低壓斷路器級間配合分析

楊 友

（浙江浙大網(wǎng)新機(jī)電工程有限公司，浙江 杭州 310012）

低壓斷路器級間配合分析

楊 友

（浙江浙大網(wǎng)新機(jī)電工程有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，斷路器的科學(xué)應(yīng)用已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的熔斷器的應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)能夠相對穩(wěn)定、安全、高效地運(yùn)行。但是，在電力系統(tǒng)中低壓斷路器級間配合不合理或不科學(xué)等情況的發(fā)生，會使得低壓斷路器的應(yīng)用效果大大降低，導(dǎo)致規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能切斷故障電源，如此可能造成電線損壞、電纜損壞，甚至是大范圍的停電事故。為了避免此種情況的持續(xù)發(fā)生，加強(qiáng)低壓斷路器級間配合調(diào)整與優(yōu)化是非常必要的。本文也出于此目的，對低壓斷路器的選型及低壓斷路器的技術(shù)參數(shù)含義予以分析，進(jìn)而深入探究如何優(yōu)化低壓斷路器級間配合，希望可以使低壓斷路器科學(xué)運(yùn)用，保障電力系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行。

低壓斷路器；配合；整定電流；保護(hù)

作為配電系統(tǒng)中常用的保護(hù)設(shè)備，低壓斷路器普遍應(yīng)用在配電系統(tǒng)中。從理論角度來看，低壓斷路器的科學(xué)選用、合理配級，能夠使低壓斷路器的作用充分發(fā)揮，保障配電系統(tǒng)安全。但實(shí)際情況則不然。在低壓斷路器級間配合方面受到諸多因素的影響，導(dǎo)致低壓斷路器級間配合存在缺陷與不足，相應(yīng)的低壓斷路器在應(yīng)用的過程中將難以按照要求，及時(shí)且有效地保護(hù)配電系統(tǒng)，致使配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)型受到嚴(yán)重影響。所以，加強(qiáng)低壓斷路器級間配合的深入研究，并采取適合的措施予以優(yōu)化至關(guān)重要。

一、低壓斷路器的選型

配電線路是常見且使用最為廣泛的負(fù)載，對配電斷路器而言，分為A類和B類。A類為非選擇型，即斷路器具有過載長延時(shí)、短路瞬時(shí)的兩端保護(hù)特性；B類為選擇型，即斷路器具有過載延長時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬時(shí)的3段保護(hù)特性。目前，國內(nèi)配電系統(tǒng)的設(shè)置主要有4種方式，包括放射式、樹干式、放射與樹干相結(jié)合的混合式、鏈?zhǔn)脚潆姺绞?。不同方式對線路保護(hù)要求及需求不同，加之線路設(shè)置較長，因此通常選用有選擇型保護(hù)電器以滿足其保護(hù)需要。另外，系統(tǒng)末端的線路是直接連接用電設(shè)備的，如若發(fā)生短路或接地故障等情況，需要在第一時(shí)間切斷電路，此時(shí)需要采用非選擇型保護(hù)器?；谝陨戏治雠c說明，配電線路各級保護(hù)器設(shè)置的常用方案為：出于保護(hù)配電線路的考慮，線路首端設(shè)置選擇型斷路器，線路末端設(shè)置非選擇型斷路器，中間采用熔斷器方案。在此方案實(shí)施的過程中，從變壓器低壓側(cè)開始，配電母干線容量在300A以上，那么就需要設(shè)置選擇型斷路器，使其與低壓側(cè)總開關(guān)、主干線開關(guān)相連；干線負(fù)載電流在300A以下，則需要選用熔斷器。而末端電路則采用非選擇型斷路器，對線路予以保護(hù)，必要時(shí)，可以采用熔斷器。由此可以確定，選擇型斷路器和非選擇型斷路器是配電系統(tǒng)首選的保護(hù)設(shè)備，為提高選擇型斷路器和非選擇型斷路器的應(yīng)用性能，在具體進(jìn)行斷路器選擇過程中，一定要注意以下兩方面。

