การเลือกและตั้งค่าเบรกเกอร์: คู่มือสมบูรณ์จากพารามิเตอร์พื้นฐานถึงการป้องกันแบบเลือกสรร

การจำแนกประเภทของเบรกเกอร์วงจร

(1) เบรกเกอร์วงจรอากาศ (ACB)
เบรกเกอร์วงจรอากาศ หรือที่เรียกว่า เบรกเกอร์เฟรมหล่อหรือเบรกเกอร์สากล บรรจุองค์ประกอบทั้งหมดภายในกรอบโลหะฉนวน ทั่วไปเป็นแบบเปิด ทำให้สามารถติดตั้งอุปกรณ์เสริมได้หลากหลาย และช่วยให้การเปลี่ยนคอนแทคและชิ้นส่วนเป็นไปได้ง่าย ใช้เป็นสวิตช์พลังงานหลักโดยทั่วไป หน่วยทริปกระแสเกินรวมถึงประเภทแม่เหล็ก ไฟฟ้า และอัจฉริยะ เบรกเกอร์ให้การป้องกันสี่ขั้นตอน: ดีเลย์ยาว ดีเลย์สั้น ทันที และการป้องกันปัญหาทางดิน แต่ละการตั้งค่าการป้องกันสามารถปรับได้ในช่วงตามขนาดของเฟรม

เบรกเกอร์วงจรอากาศเหมาะสมสำหรับระบบจำหน่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 50Hz แรงดันไฟฟ้ากำหนด 380V หรือ 660V และกระแสไฟฟ้ากำหนดตั้งแต่ 200A ถึง 6300A ใช้เพื่อแจกจ่ายพลังงานไฟฟ้าและปกป้องวงจรและอุปกรณ์ไฟฟ้าจากการโหลดเกิน แรงดันต่ำ วงจรลัดวงจร การต่อพื้นเดียว และข้อผิดพลาดอื่น ๆ เบรกเกอร์เหล่านี้มีฟังก์ชันป้องกันอัจฉริยะหลายอย่างและช่วยให้การป้องกันเลือกได้ ในภาวะปกติ สามารถใช้สำหรับการเปลี่ยนวงจรไม่บ่อยครั้ง เบรกเกอร์ ACB ที่มีการกำหนดค่าสูงสุด 1250A สามารถใช้ในเครือข่าย 50Hz 380V เพื่อปกป้องมอเตอร์จากการโหลดเกินและวงจรลัดวงจร

เบรกเกอร์วงจรอากาศยังใช้เป็นสวิตช์หลักบนด้าน 400V ของหม้อแปลง สวิตช์เชื่อมต่อระหว่างสายไฟ สวิตช์เส้นทางไฟฟ้าความจุสูง และสวิตช์ควบคุมมอเตอร์ขนาดใหญ่

(2) เบรกเกอร์วงจรแบบปลั๊ก (MCCB)
หรือที่เรียกว่า เบรกเกอร์วงจรแบบปลั๊ก เบรกเกอร์วงจรแบบปลั๊กบรรจุเทอร์มินอล คอนแทค ห้องดับอาร์ค หน่วยทริป และกลไกทำงานภายในโครงสร้างพลาสติก คอนแทคเสริม หน่วยทริปแรงดันต่ำ และหน่วยทริปแบบขนานมักจะเป็นโมดูลาร์ โครงสร้างกะทัดรัดและทั่วไปไม่ต้องการการบำรุงรักษา เหมาะสำหรับการป้องกันวงจรสาขา เบรกเกอร์แบบปลั๊กทั่วไปมีหน่วยทริปความร้อน-แม่เหล็ก ในขณะที่รุ่นใหญ่อาจมีเซ็นเซอร์ทริปแบบโซลิดสเตต

