過(guò)電流會(huì)損壞電路和設(shè)備。在此國(guó)家電氣規(guī)范系列的第 1 部分中了解過(guò)流和過(guò)流保護(hù)裝置。

美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范 （NEC） 第 240 條概括了過(guò)電流保護(hù)和保護(hù)裝置，以避免損壞電氣系統(tǒng)。造成過(guò)電流的因素包括苛刻的環(huán)境、過(guò)載、一般老化和電氣元件的意外損壞。

過(guò)電流概述

過(guò)電流可能是過(guò)載或短路。

?過(guò)載是限制在常規(guī)電路路徑上的過(guò)大電流，沒(méi)有絕緣擊穿。

過(guò)載可能是暫時(shí)的或持續(xù)的。

○暫時(shí)過(guò)載的例子是電機(jī)啟動(dòng)電流和變壓器浪涌電流。這些電流是無(wú)害的日常事件——保護(hù)裝置不會(huì)對(duì)它們做出反應(yīng)。

○持續(xù)過(guò)載包括電路中的許多負(fù)載、過(guò)載的設(shè)備和磨損的電機(jī)軸承。這些電流可能會(huì)在操作幅度的 2 到 6 倍之間波動(dòng)，保護(hù)裝置會(huì)打開(kāi)電路以防止損壞和火災(zāi)。

?短路包括流過(guò)異常路徑的電流。短路或故障電流遠(yuǎn)大于工作電流，可能高于 50 kA。短路電流可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害導(dǎo)體和設(shè)備，造成絕緣損壞、導(dǎo)體熔化、氣體電離、電弧、火災(zāi)和能夠扭曲母線(xiàn)的巨大磁場(chǎng)應(yīng)力。

在幾秒鐘內(nèi)消除過(guò)載通常足以避免損壞。相比之下，在幾千秒內(nèi)不發(fā)生短路（循環(huán)次數(shù)不多）可能會(huì)損壞電氣元件。

國(guó)家電氣法規(guī)第 240 條

第 240 條規(guī)定了過(guò)流保護(hù)和過(guò)流保護(hù)裝置的一般要求。表 240.3 列出了涵蓋特定電路和設(shè)備的過(guò)流保護(hù)的產(chǎn)品編號(hào)。例如，第 210 條保護(hù)分支電路，第 430 條保護(hù)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)電路和控制器，第 440 條保護(hù)空調(diào)和制冷設(shè)備，第 450 條保護(hù)變壓器和變壓器庫(kù)。

過(guò)流保護(hù)裝置

不可缺少的過(guò)流裝置是熔斷器和斷路器。它們將任何電線(xiàn)中的電流限制在國(guó)家電氣規(guī)范允許的最大值。NEC 使用術(shù)語(yǔ)“載流量”來(lái)表示任何特定類(lèi)型和尺寸的電線(xiàn)的最大安全電流。

?保險(xiǎn)絲。 從根本上說(shuō)，保險(xiǎn)絲是一種短金屬片，其種類(lèi)和尺寸在電流超過(guò)預(yù)設(shè)大小（安培額定值）時(shí)會(huì)熔化，具有潛在的破壞力。

保險(xiǎn)絲可靠、穩(wěn)定、安全，不需要定期維護(hù)或測(cè)試。它們具有高分?jǐn)囝~定值 - 可以承受高短路電流而不會(huì)撕裂。

UL 對(duì)保險(xiǎn)絲進(jìn)行分類(lèi)。一些類(lèi)別是 L、RK1、RK5、T、J、CC、CD、G、K1、K5 和 H。

限流熔斷器在不到半個(gè)周期內(nèi)清除短路電流——頻率為 60 Hz 時(shí)約為 0.00833 秒——避免短路電流累積到其潛在值。用相同阻抗的導(dǎo)體代替保險(xiǎn)絲會(huì)出現(xiàn)潛在的短路電流。圖 1 顯示了電流限制的概念。