（一）分析電流參數(shù)，合理進(jìn)行斷路器選型

分析斷路器電流參數(shù)，選擇適合的類型，可以大大提高斷路器應(yīng)用性、可靠性、可行性。出于此目的，在分析斷路器電流參數(shù)時(shí)，（1）注意了解使用手冊中沒有規(guī)定的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu）或額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cs），也就是按有效值計(jì)算斷路器的而額定短路通斷能力，確定其是否大于線路可能出現(xiàn)的最大短路電流，從而分析斷路器分?jǐn)嗄芰?，為科學(xué)選型提供條件。（2）從斷路器可靠性和可行性角度出發(fā)，以運(yùn)行分?jǐn)嗄芰χ笜?biāo)為準(zhǔn)，對斷路器的運(yùn)行情況及短路電流通過斷路器的現(xiàn)象進(jìn)行評價(jià)與分析，與此同時(shí)，還要對斷路器額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰κ欠竦扔陬~定極限短路分?jǐn)嗄芰τ枰苑治?，進(jìn)而選擇可靠的斷路器，避免斷路器發(fā)生故障的可能性。（3）從配套經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，對斷路器極限分?jǐn)嗄芰τ枰苑治?，極限分?jǐn)嗄芰υ礁叩臄嗦菲鳎浔Ｗo(hù)投入成本較低。當(dāng)然，出于對斷路器性能的考慮，還要注意選擇較低的框架等級斷路器。

（二）斷路器級間配合電流整定及延時(shí)確定

在配電系統(tǒng)中，斷路器能夠有效應(yīng)用的關(guān)鍵因素是斷路器級間配合良好。為此，在進(jìn)行斷路器選型的過程中，還要考慮斷路器級間配合電流整定及延時(shí)確定方面。通常，為了方便斷路器上下級之間的協(xié)調(diào)配合，配電系統(tǒng)第一級保護(hù)電路，即變壓器低壓側(cè)斷路器應(yīng)具有過載長延時(shí)、短路短延時(shí)保護(hù)特性?；诖?，配電變壓器低壓側(cè)主保護(hù)斷路器的選型，注意以下幾點(diǎn)為準(zhǔn)：

其一，斷路器延時(shí)，那么過電流脫扣器整定電流為KIeb。

其二，短路短延時(shí)過電流脫扣器整定電流為mKIeb。

其三，短延時(shí)過電流脫扣器整定電流大等于配電出線回路中斷路器瞬時(shí)過電流的1.3倍。

其四，瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流大于1.2Ib（Ib表示為出線端單項(xiàng)短路電流）

第二級保護(hù)電路的斷路器應(yīng)具備過載短延時(shí)和短路瞬時(shí)動作及接地故障保護(hù)功能?；诖?，上下級保護(hù)開關(guān)電器采用斷路器應(yīng)符合以下要求，即為：

其一，上級保護(hù)開關(guān)電器采用選擇型斷路器，下級采用非選擇型斷路器，并且保證上級所應(yīng)用的斷路器短路短延時(shí)脫扣器整定電流大等于下級脫扣器整定電流值的1.3倍，上級短路瞬時(shí)脫扣器整定電流大于下級的1.2倍。

其二，上下級保護(hù)開關(guān)電器為非選擇型開關(guān)電器。

二、低壓斷路器級間配合分析

（一）低壓斷路器級間配合分析

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的約束下，對低壓斷路器級間配合提出相關(guān)要求及約束。在此情況下，對低壓斷路器級間配合的相關(guān)方面予以分析，為提出最佳的低壓斷路器級間配合方案提供依據(jù)。

