浅析自限温电伴热带配电断路器的选择

邵昆伦

摘 要：自限温电伴热带是工艺站场中常用的伴热保温设备，但由于其存在较大的启动电流，使之不能按常规设备考虑配电。本文主要结合工程实例，浅析自限温电伴热带配电断路器的选择。

关键词：自限温电伴热带；断路器；选型

电伴热是指用电热来补偿被伴热体（容器、管道等）在工艺生产过程中的热量损失，以维持最合适的介质工艺温度，发热形式是沿长度方向或最大面积均匀放热、温度梯度小、温度稳定，适合长期使用，是传统的热水伴热、蒸汽伴热的取代品。本文主要围绕自限温电伴热带讲述。

1 自限温电伴热带的配电

1.1 问题提出

众所周知，自限温电伴热带启动时会有很大的启动电流。根据工艺专业提交的设计资料，自限温电伴热带功率为40W/m，启动电流为0.5～0.6A/ m。由此可见，为自限温电伴热带配电不但要考虑电伴热带的正常运行功率，还要考虑电伴热带启动电流，然而是否需要同时兼顾这两个要求呢？

1.2 问题分析

根据项目经验，工艺装置区电伴热带的安装往往不止一处，有时甚至会多达上百处，因此一般会设置现场电伴热配电箱同时为多路电伴热带配电。如何选取现场配电箱末端微型断路器就成为自限温电伴热带配电的关键。为更具体的讲述如何为自限温电伴热带选择断路器，现结合工程实例讲述。（备注：断路器的选择要考虑很多参数，如壳架电流，分断电流等，本文只针对断路器的额定电流进行选择，其他参数的选择不在本文讨论范围之内）。

工程实例：为100m自限温电伴热带配电。

根据前述自限温电伴热带参数可知，100m自限温电伴热带功率为P=40W/m×100m =4000W，计算电流Ie=4000W÷220V=18.2A，启动电流理论值Iq=0.6A/ m×100m =60A。下面便会产生分歧，即到底是采用计算电流选择断路器还是根据启动电流选择断路器？

（1）根据启动电流选择。为保守起见，很多人会根据启动电流选择断路器额定电流。此时断路器额定电流In>Iq=60A，即选择断路器额定电流In=63A。此时断路器额定电流远大于电伴热带正常运行电流Ie，电伴热带启动时断路器不动作，电伴热带能够正常启動、运行。

（2）根据计算电流选择。本案中，若只考虑断路器额定电流In>Ie=18.2A，则应选择断路器额定电流In=20A。

根据现场实测，自限温电伴热带的启动电流持续时间约为2S，2S后迅速下降，5S后降为正常值。下图为《工业与民用配电设计手册》中提供的施耐德C65型断路器C型脱扣曲线，从曲线中可以看出，断路器的脱扣时间与过流倍数有关。本案中自限温电伴热带启动时的过流倍数n=Iq/Ie=60A/20A=3，通过脱扣曲线可以查出，n=3时，脱扣器在T=7S左右时间开始动作，此时脱扣时间T>电伴热带启动时间2S，故断路器不动作，电伴热带能够正常启动。

根据上述可看出，根据计算电流来选择断路器的额定电流仍能满足要求，这个结论是否有普适性呢？答案是有！具体分析过程如下：

设自限温电伴热带功率为P=a W/m，启动电流Iq=b A/m，电伴热带长为L m。此时电伴热带的计算电流Ie=a*L/U A（U=220V），启动电流Iq=b*L A，不考虑断路器额定电流的级别，默认电伴热带的计算电流Ie为选择断路器的额定电流In，此时启动时断路器的过流倍数n=Iq/In=Ie/In=（ bL）/ （aL/U）=bU/a （U=220V）。由此可见，启动时断路器的过流倍数仅与自限温电伴热带的单位功率与单位启动电流值有关，而与电伴热带的长度无关。通过C型脱扣曲线可知，n≤5时脱扣器动作时间T>2S（电伴热带的启动时间），此时断路器脱扣器不动作，电伴热带能够顺利启动。n>5时，脱扣器动作时间T≤0.02S<2S，此时断路器脱扣器动作，电伴热带无法正常启动，断路器选择时须考虑启动电流。

1.3 研究结论

（1）n≤5时自限温电伴热带断路器的选择过程：

a.根据电伴热带厂家资料确定自限温电伴热带的单位功率a 值与启动电流b 值。

b.通过公式n= bU/a （U=220V）计算电伴热带启动时的过流倍数。

c.通过C型脱扣曲线可知，n≤5时脱扣器动作时间T>2S，此时电伴热带能够顺利启动。

d.根据电伴热带功率计算电伴热带的计算电流。

e.根据计算电流选择断路器。

值得一提的是，目前工艺专业最常用的自限温电伴热带的单位功率P=40W/m，启动电流为Iq=0.5～0.6A/ m，故启动时的过流倍数n=2.75～3.3，查上述断路器的C型脱扣曲线知，n=3时断路器的脱扣动作时间为7S～8S（不同厂家的断路器脱扣曲线稍有差别，差别不大），大于电伴热带的启动时间2S，故断路器不动作，电伴热带能够顺利启动。

（2） n>5时自限温电伴热带断路器的选择过程：

a.根据电伴热带厂家资料确定自限温电伴热带的单位功率a 值与启动电流b 值。

b.通过公式n= bU/a （U=220V）计算电伴热带启动时的过流倍数。

c.通过C型脱扣曲线可知，n>5时，脱扣器动作时间T≤0.02S，此时电伴热带无法正常启动，断路器选择时须考虑启动电流。

方法一：

①根据电伴热带单位功率与单位启动电流计算电伴热带的计算电流与启动电流。

②根据计算电流与启动电流较大者选择断路器的额定电流。

方法二：

①根据电伴热带功率计算电伴热带的计算电流。

②根据电伴热带计算电流选择断路器，但在回路中加装电子自动缓流器（限流器）。

d.方案评价：

方案一：能够保证电伴热带顺利启动，但是选择的断路器额定电流普遍偏大。

方案二：能够保证电伴热带顺利启动，但额外加装限流器增加了投资，且会导致电伴热带启动缓慢。

2 结语

根据自限温电伴热带的特点，须通盘考虑是否要根据启动电流选择断路器。总体来说，自限温电伴热带配电断路器的选择须考虑以下因素：

a.电伴热带的功率与启动电流。

b.电伴热带的启动时间。

c.断路器的特性曲线。

参考文献：

[1]工业与民用配电设计手册[第三版].中国航空工业规划设计研究院等：中国电力出版社，2005.

[2]GB50054-2011.低压配电设计规范.