真人真事之設計錯誤 Design Fault in Hong Kong I

真人真事之設計錯誤 1

設計錯誤(1)

不可能符合標準的接地環路阻抗值：

        在香港某一個外圍泵房，與總掣櫃的距離為200米 在總掣櫃量度的接地環路阻抗為0.09Ω ，供應至該泵房的總開關為800A高斷流熔斷開關，但依照下表對該高斷流熔斷開關的接地環路阻抗值要求是0.044Ω，換言之不計算200米距離的線阻也不可能達成這個接地環路阻抗值的要求：

        其次是800A電流用上兩條300平方毫米電纜
        電阻為 0.0601Ω / 1000 x 200米 / 2 = 0.00601Ω
        接地線為70平方毫米電纜
        電阻為 0.268Ω / 1000 x 200米 = 0.0536Ω
        於外圍泵房的總接地環路阻抗值為
        0.09Ω + 0.00601Ω + 0.0536Ω = 0.14961Ω

解決方式只有使用塑殼斷路器及安裝接地故障繼電器。


設計錯誤(2)

總是跳脫了2250A總掣櫃的接地故障繼電器：

        在香港某一個居屋屋苑，有一個晚上，大約在8時，其中一座大樓的掣櫃總掣突然跳脫，連帶中電高壓掣房也同時跳脫，它的總掣為2250A空氣斷路器，分別由 3組 500A高斷流熔絲供應高中低層住戶，而每一樓層也有 1組 160A高斷流熔絲為分層總開關，各個住戶也有一個63A B類別的雙極微型斷路器為錶前掣，在舊式設計上也很常見這種設計，好處在於成本較低。

MCB Curve 特性曲線圖

        在找出問題裝修中的單位便看到上圖情況。
        500A 高斷流熔絲的接地環路阻抗要求為 0.073Ω
        160A 高斷流熔絲的接地環路阻抗要求為 0.27Ω
        而在總掣櫃量度的接地環路阻抗一般為 0.09Ω - 0.11Ω

        由於香港土質問題，大多數情況是不能滿足高斷流熔絲的接地環路阻抗要求，因此往往跳脫最快的是總掣櫃上的接地故障繼電器。

如接地故障電流在 500A
        500A 高斷流熔絲的熔斷時間為 - 不會熔斷
        160A 高斷流熔絲的熔斷時間為 - 約在120秒熔斷
        總掣櫃的接地故障繼電器(3秒) - 500A / 225A = 2.22倍
                                                              約在 0.8秒跳脫(如接地故障繼電器(1.3秒)將會更快
        而63AB類別的雙極微型斷路器 - 500A / 63A = 7.94倍
        雖然已經進入瞬時跳脫區域，理念上在0.01秒已經跳脫，實際上是由於故障電流急速上升，它未開始有動作，故障已經被總掣櫃的接地故障繼電器消除。特別是故障電流更高時。

如接地故障電流在 1000A
        500A 高斷流熔絲的熔斷時間為 - 約在1100秒熔斷
        160A 高斷流熔絲的熔斷時間為 - 約在3秒熔斷
        總掣櫃的接地故障繼電器(3秒) - 1000A / 225A = 4.44倍
                                                              約在 0.45秒跳脫(如接地故障繼電器(1.3秒)將會更快

解決方式是在系統上加入適量塑殼斷路器及安裝接地故障繼電器，以降低影響範圍，但成本較高。


設計錯誤(3)

開啟照明總是令微型斷路器跳脫：

        香港某個地方，工程團隊包括某大顧問公司及工程公司，但就犯了一個錯誤，這裡有12組螢光管照明電路，原保護器件為16A C類別 微型斷路器，由於距離較遠，因此電源線為4平方毫米電纜，照明燈具為4尺T5螢光管，數量為每組18-27支螢光管，但這12組螢光管每次啟動電源便有8-10組會即時跳脫，以鉗錶量度時只有10A電流，在更換為20A D類別(並非良好方式)，微型斷路器後，問題仍然存在，這個問題成因是浪湧電流過大。
       浪湧電流在一般鉗錶是無法量度，只有貴價多功能電力分析儀才可以顯示出來。

解決方式是加入多個燈掣或增加線路來分流。


設計錯誤(4)

