בחירת ותכנות מפגרים: מדריך מלא מהפרמטרים הבסיסיים ועד להגנה נבחרת
מיון מנתקים
(1) מנתק אוויר (ACB)
מנתק אוויר, המכונה גם מנתק מסגרת מוצק או מנתק אוניברסלי, מכיל את כל המרכיבים בתוך מסגרת מתכת מבודדת. הוא בדרך כלל פתוח, מאפשר התקנת תוספות שונות, ומאפשר החלפת מגעים ואבזרים בקלות. הוא בשימוש נפוץ ככובע הספק הראשי. יחידות טריפ הזרם המוגבר כוללות מגנטיות, אלקטרוניים ובינוניים. המנתק מספק הגנה בארבעה שלבים: דילייה ארוכה, דילייה קצרה, מיידי והגנה מפני התקף קרקעי. כל הגדרת הגנה ניתנת להגדרה בטווח בהתאם לגודל המסגרת.
מנתקי אוויר מתאימים ל-50Hz חילופין, מתח מומלץ של 380V או 660V, והזרמים המומלצים נעים בין 200A ל-6300A ברשתות הפצה. הם משמשים בעיקר לפיזור אנרגיה חשמלית והגנה על מעגלים ואביזרים חשמליים ממיתונים, תת-מתח, קצר-مدار, קרקעית חד-פאזית ושאר פגמים. המנתקים מציעה פונקציות הגנה רבות ובאפשרותם לספק הגנה סלקטיבית. בתנאים נורמליים, ניתן להשתמש בהם לתפעול נדיר של מעגלים. ACBs עם הדירוג עד 1250A יכולים לשמש ברשתות 50Hz, 380V להגנה על מנועים ממיתונות וקצר-مدار.
מנתקי אוויר משמשים גם ככובעים ראשיים בצד 400V של טרנספורמרים, כובעי חיבור, כובעי משא גדולים וכבשי בקרה של מנועים גדולים.
(2) מנתק מסגרת מוצק (MCCB)
מכונה גם מנתק שולחני, המנתק מסגרת מוצק מכיל טרמינלים, מגעים, חדרי כיבוי, יחידות טריפ ומנועים במבנה פלסטי. מגעים עוזרים, יחידות טריפ תת-מתח ויחידות טריפ צדדיות הן לעתים קרובות מודולריות. המבנה קומפקטי, ולשימור אין חשיבות מיוחדת. הוא מתאים להגנה על מעגלי ענפים. מנתקי מסגרת מוצקים כוללים בדרך כלל יחידות טריפ תרמאל-מגנטיות, בעוד שהדגמים הגדולים יותר עשויים להיות מצוידים חיישנים מוצקים של טריפ.
יחידות טריפ הזרם המוגבר עבור MCCBs זמינות במגנטיות ואלקטרוניות. בדרך כלל, MCCBs מגנטיים אינם סלקטיביים ומספקים רק הגנה לדילייה ארוכה ומיידי. MCCBs אלקטרונים מציעה ארבע פונקציות הגנה: דילייה ארוכה, דילייה קצרה, מיידי והגנה מפני התקף קרקעי. חלק מה-MCCBs האלקטרונים החדשים גם מצוידים באינטרלוקינג אזורית.
מנתקי מסגרת מוצק משמשים באופן כללי לשליטה והגנה על מעגלי משא, כובעים ראשיים בצד הנמוך-מתח של טרנספורמרים קטנים, שליטה בהפצה סופית של חשמל, וכובעי כוח למגוון מכונות ייצור.
(3) מנתק מיני (MCB)
המנתק המיני הוא אביזר ההגנה הסופי הנפוץ ביותר במערכות הפצה סופית של בניינים. הוא משמש להגנה נגד קצר-مدار, מיתונות ומתח יתר במעגלי חד-פאזה ושלוש-פאזות עד 125A, ומבוא במתאמות חד-פולרית (1P), דו-פולרית (2P), שלוש-פולרית (3P) וארבע-פולרית (4P).
MCB כולל מנגנון פעולה, מגעים, אביזרי הגנה (יחידות טריפ שונות) ומערכת כיבוי. המגעים העיקריים נסגרים ידנית או חשמלית. לאחר סגירה, מנגנון פריקה חופשי מכסה את המגעים במצב הסגור. הקויל של יחידת טריפ הזרם המוגבר והאלמנט החם של יחידת טריפ התרמית מחוברים בטור עם המעגל הראשי, בעוד שהקויל של יחידת טריפ התת-מתח מחובר במקביל למקור החשמל.
