關(guān)于低壓斷路器選擇性的討論

孫 彤　 孫 憲

(1.北京中元工程設(shè)計顧問有限公司，北京　100037；　2.中航電科建筑規(guī)劃設(shè)計研究集團有限公司，江蘇 南京　210017)

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關(guān)于低壓斷路器選擇性的討論

孫 彤1孫 憲2

(1.北京中元工程設(shè)計顧問有限公司，北京100037；2.中航電科建筑規(guī)劃設(shè)計研究集團有限公司，江蘇 南京210017)

摘要：分析了低壓斷路器的動作曲線，論述了上下級低壓斷路器間的配合設(shè)置方法，并結(jié)合工程實例，提出了校驗方法，使低壓斷路器具備了良好的選擇性，解決了配電線路保護電器協(xié)調(diào)配合的部分問題。

關(guān)鍵詞：低壓斷路器，動作曲線，選擇性，電流

配電線路保護是供配電設(shè)計的主要內(nèi)容之一，配電線路的保護電器應(yīng)具有選擇性，上下級間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合，現(xiàn)行的兩部標準對此均有論述：GB 50054—2011低壓配電設(shè)計規(guī)范第6.1.2規(guī)定：配電線路裝設(shè)的上下級保護電器，其動作特性應(yīng)具有選擇性，且各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合。非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇性或無選擇性切斷；JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范第7.6.1.2規(guī)定：配電線路采用上下級保護電器，其動作應(yīng)具有選擇性，各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合；對于非重要負荷的保護電器，可采用無選擇性切斷。低壓斷路器作為低壓配電線路最常用的保護電器，其選擇性應(yīng)如何實現(xiàn)，本文對此做一點粗淺的討論。

1低壓斷路器的類型

低壓斷路器有熱磁脫扣器與電子脫扣器兩種。

1)除部分廠家的熱磁脫扣斷路器具有機械式的不太精準的延時設(shè)定外，一般的熱磁脫扣斷路器無法人工設(shè)定延時，其動作曲線如圖1所示。

若要上、下級斷路器間取得良好的選型性，必須使發(fā)生在下級配電線路上的故障由下級斷路器動作切斷該故障線路，而上級斷路器保持不動作。這就需要上級斷路器的動作曲線高于下級的動作曲線，并且滿足：

a.下級斷路器的極限分斷能力Icu大于故障點的最大短路電流——通常為三相短路電流I″；b.上級斷路器的長延時整定電流Ir≥1.2倍的下級斷路器的長延時整定電流；c.上級斷路器的瞬時整定電流Iinst≥1.1倍的下級斷路器的最大短路電流——通常為三相短路電流I″，其中1.1倍為可靠系數(shù)，為使當(dāng)下級配電線路發(fā)生短路故障時，不引起上級斷路器誤動作，如圖2所示。

這是上下級斷路器均為一般的熱磁脫扣斷路器時能夠具有良好選型性的狀態(tài)。但若要上下級斷路器均為一般熱磁脫扣斷路器的配電線路滿足如圖2所示動作曲線的要求，在實際工程中是很難實現(xiàn)的，通常是上級斷路器的瞬時整定電流值小于下級斷路器的最大短路電流值，如圖3所示。

當(dāng)下級配電線路上發(fā)生短路電流超過上級斷路器的瞬時整定電流的情況時，上下級斷路器均有可能動作，使上下級斷路器間失去選擇性。也就是說：當(dāng)下級配電線路處的故障電流大于下級斷路器的動作電流且小于上級斷路器的瞬時整定電流時，下級斷路器動作；當(dāng)下級配電線路處的故障電流大于上級斷路器的瞬時整定電流時，上、下級斷路器都可能動作。

