保護(hù)電機(jī)分支電路免受短路和接地故障的影響

出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于：2024-10-09 17:11:06 | 403 次閱讀

　　第 430 條第四部分規(guī)定了保護(hù)電機(jī)分支導(dǎo)體、電機(jī)控制裝置和電機(jī)免受因短路或接地故障引起的過(guò)電流的裝置。
　　第 IV 部分適用于額定電壓為 1 kV 或以下的電機(jī)。

　　圖 1 顯示了電機(jī)分支電路、短路和接地故障保護(hù)的示例位置。

　　圖 1.電機(jī)分支電路、短路和接地故障保護(hù)的示例位置。圖片由洛倫佐·馬里提供
　　《國(guó)家電氣規(guī)范》第 100 條“定義”將短路定義為在具有不同電位的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間意外或故意的相對(duì)較低阻抗的異常連接（包括電?。?。這個(gè)定義在 NEC 中是新的。
　　此外，第 100 條將接地故障定義為未接地導(dǎo)體與通常不帶電的導(dǎo)體、金屬外殼、金屬管道、金屬設(shè)備或大地之間的無(wú)意導(dǎo)電連接。
　　NEC 強(qiáng)調(diào)組件保護(hù)。第 110.9 和 110.10 節(jié)在這方面很重要：
　　NEC 第 110.9 節(jié)中斷額定值
　　用于中斷故障電流的設(shè)備（例如斷路器和熔斷器）必須具有至少等于設(shè)備線路端子處的可用故障電流的中斷額定值。
　　NEC 第 110.10 節(jié)電路阻抗、短路電流額定值和其他特性
　　選擇并協(xié)調(diào)過(guò)流保護(hù)裝置、設(shè)備短路電流額定值、總阻抗和其他要保護(hù)的電路特性，以清除故障而不會(huì)對(duì)電路的電氣設(shè)備造成廣泛損壞。
　　保護(hù)性熔斷器和斷路器會(huì)響應(yīng)短路和接地故障產(chǎn)生的高電流而斷開(kāi)電路。
　　NEC 第 430.52 節(jié)單個(gè)電機(jī)電路的額定值或設(shè)置
　　第 430.52(A) 條概述
　　遵守第 430.52(B) 條和第 430.52(C) 或 (D) 條（如果適用）。
　　第 430.52(B) 條所有電機(jī)
　　電機(jī)支路保護(hù)裝置必須承載電機(jī)的啟動(dòng)電流。
　　第 430.52(C) 節(jié)評(píng)級(jí)或設(shè)置
　　第 430.52(C)(1) 條根據(jù)表 430.52(C)(1)
　　使用額定值或設(shè)置不超過(guò)表 430.52(C)(1) 中給出的值的保護(hù)裝置，除非第 430.52(C)(1)(a) 或 (b) 節(jié)另有允許。
　　根據(jù)第 430.6(A)(1) 節(jié)，使用表 430.247、248、249 和 250 中的電流值計(jì)算電機(jī)短路和接地故障保護(hù)。
　　請(qǐng)勿將電機(jī)銘牌滿載安培數(shù)用于此目的。
　　下表中的滿載電流值百分比來(lái)自 NEC 表 430.52(C)(1)。
　　電機(jī)必須具有能夠承受啟動(dòng)時(shí)浪涌電流的電機(jī)支路短路和接地故障保護(hù)裝置的額定值或設(shè)置。表 430.52(C)(1) 顯示了這些器件的最大允許額定值。您需要了解保護(hù)裝置和電機(jī)的類型。
　　表頂部的一行包含保護(hù)裝置的類型。
　　該表只有一行，分別表示單相和直流（恒壓）電機(jī)的滿載電流百分比。
　　多相電機(jī)有多種選擇，例如三相電機(jī)。您需要了解電機(jī)是否為繞線式、非繞線式、同步式、鼠籠式（Design B 節(jié)能型和 Design B 特級(jí)效率除外），或者 Design B 節(jié)能型和 Design B 特級(jí)效率。
　　這些選擇決定使用哪一行來(lái)查找滿載電流的百分比，以計(jì)算最大過(guò)流保護(hù)。
　　第 430.52(C)(1)(a) 條
　　如果表 430.52 (C)(1) 確定的分支電路保護(hù)裝置的值與第 240.6 節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)安培額定值和設(shè)置不一致，則可以使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值或設(shè)置。