開啟照明不久後，微型斷路器便會跳脫：

        在某一螢光管照明電路，保護器件為6A C類別 微型斷路器，以鉗錶量度時只有5A電流 但開啟照明不久微型斷路器便會跳脫，手摸時會感到熱力，跳脫後無法即時重置，只有等待一段時間冷卻後，才可以再次啟動電源。
       這個成因是未有加入1.8倍的放電照明常數，同樣地以鉗錶是無法作出客觀量度。

因為加入1.8倍的放電照明常數後，5A x1.8 = 9A。
解決方式是最小使用10A微形斷路器，但不應大於20A。

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塑殼斷路器 MCCB - Molded Case Circuit Breaker

塑殼斷路器

NSX 250F 是型號，說明這個型號最大額定電流量是250A，當In設定為0.8時，其額定電流便是200A。

香港電壓為380V，因此查找第二行 380/415 斷流容量是36kA。

       模製外殼斷路器也可以像空氣斷路器一樣，組裝成為Draw-out Type。

        MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) 模製外殼斷路器 標準：IEC/EN 60947模製外殼斷路器，而日本則稱「NFB, No Fuse Breaker」，此類斷路器的保護性能與微型斷路器相似，但體積較大，因為其銅等值較大，斷流容量較高，額定值電流方面可以分為固定值及可以調較型。此種斷路器的額定值介乎10A 至3000A。

       塑殼斷路器有單極、雙極、三極和四極，所有型號也是包含了熱過載及磁過載保護。

內置式跳脫線圈

        塑殼斷路器在設計上有大量組件供不同需求，而三極和四極是可以安裝內置輔助接點及內置式跳脫線圈，以便擴充功能。

俗稱 - 豬仔腳(方便安裝較大電纜)及後出腳(用在掣櫃的安裝上)的組件。

掣櫃面手掣

        塑殼斷路器的特性曲線圖，查表方式跟MCB相同。

        另一個不同的是， 塑殼斷路器的跳脫特性是可以調整的。

MicroLogic 微邏輯

     

        在今時今日的電腦化時代，塑殼斷路器已經可以透過多功能電錶及MicroLogic，經網絡接口把電力系統中的各種數據傳輸到伺服器。

        在經過D/A轉換器前，模擬訊號 (Analog signal) 稱之為 Low Level，在經過D/A轉換器後，數碼訊號 (Digital signal) 稱之為 High Level 。

        但其斷流容量比微型斷路器為高很多，在不同型號上斷流容量有所不同；以施耐德的NG160 型號及系統電壓380V 來說，分別為最的經濟型(E Type 16kA)、普通型 (N Type 25kA) 及重型 (H Type 36kA) 三種，當中重型斷流容量最高，而另一個型號NSX100，它分為B、F、H、N、R、HB1 及HB2 多種型號，其中HB2 更高達100kA，多作為總掣及支總掣的過載及短路保護。MCCB 的脫扣特性基本上與MCB 相類似，但MCCB 的脫扣特性，則可按實際需要而設定，而且更可因應需求而加入跳脫線圈、輔助接點及接地保護等組件。

        只要加一個接地故障組件(MCCB Earth Fault Model)便成為了ELCB。

        在直流電上使用塑殼斷路器，由於與交流的波形不同，所以並非所有型號也可以使用在直流電上，兩者價格可以相差一倍。

        直流電的接駁方式；

三極塑殼斷路器方式(一)

把其中兩極接通來供正(+)極使用，第三極供負(-)極使用。

三極塑殼斷路器方式(二)

把三極也接通來供正(+)極使用，負(-)極直接去負載或接在銅巴躉上使用。

四極塑殼斷路器方式

每兩極為一組，並接通其中一組供正(+)極使用，另外一紅供負(-)極使用。

       

        塑殼斷路器也是沒有甚麼特別儀錶來測試它的跳脫保護，但仍可以定期測試它的跳脫接鈕(會切斷電源)，看看機械部份是否正常運作，只不是測試完，並不等於熱跳脫及磁跳脫等同有效運作，另一個方法是停電後拆除面蓋檢查接點或以微電阻錶來進行測試。

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微型斷路器 MCB - Miniature Circuit Breaker

微型斷路器

微型斷路器的運作

        在特性曲線上分別有B、C、D及MA。

        B級的瞬時跳脫區域在3-5倍間，適合用來保護長距離電纜、發電機及人。

        C級的瞬時跳脫區域在5-10倍間，適合一般用途。

        D級的瞬時跳脫區域在10-14倍間，適合用來保護高浪湧電流電路、電焊機變壓器及電動機。

        MA級的瞬時跳脫區域在12.5倍間 主要用來保護電動機，保護器件本身只有磁過載保護，並無熱過載，因為交給了積熱過載繼電器來保護。

        