2)電子脫扣斷路器可人為設(shè)置延時，其動作曲線示意圖如圖4所示。

帶人為延時功能的電子脫扣斷路器增加了短延時整定電流Im，同時該斷路器的瞬時整定電流Iinst變大。一般的電子脫扣斷路器的長延時整定電流、短延時整定電流、瞬時整定電流以及延時時間在規(guī)定范圍內(nèi)都是可調(diào)的。可通過將上級斷路器設(shè)置為帶人為延時功能的電子脫扣斷路器來解決一般熱磁脫扣斷路器上下級間無法獲得良好的選擇性的問題。當(dāng)電流在Im～Iinst區(qū)間時，短路器可以延時動作，以躲過下級配電線路故障而引起的上級短路器的瞬動。滿足上級斷路器的瞬時整定電流不小于1.1倍的下級斷路器的最大短路電流的要求，如圖5所示。

2下級低壓斷路器間選擇性校驗

下面以某工程實例來進一步說明如何校驗下級低壓斷路器間的選擇性。

1)選取某寫字樓工程的斷路器動作選擇性校驗中的一部分進行舉例說明，如圖6所示，該工程變電所設(shè)在地下1層，其中一臺變壓器T型號S9，容量630 kVA，電壓10 kV/0.4 kV，D，yn11連接,阻抗電壓4.5%，負載損耗6.20 kW；變壓器低壓出口斷路器Q1的長延時整定電流Ir1=1 000 A；低壓母線m采用銅母線，規(guī)格為3×(80×8)+1×(63×6.3),長度為5 m；變電所低壓出線斷路器Q2的長延時整定電流Ir2=200 A，為2層配電箱供電；其供電線路L2為WDZ-YJV-4×120+1×70電纜,長度為50 m;變電所低壓出線斷路器Q3的長延時整定電流Ir3=250 A，為地下室配電箱供電；其供電線路L3為WDZ-YJV-4×150+1×70電纜,長度為30 m;2層配電箱低壓出線斷路器Q4的長延時整定電流Ir4=100 A，為該層最大出租戶供電；其供電線路L4為WDZ-YJV-4×35+1×16電纜,長度為20 m。

2)首先查詢及計算各元器件參與計算三相短路電流的電阻與電抗。相關(guān)數(shù)據(jù)可從手冊或設(shè)備廠家資料中查詢，如《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》等；變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量可從供電局獲得。本工程變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量S″s=200 MVA，查表可得Rs=0.08 mΩ，Xs=0.8 mΩ;根據(jù)變壓器參數(shù)，查表得RT=2.5 mΩ，XT=11.15 mΩ；根據(jù)低壓母線參數(shù)，查表得單位長度阻抗值為0.031與0.195，乘以母線長度后得Rm=0.031×5=0.155 mΩ，Xm=0.195×5=0.975 mΩ；根據(jù)電纜參數(shù)，查表得線路L2，L3，L4的單位長度阻抗值分別是L2=0.146與0.076，L3=0.117與0.077，L4=0.501與0.080，乘以線路長度后得RL2=0.146×50=7.3 mΩ，XL2=0.076×50=3.8 mΩ；RL3=0.117×30=3.51 mΩ，XL3=0.077×30=2.31 mΩ；RL4=0.501×20=10.02 mΩ，XL4=0.080×20=1.6 mΩ。整理以上數(shù)據(jù)有：

高壓側(cè)系統(tǒng)S″：Rs=0.08 mΩ，Xs=0.8 mΩ;

變壓器T：RT=2.5 mΩ，XT=11.15 mΩ;

低壓母線m：Rm=0.155 mΩ，Xm=0.975 mΩ;

線路L2：RL2=7.3 mΩ，XL2=3.8 mΩ;

線路L3：RL3=3.51 mΩ，XL3=2.31 mΩ;

線路L4：RL4=10.02 mΩ，XL4=1.6 mΩ。

3)然后計算k1～k4點的三相短路電流。

k1點：

∑R=Rs+RT+Rm=0.08+2.5+0.155=2.735mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm=0.8+11.15+0.975=12.925 mΩ。

三相短路電流：Ik1″=230/(2.7352+12.9252)1/2=17.41 kA。

k2點：

∑R=Rs+RT+Rm+RL2=0.08+2.5+0.155+7.3=10.035mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL2=0.8+11.15+0.975+3.8=16.725 mΩ。

