Pamilihan at Pag-setup ng Circuit Breaker: Buong Gabay mula sa mga Pangunahing Parameter hanggang sa Selective Protection
Klasipikasyon ng mga Circuit Breaker
(1) Air Circuit Breaker (ACB)
Ang air circuit breaker, na kilala rin bilang molded frame o universal circuit breaker, ay naglalaman ng lahat ng komponente sa loob ng isang insuladong metal na frame. Karaniwang ito ay open-type, na nagbibigay-daan sa pag-install ng iba't ibang mga accessory, at nagpapadali ng pagsasalin ng mga contact at bahagi. Ito ay karaniwang ginagamit bilang pangunahing switch para sa power supply. Ang mga 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. Bawat setting ng proteksyon ay maaaring i-adjust sa loob ng isang range batay sa laki ng frame.
Ang mga 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 network. Ginagamit ito upang magbigay ng electrical energy at protektahan ang mga circuit at power equipment mula sa overloads, undervoltage, short circuits, single-phase grounding, at iba pang mga kaparaanan. Ang mga breaker na ito ay nagbibigay ng maraming intelligent protection functions at nagbibigay-daan sa selective protection. Sa normal na kondisyon, maaari itong gamitin para sa infrequent switching ng mga circuit. Ang mga ACBs na may ratings hanggang 1250A ay maaaring gamitin sa AC 50Hz, 380V networks upang protektahan ang mga motors mula sa overload at short circuits.
Ang mga air circuit breakers ay karaniwang ginagamit din bilang main switches sa 400V side ng mga transformer, 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 loob ng isang plastic enclosure. Ang auxiliary contacts, undervoltage trip units, at shunt trip units ay madalas modular. Ang istraktura nito ay kompakt, at hindi kailangan ng pangkaraniwang maintenance. Ito ay angkop para sa branch circuit protection. Ang mga molded case breakers karaniwang kasama ang thermal-magnetic trip units, habang ang mas malalaking models ay maaaring ma-equip ng solid-state trip sensors.
Ang mga overcurrent trip units para sa MCCBs ay available sa electromagnetic at electronic types. Karaniwan, ang mga electromagnetic MCCBs ay non-selective at nagbibigay lamang ng long-time delay at instantaneous protection. Ang mga electronic MCCBs naman ay nagbibigay ng apat na function ng proteksyon: long-time delay, short-time delay, instantaneous, at ground fault protection. Ang ilang bagong ipinakilala na electronic MCCBs ay may feature na zone-selective interlocking.
Ang mga molded case circuit breakers ay karaniwang ginagamit para sa feeder circuit control at proteksyon, main switches sa low-voltage side ng maliliit na mga distribution transformer, terminal power distribution control, at bilang power switches para sa iba't ibang mga production machinery.
(3) Miniature Circuit Breaker (MCB)
Ang miniature circuit breaker ay ang pinaka-karaniwang ginagamit na terminal protection device sa building electrical terminal distribution systems. Ginagamit ito para sa proteksyon laban sa short circuits, overloads, at overvoltage sa mga 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 (iba't ibang trip units), at arc extinguishing system. Ang mga main contacts ay isinasara manually o electrically. Pagkatapos ng pagsasara, ang free-tripping mechanism ay nakakakulong ang mga contacts sa closed position. Ang coil ng overcurrent trip unit at ang heating element ng thermal trip unit ay konektado sa serye sa main circuit, habang ang coil ng undervoltage trip unit ay konektado sa parallel sa power supply.
Sa civil building electrical design, ang mga 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 mga Circuit Breakers
(1) Rated Operating Voltage (Ue)
Ang rated operating voltage ay ang nominal voltage ng circuit breaker, kung saan maaari itong tumayo nang patuloy sa ilalim ng tinukoy na normal service at performance conditions.
Sa China, para sa voltage levels hanggang 220kV, ang maximum operating voltage ay 1.15 beses ang system rated voltage; para sa 330kV at ibabaw, ang maximum operating voltage ay 1.1 beses ang rated voltage. Ang circuit breaker ay dapat panatilihin ang insulation at maaaring isara at hagisan sa ilalim ng system's maximum operating voltage.
(2) Rated Current (In)
Ang rated current ay ang current na maaaring dala nang patuloy ng trip unit sa ambient temperature na mas mababa sa 40°C. Para sa mga breaker na may adjustable trip units, ito ay tumutukoy sa maximum current na maaaring dala nang patuloy ng trip unit.
Kapag ginamit sa ambient temperatures na mas mataas sa 40°C ng hindi lumampas sa 60°C, maaaring tumayo ang breaker sa reduced load para sa mahabang serbisyo.
