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400Hz中频电源在航空、雷达、电子测试等领域用得比较多。这种电源和普通50Hz工频电源不一样,它的输出频率高,对进线保护开关的要求也有差别。不少使用单位在配空开时,直接按工频电源的习惯选,结果出现误跳闸或者保护不到位的现象。下面把400Hz中频电源进线保护空开的选型要点讲清楚。
一、先看中频电源的输入电流,不是看输出功率
400Hz中频电源的输入侧电流和输出侧电流不是一回事。选空开要按输入电流计算。输入电流取决于电源的额定功率、效率、功率因数以及输入电压。一般情况下,中频电源的输入电流约等于输出功率除以(输入电压×效率×功率因数)。例如一台15kVA的400Hz中频电源,输入电压380V,效率0.9,功率因数0.85,那么输入电流大约是15×1000÷(380×1.732×0.9×0.85)≈29.7A。这个数值是选空开的基础。
| 电源容量(kVA) | 输入电流(A) | 推荐空开额定电流(A) |
|---|---|---|
| 5 | 9.9 | 16 |
| 10 | 19.8 | 25 |
| 15 | 29.7 | 40 |
| 20 | 39.6 | 50 |
| 30 | 59.4 | 80 |
| 50 | 99.0 | 125 |
| 75 | 148.5 | 200 |
上表是按常见参数估算的推荐值。实际选型时,要结合电源的整流方式、滤波电容大小、启动冲击电流倍数来确定。
二、400Hz中频电源的空开不能按普通配电空开直接套
普通50Hz的配电空开,其过载脱扣特性和短路保护特性是在工频下标定的。400Hz中频电源的进线电流含有谐波分量,尤其是三相整流型中频电源,输入电流的谐波畸变率较高。谐波电流会使空开内部双金属片发热比工频下更厉害,可能导致误跳闸。所以要选用适合变频或中频工况的空开,或者把空开的额定电流放大一档。
中频电源启动时,直流母线电容充电会产生一个较大的冲击电流,持续时间很短但峰值较高。如果空开选择太小,启动瞬间就容易跳闸。一般建议空开的额定电流取输入电流的1.2~1.5倍。如果电源内部没有软启动电路,冲击电流倍数大,那么放大系数要取1.5以上。
三、分断能力要按电源所在配电系统的短路容量配
空开除了额定电流,还要看分断能力。400Hz中频电源通常接在低压配电室或车间动力柜,其进线处的预期短路电流可能达到10kA甚至高。若空开的分断能力不足,在短路故障时无法可靠切断电弧,会造成设备损坏。常见分断能力规格有6kA、10kA、16kA、25kA等。选型时,空开的分断能力应不小于电源进线处的预期短路电流。若配电系统容量大,建议选择分断能力25kA或高的空开。
四、D型脱扣曲线的空开更适合中频电源负载
空开按脱扣曲线分为B型、C型、D型等。B型瞬时脱扣电流为3~5倍额定电流,C型为5~10倍,D型为10~20倍。400Hz中频电源在启动瞬间有较大的冲击电流,若用C型空开,可能因为瞬时脱扣值偏小而在合闸时误跳。建议选用D型脱扣曲线的空开,它的抗冲击电流能力强,同时又能在过载时提供保护。如果电源本身带有软启动电路且启动电流控制得比较好,C型也可以使用,但需要实测启动电流波形。
五、三相空开还是三极四线空开,要看电源接地方式
400Hz中频电源输入侧一般是三相三线制或三相四线制。如果电源内部有中性线输入需求,或者进线配电系统采用TN-C、TN-S接地方式,需要根据实际接线选用3P或4P空开。单独只有三相火线进线,没有零线,就用3P空开。如果有零线且需要同时断开零线,则用4P空开。注意,中频电源的外壳接地必须单独接到PE排,不能依赖空开的N线断开功能。

六、环境温度和安装位置对空开额定电流有修正
空开的额定电流是在环境温度30℃或40℃下标定的。如果中频电源安装在高温车间、密闭机柜内,环境温度超过空开额定温度,那么空开的载流量会下降。此时需按温度修正系数重新计算。比如环境温度40℃以上,每升高10℃,载流量下降约5%~10%。选型时宁大勿小,但不能无限放大,因为空开还要承担过载保护功能,放得太大就失去了保护作用。
七、实际选型步骤与实例
假设一台20kVA的400Hz中频电源,输入电压380V,效率0.88,功率因数0.86,输入电流计算为20×1000÷(380×1.732×0.88×0.86)≈39.8A。取1.3倍系数,空开额定电流为51.7A,选择标准规格50A。若电源启动冲击较大,选择63A。脱扣曲线选D型,分断能力选10kA或高。如果配电系统有谐波治理装置,空开可以按正常值选;如果没有谐波治理,建议放大一档。
八、多个中频电源共用进线空开时怎么计算
如果一台空开同时保护多台400Hz中频电源,不能简单把各台电源输入电流相加。要考虑同时使用系数和启动冲击的叠加。一般建议采用分布式保护,即每台电源单独设进线空开,总进线空开只作为隔离和后备保护。总开关的额定电流可按各分路空开额定电流之和的0.8~0.9倍选取,同时还要校验总开关的瞬时脱扣电流能否避开所有分路同时启动时的最大冲击电流。如果无法避开,需要采用顺序启动控制。
九、常见选型误区要避免
误区一:把中频电源的输出电流当输入电流选空开,导致空开偏小。误区二:不看脱扣曲线,随意选C型空开用在冲击大的电源上。误区三:忽略谐波电流,空开长期过热。误区四:分断能力选择过低,短路时无法断开。误区五:空开额定电流过大,过载保护失效。纠正方法:按实际输入电流计算,考虑冲击和谐波,按上述步骤选型。
十、选型后要做的检查
选好空开型号后,还要检查空开与电源之间的电缆截面是否匹配。空开保护的线路,其载流量不应小于空开的额定电流。同时检查空开的安装位置是否便于操作,上下接线是否牢固。有条件的话,用钳形电流表实测中频电源正常运行时的输入电流,与空开额定值比较,确保留有一定裕量。若实测电流超过空开额定值的80%,应重新考虑放大空开规格。
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