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查看图表通常是理解问题的好方法。下面是显示故障电流路径的简单图表。
您会看到故障电流将流过所有断路器,并沿着接地导体返回到电源(变压器)。
您可能会倾向于认为故障电流会非常高(数万安培)。但是,由于导线具有电阻,因此电流可能出奇地低。
如果不知道每条导线的确切长度和尺寸,就无法估算电阻。如果确实有该信息,则可以计算阻力。这样,可以根据电压和欧姆定律计算出故障电流。
对于此示例,我们假设故障电流小于100安培。
因为电流不超过任何断路器的瞬时跳闸水平,所以断路器的短路保护不会跳闸。但是,断路器还具有热保护功能,该功能可根据电流(过热)引起的过热来断开电路。
每个断路器将根据其跳闸曲线跳闸,该跳闸曲线基于电流超过断路器额定电流的倍数。基本上,随着故障电流的流动,每个断路器中的热保护装置开始加热(连同电路中的所有布线一样)。显然,较大的断路器(图中的100和200)可以处理更多的热量(电流),因此它们将能够处理小于100安培的故障电流。
由于故障电流高于较小断路器的额定电流(图中的20),因此热保护装置将开始过热。如此大的电流流过,该设备很可能会在几秒钟内打开。但是,如果电流较低,则跳闸可能会花费更长的时间(甚至数分钟)。
如果再举一个例子,我们计算出的故障电流为150安培。即使电流现在高于四个断路器中三个断路器的额定电流,较小的断路器也可能仍会首先跳闸。这是因为断路器的热保护跳闸之前的时间取决于故障电流超过额定电流的量。
故障电流仅比较大断路器高1.5倍,但比较小断路器高7.5倍。因此,较小的断路器会更快跳闸。通过这种方式设计热保护功能,以便负载可以吸收额定电流,但只能使用有限的时间。这样可以使电动机启动,而不会使断路器跳闸。
在大多数实际应用中,较小的断路器将首先跳闸。如果故障电路的电阻很低,则故障电流可能会高于所有断路器的瞬时跳闸水平。在这种情况下,第一个断路器(主)可能会首先跳闸。
如果任何断路器是GFCI断路器,并且故障已接地,则GFCI断路器将首先跳闸。
本示例将使用上面的图表,但将尝试估算更实际的故障电流。我们说3/0 CU有100'。从电线杆到主服务面板接线片的电线。3/0 CU。是0.0000766欧姆/英尺,因此是0.00766欧姆。
0.0000766 * 100' = 0.0076 ohms
接下来是50'的3 AWG CU。从主面板馈线断路器到第二个主面板接线片。#3 CU。是0.000245欧姆/英尺,即0.01225欧姆。
0.000245 * 50' = 0.01225 ohms
接下来是25'的12 AWG CU。从第二个面板断路器一直到故障。#12 CU。为0.00193欧姆/英尺,总计0.04825欧姆。
0.00193 * 25 = 0.4825 ohms
现在我们已经到了故障,电流必须沿着接地导体返回。接地导体由25'的12 AWG CU。,50'的8 AWG CU。和100'的3/0 CU组成。回到极点。
0.00193 * 25' = 0.04825 ohms
0.000764 * 50' = 0.0382 ohms
0.0000766 * 100' = 0.00766 ohms
总结所有电阻,我们得出0.16227欧姆。
0.00766 + 0.01225 + 0.04825 + 0.04825 + 0.0382 + 0.00766 = 0.16227
使用欧姆定律,可以使用公式电流=电压/电阻(I = E / R)轻松计算故障电流。
120 volts / 0.16227 ohms = 739.5 amperes
739.5安培的故障电流。
这是200安培断路器的3.695倍,根据我向上看的随机跳闸曲线,它应该在8-25秒之间使断路器跳闸。它是100安培断路器的7.395倍,它将在2到7秒之间跳闸。它约为20安培断路器的37倍,这可能超出瞬时跳闸电流水平。
在此示例中,20安培断路器将首先跳闸(除非其他断路器是GFCI断路器)。
等等,伙计们。故障可能不在端点。考虑一下子面板内部的故障,即您的L1馈线在子面板外壳上磨损。它在子面板主断路器之前,因此那里没有帮助。如果没有返回主面板的有线接地路径,主面板断路器将不会跳闸,因为没有足够的电流流过。(地球不是很好的导体,所以接地电极锤入大地不会用作大电流接地。)
因此,如果没有有线接地,附属建筑中的“接地”将仅浮动至120v。您将在电线的每个接地引脚和金属部分以及将机箱接地的任何设备上使用120v电压。(中性仍然是中性的-记住它们在子面板中彼此隔离-因此设备仍将正常工作。)
当然,您的附属建筑“地面”(现在很热)会渴望通往主板地面的路径,并且可能会找到一个。只要流量小于100A(即电阻> 1.2欧姆),它就不会使主板跳闸,但会在您可能不希望发热的地方产生热量-高达12,000瓦!
或者它可能正在寻找平行的金属管,并在其中引起电偶腐蚀,并且很可能长时间这样做。弗林特了解到,这可能会使您的饮用水陷入困境。匆忙建造的有轨电车系统过去一直面临着腐蚀平行的燃气和供水总管的大问题,直到他们埋下了自己的“地面馈线”……换句话说,正是我们在这里谈论的内容。
无论如何,为了回答您的问题,电流流经它所经过的所有断路器。故障只是更多的电流流过“热”。理想情况下足以使断路器跳闸,但不一定。我们尝试通过提供可靠的故障路径来帮助实现这一目标。
简短的答案:最快(更灵敏)的断路器将首先跳闸。
这不一定是最小的。这就是为什么代码引用“选择性协调”的原因。请参阅第100条中的定义。
协调(选择性)通过选择和安装过电流保护装置及其额定值或对整个可用过电流范围(从过载到最大可用故障)的设置来实现对过电流状况的局部化,以将中断限制在受影响的电路或设备上当前的租金,以及与这些过度纠正有关的所有过度租金保护设备的开放时间。
50英尺#14仅为.126欧姆,在接地故障或短路期间,在120伏特时,您的短路电流为952安培。如果您有一个200安培的面板,即使200英尺的#14仍然比所有断路器的跳闸额定值还要大238安培。随着导线变大,短路电流仅从那里上升,因为电阻和阻抗下降。