sistema.
Ang cascading protection ay isang praktikal na application ng current-limiting characteristics ng circuit breakers. Ang pangunahing principle nito ay ang paggamit ng current-limiting effect ng upstream breaker (QF1), na nagbibigay ng pagpipili ng downstream breaker (QF2) na may mas mababang breaking capacity, na nagbabawas ng cost. Ang current-limiting upstream breaker QF1 ay maaaring interrupt ang maximum prospective short-circuit current sa installation point nito. Dahil ang upstream at downstream breakers ay konektado sa series, kapag may short circuit sa output ng downstream breaker QF2, ang actual short-circuit current ay significantly nababawasan ng current-limiting effect ng QF1, na mas mababa pa sa prospective short-circuit current sa punto na iyon. Kaya, ang breaking capacity ng QF2 ay effectively enhanced ng QF1, na lumampas sa kanyang rated breaking capacity.
Ang cascading protection ay may certain conditions: halimbawa, ang adjacent circuits ay hindi dapat may critical loads (dahil ang tripping ng QF1 ay magde-energize din ng QF3’s circuit), at ang instantaneous settings ng QF1 at QF2 ay dapat maayos na matched. Ang cascading data ay maaaring determined lamang sa pamamagitan ng eksperimento, at ang coordination sa pagitan ng upstream at downstream breakers ay dapat ibigay ng manufacturer.
Sensitivity ng Circuit Breakers
Upang matiyak ang reliable operation ng instantaneous o short-time delay overcurrent trip unit sa minimum system operating conditions at sa mildest short-circuit fault sa loob ng kanyang protection range, ang sensitivity ng circuit breaker ay dapat matugunan ang requirements ng "Low-Voltage Electrical Distribution Design Code" (GB50054-95), na nagsasaad ng sensitivity na hindi bababa sa 1.3, i.e., Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3. Dito, Iop ay ang operating current ng instantaneous o short-time delay overcurrent trip unit, Ik.min ay ang single-phase o two-phase short-circuit current sa end ng protected line sa minimum system operating conditions, at Sp ang sensitivity ng circuit breaker.
Kapag pumili ng circuit breaker, dapat ring i-verify ang kanyang sensitivity. Para sa selective breakers na may short-time delay at instantaneous overcurrent trip units, kailangan lang i-check ang sensitivity ng short-time delay trip unit; ang sensitivity ng instantaneous trip unit ay hindi kailangan ng verification.
Selection at Setting ng Circuit Breaker Trip Units
(1) Setting ng Instantaneous Overcurrent Trip Unit Operating Current
Ang ilang electrical equipment na protektahan ng circuit breaker ay may mataas na peak currents sa panahon ng startup, ilang beses ang rated current, na nagdudulot ng breaker na mag-experience ng mataas na peak currents nang pansamantalang. Ang operating current Iop(o) ng instantaneous overcurrent trip unit ay dapat lumampas sa circuit’s peak current Ipk, i.e., Iop(o) ≥ Krel·Ipk, kung saan Krel ang reliability factor. Kapag pumili ng circuit breaker, siguraduhin na ang instantaneous overcurrent trip setting ay lumampas sa peak current upang iwasan ang nuisance tripping.
(2) Setting ng Short-Time Delay Overcurrent Trip Unit Operating Current at Time
Ang operating current Iop(s) ng short-time delay overcurrent trip unit ay dapat lumampas sa circuit’s peak current Ipk, i.e., Iop(s) ≥ Krel·Ipk, kung saan Krel ang reliability factor. Ang short-time delay trip times ay karaniwang 0.2s, 0.4s, o 0.6s, na ina-define batay sa selectivity sa upstream at downstream protection devices, na nagse-secure na ang upstream device ay nag-operate later kaysa sa downstream ng one time step.
(3) Setting ng Long-Time Delay Overcurrent Trip Unit Operating Current at Time
Ang long-time delay overcurrent trip unit ay primarily ginagamit para sa overload protection. Ang operating current Iop(l) nito ay kailangan lamang lumampas sa circuit’s maximum load current (calculated current I30), i.e., Iop(l) ≥ Krel·I30, kung saan Krel ang reliability factor. Ang operating time ay dapat lumampas sa duration ng allowable short-term overloads upang iwasan ang nuisance tripping.
(4) Coordination Requirements sa pagitan ng Overcurrent Trip Unit Operating Current at Protected Circuit
Upang iwasan ang insulation damage o fire dahil sa overloads o short circuits nang walang circuit breaker tripping, ang overcurrent trip unit’s operating current Iop ay dapat matugunan ang condition: Iop ≤ Kol·Ial. Dito, Ial ang allowable current-carrying capacity ng insulated cable; Kol ang allowable short-term overload factor—karaniwang 4.5 para sa instantaneous at short-time delay trip units, 1.1 para sa long-time delay trip units na ginagamit para sa short-circuit protection, at 1.0 kung ginagamit lamang para sa overload protection. Kung hindi matugunan ang coordination requirement, dapat i-adjust ang trip unit setting, o ang cross-section ng conductor o cable ay dapat mapalawak nang appropriate.
