無熔絲開關特性曲線

[原開關與走線配置圖]

在上面的配置圖中，我計算22mm平方的銅纜100m的阻抗是0.0818歐姆(20度C)，所以距離10m(迴路20m，從電錶到家裡總開關)，不過前面電錶到22KV台電變壓器還有約20m(迴路40m)，總阻抗約為0.04098歐姆，以電壓220Vac算，求得最大短路電流約為5368A，我家裡實測電壓值約為229Vac，那用230Vac計算，則最大短路電流5613A，也就是總開關箱發生短路時，最大短路電流(Ic)約5.7kA(220Vac)或2.8kA(110vac)，事實上的值應該還會再低一些！所以用Ic=10kA的無熔絲開關已相當足夠。




[士林電機 BHU 100A, 10kA, 熱動+電磁式]


[富士 F102B, 75A, 10kA, 熱動+電磁式]

我原本用的士電 BHU 開關和富士 F102B相比，可以發現不論是多少倍的額定電流下，也不論是最慢跳(max)或最快跳脫時間(min)，富士 F102B都比士電 BHU來得快上許多，舉例來說：

1. 當發生超載的時候，若電流增至額訂的兩倍，那這時候富士F102B最快不到20秒就跳脫，最慢則2分鐘跳脫；士電 BHU最快要20秒鐘，最慢則高達8分鐘才跳脫。

2. 當瞬間短路發生時，若電流瞬間是額定15倍(以75A的15倍為1.1kA短路電流，家裡不論是110或220Vac都可高過於此)，那這時候富士F102B最快0.01秒跳脫，最慢約0.03~0.5秒跳脫，且當短路電流大於15倍時，最慢都會在0.02秒內被截斷；而士電 BHU則是於15倍時最快0.01秒，最慢則高達0.75秒；不要小看這不到1秒間的差距，在電流1.1kA的時候，假設線路阻抗0.1歐姆以下，功率可是高達100kW左右，快0.5秒就少掉一半了功率做功發熱，甚至引起失火了。

不過並不是說士林電機的開關不好，以BHU 100A來說，最慢20倍額定電流截斷，約是2kA，一般家庭的用電在總開關的地方約有3.5~7kA(220Vac)、1.7~3.5kA(110Vac)的短路電流，220Vac的地方已經有瞬間截斷的能力了，110Vac的地方，通常都有15A或20A小開關(對15A或20A來說已經是100倍額定電流)，也會更早截斷，總開關只是第二重的保護，使用75A開關代替100A開關也會稍微提早截斷速度，我只是提了更高的標準來確保跳速度，另一方面也是讓總開關的箱的開關確保能提早比錶後開關先跳脫，除去下去地下室重新啟動錶開關的麻煩！



[新開關與走線配置圖]


再來就是冷氣分路的部分了！冷氣的分路，在不管是發生超載電流或是短路電流的時候，也都應該要比總開關先跳脫，我家會發生短路電流時，全家的開關都沒跳脫，反而卻靠地下室錶後開關跳脫保護實在是真的太誇張。

超載電流的部分，我想應該不會有太大的問題，基本上特性曲線再差，小開關還是會比大開關先跳脫，假設超載電流達到60A，對30A開關來說已經是兩倍額定電流，但100A開關卻還不到滿載，問題始會再發生瞬間短路的時候，就有可能因特性曲線不同，大開關反而比小開關早跳脫了！我家可能就是個例子！



[士林電機 BHU 30A, 10kA, 熱動+電磁式]


從圖中可看出50A以下的士林電機家用配電盤用的熱動+電磁式開關，對於短路電流可能是比較不靈敏的，到30倍額定電流(相當於100的10倍)，最慢跳脫時間可能達0.15秒，和士林電機 BHU 100A, 10倍額定電流最慢跳脫時間差不多，所以相對之下並沒有因為開關額定值小，得到太多的便宜。

所以為了改善這個狀況，不要讓冷氣的分路在發生短路電流的時候，變得沒有較總開關更快速的截斷速度(這樣真的很糟，一發生短路，全家就面臨停電，萬一電腦在被份重要資料...)，我終於找到了可以更快跳脫的小容量開關--工業用型；我找的富士SA52RC這一顆工業用的開關來替代士林電機 BHU 50A那一顆。將原本50A縮為40A是因冷氣一台最大18A(冷氣額定16.7，暖氣額定13.7A)，兩台最多36A，且為變頻冷氣峰值最大負載狀況，美國電工法規NEC440.51也寫到無熔絲開關作為短路保護裝置不得超過壓縮機額定電流之125%，那麼40A會是比之前用50A更為合適。

