電力儀表以2023年最新版的低壓配電產(chǎn)品選型手冊(cè)中380V/11kW電動(dòng)機(jī)為例，如果不考慮“2類配合”，11kW電動(dòng)機(jī)的額定電流為22A左右，一般情況下選擇LC1D25接觸器足夠，但是選型手冊(cè)中斷路器為GV2L20時(shí)接觸器選擇的是LC1D25；當(dāng)斷路器為GV4L或NSXm-MA時(shí)接觸器選擇LC1D65A；當(dāng)斷路器為NSX100-MA時(shí)接觸器選擇LC1D80，手冊(cè)中給出的接觸器電流規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計(jì)算電流所選的接觸器。
選型手冊(cè)中提到的“2類”配合，在GB 14048.4-2020 第4-1部分：接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器（含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器）標(biāo)準(zhǔn)中，指的是接觸器、熱繼電器與斷路器在短路條件下的協(xié)調(diào)配合，按照接觸器主觸頭熔焊程度、熱繼電器是否損壞等條件，劃分為1類協(xié)調(diào)配合和2類協(xié)調(diào)配合。
“1”類協(xié)調(diào)配合，要求接觸器或起動(dòng)器在短路條件下不應(yīng)對(duì)人及設(shè)備引起危害，在未修理和更換零件前，允許不能繼續(xù)使用。
“2”類協(xié)調(diào)配合，要求接觸器或起動(dòng)器在短路條件下不應(yīng)對(duì)人及設(shè)備引起危害,且應(yīng)能夠繼續(xù)使用。允許觸頭熔焊，但制造商應(yīng)指明關(guān)于設(shè)備維修所采用的方法。
總的來(lái)說(shuō)，在斷路器成功分?jǐn)喽搪冯娏鞯那闆r下，1類協(xié)調(diào)配合允許接觸器主觸頭熔焊，必須更換接觸器才能重新運(yùn)行。2類協(xié)調(diào)配合允許接觸器出現(xiàn)可分離的輕微熔焊，無(wú)需更換接觸器只需要采取合適的方式將觸頭分離即可重新運(yùn)行，相對(duì)于1類協(xié)調(diào)配合，后者的供電連續(xù)性更高。
從元器件功能的角度分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)回路發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器可以直接分?jǐn)喽搪冯娏?，而接觸器的主觸頭和熱繼電器的的雙金屬片只能承受短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力和熱效應(yīng)。
斷路器分?jǐn)嗨俣鹊目炻⑾蘖髂芰Φ膹?qiáng)弱，以及接觸器和熱繼電器耐受電流能力的高低，都將直接影響接觸器的規(guī)格和熱繼電器的損壞程度。
我們甚至可以大膽猜測(cè)，如果斷路器分?jǐn)嗨俣仍娇?、限流能力越?qiáng)，那么流過(guò)接觸器和熱繼電器的“實(shí)際短路電流”就會(huì)越小，接觸器主觸頭在此電流下也不容易粘連，接觸器的規(guī)格會(huì)越小，熱繼電器也不會(huì)損壞，反之接觸器的規(guī)格會(huì)越大、熱繼電器也容易損壞。
我們回到前面11kW電動(dòng)機(jī)回路的元器件配置，分析選配不同斷路器時(shí)，為何接觸器電流規(guī)格不一樣。
先看GV4L斷路器的限流能力，由于GV4L是單磁斷路器，所以它必須搭配熱繼電器一起用于電動(dòng)機(jī)回路，熱繼電器的雙金屬片具有比較大的內(nèi)阻，對(duì)限制短路電流有一定幫助，我們將單獨(dú)GV4L的限流能力和GV4L+LRD325的限流能力對(duì)比如下。
單獨(dú)GV4L斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為15kA，限流后的I2t值為2.2x10^5A2S。
GV4L斷路器+LRD325熱繼電器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為12kA，限流后的I2t值為2.0x10^5A2S。
單獨(dú)GV2L斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為10kA，限流后的I2t值為1.0x10^5A2S。
GV2L斷路器+LRD熱繼電器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為9.6kA，限流后的I2t值為1.0x10^5 A2S。
單獨(dú)NSX100-MA斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為20kA，限流后的I2t值為5x10^5A2S。
我們將上述所有斷路器的在單獨(dú)時(shí)的限流能力以及與熱繼電器搭配情況下的限流能力列在下表。雖然熱繼電器內(nèi)阻對(duì)限制短路電流由一定幫助，但幫助并不是特別明顯，所以NSX100-MA與LRD3322組合后的限流能力可以參考NSX100-MA。NSX塑殼斷路器具有很強(qiáng)的限流能力，但是相對(duì)于GV2L斷路器，后者的限流能力更強(qiáng)。
短路電流經(jīng)過(guò)限流斷路器的限制，其短路峰值電流和允通能量I2t都會(huì)降低。由于接觸器的觸頭壓力需要克服電流峰值產(chǎn)生電動(dòng)力，如果電流峰值產(chǎn)生的電動(dòng)力超過(guò)了觸頭壓力，接觸器主觸頭必然會(huì)斥開。
GB14048.4標(biāo)準(zhǔn)中接觸器的接通能力一般為其額定電流的12倍，比如額定電流為25A接觸器，必須可以接通180A的電流，意味著接觸頭的觸頭壓力可以抵抗此電流產(chǎn)生的電動(dòng)力，而不至于產(chǎn)生很大的彈跳引起觸頭熔焊。
無(wú)論斷路器限流能力多強(qiáng)，限流后的峰值電流動(dòng)輒幾個(gè)到十幾個(gè)kA，此時(shí)接觸器主觸頭必然會(huì)斥開產(chǎn)生拉弧。如果斷路器限流后的允通能量I2t值低于接觸器觸頭的熔焊的I2t值（短時(shí)耐受電流值），那么接觸器在此情況下不會(huì)發(fā)生熔焊，或即使熔焊也是輕微的可分離的。
我們?cè)谛ｒ?yàn)短路條件下電纜熱穩(wěn)定的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用到《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的公式11.2-5。將電纜的的允許熱應(yīng)力與斷路器限流后的允通能量I2t值作比較，如果電纜的最大允許熱應(yīng)力值大于斷路器限流后的允通能量I2t值，說(shuō)明選擇的斷路器可以保護(hù)此電纜。
同樣的道理，接觸器其實(shí)也有與電纜類似的熱耐受曲線，將所選斷路器限流后的允通能量I2t值與接觸器的熱耐受曲線比較，如果接觸器熱耐受值高于允通能量I2t值，說(shuō)明觸頭發(fā)生熔焊的概率比較低，反之容易熔焊。
對(duì)于元器件廠家來(lái)說(shuō)，斷路器的限流性能、接觸器和熱繼電器的熱耐受能力都是長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)。斷路器的限流曲線和允通能量值在樣本中可以查到，而接觸器和熱繼電器的熱耐受能力曲線一般在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文件中，在校驗(yàn)各個(gè)元器件協(xié)調(diào)配合時(shí)，先做理論對(duì)比，再通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。
總結(jié)，施耐德《低壓配電產(chǎn)品選型手冊(cè)》中相同功率電動(dòng)機(jī)回路，在選用不同斷路器時(shí)，由于斷路器的限流能力不同，在滿足2類協(xié)調(diào)配合的前提下，會(huì)選擇不同電流規(guī)格的接觸器，限流能力越強(qiáng)的斷路器，接觸器規(guī)格越小，反之則越大。
作者：賓昭平
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