        1) C60H - 型號

        2) C - 特性曲線
        3) 63 - 額定電流

        5) 415V - 額定電壓

        5) 10000 - 10000A斷流容量 / 部分會用 M3 - 3000A，M6 - 6000A，M10 - 10000A代表

        7) 圖示 開關 - 熱過載 - 磁過載

        8) 3 - I2t是一種過載溫度保護算法

微型斷路器特性曲線圖

1) 左則垂直線是跳脫時間刻度，下半部份0.01-10是秒 10上方的1已經是分鐘 即60秒。
2) 下方橫線是故障電流倍數。
3) 紅格內英文未是特性。
4) 紅線是特性曲線。
5) 紅格內是瞬時跳脫區域。

查表方法
1) 先確定微型斷路器的電流值及選定特性曲線。
2) 在故障電流倍數向上拉找出與特性曲線的相交點。
3) 在相交點向左看，找出時間值。

如10A微型斷路器，故障電流為100A時 便是10倍故障電流。

如斷流容量不足，可能引致接點熔解後，熔合在一起無法跳脫。

        一般常用的微型斷路器最大的電流量為63A，而最大電流量的微型斷路器有125A，但這是不通用的，因為常用的微型斷路器厚度是18mm，而較大電流量的微型斷路器厚度是27mm 不能安裝在常用配電箱的支脈電路位置上。

        而兩者的大小也影響了它的斷流容量，這是因為銅等值不同。

        微型斷路器有單極、雙極、三極和四極，圖示說明這個型號是包含了熱過載及磁過載保護。

        微型斷路器在設計上是可以加設外置輔助接點等元件，有效運用是可以省回不少繼電器及控制線路。

        微型斷路器在內阻方面，仍是存在，比起熔斷器則稍為低一點，因此在損耗上也較為低一點。

        在列表上可以看到63A微型斷路器內阻為1.2mΩ及最大損耗為4.78W，計算這個微型斷路器在40A時的損耗。

I² R = P

(40² )0.0012ohm = P

(1600)0.0012ohm = P

P = 1.92W

優點
1) 可重置再用
2) 配合專用組件(Locking Device)可以上鎖
3) 較節省位置
4) 可以配置輔助接點等元件

缺點
1) 較難測試其額定電流
2) 同牌子新舊款亦可能不通用
3) 不同牌子亦不通用

MCB Locking Device

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熔斷器 Fuse

熔斷器 (熔絲)

BS1362熔斷器 - 顏色表明了它的載流量。

BS1362熔斷器的特性曲線

BS1362熔斷器的規格 
        *值得留意的是熔斷器在滿載情況下，也是只能使用1000小時(連續使用約為41天)。

        BS1363 13A Socket Plug 13安培插頭，懶散的人會在開線皮時，把電纜外皮切割去
過多，並把電纜外皮夾扣在電線絕緣層，此舉容易引致電線與接線躉之間的銅絲折斷。
        接線躉的螺絲不夠緊，固然會引致接觸不良而燒毀。但是收太緊同樣會引致螺絲把銅線磨斷，也會引致接觸不良而燒毀。

        熔絲接線座 FSU - Fuse Spur Unit，20A的熔絲接線座可以安裝對下任何額定值的熔絲，但13A的熔絲接線座是不能安裝20A的熔絲，這是因為20A的熔絲設計上較長，避免因錯誤安裝20A的熔絲，引致出現接線座過載而燒毀。

高斷流熔斷器 HRC Fuse - High Rupturing Capacity Fuse

1) 左則垂直線是跳脫時間刻度。
2) 下方橫線是故障電流值。
3) 中央各條曲線是熔斷器的特性曲線。
4) 特性曲線底部是熔斷器的電流值。
5) 右上角的是其中一個時間與故障電流的關係表。

查表方法
1) 先確定熔斷器的電流值及選定特性曲線。
2) 在故障電流值向上拉找出與特性曲線的相交點。
3) 在相交點向左看 找出時間值。
4) 或在關係表上20A熔斷器的0.4秒跳脫時間找出故障電流值。

