淺析自限溫電伴熱帶配電斷路器的選擇

邵昆倫

摘 要：自限溫電伴熱帶是工藝站場中常用的伴熱保溫設備，但由于其存在較大的啟動電流，使之不能按常規設備考慮配電。本文主要結合工程實例，淺析自限溫電伴熱帶配電斷路器的選擇。

關鍵詞：自限溫電伴熱帶；斷路器；選型

電伴熱是指用電熱來補償被伴熱體（容器、管道等）在工藝生產過程中的熱量損失，以維持最合適的介質工藝溫度，發熱形式是沿長度方向或最大面積均勻放熱、溫度梯度小、溫度穩定，適合長期使用，是傳統的熱水伴熱、蒸汽伴熱的取代品。本文主要圍繞自限溫電伴熱帶講述。

1 自限溫電伴熱帶的配電

1.1 問題提出

眾所周知，自限溫電伴熱帶啟動時會有很大的啟動電流。根據工藝專業提交的設計資料，自限溫電伴熱帶功率為40W/m，啟動電流為0.5～0.6A/ m。由此可見，為自限溫電伴熱帶配電不但要考慮電伴熱帶的正常運行功率，還要考慮電伴熱帶啟動電流，然而是否需要同時兼顧這兩個要求呢？

1.2 問題分析

根據項目經驗，工藝裝置區電伴熱帶的安裝往往不止一處，有時甚至會多達上百處，因此一般會設置現場電伴熱配電箱同時為多路電伴熱帶配電。如何選取現場配電箱末端微型斷路器就成為自限溫電伴熱帶配電的關鍵。為更具體的講述如何為自限溫電伴熱帶選擇斷路器，現結合工程實例講述。（備注：斷路器的選擇要考慮很多參數，如殼架電流，分斷電流等，本文只針對斷路器的額定電流進行選擇，其他參數的選擇不在本文討論范圍之內）。

工程實例：為100m自限溫電伴熱帶配電。

根據前述自限溫電伴熱帶參數可知，100m自限溫電伴熱帶功率為P=40W/m×100m =4000W，計算電流Ie=4000W÷220V=18.2A，啟動電流理論值Iq=0.6A/ m×100m =60A。下面便會產生分歧，即到底是采用計算電流選擇斷路器還是根據啟動電流選擇斷路器？

（1）根據啟動電流選擇。為保守起見，很多人會根據啟動電流選擇斷路器額定電流。此時斷路器額定電流In>Iq=60A，即選擇斷路器額定電流In=63A。此時斷路器額定電流遠大于電伴熱帶正常運行電流Ie，電伴熱帶啟動時斷路器不動作，電伴熱帶能夠正常啟動、運行。

（2）根據計算電流選擇。本案中，若只考慮斷路器額定電流In>Ie=18.2A，則應選擇斷路器額定電流In=20A。

根據現場實測，自限溫電伴熱帶的啟動電流持續時間約為2S，2S后迅速下降，5S后降為正常值。下圖為《工業與民用配電設計手冊》中提供的施耐德C65型斷路器C型脫扣曲線，從曲線中可以看出，斷路器的脫扣時間與過流倍數有關。本案中自限溫電伴熱帶啟動時的過流倍數n=Iq/Ie=60A/20A=3，通過脫扣曲線可以查出，n=3時，脫扣器在T=7S左右時間開始動作，此時脫扣時間T>電伴熱帶啟動時間2S，故斷路器不動作，電伴熱帶能夠正常啟動。

根據上述可看出，根據計算電流來選擇斷路器的額定電流仍能滿足要求，這個結論是否有普適性呢？答案是有！具體分析過程如下：

設自限溫電伴熱帶功率為P=a W/m，啟動電流Iq=b A/m，電伴熱帶長為L m。此時電伴熱帶的計算電流Ie=a*L/U A（U=220V），啟動電流Iq=b*L A，不考慮斷路器額定電流的級別，默認電伴熱帶的計算電流Ie為選擇斷路器的額定電流In，此時啟動時斷路器的過流倍數n=Iq/In=Ie/In=（ bL）/ （aL/U）=bU/a （U=220V）。由此可見，啟動時斷路器的過流倍數僅與自限溫電伴熱帶的單位功率與單位啟動電流值有關，而與電伴熱帶的長度無關。通過C型脫扣曲線可知，n≤5時脫扣器動作時間T>2S（電伴熱帶的啟動時間），此時斷路器脫扣器不動作，電伴熱帶能夠順利啟動。n>5時，脫扣器動作時間T≤0.02S<2S，此時斷路器脫扣器動作，電伴熱帶無法正常啟動，斷路器選擇時須考慮啟動電流。

1.3 研究結論

（1）n≤5時自限溫電伴熱帶斷路器的選擇過程：

a.根據電伴熱帶廠家資料確定自限溫電伴熱帶的單位功率a 值與啟動電流b 值。

b.通過公式n= bU/a （U=220V）計算電伴熱帶啟動時的過流倍數。

c.通過C型脫扣曲線可知，n≤5時脫扣器動作時間T>2S，此時電伴熱帶能夠順利啟動。

d.根據電伴熱帶功率計算電伴熱帶的計算電流。

e.根據計算電流選擇斷路器。

值得一提的是，目前工藝專業最常用的自限溫電伴熱帶的單位功率P=40W/m，啟動電流為Iq=0.5～0.6A/ m，故啟動時的過流倍數n=2.75～3.3，查上述斷路器的C型脫扣曲線知，n=3時斷路器的脫扣動作時間為7S～8S（不同廠家的斷路器脫扣曲線稍有差別，差別不大），大于電伴熱帶的啟動時間2S，故斷路器不動作，電伴熱帶能夠順利啟動。

（2） n>5時自限溫電伴熱帶斷路器的選擇過程：

a.根據電伴熱帶廠家資料確定自限溫電伴熱帶的單位功率a 值與啟動電流b 值。

b.通過公式n= bU/a （U=220V）計算電伴熱帶啟動時的過流倍數。

c.通過C型脫扣曲線可知，n>5時，脫扣器動作時間T≤0.02S，此時電伴熱帶無法正常啟動，斷路器選擇時須考慮啟動電流。

方法一：

①根據電伴熱帶單位功率與單位啟動電流計算電伴熱帶的計算電流與啟動電流。

②根據計算電流與啟動電流較大者選擇斷路器的額定電流。

方法二：

①根據電伴熱帶功率計算電伴熱帶的計算電流。

②根據電伴熱帶計算電流選擇斷路器，但在回路中加裝電子自動緩流器（限流器）。

d.方案評價：

方案一：能夠保證電伴熱帶順利啟動，但是選擇的斷路器額定電流普遍偏大。

方案二：能夠保證電伴熱帶順利啟動，但額外加裝限流器增加了投資，且會導致電伴熱帶啟動緩慢。

2 結語

根據自限溫電伴熱帶的特點，須通盤考慮是否要根據啟動電流選擇斷路器?？傮w來說，自限溫電伴熱帶配電斷路器的選擇須考慮以下因素：

a.電伴熱帶的功率與啟動電流。

b.電伴熱帶的啟動時間。

c.斷路器的特性曲線。

參考文獻：

[1]工業與民用配電設計手冊[第三版].中國航空工業規劃設計研究院等：中國電力出版社，2005.

[2]GB50054-2011.低壓配電設計規范.