機床控制變壓器保護元件選擇

周小偉

湖南天雁機械有限責任公司1臺未正式投用的國產無心磨床采用JBK3-400型控制變壓器（圖1）。某次設備停用時在GS3接了1臺2kW的單相電機，電機啟動過程中變壓器冒煙燒毀，第二次是設備開動時在GS3上外接兩臺容量各約80V·A的儀器，使用不到5天變壓器又燒毀。兩次故障中FS1均在變壓器冒煙一段時間后才動作。

根據故障現象，初步判斷變壓器自身發生嚴重短路后保護開關才動作，拆解變壓器發現，短路并損毀嚴重的是220V線包。FS1的電流額定值為20A，熱保護電流整定值為14A，TC2初級工作電壓380V。估算TC2的初級額定電流為400/380=1.05A，TC2的220V線包額定電流為200V·A/220V=0.91A。試驗確認機床開動時，TC2的220V線包上就有近0.8A的電流，接近TC2 220V線包額定電流，運行時也基本如此。額外再加上約160V·A負荷后，總負荷超過變壓器額定負荷較多，估計電流約1.5A。估算短路電流要復雜一些，設TC2的阻抗百分數為4%，則次級短路電流約為（200V·A/220V）/4%=22.7A，折算到初級為13.1A。由于FS1的熱保護脫扣電流比TC2的短路電流還大，FS1瞬時脫扣電流則更大，因此對TC2起不到過載和短路保護作用。FA1、FA2型號規格為SMB45-63 C6，FA1熱脫扣電流為6A，瞬時脫扣電流為（5～10）×6A=30～60A，可見 FA1對 TC2 也未起到過載和短路保護作用。變壓器第一次燒毀較接近短路，短路電流達不到FA1的瞬時脫扣電流，更達不到FS1的脫扣電流。因此，FS1和FA1的瞬時脫扣不會立即動作，而熱脫扣時間較長，還來不及脫扣變壓器即燒毀。第二次只是較嚴重的過載，但過載電流小于6A，FA1瞬時脫扣和熱保護均不會動作，最終只能燒毀線包使變壓器內部形成短路由FS1動作切斷電源。雖然兩次故障只是TC2的220V線包燒毀，但110V線包同樣存在這種隱患。解決方法是在變壓器的初級和次級設置合理的短路、過載保護裝置并進行合理的參數配置。

（1）FS1的選擇。FS1的負載不止TC2，因此不能改變其型號和規格，可在TC2的初級加裝熔斷器FU1（圖1虛線）。FU1可選2只1 A高分斷能力（50kA）的陶瓷管式熔斷器，如中速溶斷的VICFUSE/VG10，1A。若變壓器帶有沖擊負荷，可選慢熔或特慢熔熔斷器。若機床所在位置短路電流不是很大，也可在初級加裝2極的DZ47-63 C1低壓斷路器，兼顧短路和過載保護。

（2）FA1和 FA2的選擇。①選擇合適型號和規格的低壓斷路器，目前國內DZ47-63系列低壓斷路器性能和SMB45-63基本一致。FA1選用DZ47-63 B1基本可行，其熱脫扣電流為1A，瞬時脫扣電流為3～5A。若TC2的負載沖擊大，也可選DZ47-63 C1，其瞬時脫扣電流為5～10A。FA2可選DZ47-63 B2或DZ47-63 C2。②選用低壓小電流玻璃或陶瓷管式熔斷器。這種熔斷器熔斷速度和電流等級可選擇性多，而且價格便宜。

W13.04-46