1.低壓斷路器的時(shí)間—電流保護(hù)特性曲線

上文已經(jīng)提及，斷路器主要分為選擇型斷路器和非選擇型斷路器。選擇型斷路器的脫扣器設(shè)有人為短延時(shí)，為滿足額定短時(shí)耐受電流的要求，選用電子脫扣器，其特性曲線如圖1所示；非選擇型斷路器設(shè)無人為短延，同樣是為了滿足額定短時(shí)耐受電流要求，選用熱磁脫扣器。

2.完全選擇性和部分選擇性

通常情況下，上下級斷路器之間是進(jìn)行選擇性配合，如若線路故障，那么靠近故障點(diǎn)的斷路器將先發(fā)生動作，切斷故障部分，如此整個配電系統(tǒng)將不會受到影響，而持續(xù)正常地運(yùn)行。為了深入研究完全選擇性與部分選擇性配合下上下級斷路器應(yīng)用效果，在此假定圖3中斷路器D2發(fā)生短路故障，D1在D2上一級的斷路器。此種情況下，為了達(dá)到D1和D2斷路器之間完全選擇性配合，需要保證D2的下一級出現(xiàn)最大三相短路電流時(shí)D2斷路器分?jǐn)?，D1斷路器保持閉合?；诖耍珼1和D2斷路器需要滿足條件為，即：

1.2IrD2≤IrD1

1.1IkmaxD2＞IinstD1

根據(jù)以上公式，可以獲得關(guān)于D1斷路器和D2斷路器之間完全選擇性配合曲線（參考圖2）。由于線路短路時(shí)所產(chǎn)生的電流較大，那么1.1IkmaxD2＞IinstD1情況下，D1斷路器的脫扣器將啟動，如此很難保證D1斷路器與D2斷路器完全選擇性配合。

3.電流選擇性和時(shí)間選擇性

配電系統(tǒng)中，配電線路如若出現(xiàn)短路的情況，故障電流將隨著故障點(diǎn)遠(yuǎn)離電源且電流量逐漸減少，那么連續(xù)的兩個斷路器將會隨著配電的級數(shù)而下降，這其中包括斷路器額定電流和短路電流。所以，斷路器電流選擇性和時(shí)間選擇性的設(shè)置是非常必要的。電流選擇性主要是通過串聯(lián)斷路器，使其保護(hù)特性曲線偏移，相應(yīng)的下級斷路器的最大短路電流將小于上級斷路器脫扣器整定電流值，如此可以實(shí)現(xiàn)上下級斷路器完全選擇性配合。如若出現(xiàn)下級斷路器出口短路電流未達(dá)到一定短路電流之前就出現(xiàn)了上下級斷路器選擇性配合，此時(shí)將其短路電流稱為選擇性極限電流，其發(fā)生就意味著上下級斷路器不能完全選擇性配合。

通常，生廠商會提供斷路器組合方案，建議用戶使用。如若下級斷路器出口所計(jì)算的短路電流值低于生產(chǎn)商提供方案的選擇性極限電流，那么下級斷路器將能夠?qū)崿F(xiàn)完全選擇性，也就是對配電線路中出現(xiàn)的各種短路電流予以分?jǐn)?。反之，下級斷路器只能?shí)現(xiàn)部分選擇性。因此，相關(guān)工作人員在設(shè)計(jì)和設(shè)置下級斷路器時(shí)一定要注意這一點(diǎn)。

4.斷路器選擇性與斷路器保護(hù)動作靈敏性間的關(guān)系

基于相關(guān)理論，確定斷路器保護(hù)線路末端最小短路電流與接地保護(hù)的斷路器脫扣器整定電流之比為：

在獲得上級斷路器與下級斷路器的完全動作選擇性，假若不考慮時(shí)間選擇性，瞬時(shí)或短延時(shí)脫扣器整定電流將大于等于下級斷路器出口側(cè)最大短路電流，利用等式表示為：

