邢 悅
北京市電力公司,北京 100031
低壓斷路器作為低壓線路保護(hù)的常用設(shè)備,其選擇和設(shè)置在低壓線路保護(hù)中發(fā)揮著重要的作用,隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展,對于低壓用戶供電可靠性要求的不斷提高,正確的選擇和設(shè)置低壓斷路器變得越來越重要。斷路器保護(hù)設(shè)置的正確可有效的保護(hù)線路隔離故障,而不恰當(dāng)?shù)倪x擇和設(shè)置對設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行就會存在一定的隱患并造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。因此正確的選擇低壓斷路器并進(jìn)行正確的設(shè)置對低壓線路保護(hù)起著重要的作用。
在低壓配電線路發(fā)生接地或相間短路故障的情況下,為防止人員因間接接觸帶電體而導(dǎo)致人身傷害或者因線路短路發(fā)熱導(dǎo)致線路絕緣損壞,甚至發(fā)生火災(zāi),低壓配電線路應(yīng)裝設(shè)間接接觸防護(hù)(故障防護(hù))、過負(fù)荷保護(hù)和短路保護(hù),用以隔離故障或發(fā)出報(bào)警[1]。
過負(fù)荷保護(hù)電器應(yīng)在回路導(dǎo)體的負(fù)荷電流引起導(dǎo)體的溫度上升對線路絕緣、端子、接頭和線路導(dǎo)體周圍的物質(zhì)造成破壞之前,切除該負(fù)荷電流。對于因?yàn)檫^負(fù)荷而導(dǎo)致突然停電,引起更為嚴(yán)重后果的電氣線路,如用于消防水泵的線路等,其過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)動作于信號,而不應(yīng)斷開電源。
短路保護(hù)電器應(yīng)在接地短路或相間短路電流對線路及線路連接處產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)力造成破壞之前切斷該短路電流,其分?jǐn)嗄芰Σ坏眯∮谄浒惭b處的預(yù)期短路電流。如果上級電源已裝有所需分?jǐn)嗄芰Φ谋Wo(hù)電器,則本側(cè)保護(hù)電器的分?jǐn)嗄芰尚∮陬A(yù)期短路電流,但本側(cè)與電源側(cè)保護(hù)電器必須配合,并且滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)的要求。另外保護(hù)電器在線路任一點(diǎn)短路引起的電流,使導(dǎo)體達(dá)到允許極限溫度之前應(yīng)分?jǐn)嗑€路[2]。
低壓配電線路的保護(hù)配置應(yīng)滿足上下級保護(hù)動作具有選擇性,各級之間要求在故障時,靠近故障點(diǎn)的保護(hù)電器先動作,切斷故障電路,確保停電范圍最小。但對于非重要負(fù)荷,允許無選擇性切斷。對于電動機(jī)、起重機(jī)、電焊機(jī)、整流器等用電設(shè)備的末端線路保護(hù)還應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)與普通線路差異化對待。
過負(fù)荷保護(hù)電器的動作特性應(yīng)滿足以下條件
式中ICn——回路計(jì)算電流,A;
IZ——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量,A;
IN——斷路器額定電流,A;
I2——保證斷路器可靠動作的電流,A;
Iset1——長延時過電流脫口器整定電流,A;
2.2.1 常規(guī)低壓配電線路
(1)斷路器額定電流,即斷路器殼架電流IN為:
(2)反時限(長延時)過電流脫口器整定電流(Iset1)為:
(3)定時限(短延時)過電流脫口器整定電流(Iset2)。其用于保證各級保護(hù)裝置間動作的選擇性,要求如下:
式中Iset2——定時限(短延時)過電流脫口器整定電流,A;
Kset2——低壓斷路器定時限(短延時)過電流脫扣器的可靠系數(shù),可取1.2;
IstM1——線路所帶負(fù)荷中最大一臺電動機(jī)的啟動電流,A;
IC(n-1)——線路中除最大的一臺電動機(jī)以外的所帶負(fù)荷的計(jì)算電流,A;
定時限(短延時)過電流脫扣器的整定時間通常有0.1、0.3、0.6 s 等幾種,根據(jù)需要選擇配合關(guān)系,時間極差一般在0.1 至0.2 s。
(4)瞬時過電流脫口器整定電流(Iset3)。其主要用于快速切除故障,要求如下:
其整定電流值應(yīng)躲過配電線路的沖擊(尖峰)電流。
式中Iset3——瞬時過電流脫口器整定值,A;
Kset3——瞬時過電流脫扣器的可靠系數(shù),一般可取1.2;