(3) Overload Trip Current Setting (Ir)
Kapag lumampas ang current sa setting ng trip unit na Ir, ang circuit breaker ay sumusunod pagkatapos ng isang time delay. Ito rin ay kumakatawan sa maximum current na maaaring dala ng breaker nang walang pag-sunod. Ang halagang ito ay dapat mas mataas kaysa sa maximum load current Ib ngunit mas mababa kaysa sa maximum allowable current Iz ng circuit.
Para sa mga thermal-magnetic trip units, ang Ir ay tipikal na adjustable sa 0.7–1.0In. Para sa mga electronic trip units, ang adjustment range ay tipikal na mas malawak, na karaniwang 0.4–1.0In. Para sa mga breaker 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 pag-sunod 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 halaga ng current na pinapayagan na lumampas sa conductor sa isang tinukoy na duration nang hindi nagdudulot ng pinsala dahil sa sobrang init.
(6) Breaking Capacity
Ang breaking capacity ng circuit breaker ay tumutukoy sa kakayahan nito na ligtas na hagisan ang fault currents, na hindi kinakailangang nauugnay sa rated current nito. Karaniwang ratings ay 36kA at 50kA. Ito ay karaniwang nahahati sa ultimate short-circuit breaking capacity (Icu) at service short-circuit breaking capacity (Ics).
General Principles para sa Selection ng Circuit Breaker
Una, pumili ng tipo at bilang ng poles batay sa application; pagkatapos, pumili ng rated current batay sa maximum operating current; finally, pumili ng tipo ng trip unit at mga accessory. Ang mga specific requirements ay sumusunod:
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 beses 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 ginagamit sa lighting circuits, ang instantaneous trip setting ng electromagnetic trip unit ay karaniwang 6 beses ang load current.
Kapag ginagamit ang circuit breaker para sa short-circuit protection ng isang motor, ang instantaneous trip setting ay 1.35 beses ang motor starting current (para sa DW series) o 1.7 beses (para sa DZ series).
Kapag ginagamit ang circuit breaker para sa short-circuit protection ng maraming motors, ang instantaneous trip setting ay 1.3 beses ang starting current ng pinakamalaking motor plus ang operating currents ng natitirang motors.
Kapag ginagamit ang circuit breaker bilang main switch sa low-voltage side ng isang distribution transformer, ang breaking capacity nito ay dapat lumampas sa short-circuit current sa low-voltage side ng transformer. Ang rated current ng trip unit ay hindi dapat mas mababa kaysa sa rated current ng transformer. Ang short-circuit protection setting ay karaniwang 6–10 beses ang rated current ng transformer; ang overload protection setting ay katumbas ng rated current ng transformer.
Pagkatapos ng prelimenaryong pagpili ng circuit breaker type at rating, kinakailangan ang coordination sa upstream at downstream protective devices upang maiwasan ang cascading tripping at bawasan ang saklaw ng aksidente.
Selectivity ng mga Circuit Breaker
Sa mga distribution systems, ang mga circuit breakers ay naihihiwalay bilang selective o non-selective batay sa performance ng proteksyon. Ang selective low-voltage circuit breakers ay may dalawang-stage o tatlong-stage ng proteksyon. 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 tipikal na instantaneous, ginagamit lamang para sa short-circuit protection, o long-time delay, ginagamit lamang para sa overload protection.
Sa mga distribution systems, kung ang upstream breaker ay selective at ang downstream breaker ay non-selective o selective, ang selectivity ay makamit sa pamamagitan ng paggamit ng time delay ng short-time delay trip unit o sa pagkakaiba ng mga setting ng time delay. Kapag ang upstream breaker ay tumataas sa time delay, isang consideration ang 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 beses ang maximum three-phase short-circuit current sa output ng downstream breaker.
Kung ang downstream breaker ay non-selective, upang maiwasan ang upstream short-time delay overcurrent trip unit mula sa pag-operate unang-una dahil sa kulang na sensitivity ng downstream instantaneous trip unit sa oras ng short circuit, ang short-time delay overcurrent trip setting ng upstream breaker ay dapat hindi bababa sa 1.2 beses ang setting ng downstream breaker's instantaneous trip unit.
Kung ang downstream breaker ay din selective, upang matiyak ang selectivity, ang short-time delay operating time ng upstream breaker ay dapat hindi bababa sa 0.1 segundo na mas mahaba 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 na may short-time delay overcurrent trip unit, at ang operating current nito ay dapat hindi bababa sa isa na level na mas mataas kaysa sa downstream trip unit. Sa minimum, ang upstream operating current Iop.1 ay dapat hindi bababa sa 1.2 beses ang downstream operating current Iop.2, i.e., Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.
Cascading Protection ng mga Circuit Breaker
Sa pagdisenyo ng distribution system, ang coordination sa pagitan ng upstream at downstream circuit breakers ay dapat matiyak ang "selectivity, speed, at sensitivity." Ang selectivity ay may kaugnayan sa coordination sa pagitan ng mga breaker, habang ang speed at sensitivity ay kaugnay ng characteristics ng protective device at mode ng operasyon ng circuit.
