一般情況下會選擇大一級的斷路器或提高瞬時脫扣整定值，上述措施雖然可以避免斷路器誤動作，但同時也帶來弊端：斷路器額定電流偏大，無法為變壓器提供合適的過載保護，磁保護或瞬時保護整定值太高，導致保護靈敏度降低。
本文主要基于低壓變壓器的特性，結合施耐德斷路器產品為元器件選型和故障分析提供一些思路和參考。
1、變壓器勵磁涌流
變壓器合閘瞬間，由于鐵芯中的磁通不能突變，主磁通中除了穩態分量外，通常會有一個隨著時間而衰減的自由分量，因此瞬態過程中鐵芯內的主磁通可以比穩態時大很多，從而使鐵芯達到高度飽和，導致合閘瞬間勵磁涌流達到正常值的幾十倍。
如果合閘瞬間，主磁通穩態分量的瞬時值?m sinθ恰好等于剩磁磁通?r，則合閘時磁通的自由分量為0，合閘后變壓器直接進入穩態運行，沒有任何電流沖擊；如果合閘瞬間的相位角恰好等于90°(如下圖所示)，鐵芯內的磁通量將達到2倍磁通穩態分量?m加上剩磁磁通?r，這么大的磁通量將使鐵芯達到高度飽和并產生勵磁涌流。
勵磁涌流的大小取決于：通電時的電壓值，變壓器鐵芯的剩余磁通大小和變壓器的負荷特性。首次電流峰值會達到全負荷均方根電流的10~15倍，對于小型變壓器(小于50kVA)可能會達到額定全負荷電流值的20~25倍甚至更高，該瞬變電流值會迅速減小，其時間常數為幾毫秒到幾十毫秒(如下圖所示)。
表1為日本三菱電氣有限公司實測的低壓變壓器勵磁涌流峰值與額定電流峰值關系數據，可以看出容量越小，勵磁涌流與額定電流的比值越大，衰減時間常數與變壓器容量成正比。
2、如何選擇合適的斷路器
在斷路器選型過程時既要滿足變壓器過載和短路保護的要求，又要避免變壓器通電瞬間斷路器誤動作。對于熱磁式斷路器，磁脫扣電流須大于勵磁涌流的有效值(下圖)；對于具有三段保護的電子式斷路器，瞬時脫扣電流須大于勵磁涌流的有效值，或通過短延時保護設定延時時間躲過勵磁涌流(見下圖)。
以0.4/0.4kV、容量5kVA的三相變壓器為例，勵磁涌流與額定電流的倍數為26倍，衰減時間常數為2周波(40ms)。計算變壓器一次側額定電流：In=5/0.4/1.732=7.2A，勵磁涌流大小為Iru=26×7.2=187A。普通的塑殼配電斷路器，其磁脫扣或瞬時保護整定值與額定電流的倍數最大一般為10，即使是D型微斷(磁脫扣范圍10~14In)，都無法滿足躲過勵磁涌流又滿足過電流保護的要求。
施耐德專門有一款用于小容量低壓變壓器保護的熱磁式斷路器GV2RT，其特點是磁保護脫扣電流與額定電流的倍數為20倍，額定電流范圍0.25~18A。對于5kVA變壓器可以選擇GV2RT14，其磁脫扣電流為200A(大于勵磁涌流187A)，熱脫扣電流范圍為6~10A，可以滿足過載保護要求，如下圖所示。
如果是0.4/0.4kV、容量10kVA的三相變壓器(額定電流為14.4A，勵磁涌流為374A)，既可以選擇GV2RT20(熱調范圍13~18A，磁脫扣電流400A)，還可選擇施耐德的另一款熱磁塑殼斷路器NSXm63TMD16，其殼架電流為63A，熱磁式脫扣器額定電流為16A，熱調范圍0.7~1倍(11.2~16A)，磁脫扣電流500A，可以滿足10kVA低壓變壓器保護要求。
如果是0.4/0.4kV、容量50kVA的三相變壓器(額定電流為72.2A，勵磁涌流為1660.6A，衰減時間100ms)。GV2RT型斷路器電流等級太小(最大18A)，NSX160/NSXm160熱磁式斷路器磁脫扣電流最大為1250A，無法躲過變壓器勵磁涌流，NSX200/250熱磁式斷路器雖然可以躲過勵磁涌流，但熱保護整定范圍為0.7~1.0，最小整定電流為140A已經遠遠超過了變壓器額定電流，不滿足過載保護要求。
這時候可以選擇具有三段保護功能的電子脫扣器斷路NSX160-Micrologic5.0A-160A，長延時保護Ir整定0.5倍額定電流In(即80A)滿足過載保護要求，將短延時保護設定為10Ir(即800A),短延時時間設定為200ms(大于勵磁電流衰減時間100ms)，再將瞬時保護設定為11In(即1760A)，躲過勵磁涌流。
將表1中各種容量變壓器的額定電流與勵磁涌流參數計算之后，選擇施耐德斷路器的型號和保護整定如下表所示：
3、關于D型微斷的討論
對于額定電流低于63A的0.4/0.4kV低壓變壓器，一次側能否選用D型微斷？以10kVA變壓器為例，額定電流為14.4A，勵磁涌流為374.4A，選用D16微斷可以滿足過載保護要求，但是因為D型微斷的瞬時脫扣范圍為10~14倍額定電流，遠遠小于勵磁涌流374.4A，斷路器會誤動作。
如果將額定電流等級放大4檔選D40，瞬時脫扣電流最小為400A，大于勵磁涌流374.4A，斷路器誤動作故障消除，但由于40/14.4=2.7，意味著即使變壓器過載2.7倍運行，斷路器也不會有任何反應，造成變壓器繞組溫升升高損傷絕緣，會大大縮短變壓器的使用壽命。綜上所述，選用放大電流等級的D型斷路器，雖然可以避免斷路器誤動作，但變壓器沒有過載保護。
4、總結
對于低壓/低壓變壓器一次側斷路器選型和保護整定，既要滿足過載和短路保護靈敏度的要求，又要避免變壓器勵磁涌流超過磁保護或瞬時保護設定值，造成斷路器誤動作。
選擇類似GV2RT這樣的低壓變壓器專用斷路器，其磁脫扣電流與額定電流比值為20，在滿足過載保護的同時還可以避免斷路器誤動作；也選擇選擇具有三段保護功能的電子式脫扣器塑殼斷路器，通過設定短路短延時整定電流和短延時時間或瞬時保護電流躲過變壓器勵磁涌流。
斷路器選型是基于變壓器勵磁涌流參數已知或制造商可以提供的情況下，如果上述信息都沒有，現場發生斷路器誤動作故障，可用示波器實測變壓器勵磁涌流參數，再比較其與變壓器額定電流的關系，最后選擇合適的斷路器，切不可盲目放大斷路器電流等級，這樣雖然可以避免斷路器誤動作，但變壓器的過載保護幾乎沒有，失去了保護的意義。
作者：賓昭平
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