低壓線路保護的選擇性分析

朱立明

【摘 ?要】建筑電氣低壓線路保護電器包括熔斷器和斷路器。規(guī)范對于線路保護電器明確提出了選擇性要求。設(shè)計人員在工程設(shè)計中普遍存在一個誤區(qū)，認為只要長延時整定拉開級差就具備選擇性。本文從規(guī)范的相關(guān)要求，結(jié)合故障電流、元件選擇、可靠系數(shù)等幾個方面，論述線路保護的選擇性設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】熔斷器 ?斷路器 ?線路保護 ?故障電流 ?可靠系數(shù)

0. 前言

規(guī)范要求低壓配電級數(shù)不宜多于三級。建筑面積稍大的低壓配電級數(shù)一般都能達到三級（配電室總配電柜、樓層箱及末端箱）。合理選擇保護元件和整定保護元件的參數(shù)，即可以滿足規(guī)范要求的選擇性，又可大大提高供電可靠性。規(guī)范對于選擇性要求描述的相對比較簡單，實際的工程設(shè)計當中如何實現(xiàn)選擇性，需要綜合考慮保護元件類型、保護元件的功能以及負荷性質(zhì)等。本文以設(shè)計規(guī)范和手冊的相關(guān)要求，結(jié)合實際工程設(shè)計經(jīng)驗，對低壓線路保護的選擇性展開論述。

1.低壓線路保護元件的選擇

1.1熔斷器：

熔斷器按結(jié)構(gòu)形式與使用人員可分為專職人員使用的熔斷器（A～J系統(tǒng)，以NH型、BS型、NF型等為主）和非專職人員使用熔斷器（A～F系統(tǒng)，以BS型、NF型等為主）。熔斷器系統(tǒng)A在中國市場的應(yīng)用較為廣泛。

按分斷范圍可分為“g”熔斷體（全范圍分斷）和“a”熔斷體（部分范圍分斷）。

按使用類別可分為“G”類、“M”類、“D”類等。其中線路保護采用“G”類，即一般用途熔斷體。

1. 2斷路器：

按使用類別分為A類（非選擇型）和B類（選擇型）。按形式分為ACB（開啟式，俗稱框架開關(guān)）、MCCB（塑殼式）、MCB（微斷）。工程設(shè)計中遇到最多的為非選擇性MCCB或MCB。ACB一般用于額定電流較大的總進線開關(guān)。受分斷能力影響，MCB一般用于末端配電箱。

2線路保護的選擇性分析

2.1規(guī)范要求：

根據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB 50054-2011 ?6.1.2 條之要求，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，且各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合，非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇或無選擇性切斷。

2.2選擇性分析：

首先應(yīng)明確一個問題，何謂選擇性，哪兩個元件的配合叫選擇性。所謂選擇性，即下級出線回路發(fā)生過負荷或者短路故障，不應(yīng)使上級出級回路跳閘。亦即元件B保護的線路發(fā)生故障時，元件A不應(yīng)該動作。

對于元件的選擇，業(yè)內(nèi)普遍現(xiàn)象是大家都喜歡用斷路器，認為斷路器基本不用更換，跳閘了推上去就可以，不像熔斷器那么麻煩，需要換熔絲。所以元件A和B基本沒有爭議，有爭議的往往是元件C。手冊上給出的元件C為隔離開關(guān)，而在實際設(shè)計中，為滿足配電線路電氣防火要求，有些情況下建筑物進線斷路器或者樓層斷路器需要帶剩余電流保護。此時，C設(shè)置為隔離開關(guān)顯然不能滿足要求。C有可能是一個小體量單體建筑的進線斷路器，也有可能是一個稍大體量建筑的樓層配電箱進線斷路器。另外，末端照明配電箱內(nèi)配置的開關(guān)基本都為MCB（微斷），這也是我們在建筑電氣中看到最多的斷路器。雖然廠家也生產(chǎn)安裝尺寸和外觀與微斷能夠完全匹配的隔離開關(guān)，但實際上市面上較難買到這種隔離開關(guān)，且這種微型隔離開關(guān)沒有明顯斷開點，外觀類與微斷類似，容易被非專業(yè)人員誤用。另外，微斷本身價格就很低廉，購買方便。這樣就產(chǎn)生了一種普遍現(xiàn)象，建筑電氣中從頭到尾使用斷路器作為線路保護和隔離的元件，且大多數(shù)情況下，均為非選擇性斷路器。