　　示例 1：為圖 2 所示的 2 hp、115 V 單相電機(jī)指定反時(shí)限斷路器。

　　圖 2.示例 1 的設(shè)置。使用的圖像由 Lorenzo Mari 提供
　　解決方案：
　　輸入表 430.248 并讀取 2 hp、115 V 單相電機(jī)的滿載電流 = 24 A。
　　輸入表 430.52(C)(1)，并在反時(shí)限斷路器列下讀取單相電機(jī)滿載電流的 250%。
　　將滿載電流乘以 250%。
　　24A x 2.5 = 60A
　　選擇 60A 反時(shí)限斷路器。
　　示例 2：對(duì) 3 馬力電機(jī)重復(fù)示例 1。
　　解決方案：
　　輸入表 430.248 并讀取 3 hp、115 V 單相電機(jī)的滿載電流 = 34 A。
　　輸入表 430.52(C)(1)，并在反時(shí)限斷路器列下讀取單相電機(jī)滿載電流的 250%。
　　將滿載電流乘以 250%。
　　34A x 2.5 = 85A
　　根據(jù)表 240.6(A)，85 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)允許使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值，即 90 A。
　　選擇 90A 反時(shí)限斷路器。
　　示例 3：對(duì) 5 hp、230 V、三相繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)重復(fù)示例 1。
　　解決方案：
　　輸入表 430.250 并讀取 5 hp、230 V、三相繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)的滿載電流 = 15.2 A。
　　輸入表 430.52(C)(1)，并在反時(shí)限斷路器列下讀取繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)滿載電流的 150%。
　　將滿載電流乘以 150%。
　　15.2A×1.5=22.8A
　　根據(jù)表 240.6(A)，22.8 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)允許使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值，即 25 A。
　　選擇 25A 反時(shí)限斷路器。
　　示例 4：為 50 馬力、460 V 三相鼠籠式電機(jī)指定非延時(shí)熔斷器。
　　解決方案：
　　輸入表 430.250 并讀取 50 馬力、460 V 三相鼠籠式電機(jī)的滿載電流 = 65 A。
　　輸入表 430.52(C)(1) 并讀取非延時(shí)熔斷器列下鼠籠式電機(jī)滿載電流的 300%。
　　將滿載電流乘以 300%。
　　65 安 x 3 = 195 安
　　根據(jù)表 240.6(A)，195 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)允許使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值，即 200 A。
　　選擇 200A 無(wú)延時(shí)保險(xiǎn)絲。
　　第 430.52(C)(1)(b) 條
　　當(dāng)表 430.52(C)(1) 中指定的或根據(jù)第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)修改的額定值不足以滿足電機(jī)的啟動(dòng)電流時(shí)，請(qǐng)采用以下做法之一：
　　您可以增加不超過(guò) 600 A 的非延時(shí)熔斷器或延時(shí) CC 級(jí)熔斷器的額定值，但不得超過(guò)滿載電流的 400%。
　　您可以增加延時(shí)（雙元件）熔斷器的額定值，但不得超過(guò)滿載電流的 225%。
　　您可以增加反時(shí)限斷路器的額定值，但對(duì)于 100 A 或以下的滿載電流，不得超過(guò) 400%；對(duì)于大于 100 A 的滿載電流，不得超過(guò) 300%。
　　您可以增加 601–6000 A 保險(xiǎn)絲等級(jí)的額定值，但不得超過(guò)滿載電流的 300%。
