低壓配電線路設(shè)計(jì)中斷路器的選擇方法

朱威

（湖北宏源電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司 湖北 武漢 430000）

摘 要：低壓斷路器的配置要根據(jù)不同場所的負(fù)載、配電線路進(jìn)行選擇，從而科學(xué)匹配出各配電線路的多段保護(hù)功能的斷路器，保護(hù)好線路負(fù)載。本文就低壓配電線路的斷路器選擇方法進(jìn)行了探討，根據(jù)2011版的《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB50054 -2011）來設(shè)計(jì)和選擇斷路器的配置。

關(guān)鍵詞：《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》；斷路器；過負(fù)荷；選擇方法

引言

人類自從發(fā)明了發(fā)電機(jī)以后，各種電氣設(shè)備就已經(jīng)離不開電。在眾多家電和電氣設(shè)備的適應(yīng)下，使得供配電系統(tǒng)中的低壓配電線路成為一個(gè)專業(yè)問題。目前在供配電系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)配電線路事故問題，其概率超過輸電線路事故概率很高。所以，在供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝時(shí)，就需要注重線路保護(hù)器件的選擇，通過配電線路的良好設(shè)計(jì)來保護(hù)好電器，減少配電線路事故不發(fā)生，保護(hù)好線路，避免電氣火災(zāi)引發(fā)的傷亡事故。當(dāng)前的《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB50054 - 2011） 中已經(jīng)對電氣行業(yè)的低壓配電設(shè)計(jì)做出了新的規(guī)定和要求，包括了線路絕緣等級、等電位聯(lián)結(jié)、線路導(dǎo)體截面面積等。本文認(rèn)為進(jìn)行低壓配電設(shè)計(jì)，必須要做好配電線路保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，對電器的整定值進(jìn)行嚴(yán)格的審查，這樣才能確保配電線路事故中的地源切斷及時(shí)正確，避免配電線路事故的發(fā)展。

1.配電線路保護(hù)規(guī)定

新版《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（后文簡稱《規(guī)范》）和舊版的設(shè)計(jì)規(guī)范中的接地故障保護(hù)的防間接接觸內(nèi)容相同，只是在新版的《規(guī)范》中獨(dú)立設(shè)置了電氣裝置電擊防護(hù)的章節(jié)。對配電線路對電器動(dòng)作的選擇保護(hù)上也有強(qiáng)調(diào)，即對上級和下級的協(xié)調(diào)配合要準(zhǔn)確。當(dāng)發(fā)生配電線路故障時(shí)，保護(hù)電器須要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)及時(shí)準(zhǔn)確完成相應(yīng)動(dòng)作，并在正常狀態(tài)下確保不應(yīng)動(dòng)作。此外，保護(hù)電器還需要能夠有判斷能力，及時(shí)判別出短路電流故障。

2.低壓線路中斷路器的選擇

2.1根據(jù)配電線路選擇斷路器

在配電斷路器中，最廣泛的負(fù)載是配電線路，共有兩種，A類與B類。前者是非選擇型，后者是選擇型。對于A類斷路器，其特性是過載長延時(shí)、短路瞬時(shí)兩段保護(hù)；B類斷路器的特性是過載長延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護(hù)。低壓配電線路的配電線路系統(tǒng)有4種配電方式，分別是：放射式、樹干式、混合式（放射與樹干結(jié)合）、鏈?zhǔn)健τ谙到y(tǒng)干線長的樹干式或混合式配電，一般要選用B類斷路器。因?yàn)樵谙到y(tǒng)末端線路上會直接連接用電器，此時(shí)一旦用電器突然發(fā)生短路或接地故障，就要采取最快的切斷電路措施，此時(shí)需要選擇A類斷路器，在必要情況，也可以選用熔斷器。低壓配電線路選擇斷路器方案較為合理的是在首端采用B類斷路器，中間是熔斷器，末端選用A類斷路器。

在放射式配電線路中，母干線容量超過300A，此時(shí)需要選用B類斷路器安裝在低壓側(cè)總開關(guān)、主干線開關(guān)處；當(dāng)母干線供電負(fù)載電流在300A內(nèi)，就選用熔斷器；而對于直接為單臺用電設(shè)備配電的變電所低壓配電盤，則選用A類斷路器，這樣就能可靠地切斷干線首端故障。干線二級保護(hù)器一般會采取的保護(hù)設(shè)置是熔斷器。當(dāng)干線負(fù)載超過400A，此時(shí)的保護(hù)就需要由B類斷路器來承擔(dān)。對于線路末端上一級則采用熔斷器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)用電設(shè)備不多時(shí)，突然的斷電不會帶來太大的影響，此時(shí)就可以選用A類斷路器。在多級配電線路的中間級，要選擇熔斷器，這是因?yàn)槿蹟嗥骶邆淞己玫目蛇x擇性、較強(qiáng)的限流特性、較高的分?jǐn)嗄芰?、微秒級的分?jǐn)鄷r(shí)間等特點(diǎn)，并且價(jià)格低，物體體積小，更適合多級配電線路的保護(hù)。

（1）短路保護(hù)設(shè)置

在低壓配電系統(tǒng)中，如何校驗(yàn)導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性要根據(jù)計(jì)算公式①來選擇相應(yīng)的短路保護(hù)裝置，從而確保短路電流的熱效應(yīng)燒損導(dǎo)體和連接件前能夠切斷回路。

公式①：

導(dǎo)體線芯截面—S（mm2）；通過保護(hù)電器的短路電流—Ⅰ（A）；自動(dòng)切斷電流時(shí)間——t（s）；常數(shù)——k，其取值可以在《規(guī)范》中的表A0.2——0.6中選擇。

