【電氣設計】電路導體及過流保護器件之間的關係（Relation Between Circuit Conductors and Overcurrent Protective Devices）

在電纜選型的Blog中提過，過流保護器件需要同時滿足的條件（基本公式）如下：

Ib <= In <= Iz                      （1）

I2 <= 1.45 x Iz                      （2）

Ib = Design current
Iz = Cable current carrying capacity (already multiplied by Ca, Cg, Ci).
In = Nominal current rating of protection devices.
I2 = The current rating ensuring the effective operation of the protective device, which is also provided by the manufacturer manuals.

IEC 60364-4-43 中清楚的闡述了各參數之間的關係：

BS7671和香港例書COP也詳細解釋了各參數之間的關係，例如COP Section 9B：

今天重點探討一下兩個公式裏面各個參數的含義以及需要注意的地方。

根據條件式（1）來正確選擇保護設備，必須檢查保護設備的額定電流 In 滿足：

• 高於負載電流（設計電流），以防止意外跳脫；
• 低於電纜載流量（根據環境、敷設條件等修正後的CCC），以防止電纜過載；

公式（2）中1.45Iz 的含義是什麽？西門子電氣安裝技術手冊將1.45Iz 釋義為“最大允許的、時間上受到限制的過載電流，此時會出現短時的超過持續極限溫度，但還不至於引起降低絕緣性能”。簡言之，表征的是絕緣導體的一種特性，即導體可以在“受到限制的時間”（在此將其稱作“導體1.45Iz 過載電流z的安全時間”）內承受1.45Iz 的過載電流而其絕緣性能不降低。這是因為材料熱容的存在，導線发熱與散熱有一個過渡過程，在不超過（或短時超過）導線持續極限溫度且不造成導線絕緣性能降低的情況下，允許短時通過的電流比長期連續負荷時通過的電流大的多。IEC通過試驗測試導線絕緣不會變劣的過載電流值與持續時間的配合關系，結合保護電器的動作特性，最終確定導線承受的過載電流為1.45Iz 。

這樣來看公式（2）就可以理解爲在不超出電路的任何導體最低載流量的1.45倍時，在限定時間内（保護設備的約定跳脫時間）保護設備必須跳脫，從而保證導體不至於過高負載。

公式（2）包含兩層含義，一是保護電器的可靠動作電流不大於1.45Iz ；二是“導體1.45Iz 過載電流的安全時間”不小於保護電器可靠動作的約定時間。

假設設計電流 Ib = 8A，保護開關MCB In = 10A，這時可以選擇的最小載流量的電纜為 Iz = 10A。那麽就要驗證10A載流量是否滿足條件。根據西門子電氣安裝技術手冊的定義，電纜可以承受最大的過載電流應爲 1.45Iz = 14.5A，在這種情況下，出現短時的超過持續極限溫度，但還不至於引起降低絕緣性能。但這種情況不能夠持續進行，保護開關必須有能力跳脫對電纜進行保護。那麽，保護開關的有效操作電流就必須小於14.5A，這樣才能在一定時間内跳脫。而對於MCB斷路器，跳脫電流I2一般都小於1.45倍的額定電流.

• I2 = 1.3In，儅斷路器符合IEC 60947-2時（用於工業用途的斷路器）
• I2 = 1.45In，儅斷路器符合IEC 60898時（用於家用和類似裝置的斷路器）

因此，對於斷路器，儅 In <= Iz 時， 條件式 I2 <= 1.45 Iz 也滿足。

但當保護設備為熔斷器時，還必須驗證條件式（2），因爲IEC 60269-2-1對低壓熔斷器要求1.6倍In電流必須熔斷熔斷器。在這種情況下，條件式（2）變爲1.6In <= 1.45Iz 或 In <= 0.9 Iz。

而對於BS3036熔斷器，要求2倍In電流必須熔斷熔斷器。下圖中也可以發現5A Fuse在電流10A時小於100s就跳脫。15A Fuse在電流30A時小於100s就跳脫。所以在這種情況下，條件式（2）變爲 2In <= 1.45Iz 或 In <= 0.725Iz。也就是例數COP 9B(1)(d)(ii)所講的特例。也就是説對於5A Fuse，正常情況選擇載流量大於5A的電纜就行，但是對於BS3036這種情況，就必須選擇 5A <= 0.725Iz，可以算出電纜的載流量 Iz 至少為6.9A。