　　示例 5：如果第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)的額定值不足以啟動(dòng)電機(jī)，則為 20 hp、460 V 三相鼠籠電機(jī)指定延時(shí)熔斷器。
　　解決方案：
　　輸入表 430.250 并讀取 20 馬力、460 V 三相鼠籠式電機(jī)的滿載電流 = 27 A。
　　輸入表 430.52(C)(1)，并在延時(shí)熔斷器列下讀取鼠籠式電機(jī)滿載電流的 175%。
　　將滿載電流乘以 175%。
　　27A x 1.75 = 47.25A
　　根據(jù)表 240.6(A)，47.25 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)允許使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值 = 50 A。
　　但 50 A 不足以啟動(dòng)電機(jī)。
　　第 430.52(C)(1)(b) 條允許增加延時(shí)（雙元件）熔斷器的額定值，但不得超過(guò)滿載電流的 225%。
　　將滿載電流乘以 225%。
　　27 A x 2.25 = 60.75 A。該數(shù)字是最大允許額定值。
　　根據(jù)表 240.6(A)，60.75 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。
　　尺寸縮小至 60A 延時(shí)保險(xiǎn)絲。
　　NEC 第 430.53 節(jié) 一個(gè)分支電路上的多個(gè)電機(jī)或負(fù)載
　　在第 430.53(D) 和 430.53(A)、(B) 或 (C) 條規(guī)定的條件下，兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)或一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)和其他負(fù)載可以連接到同一分支電路。
　　支路保護(hù)裝置必須是熔斷器或反時(shí)限斷路器。
　　盡管第 430.52 節(jié)規(guī)定了單個(gè)電機(jī)電路的額定值或設(shè)置，但 NEC 認(rèn)可在單個(gè)分支電路上使用兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)或一個(gè)或多個(gè)電機(jī)和其他負(fù)載。
　　第 430.53(A) 條不超過(guò) 1 HP
　　如果滿足以下所有條件，則可以將兩臺(tái)或多臺(tái) 1 hp 或以下的電機(jī)連接到最大 20 A 保護(hù)的 120 V 分支電路，或 1 kV 或以下、不超過(guò) 15 A 保護(hù)的分支電路：
　　1. 所有電機(jī)的滿載額定電流均不超過(guò) 6 A。
　　2. 請(qǐng)勿超過(guò)電機(jī)控制器上標(biāo)記的支路短路和接地故障保護(hù)裝置的任何額定值。
　　3. 這些電機(jī)的單獨(dú)過(guò)載保護(hù)符合第 430.32 節(jié)的規(guī)定。
　　第 430.53(B) 節(jié)（如果最小額定電機(jī)受到保護(hù)）
　　在滿足以下所有條件的情況下，您可以將兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)或一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)和其他負(fù)載連接到分支電路：
　　1. 支路保護(hù)裝置的尺寸不大于第 430.52 節(jié)對(duì)于最小額定電機(jī)所允許的尺寸。
　　2、每臺(tái)電機(jī)均有單獨(dú)的過(guò)載保護(hù)。
　　3. 在可能遇到的最惡劣的正常工作條件下，支路保護(hù)裝置不會(huì)打開(kāi)。
　　示例 6：圖 3 顯示了工業(yè)工廠中為三個(gè)通用鼠籠感應(yīng)電機(jī)供電的 480V 三相三線分支電路。
　　a.) 哪個(gè) NEC 部分允許在為負(fù)載供電的面板中僅使用一個(gè) 3 極反時(shí)限斷路器進(jìn)行這種布置？
　　b.) 確定反時(shí)限斷路器（具有延時(shí)和瞬時(shí)跳閘特性的典型熱磁斷路器）的尺寸。
　　c.) 計(jì)算分支電路導(dǎo)體所需的最小載流量。

