基于UL 60335-2-40的空調機組控制面板短路電流額定值的確定方法

關鍵詞：UL 60335-2-40，UL 508A，短路電流額定值，SCCR

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002—5944.2024.011.041

UL 60335-2-40于2024年1月1日生效，生效后其成為北美地區空調設備的統一標準。UL 60335-2-40自2017年5月15日第一版發布以來，經過歷次版本修訂，此前最新版本為2022年12月15日發布的第四版。

UL 60335-2-40第7.1DV.2 DR章定義了電機控制器、設備控制面板，整機設備面板及工業控制面板（Industrial Control Panel）需要標識短路電流額定值（Short-Circuit Current Rating，簡稱SCCR），其格式為：Short-circuit current：_____kA rmssymmetrical，____V maximum。

基于北美國家電氣安裝規范（National Electrical Code，簡稱NEC）第100章對于工業控制面板（industrial control panel）的定義，對于空調機組來說，SCCR針對的對象為空調機組控制面板。

NEC第409.22章要求：“An industrial control panel shall not be installed where the available fault current exceeds its short-circuit rating as marked in accordance with 409.110（4）.”（工業控制面板不得安裝在可能短路電流超過其根據第409.110（4）章標示的短路額定值的地點）。SCCR定義了設備可以安全承受的最大短路電流水平，采用具有符合要求的SCCR的設備能夠安全地承受短路電流，從而不會使人員暴露于火災或電擊危險中。因此，SCCR是空調設備安全性的關鍵考慮因素。

SCCR可以通過測試來確定，但測試成本高、周期長，因而采用已獲批準的分析計算方式來確定SCCR是最常用的方法。NEC第409.110（4）（b）章指出，基于UL 508A的補充條款（SUPPLEMENT） SB章節來計算確定SCCR是一種準許的方法。

1短路電流額定值

1.1短路電流額定值定義

北美國家電氣安裝規范第100章及UL 508A第2.44章對SCCR的定義為：“The prospective symmetrical fault current at a nominal voltage to which an apparatus or system is able to be connected without sustaining damage exceeding defined acceptance criteria.”（設備或系統能夠在接通標稱電壓下的預期對稱故障電流而不會受到超過規定驗收標準的損壞）。因此，SCCR不適用于直流供電的設備。另外根據NEC第409.110（4）（b）章的描述，僅包含控制電路的控制面板同樣無需標注SCCR。

1.2短路電流額定值分類

UL 508A補充條款第SB2章將SCCR分為“STANDARD FAULT SHORT CIRCUIT CURRENT RATING（標準故障短路電流額定值）”及“HIGH FAULT SHORT CIRCUIT CURRENT RATING（高故障短路電流額定值）”。標準故障SCCR的定義基于UL 508A表SB4.1中元件對應的SCCR。高故障SCCR的定義為元件標注的SCCR高于標準故障SCCR，但需要指定的保護器件（SB4.2.3）。

2短路電流額定值分析計算

根據UL 508A補充條款第SB4章的描述，計算SCCR的方法可以匯總為如下幾步：

（1）識別出電力線路（power circuit）所有的電氣元件，確定其SCCR;

（2）確定每個支路（branch circuit）的SCCR；

（3）確定饋電線路（feeder circuit）元件的SCCR;

（4）電路中如果有限流（current-limiting）元件，考慮其對SCCR的影響；

（5）確定所有元件、控制電路（control circuit）、支路及饋電線路元件的SCCR最低值，即為工業控制面板的SCCR值。

2.1電氣元件SCCR

除UL 508A第SB4.2.1列舉的不需要標識SCCR的元件外，電力線路電氣元件通常需要標識SCCR。UL 508A第SB4.2.2列舉了3種獲取元件SCCR的方法：

（1）在元件的標簽或手冊中查詢。

（2）在元件制造廠商的產品UL測試數據中查詢，或；

（3）在UL 508A的表SB4.1中查詢。

2.2獨立二次側繞組變壓器一次側的SCCR

動力變壓器不要求標識SCCR，當饋電線路、支路的元件及過電流保護器件由獨立二次側繞組變壓器供電時，變壓器一次側的SCCR根據UL 508A第SB4.3.1章定義，有如下3種方式確定：

（1）對于未標識短路阻抗（Impedance （Z）百分比，或短路阻抗百分比不小于2.1%的變壓器，其二次回路元件的SCCR或二次回路過電流保護裝置的額定分斷值不小于根據本章列舉的變壓器二次側短路電流計算公式在采用短路阻抗百分比為2.1%的情況下得出的變壓器二次側短路電流計算值，則變壓器一次側的SCCR為變壓器一次側過電流保護裝置額定分斷值。