圖 1.保險(xiǎn)絲的限流能力。圖片由 Lorenzo Mari 提供

曲線(xiàn)下的面積表示在故障條件下傳遞到電路的能量量。熱能和磁力與電流大小的平方成正比。將電流降低十倍將把能量降低到可用水平的 1/100。

?斷路器。 四種重要類(lèi)型的斷路器（取決于熄滅電弧的介質(zhì)）是空氣、油、SF6 和真空。我們將專(zhuān)注于低壓塑殼斷路器。

低壓塑殼斷路器是一種響應(yīng)過(guò)載和短路的簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)。滅弧介質(zhì)是空氣。

斷路器以?xún)煞N方式檢測(cè)電路電流：通過(guò)產(chǎn)生熱量 - 熱斷路器 - 或通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng) - 磁斷路器。

熱斷路器使用與負(fù)載串聯(lián)的加熱元件，靠近雙金屬片。如果電流高于額定值，以機(jī)械方式連接到斷路器觸點(diǎn)的雙金屬片將彎曲或翹曲以打開(kāi)觸點(diǎn)。在電路打開(kāi)之前有一個(gè)時(shí)間延遲，具體取決于過(guò)電流大小。這種類(lèi)型的斷路器可防止過(guò)載。

電磁斷路器將線(xiàn)圈與負(fù)載串聯(lián)連接。由線(xiàn)圈周?chē)呢?fù)載電流建立的磁場(chǎng)吸引打開(kāi)觸點(diǎn)的螺線(xiàn)管的金屬臂。

當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)，這些斷路器在打開(kāi)觸點(diǎn)時(shí)具有短暫的延遲——它們是瞬時(shí)斷路器，利用來(lái)自短路大電流的力來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。

熱磁式斷路器同時(shí)采用熱式和磁式兩種方式，將短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、操作開(kāi)關(guān)和斷開(kāi)裝置合二為一。

限流斷路器不使用熔斷器。它們以超高速運(yùn)行以在前半周期達(dá)到其最大潛在峰值之前限制短路電流——它們通過(guò)以超高速率打開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)中斷電弧。

在不影響過(guò)流保護(hù)裝置正確檢測(cè)和清除故障的能力的情況下，將短路電流保持在最低限度。

大多數(shù)過(guò)電流保護(hù)裝置都標(biāo)有兩個(gè)額定電流

標(biāo)準(zhǔn)安培額定值

中斷評(píng)級(jí)

保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)安培額定值

過(guò)電流保護(hù)裝置以安培為單位。每個(gè)單元都有一個(gè)特定的安培額定值。表 240.6（A） 展示了熔斷器和固定跳閘反時(shí)限斷路器的標(biāo)準(zhǔn)安培額定值 - 固定跳閘意味著您無(wú)法更改電流設(shè)置，反時(shí)限意味著短路電流幅度越大，時(shí)間越短清除故障。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字在 15 A 和 6 000 A 之間變化。保險(xiǎn)絲有五個(gè)額外的標(biāo)準(zhǔn)安培額定值：1、3、6、10 和 601 A - 在第 240.6（A） 節(jié)中逐項(xiàng)列出。

第 240.6（A） 節(jié)允許使用具有非標(biāo)準(zhǔn)安培額定值的熔斷器和反時(shí)限斷路器。

當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間拾音設(shè)置可調(diào)時(shí)——你可以改變它——有兩個(gè)選項(xiàng)

帶有可觸及的外部調(diào)節(jié)裝置（第 240.6（B） 節(jié)）。安培額定值是可能的最大設(shè)置。理由是任何人都可以更改設(shè)置

使用受限訪(fǎng)問(wèn)調(diào)整手段（第 240.6（C） 節(jié)）。允許額定安培等于調(diào)整后的電流設(shè)置。理由是只有合格的人員才能更改設(shè)置

保護(hù)裝置中斷額定值

分?jǐn)囝~定值表示保護(hù)裝置承受短路電流的能力。

第 110.9 節(jié)規(guī)定，在標(biāo)稱(chēng)電壓下，過(guò)電流設(shè)備的分?jǐn)囝~定值必須等于或高于設(shè)備線(xiàn)路端子處可用的短路電流。