בתכנון חשמל של בניינים אזרחיים, מנתקי מיני משמשים בעיקר להגנה ותפעול כגון מיתונות, קצר-مدار, זרם מוגבר, איבוד מתח, תת-מתח, קרקעית, ריסוק, העברה אוטומטית של מקורות כוח כפולים ופעלה נדירה של מנועים.
פרמטרים אפיינים בסיסיים של מנתקים
(1) מתח פעולה מומלץ (Ue)
מתח פעולת המנתק המומלץ הוא המתח הנומינלי של המנתק, תחתו המנתק יכול לפעול ברציפות בתנאי שירות וביצוע נורמליים מוגדרים.
בסין, עבור רמות מתח עד 220kV, המתח המרבי של הפעולה הוא 1.15 פעמים המתח המומלץ של המערכת; עבור 330kV及以上，最大工作电压为额定电压的1.1倍。断路器必须在系统最大工作电压下保持绝缘并能够闭合和开断。
(2) 额定电流 (In) 当使用在40°C以上但不超过60°C的环境温度时，断路器可以在减载的情况下长期运行。 (3) 过载脱扣电流设定值 (Ir) 对于热磁脱扣单元，Ir通常可在0.7–1.0In范围内调节。对于电子脱扣单元，调节范围通常更宽，一般为0.4–1.0In。对于不可调过电流脱扣单元，Ir = In。 (4) 短路脱扣电流设定值 (Im) (5) 额定短时耐受电流 (Icw) (6) 分断能力 断路器选择的一般原则 首先，根据应用选择类型和极数；然后根据最大工作电流选择额定电流；最后选择脱扣单元类型及附件。具体要求如下： 断路器的额定工作电压 ≥ 线路额定电压。 断路器的额定短路接通/分断能力 ≥ 线路计算负荷电流。 断路器的额定短路接通/分断能力 ≥ 线路可能的最大短路电流（通常按有效值计算）。 线路末端单相接地短路电流 ≥ 断路器瞬时（或短延时）脱扣设定值的1.25倍。 欠压脱扣单元的额定电压 = 线路额定电压。 分流脱扣单元的额定电压 = 控制电源电压。 电动操作机构的额定工作电压 = 控制电源电压。 在照明电路中，电磁脱扣单元的瞬时脱扣设定值通常是负载电流的6倍。 当使用断路器对单台电机进行短路保护时，瞬时脱扣设定值为电机启动电流的1.35倍（DW系列）或1.7倍（DZ系列）。 当使用断路器对多台电机进行短路保护时，瞬时脱扣设定值为最大电机启动电流的1.3倍加上其余电机的工作电流。 当使用断路器作为配电变压器低压侧的主开关时，其分断能力应超过变压器低压侧的短路电流。脱扣单元的额定电流不应小于变压器的额定电流。短路保护设定值通常为变压器额定电流的6-10倍；过载保护设定值等于变压器的额定电流。 初步选定断路器类型和规格后，需要与上下游保护装置协调，避免级联跳闸，并尽量减少事故范围。 断路器的选择性 在配电系统中，根据保护性能，断路器分为选择性和非选择性两种。选择性低压断路器具有两段或三段保护。瞬时和短延时特性用于短路保护，长延时特性用于过载保护。非选择性断路器通常是瞬时的，仅用于短路保护，或者仅用于过载保护的长延时。 在配电系统中，如果上游断路器是选择性的，下游断路器是非选择性的或选择性的，可以通过利用短延时脱扣单元的时间延迟或时间延迟设置的差异来实现选择性。当上游断路器带有时延动作时，需考虑以下几点： 无论下游断路器是否选择性，上游断路器的瞬时过电流脱扣设定值通常应不低于下游断路器输出处的最大三相短路电流的1.1倍。 如果下游断路器是非选择性的，为了防止由于下游瞬时脱扣单元灵敏度不足而在短路时上游短延时过电流脱扣单元先动作，上游断路器的短延时过电流脱扣设定值通常应不低于下游断路器瞬时脱扣单元的1.2倍。 如果下游断路器也是选择性的，为了确保选择性，上游断路器的短延时动作时间应比下游断路器至少长0.1秒。 一般来说，为了确保上游和下游低压断路器之间的选择性操作，上游断路器最好具有短延时过电流脱扣单元，其动作电流应至少比下游脱扣单元高一个级别。