電力儀表以2023年最新版的低壓配電產(chǎn)品選型手冊中380V/11kW電動機(jī)為例，如果不考慮“2類配合”，11kW電動機(jī)的額定電流為22A左右，一般情況下選擇LC1D25接觸器足夠，但是選型手冊中斷路器為GV2L20時接觸器選擇的是LC1D25；當(dāng)斷路器為GV4L或NSXm-MA時接觸器選擇LC1D65A；當(dāng)斷路器為NSX100-MA時接觸器選擇LC1D80，手冊中給出的接觸器電流規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計算電流所選的接觸器。
選型手冊中提到的“2類”配合，在GB 14048.4-2020 第4-1部分：接觸器和電動機(jī)起動器（含電動機(jī)保護(hù)器）標(biāo)準(zhǔn)中，指的是接觸器、熱繼電器與斷路器在短路條件下的協(xié)調(diào)配合，按照接觸器主觸頭熔焊程度、熱繼電器是否損壞等條件，劃分為1類協(xié)調(diào)配合和2類協(xié)調(diào)配合。
“1”類協(xié)調(diào)配合，要求接觸器或起動器在短路條件下不應(yīng)對人及設(shè)備引起危害，在未修理和更換零件前，允許不能繼續(xù)使用。
“2”類協(xié)調(diào)配合，要求接觸器或起動器在短路條件下不應(yīng)對人及設(shè)備引起危害,且應(yīng)能夠繼續(xù)使用。允許觸頭熔焊，但制造商應(yīng)指明關(guān)于設(shè)備維修所采用的方法。
總的來說，在斷路器成功分?jǐn)喽搪冯娏鞯那闆r下，1類協(xié)調(diào)配合允許接觸器主觸頭熔焊，必須更換接觸器才能重新運行。2類協(xié)調(diào)配合允許接觸器出現(xiàn)可分離的輕微熔焊，無需更換接觸器只需要采取合適的方式將觸頭分離即可重新運行，相對于1類協(xié)調(diào)配合，后者的供電連續(xù)性更高。
從元器件功能的角度分析，當(dāng)電動機(jī)回路發(fā)生短路故障時，斷路器可以直接分?jǐn)喽搪冯娏鳎佑|器的主觸頭和熱繼電器的的雙金屬片只能承受短路電流產(chǎn)生的電動力和熱效應(yīng)。
斷路器分?jǐn)嗨俣鹊目炻⑾蘖髂芰Φ膹?qiáng)弱，以及接觸器和熱繼電器耐受電流能力的高低，都將直接影響接觸器的規(guī)格和熱繼電器的損壞程度。
我們甚至可以大膽猜測，如果斷路器分?jǐn)嗨俣仍娇臁⑾蘖髂芰υ綇?qiáng)，那么流過接觸器和熱繼電器的“實際短路電流”就會越小，接觸器主觸頭在此電流下也不容易粘連，接觸器的規(guī)格會越小，熱繼電器也不會損壞，反之接觸器的規(guī)格會越大、熱繼電器也容易損壞。
我們回到前面11kW電動機(jī)回路的元器件配置，分析選配不同斷路器時，為何接觸器電流規(guī)格不一樣。
先看GV4L斷路器的限流能力，由于GV4L是單磁斷路器，所以它必須搭配熱繼電器一起用于電動機(jī)回路，熱繼電器的雙金屬片具有比較大的內(nèi)阻，對限制短路電流有一定幫助，我們將單獨GV4L的限流能力和GV4L+LRD325的限流能力對比如下。
單獨GV4L斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為15kA，限流后的I2t值為2.2x10^5A2S。
GV4L斷路器+LRD325熱繼電器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為12kA，限流后的I2t值為2.0x10^5A2S。
單獨GV2L斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為10kA，限流后的I2t值為1.0x10^5A2S。
GV2L斷路器+LRD熱繼電器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為9.6kA，限流后的I2t值為1.0x10^5 A2S。
單獨NSX100-MA斷路器在50kA的預(yù)期短路電流下，限流后的峰值電流為20kA，限流后的I2t值為5x10^5A2S。
我們將上述所有斷路器的在單獨時的限流能力以及與熱繼電器搭配情況下的限流能力列在下表。雖然熱繼電器內(nèi)阻對限制短路電流由一定幫助，但幫助并不是特別明顯，所以NSX100-MA與LRD3322組合后的限流能力可以參考NSX100-MA。NSX塑殼斷路器具有很強(qiáng)的限流能力，但是相對于GV2L斷路器，后者的限流能力更強(qiáng)。
短路電流經(jīng)過限流斷路器的限制，其短路峰值電流和允通能量I2t都會降低。由于接觸器的觸頭壓力需要克服電流峰值產(chǎn)生電動力，如果電流峰值產(chǎn)生的電動力超過了觸頭壓力，接觸器主觸頭必然會斥開。
GB14048.4標(biāo)準(zhǔn)中接觸器的接通能力一般為其額定電流的12倍，比如額定電流為25A接觸器，必須可以接通180A的電流，意味著接觸頭的觸頭壓力可以抵抗此電流產(chǎn)生的電動力，而不至于產(chǎn)生很大的彈跳引起觸頭熔焊。
無論斷路器限流能力多強(qiáng)，限流后的峰值電流動輒幾個到十幾個kA，此時接觸器主觸頭必然會斥開產(chǎn)生拉弧。如果斷路器限流后的允通能量I2t值低于接觸器觸頭的熔焊的I2t值（短時耐受電流值），那么接觸器在此情況下不會發(fā)生熔焊，或即使熔焊也是輕微的可分離的。
我們在校驗短路條件下電纜熱穩(wěn)定的時候，經(jīng)常會用到《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》中的公式11.2-5。將電纜的的允許熱應(yīng)力與斷路器限流后的允通能量I2t值作比較，如果電纜的最大允許熱應(yīng)力值大于斷路器限流后的允通能量I2t值，說明選擇的斷路器可以保護(hù)此電纜。
同樣的道理，接觸器其實也有與電纜類似的熱耐受曲線，將所選斷路器限流后的允通能量I2t值與接觸器的熱耐受曲線比較，如果接觸器熱耐受值高于允通能量I2t值，說明觸頭發(fā)生熔焊的概率比較低，反之容易熔焊。
對于元器件廠家來說，斷路器的限流性能、接觸器和熱繼電器的熱耐受能力都是長期實驗數(shù)據(jù)積累的經(jīng)驗。斷路器的限流曲線和允通能量值在樣本中可以查到，而接觸器和熱繼電器的熱耐受能力曲線一般在產(chǎn)品的設(shè)計文件中，在校驗各個元器件協(xié)調(diào)配合時，先做理論對比，再通過試驗驗證。
總結(jié)，施耐德《低壓配電產(chǎn)品選型手冊》中相同功率電動機(jī)回路，在選用不同斷路器時，由于斷路器的限流能力不同，在滿足2類協(xié)調(diào)配合的前提下，會選擇不同電流規(guī)格的接觸器，限流能力越強(qiáng)的斷路器，接觸器規(guī)格越小，反之則越大。
作者：賓昭平
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