หน่วยทริปกระแสเกินสำหรับ MCCB มีให้เลือกทั้งแบบแม่เหล็กและแบบไฟฟ้า โดยทั่วไป MCCB แบบแม่เหล็กไม่มีการเลือกและให้การป้องกันดีเลย์ยาวและทันทีเท่านั้น MCCB แบบไฟฟ้าให้การป้องกันสี่ฟังก์ชัน: ดีเลย์ยาว ดีเลย์สั้น ทันที และการป้องกันปัญหาทางดิน บางรุ่นใหม่ของ MCCB แบบไฟฟ้ายังมีการเชื่อมโยงเฉพาะโซน

เบรกเกอร์วงจรแบบปลั๊กทั่วไปใช้สำหรับการควบคุมและป้องกันวงจรเส้นทางไฟฟ้า สวิตช์หลักบนด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงจำหน่ายขนาดเล็ก การควบคุมการกระจายพลังงานปลายทาง และสวิตช์ไฟฟ้าสำหรับเครื่องจักรผลิตต่าง ๆ

(3) เบรกเกอร์วงจรขนาดเล็ก (MCB)
เบรกเกอร์วงจรขนาดเล็กเป็นอุปกรณ์ป้องกันปลายทางที่ใช้มากที่สุดในระบบจำหน่ายไฟฟ้าอาคาร ใช้สำหรับป้องกันวงจรลัดวงจร การโหลดเกิน และแรงดันเกินในวงจรเดี่ยวและสามเฟสสูงสุด 125A และมีรูปแบบโพลเดียว (1P) สองโพล (2P) สามโพล (3P) และสี่โพล (4P)

MCB ประกอบด้วยกลไกทำงาน คอนแทค อุปกรณ์ป้องกัน (หน่วยทริปต่าง ๆ) และระบบดับอาร์ค คอนแทคหลักปิดโดยการกดหรือไฟฟ้าหลังจากปิด กลไกทริปฟรีจะล็อกคอนแทคในตำแหน่งปิด คอยล์หน่วยทริปกระแสเกินและอุปกรณ์ความร้อนของหน่วยทริปความร้อนเชื่อมต่ออนุกรมกับวงจรหลัก ในขณะที่คอยล์หน่วยทริปแรงดันต่ำเชื่อมต่อขนานกับแหล่งจ่ายไฟ

ในการออกแบบไฟฟ้าอาคาร เบรกเกอร์วงจรขนาดเล็กใช้เป็นหลักสำหรับการป้องกันและการดำเนินงาน เช่น การโหลดเกิน วงจรลัดวงจร กระแสเกิน การขาดแรงดัน แรงดันต่ำ การต่อพื้น การรั่วไหล การโอนเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟคู่ และการเริ่มทำงานมอเตอร์ไม่บ่อยครั้ง

พารามิเตอร์ลักษณะพื้นฐานของเบรกเกอร์วงจร

(1) แรงดันไฟฟ้าการทำงานกำหนด (Ue)
แรงดันไฟฟ้าการทำงานกำหนดเป็นแรงดันชื่อของเบรกเกอร์วงจร ภายใต้แรงดันนี้ เบรกเกอร์สามารถทำงานต่อเนื่องภายใต้เงื่อนไขการใช้งานและประสิทธิภาพที่กำหนด

ในประเทศจีน สำหรับระดับแรงดันสูงสุด 220kV แรงดันการทำงานสูงสุดคือ 1.15 เท่าของแรงดันระบบกำหนด สำหรับ 330kV และสูงกว่า แรงดันการทำงานสูงสุดคือ 1.1 เท่าของแรงดันกำหนด เบรกเกอร์ต้องรักษาฉนวนและสามารถปิดและตัดวงจรภายใต้แรงดันการทำงานสูงสุดของระบบ

(2) กระแสไฟฟ้ากำหนด (In)
กระแสไฟฟ้ากำหนดคือกระแสที่หน่วยทริปสามารถรองรับต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่า 40°C สำหรับเบรกเกอร์ที่มีหน่วยทริปปรับได้ หมายถึงกระแสสูงสุดที่หน่วยทริปสามารถรองรับต่อเนื่อง