結構

        環境溫度對熔斷器的影響，便是環境溫度愈高，熔斷器的載流量便愈低。

        從外觀上稱為 - 櫈仔Fuse

        從外觀上稱為 - 炮丈Fuse

        從外觀上稱為 - 子彈Fuse

        從外觀上稱為 - 異腳Fuse 兩面銅巴在不同位置上，多用在較小電流值的熔絲上。

        類型 J Type 

        從外觀上稱為 - 牛眼Fuse 也是聰明Fuse。

        從外觀上稱為 - 刀Fuse 亦是稱為聰明Fuse，因燒毀後在頂部紅色位置會彈出，看到便知道是否已經燒毀。

 熔斷器工具 

        俗稱 - 燙斗 在沒有使用合適工具時 往往會直接用鉗拔出，此舉不但有觸電危險，而且會弄斷拔出接口，引致拔出時更困難。

熔斷器座 Fuse Holder

        瓦製熔斷器座 - 俗稱瓦橋

        半封閉式熔斷器 BS3036(中央位置)在香港已經停用多年要是購買熔絲線也有困難，缺點是缺乏熔絲線的情況下，會被不負責任的人愈換愈粗，甚至換成銅線。而且在2015年版的COP也已經移除相關參數。

        這個便是BS30362熔絲線，沒想要在紐西蘭的加油站也可以找到。

BS3036熔絲的特性曲線

塑膠熔斷器座 - 俗稱膠橋

這類熔斷器座是安裝在掣櫃面上的。

瓦熔斷器座 - 刀Fuse用。

熔斷開關 Switch Fuse - 子彈Fuse用。

這類俗稱叫為 - 屋仔Fuse同樣使用子彈Fuse。

瓦熔斷器座 - 牛眼Fuse用

高壓電力系統熔斷器座  High Voltage Fuse Holder。

玻璃管熔斷器的斷流容量較低只是電子系統上應用，不該用在電氣安裝工程上。
*1A玻璃管熔斷器的斷流容量約為35A

節能

        在一條630A的熔絲會產生48瓦特的功率損耗。換言之三相用電時它的損耗每小時144瓦特，每天損耗約3度電費 一年更高達1000度電以上，在現今的環保課題上已經不太合適了。當然你可能覺得一組630A的熔絲每年損耗1000度電不算多，但算一算一座大樓有多少組熔絲。這個數字便會變得很大，雖然塑殼斷路器也有內阻，不過比較起來是很小的數值，因此全數變更為塑殼斷路器的話，是可以把損耗下降不少。

        熔絲會有較高功率損耗，是因為內裡熔斷部份是一條合金金屬線，而其他類別的斷路器多以銅為基本材料，而較舊的更以白金鍍在接點內。

        如果你有留意的話 BS1362熔絲也會有最大1瓦特的功率損耗，所以在家中使用過量也不是好處。

630A熔絲內阻的計算。

P / I² = R

48W /630A² = R

48W/396900A = R

R = 0.0001209373ohm / 0.1209373m ohm

400A熔絲內阻的計算。

P / I² = R

34W /400A² = R

34W/160000A = R

R = 0.0002125ohm / 0.2125m ohm

如果630A熔絲只在400A電流運行時，它的損耗又會是多少。

I² R = P

(400² )0.0001209373ohm = P

(160000)0.0001209373ohm = P

P = 19.349968W

設計

        在香港的土質上較難做到良好的接地環路阻抗值，如果大部份分掣也使用高斷流熔斷器來作為總電源開關的話，往往在日後出現接地故障時，跳脫的只有總掣櫃上的接地故障繼電器，因此在設計時需要多點注意。


注意安全

這類熔斷器座在符合下列條件時，有可能引致工人觸電。
1) 熔絲仍在良好狀態 。
2) 不平衡地拔出。
3) 工人的手指觸及下半部份金屬。

優點

1) 結構簡單，不會因機械問題而失去保護作用。

2) 價格相對較低。

3) 每次更換後處於最佳狀態。

4) 斷流容量高。

5) 大小尺寸有標準，不同牌子亦可以通用。

6) 大額定值熔絲無法安裝在較小額定值的底座上(如100A熔絲不能安裝在63A熔斷開關上)。

缺點

1) 不環保，形成固體廢棄物，且沒有再生條件。

2) 需要儲備存貨，特別是大容量值的熔斷器(試想凌晨時段。

3) 本身設計有壽命限制，在未有過載或短路故障情況下也有機會熔斷。

4) 本身內阻較高損耗也較高。

5) 就算是玻璃管熔斷器，它提供了100mA的最小額定電流值也是不能作為人體保護。

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