超過(guò)保護(hù)裝置能力的短路電流可能會(huì)輕微損壞零件或產(chǎn)生爆炸，具體取決于電流大小 - 后者可能會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。

第 110.10 節(jié)規(guī)定，必須選擇和協(xié)調(diào)過(guò)電流保護(hù)裝置、電路阻抗、可用短路電流和其他電路特性，以盡量減少對(duì)電路元件的損壞。

第 110.9 節(jié)中的要求僅涉及過(guò)電流保護(hù)裝置，而不涉及其保護(hù)電路元件的能力。因此，必須選擇具有足夠短路耐受額定值的元件，并將它們與保護(hù)裝置協(xié)調(diào)，以避免超過(guò)這些額定值。

組件的短路耐受額定值是它可以抵抗的最大短路電流。超過(guò)此額定值可能會(huì)損壞該部件。

需要考慮的一些電路特性是

線(xiàn)長(zhǎng)。導(dǎo)線(xiàn)越長(zhǎng)，可用故障電流 （AFC） 越低

線(xiàn)材尺寸。線(xiàn)徑越大，AFC越高

線(xiàn)型。銅線(xiàn)導(dǎo)致的AFC高于鋁線(xiàn)

電纜或滾道。電纜中的導(dǎo)體與線(xiàn)槽中的相同導(dǎo)體相比，AFC 是不同的。

跑道類(lèi)型。黑色金屬滾道中的導(dǎo)體比塑料滾道中的相同導(dǎo)體引起的 AFC 更少

保險(xiǎn)絲

保險(xiǎn)絲必須在 125V 時(shí)中斷至少 10 kA 的電流，但有一些例外。大多數(shù)限流熔斷器的分?jǐn)嗄芰?200 kA 或 300 kA。

限流熔斷器允許為具有高短路水平的系統(tǒng)指定具有低短路耐受額定值的組件。

第 240.60（C） 節(jié)要求在 10 kA 以外的保險(xiǎn)絲筒上標(biāo)記保險(xiǎn)絲分?jǐn)囝~定值。對(duì)于用于輔助保護(hù)的熔斷器（例如用于保護(hù)額定值較低的斷路器時(shí)），該標(biāo)記不是強(qiáng)制性的。

斷路器

大多數(shù)分支電路、塑殼斷路器的分?jǐn)囝~定值為 10 kA。較大的斷路器為 14 kA 或更高。限流斷路器可處理 200 kA。

對(duì)于特定設(shè)計(jì)，這些額定值隨額定電壓而變化，隨著施加電壓的增加而減小——限流斷路器的分?jǐn)囝~定值可能為 240 V 時(shí) 200 kA、480 V 時(shí) 150 kA 和 600 V 時(shí) 100 kA 。

第 240.83（C） 節(jié)要求在 5 kA 以外的斷路器上標(biāo)記斷路器分?jǐn)囝~定值。對(duì)于用于補(bǔ)充保護(hù)的斷路器，該標(biāo)記不是強(qiáng)制性的。沒(méi)有標(biāo)記分?jǐn)囝~定值的斷路器的默認(rèn)值為 5 kA。

保護(hù)裝置額定電壓

除了電流額定值外，過(guò)電流保護(hù)裝置還有電壓額定值。此額定值必須等于或高于標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)電壓。誤用的過(guò)電流裝置將無(wú)法分?jǐn)囝~定短路電流。

斷路器

第 240.83（E） 節(jié)要求用額定電壓標(biāo)記斷路器。第 240.85 節(jié)涵蓋了斷路器中的直線(xiàn)和斜線(xiàn)電壓額定值。

?直電壓額定值。當(dāng)任意兩個(gè)導(dǎo)體之間的標(biāo)稱(chēng)電壓不超過(guò)斷路器的額定直流電壓時(shí)，電路可以使用這些設(shè)備。例如，相電壓和線(xiàn)電壓均不超過(guò) 240 V 的電路可以使用直通式 240 V 斷路器。見(jiàn)圖 2。