เมื่อใช้งานในอุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 40°C แต่ไม่เกิน 60°C เบรกเกอร์อาจทำงานด้วยโหลดลดลงสำหรับการใช้งานระยะยาว

(3) การตั้งค่ากระแสทริปโหลดเกิน (Ir)
เมื่อกระแสเกินการตั้งค่า Ir ของหน่วยทริป เบรกเกอร์จะทริปหลังจากเวลาดีเลย์ ยังแสดงถึงกระแสสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถรองรับได้โดยไม่ทริป ค่านี้ต้องมากกว่ากระแสโหลดสูงสุด Ib แต่น้อยกว่ากระแสสูงสุดที่ยอมรับได้ Iz ของวงจร

สำหรับหน่วยทริปความร้อน-แม่เหล็ก Ir สามารถปรับได้ในช่วง 0.7–1.0In สำหรับหน่วยทริปแบบไฟฟ้า ช่วงการปรับมักจะกว้างขึ้น โดยทั่วไป 0.4–1.0In สำหรับเบรกเกอร์ที่มีหน่วยทริปกระแสเกินที่ไม่สามารถปรับได้ Ir = In

(4) การตั้งค่ากระแสทริปวงจรลัดวงจร (Im)
หน่วยทริปวงจรลัดวงจร (ทันทีหรือดีเลย์สั้น) ทำให้เบรกเกอร์ทริปอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดกระแสความผิดพลาดสูง ค่าทริปคือ Im

(5) กระแสทนทานสั้นกำหนด (Icw)
ค่านี้คือค่ากระแสที่อนุญาตให้ผ่านตัวนำในระยะเวลาที่กำหนดโดยไม่ทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อนสูงเกินไป

(6) ความสามารถในการตัดวงจร
ความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์วงจรหมายถึงความสามารถในการตัดวงจรความผิดพลาดอย่างปลอดภัย ซึ่งไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับกระแสกำหนด ค่าที่พบบ่อยคือ 36kA และ 50kA โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นความสามารถในการตัดวงจรสั้นสุด (Icu) และความสามารถในการตัดวงจรสั้นสุดในการใช้งาน (Ics)

หลักการทั่วไปในการเลือกเบรกเกอร์วงจร

ก่อนอื่นเลือกประเภทและจำนวนโพลตามการใช้งาน จากนั้นเลือกกระแสกำหนดตามกระแสการทำงานสูงสุด สุดท้ายเลือกประเภทหน่วยทริปและอุปกรณ์เสริม ข้อกำหนดเฉพาะดังนี้:

• แรงดันไฟฟ้ากำหนดของเบรกเกอร์วงจร ≥ แรงดันไฟฟ้ากำหนดของสาย

• ความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์วงจร ≥ กระแสโหลดคำนวณของสาย

• ความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์วงจร ≥ กระแสวงจรลัดวงจรสูงสุดที่เป็นไปได้ในสาย (โดยทั่วไปคำนวณเป็นค่า RMS)

• กระแสวงจรลัดวงจรระหว่างเฟสเดียวและพื้นที่ปลายสาย ≥ 1.25 เท่าของการตั้งค่าทริปทันที (หรือดีเลย์สั้น) ของเบรกเกอร์วงจร

• แรงดันไฟฟ้ากำหนดของหน่วยทริปแรงดันต่ำ = แรงดันไฟฟ้ากำหนดของสาย

• แรงดันไฟฟ้ากำหนดของหน่วยทริปแบบขนาน = แรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายควบคุม

• แรงดันไฟฟ้าการทำงานกำหนดของกลไกทำงานไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายควบคุม

• เมื่อใช้ในวงจรแสงสว่าง การตั้งค่าทริปทันทีของหน่วยทริปแม่เหล็กทั่วไปคือ 6 เท่าของกระแสโหลด

