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【方塘问答】034期:交流断路器不能代替直流断路器的相关标准是哪个?

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Q

交流断路器不能代替直流断路器的相关标准是哪个?

A

交流断路器不能代替直流断路器的相关标准是哪个?

原则上交流断路器是不能替代直流断路器,原因一:直流断路器与交流断路器灭弧机理不同,交流断路器用于直流线路上断点弧压通常会小于125伏;其次是:直流断路器过载脱扣是依据直流热磁原理设计,与交流热磁有本质的区别。

在工程技术应用上,交流塑壳断路器由于受到结构上的限制(交流断路器设计机理)在工程上只能在正常直流500伏以下分断保护(四级),技术上还做不到即时短路保护,设计应用上还是需要采用直流快速熔断器保护装置加以辅助保护。在以前中小功率UPS直流400安培500伏以下的直流断路器应用中,非标准设计往往会采用交流塑壳断路器替代直流断路器,但一定要采用四极的热磁脱扣断路器。现在的应用中不建议采用交流塑壳断路器替代直流断路器

老师好,我没有理解您这里说的直流断路器的直流过载脱扣在电池组与UPS之间的设计。没有理解在交流三相UPS系统中,您说(一定要采用四极的热磁脱扣断路器。)

UPS与电池回路中,过载长延时这个场景如何体现的。

短路瞬时保护很容易理解。

老师,咱们有没有相关国家或行业标准有对这个断路器有要求的。

断路器的设置是保护断路器下游的设备为目的,UPS的电池保护断路器主要是用于隔离操作,所以UPS外置直流断路器会附带分离脱扣。UPS的直流系统保护本身设计就比较完善,线路保护中还包含直流快速熔断器,通常正常运行情况下,UPS电池外置断路器在正常隔离分断操作时断路器已经无工作电流,所以也不会产生闪弧,这也是可以用交流断路器替代的原因之一吧,如果UPS在电池放电时手动操作外置电池断路器就极有可能发生灾害性事件,这也是制定UPS操作规范时,在UPS放电时严禁操作UPS电池外置断路器的原因。

在UPS配置电池断路器有关长延时分断设置要注意的是In电流一定要大于电池放电终止时的最大电流,终止电压及最大放电电流保护会在UPS保护菜单中设置,当出现故障偏离设置值时会先停逆变器,电池组无电流再分离电池外置断路器,UPS进入保护停机状态。断路器出厂时In通常会设定在 InX0.5 ,当UPS趋向满载时,电池供电电流一定会大于InX0.5,断路器则会进入长延时保护,这时如果是错误的选用交流断路器则有可能发生灾害性事故。

断路器是电气系统电器成套元件之一,元件有自身的应用场景及制造试验技术条件,标准的制定不会对元件的具体应用进行约束,只对元件本身试验是否达到技术设计参数进行例行试验,通过了就是合格的产品(如3C认证)。元件的应用场景出现了错误,那么成套的电器产品本身就不合格了,出现了灾害性事件,提供电器成套产品的供应厂商应承担法律责任。

老师,我们在断路器In选用>Imax最大放电电流时,是不是就不需要考虑过载长延时这个场景。

还有,为什么要选用四级?

UPS在电池放电的时候有一个低电压终止放电的限值,当电池电压达到这个值时UPS会停止放电并关机,所以开关选型时要大于最大放电电流,则长延时的功能可以考虑作为辅助功能使用,不考虑硬性条件,个人认为。

我认为,在交流三相UPS系统中,UPS与电池回路两极均不接地系统中的直流断路器选型,满足①计算最大放电电流+最大充电电压,②画出短路位置和计算短路电流,③考虑短路电流与时间的关系,④应该规避过载长延时导致的误脱扣,有的直流断路器(大部分是800ADC以下的MCCB)有Ir可以整定,这时要讲将Ir调整到最大值(Ir=In),规避热脱扣带来的风险。尽量选择没有过载长延时的断路器

对于大功率段UPS的直流系统中(>1200ADC),常见的进口品牌,施耐德masterpactNW10-40DC+ MicrologicDC1.0无过流保护,只有瞬时保护; ABB的EmaxDC + PR122/DC是LSI三段保护,寺崎XS1600ND 无过流保护,只有瞬时保护;

时间常数5ms,当直流电池回路发生短路时断路器要能瞬时脱扣。因为时间很短,很多满足额定电流的直流速断熔断器不能在极短时间熔断,无法保护UPS直流系统。

另铅酸电池在使用几年后,电池内阻会大,故最大短路电流值会变小,这个很有可能无法触发熔断器熔断,由此会带来潜在风险。

以上是我的个人观点,一起探讨!

(以上我只考虑了无电池中性线的UPS系统)

直流线路保护在UPS应用中一定要慎重,在断路器的选型上要依据安全前提下选用合适的断路器,通常情况下是不会用到长延时保护段,也就是在UPS应用中电池正常情况下电池的负载是不会过载的(UPS有设置保护)。

用四极是考虑断路器安全直流弧压,断路器触点等效是串联的,也就是把电池的等效电压分配在4个断路器触点上减小弧压而有利于快速灭弧。

串联分压是对的,

在直流断路器的CCC报告书上有标明是正极多串一极工况下,还是负极多串一极的工况下,还是两者都有的工况。

如直流电压在400伏以下,可以选用3极断路器,两极串联与另一极组成正负分断,如果直流电压大于400伏,则要考虑采用4极断路器,分别各两极串联组成正负分断。

我只对只有±两极的UPS有琢磨,

但是现在含有中性线的UPS直流系统(+N-),我就不会了,这个需要汪老师多多指点,不吝赐教。

有全隔离与非全隔离应用之分

ABB的TmaxDC,施耐德NSXDC,都是每极250VDC,在只有正负极的系统中,3P的断路器,只需负接左边一极,正接右边一极,中间不接,是满足直流电压<500VDC的工况。

也就是说左一极+右一极在回路中构成串联。

塑壳断路器各厂家有自己的直流灭弧结构专利,弧压也有所差异,电弧的产生还和线路的工作电流有关。电池的充电电压接近546VDC时已经接近电池的浮充电压(参照40节电池 X 13.7V),此时线路工作电流趋向于零安培,此时就是工作状态下分闸,也不会闪弧。断路器有效灭弧,是在最大安全工作技术条件下保证线路最大工作电压下的即时(短路)保护分断有效安全灭弧。

交流塑壳断路器的直流线路应用,断点弧压约是直流断路器的1/2弧压,近十年也就是各厂家在交流塑壳断路器的基础上研发直流断路器的原因,最大限度的提高断点弧压。

设计上的(民典法)责任问题:

在应用设计,是依据元件允许的最大推荐技术条件,546VDC线路条件分断虽然不会造成灾害,在概率上还是有可能在546VDC线路工作状态时发生线路故障短路。如果因其他故障发生灾害,第三方会对电器成套产品进行检测,找出所有违规设计及应用瑕疵,依据民法典必须承担法律责任。

谢谢老师。您从法规角度分析问题,受益匪浅!

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