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IEC标准对过载保护的一般要求：保护电器应在流经回路导体的过载电流引起的温升对绝缘、接头、端子和导体周围的物料造成损害之前，分断过载电流。同时IEC及国家标准均给出了关于低压线路过载保护的两个基本公式，表明了导线与保护电器之间配合关系，让电气设计人员有据可依。对过载保护的两个基本公式如何理解，却令许多电气设计人员困惑，相关文献对此作过相关论述。本文将对“持续的过电流而又小I2 的情况，按照两个基本公式所装设的保护可能不保证起到保护作用”进行探讨，并针对电子式脱扣器和热磁脱扣器的不同动作特性，讨论断路器提供完全过载保护时导线的选择。 1.过载保护的两个基本公式的理解 为有助于理解，本文首先还是对过载保护的两个基本公式的含义进行解读。GB 16895.5-2012 /IEC 60364-4-43:2008 《低压电气装置第4-43部分：安全防护过电流保护》关于过载保护的规定如下： “433. 1 导体与过负荷保护电器之间的配合 防止电缆过负荷保护电器的工作特性应满足以下两个条件： IB<=In<=IZ （1） I2<=1.45IZ （2） 式中： IB—回路的设计电流，单位为安培（A）； IZ—电缆的持续载流量，单位为安培（A）(见GB/T 16895.15)； In—保护电器的额定电流，单位为安培 ( A) ； 注1：对于可调的保护电器，额定电流是给定的整定电流。 I2—保证保护电器在约定时间内可靠动作的电流，单位为安培(A)。 保证保护电器可靠动作的电流的数值应由电器的生产厂家提供，或由产品标准给出。 在某些情况下，按照本条所装设的保护可能不保证起到保护作用，例如:出现持续的过电流而又小的情况。在这种情况下，宜考虑选择具有较大截面积的电缆。 注2: 是通过线导体的设计电流，或是3次谐波含量大的情况下通过中性导体的持续电流。 注3: 保证保护电器在约定的时间内可靠动作的电流，也可被称为或是 。和 两者是的倍数，而且注意宜正确地表示其数值和系数。 注4: 433. 1 的条件(1)和条件（2）的说明见附录（B）。 注5: 在采用修正系数后，设计电流可以被认作为实际电流。见G.B/T 16895.1-2008 的311。” 上述433. 1条款（以下简称“433.1条款”）中注4所指的附录（B）为433.1的条件（1）和（2）说明的图示，如图1。
需要指出的是，图1中表示出的仅是约定动作电流大于导体载流量（I2>IZ ）的位置关系，对于某些情况下，存在I2<IZ的情况，此时导体则不处于过载状态。 433.1条款中公式（1）和（2）明确了防止过载保护电器与绝缘导体（电缆或电线）载流量之间的配合关系。公式（1）很容易理解，三个参数之间的关系告诉设计人员在选用保护电器和电缆（或电线）时需遵循的顺序。通过计算电流选择保护电器，然后根据保护电器的额定电流选择电缆截面。 公式（2）中1.45IZ 的含义是什么？西门子电气安装技术手册将1.45IZ 释义为“最大允许的、时间上受到限制的过载电流，此时会出现短时的超过持续极限温度，但还不至于引起降低绝缘性能”。简言之，表征的是绝缘导体的一种特性，即导体可以在“受到限制的时间”（在此将其称作“导体1.45IZ 过载电流的安全时间”）内承受1.45IZ 的过载电流而其绝缘性能不降低。这是因为材料热容的存在，导线发热与散热有一个过渡过程，在不超过（或短时超过）导线持续极限温度且不造成导线绝缘性能降低的情况下，允许短时通过的电流比长期连续负荷时通过的电流大的多。IEC通过试验测试导线绝缘不会变劣的过载电流值与持续时间的配合关系，结合保护电器的动作特性，最终确定导线承受的过载电流为1.45IZ 。 