• เมื่อใช้เบรกเกอร์วงจรสำหรับการป้องกันวงจรลัดวงจรของมอเตอร์เดี่ยว การตั้งค่าทริปทันทีคือ 1.35 เท่าของกระแสเริ่มต้นของมอเตอร์ (สำหรับซีรีส์ DW) หรือ 1.7 เท่า (สำหรับซีรีส์ DZ)

• เมื่อใช้เบรกเกอร์วงจรสำหรับการป้องกันวงจรลัดวงจรของมอเตอร์หลายตัว การตั้งค่าทริปทันทีคือ 1.3 เท่าของกระแสเริ่มต้นของมอเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดบวกกับกระแสทำงานของมอเตอร์ที่เหลือ

• เมื่อใช้เบรกเกอร์วงจรเป็นสวิตช์หลักบนด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงจำหน่าย ความสามารถในการตัดวงจรควรสูงกว่ากระแสวงจรลัดวงจรบนด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลง กระแสกำหนดของหน่วยทริปไม่ควรน้อยกว่ากระแสกำหนดของหม้อแปลง การตั้งค่าการป้องกันวงจรลัดวงจรโดยทั่วไปคือ 6–10 เท่าของกระแสกำหนดของหม้อแปลง การตั้งค่าการป้องกันโหลดเกินเท่ากับกระแสกำหนดของหม้อแปลง

• หลังจากเลือกประเภทและขนาดเบรกเกอร์วงจรเบื้องต้น จำเป็นต้องประสานกับอุปกรณ์ป้องกันข้างบนและข้างล่างเพื่อหลีกเลี่ยงการทริปแบบกระโดดและลดขอบเขตอุบัติเหตุ

การเลือกเบรกเกอร์วงจร

ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า เบรกเกอร์วงจรถูกจำแนกเป็นแบบเลือกหรือไม่เลือกตามประสิทธิภาพการป้องกัน เบรกเกอร์วงจรแบบเลือกมีการป้องกันสองขั้นตอนหรือสามขั้นตอน ใช้คุณสมบัติทันทีและดีเลย์สั้นสำหรับการป้องกันวงจรลัดวงจร ใช้คุณสมบัติดีเลย์ยาวสำหรับการป้องกันโหลดเกิน เบรกเกอร์แบบไม่เลือกทั่วไปเป็นแบบทันที ใช้สำหรับการป้องกันวงจรลัดวงจรเท่านั้น หรือแบบดีเลย์ยาว ใช้สำหรับการป้องกันโหลดเกินเท่านั้น

ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า ถ้าเบรกเกอร์ข้างบนเป็นแบบเลือกและเบรกเกอร์ข้างล่างเป็นแบบไม่เลือกหรือเลือก การเลือกจะทำได้โดยใช้เวลาดีเลย์ของหน่วยทริปดีเลย์สั้นหรือความแตกต่างในการตั้งค่าเวลาดีเลย์ เมื่อเบรกเกอร์ข้างบนทำงานด้วยเวลาดีเลย์ ควรพิจารณาดังนี้:

• ไม่ว่าเบรกเกอร์ข้างล่างจะเป็นแบบเลือกหรือไม่เลือก การตั้งค่าทริปกระแสเกินทันทีของเบรกเกอร์ข้างบนโดยทั่วไปควรไม่น้อยกว่า 1.1 เท่าของกระแสวงจรลัดวงจรสามเฟสสูงสุดที่ขาออกของเบรกเกอร์ข้างล่าง

• หากเบรกเกอร์ข้างล่างเป็นแบบไม่เลือก เพื่อป้องกันการทำงานของหน่วยทริปดีเลย์สั้นของเบรกเกอร์ข้างบนก่อนเนื่องจากความไวไม่เพียงพอของหน่วยทริปทันทีของเบรกเกอร์ข้างล่างในกรณีวงจรลัดวงจร การตั้งค่าทริปดีเลย์สั้นของเบรกเกอร์ข้างบนโดยทั่วไปควรไม่น้อยกว่า 1.2 เท่าของหน่วยทริปทันทีของเบรกเกอร์ข้างล่าง

