低壓配電線路保護(hù)中斷路器的選擇及定值設(shè)置

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。

1 低壓配電線路保護(hù)的一般要求

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。

2 低壓配電線路保護(hù)對低壓斷路器的要求

2.1 過負(fù)荷保護(hù)

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 短路保護(hù)中斷路器額定電流及脫扣器整定電流的選擇

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)。

3 選擇配置低壓斷路器時相關(guān)電流的計(jì)算

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。

4 小結(jié)

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)。