由此可以以確定，非選擇型斷路器與非選擇型斷路器之間配合，其動作靈敏性將會受到影響，且在滿足斷路器動作靈敏性要求之下，兩個非選擇型斷路器是不可能實(shí)現(xiàn)完全選擇性的。因此，在進(jìn)行低壓斷路器級間配合的過程中，一定要注意這一點(diǎn)，避免低壓配電系統(tǒng)中所設(shè)置的上下級斷路器存在不合理的情況，使斷路器應(yīng)用效果受到影響。

5.上下級低壓斷路器過電流保護(hù)的配合

在低壓配電系統(tǒng)中，上一級斷路器為選擇型斷路器，那么下一級斷路器可以選用選擇型斷路器或非選擇型斷路器。如此，在低壓配電系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，上級斷路器將會做延時(shí)動作，下級斷路器發(fā)揮分?jǐn)嗄芰Α．?dāng)然，要想達(dá)到此目的，在設(shè)計(jì)上下級斷路器過電流保護(hù)的配合過程中，一定要注意以下幾點(diǎn)。

（1）控制下級斷路器出線端的最大三相短路電流。通過上級斷路器的瞬時(shí)過電流如若超出其脫扣器整定電流，那么上級斷路器將會受到影響，導(dǎo)致其延時(shí)動作緩慢，相應(yīng)的下級斷路器的應(yīng)用效果將會降低。為了避免此種情況的發(fā)生，無論設(shè)置下級斷路器為非選擇型斷路器還是選擇型斷路器，都要控制其出線端的最大三相短路電流，保證最大三相短路電流的1.1倍，依舊小于上級斷路器的脫扣器整定電流。

（2）根據(jù)應(yīng)用需要，決定設(shè)置下級斷路器為非選擇型斷路器，那么需要檢測下級斷路器保護(hù)回路時(shí)，短路電流通過斷路器，其瞬時(shí)動作靈敏度，如若下級斷路器的瞬時(shí)動作依舊靈敏，可以選用非選擇型斷路器。還需要注意的是，保證上級斷路器的短延動作時(shí)，其脫扣器整定地電流大等于下級斷路器脫扣器電流的1.2倍。

（3）下級斷路器設(shè)為非選擇型斷路器，那么注意要做好上下級斷路器的配合。參考圖3，在線路處于過載狀態(tài)，那么B斷路器熱動性脫扣器將會啟動，A斷路器不會發(fā)生延時(shí)動作。預(yù)定時(shí)間后，B斷路器將會分?jǐn)嗯潆娋€路，A斷路器處于閉合狀態(tài)，那么上下級斷路器長延時(shí)脫扣器電流相差倍數(shù)為1.3倍，此時(shí)上下級斷路器配合良好。如若線路處于短路狀態(tài)，理論上AB斷路器配合動作的幾率在50%，如此不推薦此種方式。

（4）一些框架斷路器帶有接地故障保護(hù)功能，也就是采用剩余電流保護(hù)方式，降低斷路器的脫扣器整定電流，使得上級斷路器難以與下級斷路器進(jìn)行配合保護(hù)。為了使上級應(yīng)用的帶有接地故障保護(hù)功能的斷路器與下級斷路器良好配合，需要合理地選擇配合方式，如時(shí)間級差配合方式或漏電電流級差配合方式等。正確且合理的配合上下級斷路器，斷路器的延時(shí)時(shí)間將得到有效控制，使得整個斷路器都處于良好的應(yīng)用狀態(tài)。

（二）低壓配電系統(tǒng)斷路器選擇性保護(hù)的具體實(shí)施要點(diǎn)