• หากเบรกเกอร์ข้างล่างเป็นแบบเลือกเช่นกัน เพื่อให้การเลือกเป็นไปได้ เวลาทำงานดีเลย์สั้นของเบรกเกอร์ข้างบนควรยาวขึ้นอย่างน้อย 0.1 วินาทีจากเวลาทำงานของเบรกเกอร์ข้างล่าง

โดยทั่วไป ในการรับประกันการทำงานเลือกระหว่างเบรกเกอร์วงจรข้างบนและข้างล่าง เบรกเกอร์ข้างบนควรเป็นแบบดีเลย์สั้นและกระแสทำงานควรสูงกว่าหน่วยทริปข้างล่างอย่างน้อยหนึ่งระดับ อย่างน้อย กระแสทำงาน Iop.1 ของเบรกเกอร์ข้างบนควรไม่น้อยกว่า 1.2 เท่าของกระแสทำงาน Iop.2 ของเบรกเกอร์ข้างล่าง คือ Iop.1 ≥ 1.2Iop.2

การป้องกันแบบกระโดดของเบรกเกอร์วงจร

ในการออกแบบระบบจำหน่ายไฟฟ้า การประสานระหว่างเบรกเกอร์วงจรข้างบนและข้างล่างต้องทำให้ "เลือก รวดเร็ว และไว" การเลือกเกี่ยวข้องกับการประสานระหว่างเบรกเกอร์ ในขณะที่ความรวดเร็วและความไวเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของอุปกรณ์ป้องกันและโหมดการทำงานของวงจร

การประสานที่เหมาะสมระหว่างเบรกเกอร์ข้างบนและข้างล่างช่วยให้การแยกวงจรที่ผิดพลาดได้เลือก ทำให้วงจรที่ไม่ผิดพลาดสามารถทำงานต่อไปได้ การประสานที่ไม่ดีจะส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของระบบ

การป้องกันแบบกระโดดเป็นการประยุกต์ใช้คุณสมบัติจำกัดกระแสของเบรกเกอร์วงจร หลักการหลักคือการใช้คุณสมบัติจำกัดกระแสของเบรกเกอร์ข้างบน (QF1) ซึ่งทำให้สามารถเลือกเบรกเกอร์ข้างล่าง (QF2) ที่มีความสามารถในการตัดวงจรต่ำลง ทำให้ลดค่าใช้จ่าย เบรกเกอร์ข้างบน QF1 สามารถตัดกระแสวงจรลัดวงจรสูงสุดที่จุดติดตั้งได้ เนื่องจากเบรกเกอร์ข้างบนและข้างล่างเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม เมื่อเกิดวงจรลัดวงจรที่ขาออกของเบรกเกอร์ข้างล่าง QF2 กระแสวงจรลัดวงจรที่แท้จริงจะลดลงอย่างมากโดยคุณสมบัติจำกัดกระแสของ QF1 ทำให้ต่ำกว่ากระแสวงจรลัดวงจรที่คาดหวังที่จุดนั้น ดังนั้น ความสามารถในการตัดวงจรของ QF2 ได้รับการเพิ่มขึ้นโดย QF1 จนเกินความสามารถในการตัดวงจรที่กำหนด

การป้องกันแบบกระโดดมีเงื่อนไขบางอย่าง เช่น วงจรใกล้เคียงไม่ควรมีโหลดสำคัญ (เนื่องจากการทริปของ QF1 จะทำให้ QF3 ขาดไฟเช่นกัน) และการตั้งค่าทริปทันทีของ QF1 และ QF2 ต้องเหมาะสม การกำหนดข้อมูลการกระโดดสามารถทำได้เฉพาะจากการทดลอง และการประสานระหว่างเบรกเกอร์ข้างบนและข้างล่างต้องให้โดยผู้ผลิต