（2）對于未標識短路阻抗百分比，或短路阻抗百分比不小于2.1%的75 kVA及以下容量的單相動力變壓器，100 kVA及以下容量的三相動力變壓器的二次回路元件的SCCR或二次回路過電流保護裝置的額定分斷值不小于表SB4.3及表SB4.4列2里列舉的可能短路電流，則變壓器一次側的SCCR為變壓器一次側過電流保護裝置額定分斷值。

（3）以上2條均不適用，則二次側元件最小的SCCR為此變壓器一次側的SCCR。

2.3限流元件對SCCR的影響

（1） UL 508A第SB4.3.2章定義了由限流斷路器供電的元件的SCCR不小于限流斷路器標注的最高通過瞬間電流（peak let-through current），則支路整體SCCR為斷路器的額定分斷值。

（2） UL 508A第SB4.3.3章定義了由熔斷器（Class CC，G，J，L，RK1，RK5，T）供電的元件SCCR不小于熔斷器標注的最高通過瞬間電流，則支路整體SCCR為熔斷器的額定分斷值。

2.4控制電路SCCR

UL 508A第SB3.2章定義了從饋電線路提供電源的控制電路的過電流保護裝置的額定分斷值應不小于控制面板的SCCR此情形下，控制電路的SCCR應為其過電流保護裝置的額定分斷值。當控制電路由控制電機的支路的過電流保護器件提供電源時，控制電路的SCCR將納入此支路整體進行分析計算。

3空調機組控制面板短路電流額定值計算實踐

以某型575 V/60 Hz冷水機組為例，其控制面板控制1臺壓縮機，2臺額定電壓為460 V的EC電機冷凝風機，1臺水泵及對應的控制電路。其電氣接線圖可以簡化見圖1。

3.1支路1 SCCR計算

控制壓縮機啟停的斷路器與接觸器的組合通過查詢斷路器與接觸器制造廠商發布的UL測試數據，查詢到其對應的600 V應用下的SCCR為25 kA。

3.2支路2 SCCR計算

此支路包含1臺獨立二次繞組的5 kVA三相變壓器，通過查詢UL 508A表SB4.4，二次側電壓為460 V的5 kVA變壓器二次側的可能短路電流約為0.36 kA，小于二次側所配置的熔斷器的額定分斷值，變壓器一次側的SCCR即支路的SCCR為變壓器一次側出過電流保護裝置（斷路器）的額定分斷值25 kA。

3.3支路3 SCCR計算

控制水泵啟停的斷路器與接觸器的組合通過查詢斷路器與接觸器制造廠商發布的UL測試數據，查詢到其對應的600 V應用下的SCCR為5 kA。

3.4控制電路SCCR計算

控制電路的SCCR由過電流保護裝置Class CC熔斷器的額定分斷值確定，SCCR為200 kA。

3.5饋電線路元件SCCR計算

饋電線路元件包含Class J熔斷器（額定電流100 A）及SCCR為10 kA的分接線端子塊。根據本文2.3章提及的限流元件對由其供電的元件SCCR的影響，通過查詢制造廠商的限流曲線，在可分斷的短路電流為50 kA的情況下，此熔斷器的最大允許通過電流IP～10 kA（如圖2所示），按UL 508A第SB4.3.3章定義，端子塊的SCCR提升為50 kA。

冷水機組控制面板的SCCR的計算匯總如表1所示。

根據UL 508A第SB4.4章的確定控制面板整體SCCR的規則，以電路或元件的較小的SCCR確定控制面板的SCCR。此冷水機組控制面板SCCR為5 kA。

3.6提升空調機組控制面板短路電流額定值

控制面板SCCR為5 kA的機組按要求僅能安裝在可能短路電流不超過5 kA的場所，需要考慮提升空調機組控制面板的SCCR來滿足存在更高可能短路電流的場所的安裝要求。造成此冷水機組控制面板短路電流額定值僅有5 kA的支路為用于控制水泵的支路3，需要提升此支路的SCCR來提升控制面板的SCCR。UL 508A第SB4.3.2章及SB4.3.3章提出了采用限流元件提升SCCR的方法。基于此方法，在支路3上的水泵控制用斷路器與接觸器組合前端增加了選項配置的Class CC熔斷器。

通過查詢熔斷器制造廠商的限流曲線，Class CC熔斷器（額定電流30 A）在可分斷的短路電流為80 kA的情況下，其最大允許通過電流IP～5 kA，如圖3所示。

4結語

本文總結了基于UL 60336-2-40及UL 508A對空調機組控制面板SCCR的確定過程，并以實例講述了空調機組控制面板的SCCR確定過程及如何提升空調機組控制面板的SCCR。根據此過程確定空調機組控制面板SCCR，與UL機構達成一致并寫入空調機組的UL檔案，可以有效節約機組短路電流相關的測試時間及費用。

作者簡介

劉洋，本科，工程師，研究方向為冷水機組電氣設計。

（責任編輯：張瑞洋）