公式（2）包含两层含义，一是保护电器的可靠动作电流不大于1.45IZ ；二是“导体1.45IZ 过载电流的安全时间”不小于保护电器可靠动作的约定时间。“导体1.45IZ 过载电流的安全时间”为多少？具体数值需要通过试验给出。 当保护电器为低压断路器（框架断路器和塑壳断路器）时，根据GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》第7.2.1.2.4条，其过电流脱扣器的反时限动作特性规定的约定动作电流和约定动作时间如见表1所示， 表 1反时限过电流断开脱扣器在基准温度下的断开动作特性 当保护电器为家用及类似场所用断路器（微型断路器或小型模数式断路器）时，GB10963.1-2005《电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器》第8.6.2.1～8.6.2.3条规定如下， “8.6.2.1 约定时间 对于额定电流小于或等于63A的断路器，其约定时间是1h ，额定电流大于63A的断路器，其约定时间是2h 。 8.6.2.2 约定不脱扣电流（Int） 断路器的约定不脱扣电流是其额定电流的1.13倍。 8.6.2.3 约定脱扣电流（It） 断路器的约定脱扣电流是其额定电流的1.45倍。” 当保护电器为断路器时，按照公式（1）选择的断路器的工作特性是满足公式（2）的。根据断路器过载保护动作的约定时间为2h（In>63A）和1h（In<=63A），可推断出“导体1.45过载电流的安全时间”不小于2h（导体载流量Iz>63A）和不小于1h（Iz<=63A导体载流量A）。若考虑到将多根载流量Iz<=63A的导体并联接入大于63A的断路器回路中使用时，则载流量Iz<=63A的导体1.45Iz过载电流的安全时间也不小于2h。综上所述，“导体1.45Iz过载电流的安全时间”不小于2h。 2.出现持续的过电流而又小的情况，按照公式（1）和（2）装设的保护可能不保证起到保护作用 “433.1条款”中注明“在某些情况下，按照本条所装设的保护可能不保证起到保护作用，例如:出现持续的过电流而又小于I2的情况。在这种情况下，宜考虑选择具有较大截面积的电缆”。通常低压断路器配置的过载脱扣器有热脱扣器和电子式脱扣器两种，家用及类似场所用断路器配置热脱扣器。以下分析这两种脱扣器的过载保护特性在何种情况下出现不起保护作用的。 2.1 热脱扣器 热脱扣器动作原理是利用过电流时双金属片受热变形推动脱扣机构动作，从而实现断路器跳闸，其时间-电流特性曲线具有反时限特性。图2为西门子电气安装技术手册图4-1-30，图中所示为热磁脱扣器的时间-电流特性曲线，上部为热脱扣器的反时限特性曲线。通过图2可作如下分析： 图2 导线和保护装置基准值的原则 注：I1—为约定不脱扣电流；I2—约定脱扣电流；I3—容差极限值；I4—电磁式瞬时过电流脱扣器（短路脱扣器）的保持电流（短路保护的不动作电流）；I5—电磁式瞬时过电流脱扣器（短路脱扣器）的脱扣电流（短路保护的动作电流）； （1）过载电流Iol>=I2 时，断路器能够为线路提供过载保护。这种过载保护有两种情况：一是线路通过大于的短时过载电流（如周期性变化负载），还不至于损伤导线绝缘，断路器不切断线路，设备正常运行；二是过载电流大于I2 ，且持续时间较长足以造成对导线的绝缘造成伤害。这种情况下，断路器会在过载电流对导线绝缘造成损害前及时切断线路。 （2）当过载电流时Iol<I2，是否对导线绝缘造成伤害，取决于其持续时间。可分为两种情况： 1）当过载持续时间小于断路器的过载保护动作的约定时间，也即t<=2h时，导线绝缘不受损害。原因是“导体1.45IZ过载电流的安全时间”不小于2h。当过载持续时间大于断路器的过载保护动作的约定时间，也即t>2h时，一旦过载持续时间超过导体温度升高到足以使其绝缘性能下降的某一极限时间，而断路器又因为Iol<I2可能动作也可能不动作，故断路器就不保证起到保护作用。 