三相短路電流：Ik2″=230/(10.0352+16.7252)1/2=11.79 kA。

k3點：

∑R=Rs+RT+Rm+RL3=0.08+2.5+0.155+3.51=6.245mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL3=0.8+11.15+0.975+2.31=15.235 mΩ。

三相短路電流：Ik3″=230/(6.2452+15.2352)1/2=13.97 kA。

k4點：

∑R=Rs+RT+Rm+RL2+RL4=0.08+2.5+0.155+7.3+10.02=20.055mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL2+XL4=0.8+11.15+0.975+3.8+1.6=18.325 mΩ。

三相短路電流：Ik4″=230/(20.0552+18.3252)1/2=8.47 kA。

4)接下來進行上下級斷路器動作選擇性校驗。首先是Q2與Q4的選擇性，已知Q2的長延時整定電流Ir2=200 A，Q4的長延時整定電流Ir4=100 A，可知Ir2>1.2×Ir4，按某斷路器廠家資料熱磁脫扣斷路器的瞬時整定電流Iinst=10Ir±20%，則Q2的瞬時整定電流的最大值Iinst2=2.4 kA，Q4的瞬時整定電流的最大值Iinst4=1.2 kA，之前已計算得到Q4所保護的低壓配電線路L4的短路點k4處的三相短路電流值Ik4″=8.47 kA，該值大于熱磁脫扣斷路器Q2的瞬時整定電流值Iinst2=2.4 kA，也就是說當(dāng)k4點發(fā)生三相短路時，若下級的斷路器Q4與上級的斷路器Q2均為熱磁脫扣斷路器，則上下級斷路器Q2與Q4均可能動作，使配電線路保護無選擇性，同圖3的情況一樣。將上級斷路器Q2改為具有調(diào)節(jié)功能電子脫扣斷路器，將其瞬時整定電流Iinst2調(diào)整為1.1倍的下級配電線路的最大短路電流——三相短路電流，則需Iinst2≥1.1×Ik4″=1.1×8.47=9.31 kA取10 kA，則Iinst2>10 kA，與圖5的情況一樣。

再校驗變壓器低壓出口斷路器Q1與下級斷路器的選擇性。經(jīng)過之前的計算可知斷路器Q1的下級配電線路L2與L3的短路點k2點與k3點的三相短路電流不同，其中Ik2″=11.79 kA，Ik3″=13.97 kA，Ik3″>Ik2″，做選擇性校驗時，取其中三相短路電流最大的k3點進行校驗。已知Q1的長延時整定電流Ir1=1 000 A，Q3的長延時整定電流Ir3=250 A，Ir1>1.2×Ir3，經(jīng)之前計算已得到k3點的三相短路電流Ik3″=13.97 kA，則其上級的斷路器Q1的瞬時整定電流Iinst1應(yīng)不小于1.1倍的下級配電線路的最大短路電流——k3點的三相短路電流，則需Iinst1≥1.1×Ik3″=1.1×13.97=15.37 kA取16 kA,Iinst1>16 kA。

由極限分段能力Icu大于故障點的最大短路電流——三相短路電流I″，可知斷路器Q1的極限分斷能力Icu1大于故障點k1的三相短路電流Ik1″=17.41 kA，取Icu1≥18 kA；斷路器Q2的極限分斷能力Icu2大于故障點k2的三相短路電流Ik2″=11.79 kA，取Icu1≥12 kA；斷路器Q3的極限分斷能力Icu3大于故障點k3的三相短路電流Ik3″=13.97 kA，取Icu1≥14 kA；斷路器Q4的極限分斷能力Icu4大于故障點k4的三相短路電流Ik4″=8.47 kA，取Icu1≥

文章編號：1009-6825(2016)14-0124-03

收稿日期：2016-03-08

作者簡介：孫彤(1977- )，女，工程師；孫憲(1975- )，男，工程師

中圖分類號：TM561

文獻標識碼：A