Ang tamang coordination sa pagitan ng upstream at downstream breakers ay nagbibigay-daan sa selective isolation ng faulty circuit, na nag-aalis ng iba pang non-faulty circuits upang magpatuloy sa normal na operasyon. Ang mahina na coordination ay nakakaapekto sa reliability ng sistema.
Ang cascading protection ay isang praktikal na aplikasyon ng current-limiting characteristics ng mga circuit breakers. Ang pangunahing prinsipyong ito ay ang paggamit ng current-limiting effect ng upstream breaker (QF1), na nagbibigay-daan sa pagpili ng downstream breaker (QF2) na may mas mababang breaking capacity, na nagbabawas ng cost. Ang current-limiting upstream breaker QF1 ay maaaring hagisan ang maximum prospective short-circuit current sa installation point nito. Dahil ang upstream at downstream breakers ay konektado sa serye, kapag may short circuit sa output ng downstream breaker QF2, ang aktwal na short-circuit current ay lubhang nababawasan dahil sa 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 efektibong napapalakas ng QF1, na lumalampas sa rated breaking capacity nito.
Ang cascading protection ay may tiyak na kondisyon: halimbawa, ang adjacent circuits ay hindi dapat may critical loads (dahil ang pag-sunod ng QF1 ay magsasara rin ng circuit ng QF3), at ang instantaneous settings ng QF1 at QF2 ay dapat tama ang pagkakatugma. Ang cascading data ay maaaring matukoy lamang sa pamamagitan ng eksperimento, at ang coordination sa pagitan ng upstream at downstream breakers ay dapat ibigay ng manufacturer.
Sensitivity ng mga Circuit Breaker
Upang matiyak ang reliable na operasyon ng instantaneous o short-time delay overcurrent trip unit sa minimum system operating conditions at sa pinakamild na short-circuit fault sa loob ng proteksyon nito, ang sensitivity ng circuit breaker ay dapat tugunan ang mga requirement 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, ang Iop ay ang operating current ng instantaneous o short-time delay overcurrent trip unit, ang Ik.min ay ang single-phase o two-phase short-circuit current sa end ng protected line sa ilalim ng minimum system operating conditions, at ang Sp ay ang sensitivity ng circuit breaker.
Kapag pumili ng circuit breaker, dapat ring i-verify ang sensitivity nito. Para sa mga selective breakers na may short-time delay at instantaneous overcurrent trip units, ang sensitivity ng short-time delay trip unit lamang ang kailangang i-check; ang sensitivity ng instantaneous trip unit ay hindi nangangailangan ng verification.
Selection at Setting ng mga 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 oras ng startup, ilang beses ang rated current, na nagdudulot ng pagkakaroon ng breaker ng mataas na peak currents nang pansamantala. Ang operating current Iop(o) ng instantaneous overcurrent trip unit ay dapat lumampas sa peak current Ipk ng circuit, i.e., Iop(o) ≥ Krel·Ipk, kung saan ang Krel ay ang reliability factor. Kapag pumili ng circuit breaker, siguraduhing lumampas ang instantaneous overcurrent trip setting sa peak current upang maiwasan 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 din lumampas sa peak current Ipk ng circuit, i.e., Iop(s) ≥ Krel·Ipk, kung saan ang Krel ay ang reliability factor. Ang short-time delay trip times ay karaniwang 0.2s, 0.4s, o 0.6s, na inuumpisahan batay sa selectivity sa upstream at downstream protection devices, na nagse-set na ang upstream device ay gumagana nang mas huli kaysa sa downstream ng isang time step.
(3) Setting ng Long-Time Delay Overcurrent Trip Unit Operating Current at Time
Ang long-time delay overcurrent trip unit ay pangunahing ginagamit para sa overload protection. Ang operating current Iop(l) nito ay kailangang lumampas lang sa maximum load current (calculated current I30) ng circuit, i.e., Iop(l) ≥ Krel·I30, kung saan ang Krel ay ang reliability factor. Ang operating time ay dapat lumampas sa duration ng allowable short-term overloads upang maiwasan ang nuisance tripping.
(4) Coordination Requirements sa pagitan ng Overcurrent Trip Unit Operating Current at Protected Circuit
Upang maiwasan ang pinsala sa insulation o sunog dahil sa overloads o short circuits nang walang pag-sunod ng circuit breaker, ang operating current Iop ng overcurrent trip unit ay dapat tugunan ang kondisyon: Iop ≤ Kol·Ial. Dito, ang Ial ay ang allowable current-carrying capacity ng insulated cable; ang Kol ay ang allowable short-term overload factor—tipikal na 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 nasasapat ang coordination requirement, dapat ay i-adjust ang setting ng trip unit, o ang cross-section ng conductor o cable ay dapat palawakin nang angkop.
