一文详解交流电源系统中的过流保护

了解过流保护和 OCPD（过流保护设备）。

在本文中，我们将介绍过电流的类型、过电流保护装置是什么以及它们在电路中的位置。

过电流的类型

过电流的三个主要类别或类型是过载、短路和接地故障。

过载过流

过载过电流是自定义的：任何超过额定负载电流的电流实际上都是过载。当电路（无论是通过新电路的原始设计还是通过修改现有电路）需要传递超过电路导体额定负载载流量的负载电流时，就会发生过载。

例如，一个 20 安培的分支电路被修改为一个额外的灯，这会将负载电流增加到 22 安培：这将是一个电路过载。

过载情况可能发生在建筑物配电系统的服务、馈线或分支电路级别。

当电机机械过载时也会发生电气过载过电流。这可能是由于其内部轴承表面内的过度摩擦、过热（由于环境温度高或其他故障）或它所驱动的利用设备中的绑定或其他一些机械过载造成的。过载是一种受控的过流情况，通常幅度很小。

短路过电流

短路电流（以及我们接下来会谈到的接地故障电流）是高幅度的故障过电流，实际上，它会将一个低电阻与所连接负载的阻抗并联。短路过电流通常涉及至少两个电路导体（电源和返回）的意外交叉连接。这会使电源变压器绕组短路。

图 1 和图 2 代表了结构中更常见的变压器电源。

图 1 是为建筑物（例如家庭或小型工业设施）提供单相交流、3 线、120/240 伏电源的示意图。变压器中的一个初级绕组（通过感应）为次级串联的两个 120 伏绕组供电。当连接在两个串联的 120 伏绕组的两端之间时，应用设备负载将在 240 伏下运行。当连接在两个串联的 120 伏绕组的任一端和两个绕组共用的第三根导线之间时，使用设备负载将在 120 伏下运行（见图 1）。

图 1单相交流住宅供电变压器二次侧三条供电线路的电压关系

如图 2 所示，三相交流配电系统通常具有较高的短路过电流值，因为短路通常涉及多个单相交流变压器绕组。

图 2.三相交流商用或工业用电力变压器次级的四根供电线的电压关系

接地故障过电流

接地故障过电流也是一种短路情况，通常只影响一个电路导体和接地的金属管道或配电或使用设备外壳。

仅当建筑物或结构的配电系统以大地为参考时，才会发生接地故障过电流。“参考接地”需要将一个或多个单相交流变压器绕组（星形变压器配置）的一端共同连接到接地电极系统，从而形成接地和未接地的电路/电源导体。

接地故障过电流的幅度通常小于同一变压器可提供的短路过电流的幅度。短路可以跨越两个或多个变压器单相交流绕组。接地故障过电流通常只影响为故障条件供电的变压器中的一个单相交流绕组。

短路电流和接地故障电流都是由意外的低电阻并联连接到所连接的负载电阻引起的高幅度过电流。如果没有与电路导体串联安装某种形式的过电流保护装置，故障过电流的唯一限制是导体电阻和变压器可用的功率量。

过流保护

如图 3 所示，导体和连接负载的完全过流保护只能由安装在电路起源点（或接收电源的位置）的熔断器或断路器提供。

如果 OCPD 位于电源下游，则过流保护在技术上细分为位于上游的短路、接地故障保护以及位于下游的单独过载保护。位于下游的熔断器或断路器为位于其负载侧的任何电路或设备提供全面的过流保护，同时仅为其线路或电源侧电路提供过载保护。

图 3.变压器电路的分离式过流保护

过流保护装置的形式和作用

电路有三个主要组成部分：电源、负载和两者之间的连接。

这三个主要组成部分辅以开/关控制手段和限制控制手段。两种类型的控制都限制了可以在电路中流动的电流量。开/关控制的方式通常采用开关的形式（手动、自动、电子或机电）。限制控制的手段通常是过流保护装置，在配电层是保险丝或断路器（如图 4 所示）。

图 4.过流保护装置

如图 5 所示，建筑物或其他结构内的配电系统分为三大类：服务、馈线电路和分支电路。

一般来说，所有这些电路的导体必须在它们接受电源的点提供过电流保护装置。必须按照国家电气规范的要求安装 OCPD。必须以正确的安培数保护导体及其供电的连接负载。

图 5.建筑物内的配电系统

导体的额定载流量、连接负载的满载电流额定值以及 OCPD 的大小或负载额定值是相互关联的。所连接负载的满载电流额定值决定了供电导体的大小（按额定载流量）以及 OCPD 的额定值或设置。

同样，OCPD 的额定值或设置以及电路导体的额定载流量决定了可以从服务、馈线或分支电路提供的最大满载电流。任何大于输电线的额定载流量或电气利用设备（例如灯具、电机或变压器）的额定负载电流的电流幅度都被描述为过电流。

电路过流保护装置（保险丝、断路器或其他类型的限流装置）的主要目的是将电路导体的温度限制在不会损坏导体或其绝缘的值。这是通过限制导体需要传输的电流量（值）来实现的。通过限制导体需要传输的电流量来保护电路导体免于过热，从而固有地保护供电的配电和利用设备（连接的负载）免受过电流的影响。