I’stM1——線路所帶負(fù)荷中最大一臺電動機(jī)的全啟動電流,A,它包括交流周期分量和直流非周期分量,對于一般的低壓籠型電動機(jī),可取其啟動電流的2 ~2.5 倍;
IC(n-1)——線路所帶負(fù)荷中除最大的一臺電動機(jī)以外的負(fù)荷計(jì)算電流,A;
為滿足被保護(hù)線路上下級間選擇性的要求,上級選擇型低壓斷路器瞬時過電流脫扣器的整定值應(yīng)大于下一級保護(hù)電器所保護(hù)線路的最大短路電流。
2.2.2 照明線路
對于照明線路其反時限和瞬時過電流脫扣器的整定電流應(yīng)分別滿足如下要求:
式中IC——照明線路的負(fù)荷計(jì)算電流,A;
Kset1、Kset3——低壓斷路器反時限(長延時)和瞬時過電流脫扣器的可靠系數(shù)。Kset1一般取1,Kset3對于鹵鎢燈和LED 等取10 ~12,對于熒光燈和高壓鈉燈及金屬鹵化物燈取3 ~5。
2.2.3 電動機(jī)末端回路
電動機(jī)主回路應(yīng)采用電動機(jī)保護(hù)用低壓斷路器。其瞬時過電流脫扣器的整定值與長延時(反時限)脫扣器整定值之比(瞬時電流倍數(shù))宜為14 或10 ~20可調(diào)。
當(dāng)采用定時限(短延時)過電流脫扣器作保護(hù)時,整定值宜躲過起動電流周期分量最大有效值,延時不宜小于0.1 s。
瞬動脫扣器的整定值應(yīng)為電動機(jī)啟動電流的2 至2.5 倍。反時限(長延時)脫扣器用作后備保護(hù)時,其整定值應(yīng)滿足相應(yīng)的瞬動脫扣器整定值為電動機(jī)啟動電流2 至2.5 倍的條件,對于籠型電動機(jī)直接啟動時應(yīng)符合下式要求:
式中Iset——反時限(長延時)脫扣器整定值,A;
IrM——電動機(jī)額定電流,A;
Ist——電動機(jī)啟動電流,A;
KLR——電動機(jī)啟動電流倍數(shù);
Kins——斷路器瞬時電流倍數(shù)。
選擇配置低壓斷路器時其相關(guān)電流的計(jì)算包括:線路載流量計(jì)算,線路所帶負(fù)荷計(jì)算以及線路的短路計(jì)算[3]。
(1)線路的載流量主要由線路導(dǎo)體的材料及絕緣類型確定,同時還要考慮環(huán)境因素的影響。
(2)低壓配電線路所帶負(fù)荷的計(jì)算電流在初步設(shè)計(jì)階段可根據(jù)單位指標(biāo)法進(jìn)行估算,在設(shè)計(jì)階段可通過需要系數(shù)法或利用系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。
(3)低壓配電線路的短路電流計(jì)算
高壓系統(tǒng)的短路電流計(jì)算條件同樣適用于低壓系統(tǒng),但低壓網(wǎng)絡(luò)也有其自身特點(diǎn):
①系統(tǒng)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低壓配電變壓器的容量,因此短路計(jì)算可按遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端,即無限大電源容量的網(wǎng)絡(luò)短路考慮,短路電流的交流(周期)分量不衰減。
②計(jì)入網(wǎng)絡(luò)中各電氣元件的有效電阻,但各設(shè)備間的接觸電阻和短路點(diǎn)的電弧電阻忽略不計(jì)。
③一般不考慮直流分量。
④在計(jì)算單相短路與三相短路時單位有效電阻的計(jì)算溫度不同。計(jì)算單相短路時假設(shè)計(jì)算溫度高于計(jì)算三相短路時的導(dǎo)體計(jì)算溫度(一般取20 ℃),所以其電阻增大,其值一般為計(jì)算三相短路時電阻的1.5 倍。
⑤計(jì)算過程采樣有名值,一般電壓用V,電流用kA,容量用kVA,阻抗用mΩ。
⑥三相短路與單相短路的計(jì)算電壓不同,計(jì)算三相短路時相電壓取230 V,計(jì)算單相短路時相電壓取220 V。
三相短路電流計(jì)算公式如下:
式中IK3——三相短路電流,kA;
ZK——短路回路的相阻抗,mΩ;
單相短路電流計(jì)算公式如下:
式中IK1——單相短路電流,kA;
Zphp——短路回路的相保阻抗,mΩ;
通過計(jì)算出低壓配電線路的短路電流可校驗(yàn)低壓斷路器整定值的靈敏度和斷路器的分?jǐn)嗄芰σ约盁岱€(wěn)定性,從而選擇合適的斷路器。
綜上所述,通過分析低壓配電線路所帶負(fù)荷情況可估算出線路計(jì)算電流IC,從而選擇合適的導(dǎo)體截面確定線路載流量IZ,根據(jù)線路載流量和負(fù)荷性質(zhì)可確定低壓斷路器的額定電流IN。斷路器選定后再根據(jù)上下級配合情況和短路電流計(jì)算情況進(jìn)行合理的定值設(shè)置,實(shí)現(xiàn)對低壓線路的有效保護(hù)。