在短路時(shí)間在5s內(nèi)，適用公式①，然而短路時(shí)間在0.1s類，就須要計(jì)入短路電流初始非周期分量，需要通過K2S2>I2t公式計(jì)入，這是因?yàn)槎搪烦跗诜侵芷诜至繒矶搪冯娏鳠嵝?yīng)，為了保證絕緣導(dǎo)體在切斷電流前能承擔(dān)這個(gè)熱效應(yīng)。其中的I2t是制造商允許通過能力值。

（2）過負(fù)荷保護(hù)設(shè)置

過負(fù)荷電流會使得導(dǎo)體升溫，從而損傷導(dǎo)體絕緣層、接頭以及端子等，所以，繼電保護(hù)裝置必須要在損傷這些設(shè)備前能將電源切斷；此外，過負(fù)荷保護(hù)還能當(dāng)作信號，在過負(fù)荷斷電帶來嚴(yán)重后果時(shí)不能切斷電路。在新《規(guī)范》中，對于計(jì)算過負(fù)荷保護(hù)的斷路器整定電流和動(dòng)作特性的式子為：

公式②：IB≤Iset1≤IZ（配電線路計(jì)算電流——IB，A；長延時(shí)脫扣器的整定電流——Iset1，A；允許持續(xù)載流量——IZ，A）

公式③：I2≤1.45IZ（約定動(dòng)作電流——I2，A；允許持續(xù)載流量——IZ，A）

這兩個(gè)電流限定可以保障斷路器的可靠操作，是以標(biāo)準(zhǔn)GB14048. 2 - 2008為依據(jù)，當(dāng)約定時(shí)間結(jié)束時(shí)，需要升到整定電流值的1. 3 倍，從而成為約定脫扣電流。再將公式③轉(zhuǎn)化得到：1.3Iset1≤1.45IZ和Iset1≤1.11IZ。通過計(jì)算可以得到低壓斷路器的過負(fù)荷保護(hù)需要滿足公式②。

（3）間接接觸保護(hù)設(shè)置

對于預(yù)期接觸電壓限值50V的地方，會用到I 類設(shè)備，一旦有弱電導(dǎo)體和外露導(dǎo)電部分的故障時(shí)，此時(shí)的預(yù)期接觸電壓會超50V，就需要一個(gè)能超過50V的間接防護(hù)電器，并及時(shí)切斷回路電源，避免故障損害人的身體。而間接接觸防護(hù)電器的使用需要和室內(nèi)的各導(dǎo)電體進(jìn)行電位聯(lián)結(jié)，并有整定電流和動(dòng)作特性方面的設(shè)置要求，具體的要求和規(guī)定如下：

TN系統(tǒng)的間接接觸防護(hù)電器設(shè)置。根據(jù)公式④：ZSIA≤UO可以得到間接接觸保護(hù)斷路器的動(dòng)作特性。故障回路總阻抗——ZS（Ω） ；規(guī)定時(shí)間內(nèi)保護(hù)斷路器切斷故障回路電流——Ia（A）；標(biāo)稱相對地電壓——UO（V）。公式④里面難以直接確定的規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路電流值（Ia），可以將該公式經(jīng)過轉(zhuǎn)換從而得到 ，即Ia≤Id。其中的Id是接地短路電流。保護(hù)電器有長延時(shí)和瞬時(shí)脫扣器設(shè)置的，此時(shí)的接地保護(hù)需要用到瞬時(shí)過電流脫扣器，而接地短路電流不低于斷路器的瞬時(shí)脫扣電流的1.3倍，即Id≥1.3Iset3，否則不能滿足公式④的條件。

TN 系統(tǒng)間接接觸保護(hù)斷路器切斷故障回路時(shí)間規(guī)定：供給固定式設(shè)備末端回路和普通配電線路在5s內(nèi)，而手持式或移動(dòng)式的切斷時(shí)間要根據(jù)標(biāo)稱電壓值進(jìn)行規(guī)定，具體如表A。

TT系統(tǒng)間接接觸保護(hù)斷路器設(shè)置。首先，根據(jù)公式⑤：RAIa≤50V，得出TT系統(tǒng)的間接接觸保護(hù)斷路器的動(dòng)作特性。公式⑤里面的外露可導(dǎo)電部分接地電阻與PE線電阻和是回路總電阻——RA（Ω），規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路的電流——Ia（A）。在設(shè)計(jì)TT系統(tǒng)的間接接觸保護(hù)斷路器時(shí)，會對外露可導(dǎo)電部分的接地電阻進(jìn)行詳細(xì)說明，PE線較短，忽略其電阻，從而確定出了規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路電流。需要將TT 系統(tǒng)里面的故障回路電流瞬時(shí)切斷，所以需要設(shè)計(jì)剩余電流動(dòng)作，以此保護(hù)用電電器。

IT系統(tǒng)的間接接觸保護(hù)斷路器設(shè)置。對于IT 系統(tǒng)的第一次接地故障，需要通過公式⑥：RAId≤50V，得知其間接接觸保護(hù)斷路器的動(dòng)作特性條件，此時(shí)的Id是第一次故障接地電流。

3.總結(jié)

綜述，選擇低壓配電線路的斷路器，必須以新版的《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇方法要滿足相關(guān)要求，根據(jù)條件和計(jì)算公式得到對應(yīng)的間接接觸保護(hù)斷路器的動(dòng)作特性、規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路的電流等，匹配出合理的斷路器保護(hù)性能，從而確保斷路器保護(hù)設(shè)置能夠保持最好的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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