交流电源系统中的过流保护

       过电流的类型
　　过电流的三种主要类别或类型是过载、短路和接地故障。
　　过载过流
　　过载过流是自定义的：任何超过额定负载电流的电流实际上都是过载。当电路（无论是通过新电路的原始设计还是通过对现有电路的修改）需要传送超过电路导体的额定负载载流量的负载电流时，就会发生过载。
　　例如，用附加灯修改 20 安培分支电路，这会将负载电流增加到 22 安培：这将是电路过载。
　　过载情况可能发生在建筑物配电系统的服务层、馈线层或分支电路层。
　　当电机机械过载时也会发生电气过载过电流。这可能是由于其内部轴承表面内的过度摩擦、过多的热量（由于高环境温度或其他故障）或其驱动的利用设备中的约束或其他机械过载引起的。过载是一种受控的过流情况，通常幅度较小。
　　短路过流
　　短路电流（以及接地故障电流，我们接下来将讨论）是高强度的故障过电流，实际上，它会在所连接负载的阻抗上并联一个低电阻。短路过电流通常涉及至少两个电路导体（电源和返回）的意外交叉连接。这会导致电源变压器绕组短路。

　　图 1 和图 2 代表了结构中更常见的变压器电源。

　　图 1 是向建筑物（例如家庭或小型工业设施）提供单相交流、3 线、120/240 伏电源的图。变压器中的单个初级绕组（通过感应）提供两个串联在次级绕组中的 120 伏绕组。当连接在两个串联 120 伏绕组的两端之间时，利用设备负载将以 240 伏电压运行。当连接在两个串联 120 伏绕组的任一端和两个绕组共用的第三根电线之间时，利用设备负载将以 120 伏电压运行（见图 1）。
　　图 1.单相交流住宅供电变压器次级的三个供电线路的电压关系

　　如图 2 所示，三相交流配电系统通常具有较高的短路过电流值，因为短路通常会涉及多个单相交流变压器绕组。

　　图 2.三相交流商业或工业服务电力变压器次级的四根电源线的电压关系

　　接地故障过流
　　接地故障过电流也是一种短路情况，通常仅影响其中一个电路导体和接地金属线槽或配电或使用设备外壳。
　　仅当建筑物或构筑物的配电系统以大地为参考时，才会发生接地故障过电流。 “参考接地”要求将一个或多个单相交流变压器绕组（Y 形变压器配置）的一端公共连接到接地电极系统，从而创建接地和不接地的电路/电源导体。
　　接地故障过电流的大小通常小于同一变压器的短路过电流的大小。短路可能发生在两个或多个变压器单相交流绕组上。接地故障过电流通常仅影响为故障情况供电的变压器中的一个单相交流绕组。
　　短路电流和接地故障电流都是由于意外的低电阻并联到所连接的负载电阻而引起的高强度过电流。如果没有与电路导体串联安装某种形式的过流保护装置，则故障过流的限制是导体电阻和变压器的可用功率量。
　　过流保护
　　如图 3 所示，对导体和连接负载的全面过流保护只能通过安装在电路起源点（或接收电源的地方）的熔断器或断路器来提供。

　　如果 OCPD 位于电源下游，则过流保护在技术上会细分为位于上游的短路、接地故障保护以及位于下游的单独过载保护。位于下游的熔断器或断路器为位于其负载侧的任何电路或设备提供全面的过流保护，同时仅为其线路或电源侧电路提供过载保护。

　　图 3.变压器电路的分体式过流保护

　　过流保护装置的形式和作用
　　电路由三个主要组成部分组成：电源、负载以及两者之间的连接。
　　这三个主要组件还辅以开/关控制和限制控制。两种类型的控制都会限制电路中流动的电流量。开/关控制装置通常采用开关的形式（手动、自动、电子或机电）。限制控制装置通常是过流保护装置，在配电层是熔断器或断路器。
　　如图 5 所示，建筑物或其他结构内的配电系统主要分为三个类别：服务、馈线电路和分支电路。

　　一般而言，所有这些电路的导体必须在其接收电源的位置配备过流保护装置。 OCPD 必须按照国家电气规范的要求进行安装。导体及其所提供的连接负载都必须以正确的电流强度受到保护。

　　图 5.建筑物内的配电系统

　　导体的额定载流量、所连接负载的满载额定电流以及 OCPD 的尺寸或额定负载是相互关联的。连接负载的满载额定电流决定了电源导体的尺寸（按额定载流量）以及 OCPD 的额定值或设置。
　　出于同样的原因，OCPD 的额定值或设置以及电路导体的额定载流量决定了可以从服务、馈线或分支电路提供的满载电流。任何大于输送线的额定载流量或用电设备（例如灯具、电机或变压器）的额定负载电流的电流大小都被描述为过电流。
　　电路过流保护装置（保险丝、断路器或某些其他类型的限流装置）的主要目的是将电路导体的温度限制在不会损坏导体或其绝缘的值。这是通过限制导体需要传送的电流量（值）来实现的。通过限制导体需要传输的电流量来防止电路导体过热，本质上可以保护供电的配电和使用设备（连接的负载）免受过电流的影响。