ความไวของเบรกเกอร์วงจร

เพื่อรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของหน่วยทริปกระแสเกินทันทีหรือดีเลย์สั้นภายใต้เงื่อนไขการทำงานของระบบขั้นต่ำและในกรณีวงจรลัดวงจรที่อ่อนโยนที่สุดภายในช่วงการป้องกัน ความไวของเบรกเกอร์วงจรต้องตรงตามข้อกำหนดของ "รหัสการออกแบบระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำ" (GB50054-95) ซึ่งระบุความไวไม่น้อยกว่า 1.3 คือ Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3 ที่นี่ Iop คือกระแสทำงานของหน่วยทริปกระแสเกินทันทีหรือดีเลย์สั้น Ik.min คือกระแสวงจรลัดวงจรระหว่างเฟสเดียวหรือสองเฟสที่ปลายสายที่ได้รับการป้องกันภายใต้เงื่อนไขการทำงานของระบบขั้นต่ำ และ Sp คือความไวของเบรกเกอร์วงจร

เมื่อเลือกเบรกเกอร์วงจร ความไวควรได้รับการตรวจสอบด้วย สำหรับเบรกเกอร์แบบเลือกที่มีหน่วยทริปดีเลย์สั้นและทันที ต้องตรวจสอบความไวของหน่วยทริปดีเลย์สั้นเท่านั้น ความไวของหน่วยทริปทันทีไม่จำเป็นต้องตรวจสอบ

การเลือกและการตั้งค่าหน่วยทริปของเบรกเกอร์วงจร

(1) การตั้งค่ากระแสทำงานของหน่วยทริปกระแสเกินทันที
อุปกรณ์ไฟฟ้าบางอย่างที่ได้รับการป้องกันโดยเบรกเกอร์วงจรมีกระแสสูงสุดในระหว่างการเริ่มต้น หลายเท่าของกระแสกำหนด ทำให้เบรกเกอร์วงจรประสบกับกระแสสูงสุดชั่วคราว กระแสทำงาน Iop(o) ของหน่วยทริปกระแสเกินทันทีต้องมากกว่ากระแสสูงสุดของวงจร Ipk คือ Iop(o) ≥ Krel·Ipk ที่นี่ Krel คือปัจจัยความน่าเชื่อถือ เมื่อเลือกเบรกเกอร์วงจร ต้องรับประกันว่าการตั้งค่าทริปกระแสเกินทันทีสูงกว่ากระแสสูงสุดเพื่อป้องกันการทริปที่ไม่ต้องการ

(2) การตั้งค่ากระแสทำงานและเวลาของหน่วยทริปกระแสเกินดีเลย์สั้น
กระแสทำงาน Iop(s) ของหน่วยทริปกระแสเกินดีเลย์สั้นต้องมากกว่ากระแสสูงสุดของวงจร Ipk คือ Iop(s) ≥ Krel·Ipk ที่นี่ Krel คือปัจจัยความน่าเชื่อถือ เวลาดีเลย์สั้นโดยทั่วไปคือ 0.2s, 0.4s, หรือ 0.6s กำหนดตามการเลือกที่เหมาะสมกับอุปกรณ์ป้องกันข้างบนและข้างล่าง รับประกันว่าอุปกรณ์ข้างบนทำงานหลังจากอุปกรณ์ข้างล่างหนึ่งขั้นตอนเวลา

(3) การตั้งค่ากระแสทำงานและเวลาของหน่วยทริปกระแสเกินดีเลย์ยาว
หน่วยทริปกระแสเกินดีเลย์ยาวใช้สำหรับการป้องกันโหลดเกิน กระแสทำงาน Iop(l) ต้องมากกว่ากระแสโหลดสูงสุดของวงจร (กระแสคำนวณ I30) คือ Iop(l) ≥ Krel·I30 ที่นี่ Krel คือปัจจัยความน่าเชื่อถือ เวลางาน