最低限度，上游动作电流Iop.1应不低于下游动作电流Iop.2的1.2倍，即Iop.1 ≥ 1.2Iop.2。 断路器的级联保护 在配电系统设计中，上下游断路器之间的协调必须实现“选择性、速度和灵敏度”。选择性与断路器之间的协调有关，而速度和灵敏度则与保护装置的特性和电路的操作模式有关。 适当的上下游断路器之间的协调可以使故障电路被选择性隔离，确保其他无故障电路继续正常运行。不良的协调会影响系统的可靠性。 级联保护是断路器限流特性的实际应用。其主要原理是利用上游断路器（QF1）的限流效应，从而可以选择较低分断能力的下游断路器（QF2），从而降低成本。限流上游断路器QF1可以在其安装点中断最大预期短路电流。由于上游和下游断路器串联连接，当下游断路器QF2输出端发生短路时，实际短路电流由于QF1的限流效应显著降低，远低于该点的预期短路电流。因此，QF2的分断能力通过QF1得到增强，超过其额定分断能力。 级联保护有一定的条件：例如，相邻电路不应有关键负载（因为QF1跳闸也会使QF3的电路失电），并且QF1和QF2的瞬时设定值必须适当匹配。级联数据只能通过实验确定，上下游断路器之间的协调必须由制造商提供。 断路器的灵敏度 为了确保瞬时或短延时过电流脱扣单元在最小系统运行条件及其保护范围内最轻微的短路故障时可靠动作，断路器的灵敏度必须满足《低压配电设计规范》（GB50054-95）的要求，规定灵敏度不得低于1.3，即Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3。其中，Iop是瞬时或短延时过电流脱扣单元的动作电流，Ik.min是在最小系统运行条件下受保护线路末端的单相或两相短路电流，Sp是断路器的灵敏度。 选择断路器时，还应验证其灵敏度。对于同时具有短延时和瞬时过电流脱扣单元的选择性断路器，只需检查短延时脱扣单元的灵敏度；瞬时脱扣单元的灵敏度不需要验证。 断路器脱扣单元的选择与设定 (1) 瞬时过电流脱扣单元动作电流的设定 (2) 短延时过电流脱扣单元动作电流和时间的设定 (3) 长延时过电流脱扣单元动作电流和时间的设定 (4) 过电流脱扣单元动作电流与受保护电路之间的协调要求
额定电流是脱扣单元在环境温度低于40°C时可以连续承载的电流。对于可调脱扣单元，它是指脱扣单元可以连续承载的最大电流。
当电流超过脱扣单元的设定值Ir时，断路器会在延时后跳闸。这也表示断路器不跳闸所能承载的最大电流。该值必须大于最大负载电流Ib，但小于电路的最大允许电流Iz。
短路脱扣单元（瞬时或短延时）在高故障电流发生时快速使断路器跳闸。其跳闸阈值为Im。
这是导体允许通过的电流值，在规定时间内不会因过热而损坏。
断路器的分断能力是指其安全中断故障电流的能力，这不一定与其额定电流相关。常见的等级有36kA和50kA。通常分为极限短路分断能力 (Icu) 和服务短路分断能力 (Ics)。
受断路器保护的一些电气设备在启动时会有几倍于额定电流的峰值电流，导致断路器短时间内经历高峰值电流。瞬时过电流脱扣单元的动作电流Iop(o)必须大于电路的峰值电流Ipk，即Iop(o) ≥ Krel·Ipk，其中Krel是可靠性系数。选择断路器时，应确保其瞬时过电流脱扣设定值大于峰值电流，以防止误跳闸。
短延时过电流脱扣单元的动作电流Iop(s)也必须大于电路的峰值电流Ipk，即Iop(s) ≥ Krel·Ipk，其中Krel是可靠性系数。短延时脱扣时间通常为0.2秒、0.4秒或0.6秒，根据与上下游保护装置的选择性确定，确保上游装置比下游装置晚一个时间步动作。
长延时过电流脱扣单元主要用于过载保护。其动作电流Iop(l)只需要大于电路的最大负载电流（计算电流I30），即Iop(l) ≥ Krel·I30，其中Krel是可靠性系数。动作时间应超过允许短期过载的持续时间，以防止误跳闸。
为了防止由于过载或短路而导致绝缘损坏或火灾，过电流脱扣单元的动作电流Iop必须满足条件：Iop ≤ Kol·Ial。这里，Ial是绝缘电缆的允许载流量；Kol是允许的短期过载系数——通常瞬时和短延时脱扣单元为4.5，用于短路保护的长延时脱扣单元为1.1，仅用于过载保护时为1.0。如果不满足此协调要求，则应调整脱扣单元设定值，或适当增加导体或电缆截面。