圖 2. 208Y/120V 系統(tǒng)。圖片由 Lorenzo Mari 提供

每當(dāng)線(xiàn)路電壓可能只出現(xiàn)在一個(gè)極上時(shí)，請(qǐng)使用直額定斷路器。

?斜線(xiàn)電壓額定值。這些斷路器顯示兩個(gè)由斜線(xiàn)分隔的電壓標(biāo)記——一些典型標(biāo)記是 120/240 V、208Y/120 V、480Y/277 V 和 480/277 V。

較低的數(shù)字是對(duì)地的標(biāo)稱(chēng)電壓，較高的數(shù)字是兩個(gè)未接地導(dǎo)體之間的標(biāo)稱(chēng)電壓。一極將清除線(xiàn)對(duì)地過(guò)電流，兩極或三極將清除線(xiàn)對(duì)線(xiàn)過(guò)電流。

斜線(xiàn)電壓斷路器僅適用于牢固接地的 Y 形系統(tǒng)，如圖 2 所示——它們不適用于浮動(dòng)、電阻接地或角接地、三角形連接系統(tǒng)。

例如，480 V、三相、角接地、三角形連接的系統(tǒng)不能使用 480Y/277 V 斷路器，因?yàn)閮上鄬?duì)地電壓超過(guò) 277 V。

正確的應(yīng)用是 480 V 或 600 V 額定電壓。此外，三相角接地三角形電路只能使用標(biāo)有 1?-3? 的兩極斷路器。見(jiàn)圖 3。

圖 3. 480 V，三相，角接地三角形。圖片由 Lorenzo Mari 提供

同樣，240 V 三角形連接系統(tǒng)（浮動(dòng)）不能使用 120/240 V 斷路器，因?yàn)闆](méi)有接地。這種情況需要 240 V、480 V 或 600 V 的直流額定電壓。見(jiàn)圖 4。

圖 4. 240 V 三角形系統(tǒng)。圖片由 Lorenzo Mari 提供

值得注意的是三相四線(xiàn)三角形系統(tǒng)。一個(gè)相的中間被抽頭并接地，產(chǎn)生一個(gè)中性點(diǎn)，并導(dǎo)致對(duì)地的高腳電壓是相間電壓的 √3 倍。

例如，120/240 V、3 相、4 線(xiàn)三角形系統(tǒng)的高腳電壓為 √3 x 120 V = 208 V。120/240 V 斜線(xiàn)額定斷路器不適用于高腳，因?yàn)閷?duì)地電壓超過(guò) 120 V。見(jiàn)圖 5。

圖 5. 120/240V、3 相、4 線(xiàn)三角形系統(tǒng)。圖片由 Lorenzo Mari 提供

該系統(tǒng)可以使用額定電壓為 240 V 的斷路器，因?yàn)榫€(xiàn)電壓和相電壓不超過(guò) 240 V。

保險(xiǎn)絲

保險(xiǎn)絲沒(méi)有斜線(xiàn)額定電壓。它們是適用于任何電氣系統(tǒng)布置的總電壓額定設(shè)備。

要點(diǎn)總結(jié)

過(guò)電流可能是過(guò)載或短路。過(guò)載是受限于常規(guī)電路路徑的電流，可能是暫時(shí)的或連續(xù)的。

短路電流流經(jīng)異常路徑，具有相當(dāng)大的破壞力。

保險(xiǎn)絲和斷路器通過(guò)清除過(guò)載和短路來(lái)保護(hù)電氣系統(tǒng)。

過(guò)電流保護(hù)裝置具有電流和電壓額定值。

限流器件在不到 1/2 個(gè)周期內(nèi)清除故障，從而限制了提供給電路的故障能量。

在斜線(xiàn)電壓額定設(shè)備不合格的地方使用直流額定電壓斷路器。