　　d.) 如果端子的額定溫度為 75°C，則確定分支電路銅導(dǎo)體的最小尺寸。

　　圖 3.示例 6 的設(shè)置。使用的圖像由 Lorenzo Mari 提供
　　回答：
　　a.) 第 430.53(B) 條在若干條件下允許這種安排。
　　該規(guī)則的基本方法是分支電路保護(hù)裝置不得超過(guò)第 430.52 節(jié)針對(duì) 1 馬力電機(jī)允許的額定值。此外，每個(gè)電機(jī)必須有單獨(dú)的過(guò)載保護(hù)，并且斷路器在最惡劣的正常使用條件下不得打開(kāi)。
　　在此示例中，三個(gè)電機(jī)中每個(gè)電機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)器都必須提供過(guò)載保護(hù)。
　　b.) 使用表 430-250 中的電機(jī)滿載電流來(lái)計(jì)算支路保護(hù)裝置的最大允許額定值或設(shè)置。這些值是：
　　1 馬力電機(jī) = 2.1 A
　　1.5 馬力電機(jī) = 3 A
　　5 馬力電機(jī) = 7.6 A
　　根據(jù) 1 馬力電機(jī)，根據(jù)表 430.52(C)(1) 選擇最大分支電路反時(shí)限斷路器額定值。
　　250% x 2.1 安 = 5.25 安
　　表 240.6(A) 顯示 5.25 A 不是標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。第 430.52(C)(1)(a) 條允許使用下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值，即 10 A。
　　2023 NEC 版本中的新表 240.6 包括熔斷器和反時(shí)限斷路器的 10 A 標(biāo)準(zhǔn)安培額定值。在以前的 NEC 版本中，這些設(shè)備的最低標(biāo)準(zhǔn)額定電流為 15 A。
　　第 430.52(C)(1)(a) 節(jié)不限制 10A 保護(hù)裝置的使用。
　　第 210.23(A)(2) 條“10A 分支電路不允許的負(fù)載”不包括列表中的電機(jī)分支電路 - 它僅包含插座、電器、車庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器和洗衣設(shè)備。
　　三臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的總滿載電流為
　　2.1安+3安+7.6安=12.7安
　　12.7 A 大于 10 A。斷路器將跳閘，并且不可能在其他兩個(gè)電機(jī)運(yùn)行的情況下啟動(dòng) 5 馬力電機(jī)。
　　我們不能選擇 15 A，即 10 A 之后的斷路器的下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)額定值，因?yàn)檫@不是表 240.6(A) 中 5.25 A 之后的“下一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)額定值或設(shè)置”。
　　我們可以參考第 430.52(C)(1)(b) 條，當(dāng)根據(jù)第 430.52(C)(1)(a) 條修改的額定值不足以滿足反時(shí)限斷路器的額定值時(shí)，該條允許增加反時(shí)限斷路器的額定值。電機(jī)的啟動(dòng)電流。但第 430.52(C)(1)(b)(3) 條不允許滿載電流為 100 A 或更低時(shí)超過(guò) 400%。
　　400% x 2.1 安 = 8.4 安
　　15A 斷路器超過(guò) 400% 限制，不適合。
　　總之，圖 3 中的布置使用 10A 反時(shí)限斷路器是不可行的，選擇 15A 將違反 NEC。
　　但讓我們進(jìn)一步討論一下。
　　第 210.23(A)(1) 節(jié)“10A 分支電路允許的負(fù)載”僅允許由各個(gè)分支電路供電的照明負(fù)載、住宅中的排氣扇和燃?xì)獗跔t裝置。
　　由于第 210.23(A)(1) 節(jié)似乎僅打算為低負(fù)載分支電路（例如燈）供電，而不是工業(yè)電機(jī)，因此我們可以推斷，工業(yè)電機(jī)分支電路的保護(hù)裝置可能會(huì)在額定電流為 15 A 時(shí)啟動(dòng)。
　　如果是這種情況，讓我們使用 15A 斷路器重復(fù)該練習(xí)。
　　三臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的總滿載電流（12.7A）在斷路器額定值15A以內(nèi)。此外，我們可以將5馬力電機(jī)的啟動(dòng)浪涌電流納入斷路器的延時(shí)中，以便可以在其他兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行的情況下啟動(dòng)，這是“可能遇到的最嚴(yán)酷的正常運(yùn)行條件”。
　　然后，使用 15A 反時(shí)限斷路器。
　　c.) 根據(jù)第 430.24 節(jié)，分支電路導(dǎo)體的最小載流量為
　　125% x 7.6 + 2.1 + 3 = 14.6 安
　　d.) 根據(jù)表 310.16，分支電路銅導(dǎo)體的最小尺寸為 N° 14 AWG，載流量為 20 A（75°C 額定值）。
　　保護(hù)電機(jī)分支電路要點(diǎn)
　　電機(jī)電路保護(hù) 可保護(hù)向電機(jī)、電機(jī)控制裝置和電機(jī)供電的導(dǎo)體，防止短路或接地故障引起的過(guò)電流。
　　第 430.52 節(jié)包含計(jì)算保護(hù)單個(gè)電機(jī)分支電路的過(guò)流裝置的最大尺寸或設(shè)置的規(guī)則。
　　表 430.52(C)(1) 列出了幾種類型的保護(hù)裝置的滿載電流百分比。
　　要確定保護(hù)裝置的規(guī)格，請(qǐng)使用表 430.247 至 430.250 中的滿載電流值。請(qǐng)勿使用銘牌值。
　　如果計(jì)算出的尺寸不符合第 240.6 節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)安培額定值，則第 450.52(C)(1)(a) 節(jié)允許增加過(guò)流設(shè)備的尺寸。
　　如果電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，第 450.52(C)(1)(b) 節(jié)允許進(jìn)一步增加過(guò)流裝置的尺寸。
　　新表 240.6(A) 包括 10A 額定值作為標(biāo)準(zhǔn)過(guò)流保護(hù)裝置。
　　雖然第 430.52 節(jié)提供了針對(duì)單個(gè)電機(jī)電路的分支電路過(guò)流裝置尺寸的具體規(guī)定，但第 430.53 節(jié)承認(rèn)在單個(gè)分支電路上使用多個(gè)電機(jī)或負(fù)載。

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