1.科學(xué)設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，合理分配負(fù)荷

在當(dāng)前人們生產(chǎn)生活用電需求不斷加大的情況下，為了使配電系統(tǒng)可以長期安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，在對配電系統(tǒng)予以設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)注意適當(dāng)?shù)姆峙潆娏υO(shè)備負(fù)載，尤其是上下級斷路器負(fù)荷。也就是基于滿足保護(hù)器額定電流比的要求，分析上下級斷路器負(fù)荷比的最大值，科學(xué)設(shè)置上下級斷路器負(fù)荷，以便后續(xù)電力系統(tǒng)故障時(shí)，上下級斷路器可以進(jìn)行選擇性地保護(hù)，從而有效保護(hù)配電系統(tǒng)，使配電系統(tǒng)依舊可以正常運(yùn)行。

2.斷路器保護(hù)的選擇性方式的一般要求

按照《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求來進(jìn)行配電系統(tǒng)中斷路器的設(shè)置，主要是采用選擇性方式，如此可以在配電線路短路故障情況發(fā)生時(shí)，與之最近的斷路器發(fā)揮分?jǐn)喙δ?，從而有效保護(hù)配電系統(tǒng)。出于此目的，在電源端應(yīng)當(dāng)注意設(shè)置總配電盤。在總配電盤的設(shè)置下，需要配備高分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲鳎绱嗽诳刂瓶傠娫吹倪^程中，任何一個配電線路出現(xiàn)故障，總配電盤將支配斷路器進(jìn)行選擇性保護(hù)，降低短路延時(shí)，縮短故障范圍。在設(shè)置末端配電時(shí)，因末端配電線路的電流較小，即便出現(xiàn)線路短路的情況，產(chǎn)生的短路電流也相對較小，因此直接將斷路器與用電設(shè)備連接，就能夠?qū)Χ搪冯娏饔枰郧袛?，保護(hù)用電設(shè)備不會受到短路電流的破壞。

配電系統(tǒng)部分配電箱進(jìn)線開關(guān)方面，最好采用負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)。低壓配電級數(shù)太多將會給開關(guān)的選擇性動力帶來影響，因此變壓器二次側(cè)到用電設(shè)備之間的低壓配電級數(shù)在三級或三級以下，那么與之相連的斷路器的分?jǐn)喙δ軐艿较拗?，選擇性保護(hù)程度也受到限制。為了保證配電系統(tǒng)一直處于安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的狀態(tài)，容易受到配電線路故障影響的部分配電箱內(nèi)進(jìn)線上的開關(guān)應(yīng)當(dāng)采用負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)，如此不僅可以有效防護(hù)配電箱，避免其受到故障的影響，還能在用電設(shè)備維修、檢修的過程中，隔離電源。除此之外，于部分脫扣器電流參數(shù)及時(shí)間可調(diào)的斷路器，需設(shè)置適當(dāng)?shù)募夹g(shù)參數(shù)，確保實(shí)現(xiàn)最大范圍的選擇性。

結(jié)語

在當(dāng)前我國大力發(fā)展電力事業(yè)的今天，為了滿足廣大人民群眾生產(chǎn)生活的用電需要，應(yīng)當(dāng)要科學(xué)地設(shè)置配電系統(tǒng)，尤其是低壓斷路器級間配合方面。低壓斷路器級間配合中如若考慮的不周全或級配不合理等情況存在，會影響斷路器的應(yīng)用，使得斷路器在配電系統(tǒng)故障時(shí)難以及時(shí)且有效地保護(hù)用電設(shè)備或電源，使得配電系統(tǒng)運(yùn)行無法正常進(jìn)行。所以，在對配電系統(tǒng)中低壓斷路器進(jìn)行級配的過程中，一定要綜合分析低壓斷路器級間配合相關(guān)方面，如上下級斷路器的脫扣器整定電流、上下級低壓斷路器過電流保護(hù)的配合等，從而科學(xué)地進(jìn)行低壓斷路器級間配合，提高低壓斷路器的應(yīng)用性。

［1］范永輝.如何正確選擇低壓斷路器［J］.電氣制造，2010（5）：50-52.

［2］韓菁.淺析智能GIS設(shè)備斷路器及低壓斷路器選型的相關(guān)問題［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2014（15）：178-178.

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