2.2电子式脱扣器 电子式脱扣器的工作原理是利用电子元件构成电路，对回路电流采样，通过控制处理单元进行分析、计算，发出控制指令，最后由执行机构驱动断路器分断。电子式脱扣器的断路器属于可调保护电器，其过载保护的动作值（又称长延时过电流动作值）及延时动作时间是可调的，其值称作整定电流和整定时间。根据“433.1条款”“注1”，对电子式脱扣器的断路器，公式（1）中的额定电流是给定的整定电流，而整定电流就是断路器可靠动作的电流，故公式（1）可改写为公式（3）。 IB<=I2<=IZ （3） 按照公式（3）选择导线截面，断路器动作时导线不会过载，从而无需公式（2）来验证断路器的动作特性。 由上述分析可知，对电子式脱扣器的断路器而言，按照公式（3）选择导线是安全的，断路器可以提供完全的过载保护。 3.对于持续过电流而又小于的情况下导线的选择 上文讨论了按照过载保护的两个基本公式选择导线，对小于 I2 的持续过载电流，配置热脱扣器断路器不能够提供完全的过载保护。出现这种情况一般是由于在线路后期的运行中负荷增加，导致线路的实际运行电流超过设计值，而配电线路的保护电器及导线又未及时根据负荷增加而调整。例如住宅建筑中，家用电器随着生活水平的提高而不断增加；商业建筑中，商铺因经营业态的改变而增加用电负荷。 3.1 解决措施 对于热脱扣器的断路器，要避免持续时间超过断路器的约定动作时间而又小于I2过电流对导线绝缘造成损害。有效的办法就是选用较大截面的导线，按照公式（3）来选择导线，使导线载流量不小于I2，从而保证断路器动作时导线不过载。 对热脱扣器而言，其可靠动作电流（约定动作电流）I2和约定动作时间是固定的，不可调。配置热脱扣器的低压断路器，如配置热脱扣器的塑壳断路器，其约定动作电流I2为1.3倍额定电流（1.3In），需按照公式（4）选择导线载流量 IZ>1.3In （4） 家用及类似场所用断路器，如微型断路器，其约定动作电流为1.45倍额定电流（ 1.45In ），需按照公式（5）选择导线载流量 IZ>1.45In （5） 3.2举例 以下举例均是考虑后期有过载可能的情况下，比较断路器配置电子式脱扣器与热脱扣器以及配置热脱扣器的塑壳断路器和微型断路器过载保护时导线的选择。 例1：计算电流IB=210A ，分别计算断路器配置热磁脱扣器和电子脱扣器过载可靠动作值和导线截面的选择。 （1）配置热磁脱扣器，断路器的额定电流In=250A，则过载可靠动作电流I2=1.3In=1.3x250=325A，参考国家建筑标准设计图集04DX101-1《建筑电气常用数据》，选用YJV-120mm2的电缆空气中敷设，环境温度30℃，其载流量为IZ=346A，满足Iz>=1.3In。 （2）配置电子脱扣器，选用电子脱扣器额定电流250A，过载可靠动作电流（过载长延时动作电流）整定为1.0In=250A，时间整定为30S，则选用YJV-95mm2的电缆空气中敷设，环境温度30℃，其载流量为IZ=298A，满足Iz>=I2。 4．结语 a. 过载保护两个基本公式表明，“导体1.45Iz过载电流的安全时间”不小于断路器的动作约定时间，且不小于2h。 b.配置热脱扣器的断路器，对于持续时间超过断路器保护动作约定时间而又小于I2的过电流，按照过载保护的两个基本公式可能不保证起到保护作用，即公式（1）和（2）不能起到完全的过载保护。如要提供完全过载保护，则按照公式（1）与公式（4）（对于热脱扣器的低压断路器）或按照公式（1）与公式（5）（对于家庭及类似场所用断路器）选择导线。 c.配置电子式脱扣器的断路器，过载保护的基本公式可改写为 IB<=I2<=IZ ，且能够提供完全的过载保护。 |
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