冷氣分路這邊拉了14mm平方的電纜約10m距離(迴路20m)，阻抗0.129/5=0.0258歐姆(20度C)，加上前面迴路阻抗，加總等效阻抗約為0.0258+0.04098=0.06678歐姆，最大短路電流230/0.06678=3444A(Ic)，而實際值應會低於計算理論值，SA52RC短路電流承受值Ic=25kA在這也完全沒問題！！


[NEC 440.51]


[富士 SA52RC, 40A, 10kA, 全電磁式]


富士 SA52RC是全電磁式的工業用開關，工業用開關少了熱動的趨力，在過載保護上是遜於熱動+電磁式的士林電機開關，但是它的短路電流敏感度卻相對高了，從上圖可看出40A的款在13倍電流就可以很快的從最慢1秒跳脫縮減到最慢0.06秒跳脫，而最快0.02秒的跳脫時間比起士林電機BHU 30A的10被電流降到8倍。整體來說，如果所有的曲線完全能相信，那麼就可以確定它冷氣的迴路上發生短路電流的時候，可以比總開關富士的F102B更快的跳脫了。但為什麼那兩個30A的士林電機開關BHU 30A我不也一起換成這顆30A的款呢！？剛提了SA52RC的開關對於過載保護速度在6倍電流以下，速度是慢於熱動+電磁式，所以那兩顆還是得保留下來，保護萬一是發生過載的狀況。



[不同的開關溫度變異補償圖]


許多無熔絲開關特性曲線，都是在環境溫度40度C測得(歐規有些是30度)，實際應用時得自行依狀況斟酌，但是考慮一般大多狀況環境20度的時候，不同的開關可能有不同的溫度變異補償係數，當越冷的時候跳脫時間會有越慢的傾向，但從上二圖可發現，有的開關溫度變異是很大的(可慢達2倍時間)，在考量的時候必須把溫度補償也考慮進去。

至於那兩顆士林電機BHU 30A分別給兩台冷氣機的，我還在考慮是否要降成20A規格的開關，來提高過載跳脫時間，因為冷氣宣稱的最大電流是18A，過去幾年夏天我實際用電流勾錶monitor的狀況也極少有超過15A的狀況，目前能確定的是變頻冷氣不會有瞬間6倍啟動電流的問題，只是不確定電流較長時間(每次開機約30min~1hr)的接近開關額定值，對於開關的壽命或是reliability是否會有影響，等我在研究看看，確定了再說吧！



[冷氣Label]


後記：

許多玩音響的人，很喜歡大搞音響的供電專線，也不斷地鼓吹大容量的的線徑和無熔絲開關的好處(很多都是用非常的Ic值的巨型開關)，當然這些線路上的改善不可否認的帶來相當不錯的好處，我在這次替換中也感受到了，或許是看少有人從用電安全的角度來提吧，或是單純迷信進口品牌品質就一定是好等觀念，以為進口開關就是比國產的跳脫速度快，或是比較安全，而沒有就開關的特性上去了解，這邊我就順便提醒一下了！

在裝置音響的專線的時候，整個專線分路的總開關，使用大Ic值的工業型開關是沒有問題的，有很大的容線空間去裝很大條的水管電纜，也有非常優秀的短路電流保護能力，但是進到設備的前的最後一個小開關，非常的建議還是使用"熱動+電磁式"這種家用配電盤規格的，不是工業用的開關沒有"熱動+電磁式"，是有恐怕也沒有人去比較過特性曲線在超載保護的跳脫時間，固然絕大多數的高級音響設備都配有自己的保險絲，但不是每個人都會去確認音響當中的每個設備都有獨自保險絲，當沒有保險絲保護的時候，過載狀況就要依賴無熔絲開關了！保險絲是相當好的過載保護裝置，大多的品牌保險絲也都有各國安規認證，非常的可靠，不過也有許多人為了音質去任意加大，這在安全考量上非常不好，而實際生活中過載的狀況會比短路的狀況容易發生，設備老化通常是漸進的過載，而過載慢慢融毀的狀況，時間拉長又容易成為失火的主因(譬如當線路附近的塑膠外殼或配件等防火等級不足時，高溫引發燃燒)，音響這些東西都是很貴的玩具啊！希望玩高級玩具的朋友們都玩得開心，也要用的安全。

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無熔絲開關的相關安規標準

IEC/ EN 60898
Electrical accessories. Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations. Circuit-breakers for a.c and d.c. operation

IEC 60947
Low-voltage switchgear and controlgear

UL 489
Molded-Case Circuit Breakers, Molded-Case Switches and Circuit-Breaker Enclosures

UL 1077
Standard for Supplementary Protectors for Use in Electrical Equipment

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