下面我們主要討論元件A、B、C均采用非選擇性斷路器的情況，實際這種情況是設(shè)計中存在最多的情況。而在工程設(shè)計和審圖工作中，卻發(fā)生理解上的偏差甚至是錯誤。元件C比元件A的整定電流小一檔被認為合理的選擇性，亦即所謂的拉開了保護級差。假設(shè)A整定63A，C整定50A，B整定20A，AC段的電纜選擇YJV型25平方電纜（長期暗敷設(shè)截流量大于63A）。下面從過負荷和短路兩種情況下分別分析和討論其選擇性。

過負荷時的選擇性：AC間的電纜需要與元件A的的長延時配合，即電纜截面是滿足元件A的長延時整定值。假設(shè)AC間的線路負荷電流達到55A，運行一段時間，C跳A不跳。這種情況被認為是達到了過負荷的選擇性。顯然這是謬論。55A還在元件A的保護范圍內(nèi)，負荷電流也沒有超過電纜的截流量，無端選小C的整定值，讓線路斷電，明顯是一種浪費和錯誤。實際規(guī)范的本意是元件B發(fā)生了過載，元件A不要動作。這顯然很容易實現(xiàn)，只要A的長延時整定值比B的大一檔就可以。綜上，C元件選斷路器時，其長延時不應(yīng)該比A小（建議選用同值，可作為元件B瞬動和元件A過負荷保護的后備），僅利用其隔離功能或者剩余電流保護功能。

短路故障時的選擇性：若元件B的出線端發(fā)生短路，如何確定選擇性。規(guī)范要求當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍。若元件A＼B＼C均選用微斷（脫扣形式C），瞬時脫扣電流范圍為5In～10In。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，短路電流大于10In時，動作時間小于0.1s。元件A的瞬動電源為630A，元件B的瞬動電流為200A。按照規(guī)范要求，短路電流達到1.3×200=260A以上，5×63=315A以下，B動作而A不動作才能滿足短路保護和選擇性要求。在設(shè)置了變壓器的建筑電氣中，以高壓側(cè)短路容量為100MVA，變壓器容量630kVA為例，變壓器低壓側(cè)的短路電流可達到17.36kA。由于建筑內(nèi)部配電線路普遍不是很長，末端短路電流一般情況下均可達到1000A以上。在這樣的情況下，短路電流均達到了斷路器A和B的瞬動電流值。此時，斷路器A和B是沒有選擇性的。要想滿足其選擇性，A斷路器只能選擇帶短延時的斷路器，形成一個△t，瞬時斷開斷路器B，而斷路器A不動作。斷路器C在此處只能當作隔離開關(guān)來，或者作為斷路器B的后備保護，此項規(guī)范沒有特殊要求，最低要求是設(shè)置隔離開關(guān)即可，不討論其選擇性。

以上是對于上下級元件均選用斷路器的情況。若上下級均選用熔斷器時，只要保證上下級熔斷器熔絲額定電流達到1.6：1即可滿足，這顯然是很容易實現(xiàn)。對于上下級采用熔斷器和斷路器混合搭配時，需要校驗熔斷器反時限特性和斷路器時間-電流特性，較為復(fù)雜，本文不在討論。

3.結(jié)論

3.1 ?同一級配電線路上級出線和下級進線均選用斷路器時，不應(yīng)將下級進線斷路器的長延是整定值降低，至少保證與上級出線斷路器一致。

3.2 ?過負荷的選擇性很好實現(xiàn)，無論熔斷器還是斷路器，只要拉開一檔的級差就可以滿足。

3.3 ?短路故障時，選擇熔斷器時，只要滿足上下級1.6：1的級差要求，即可以實現(xiàn)。選擇非選擇性斷路器時，很難實現(xiàn)選擇性。上級開關(guān)選擇帶短延時的斷路器時，可以滿足選擇性。

3.4 ?為保證1.3倍的可靠系數(shù)，在滿足正常負荷電流的情況下，長線路需要特別注意，不應(yīng)刻意將整定值放大，以免線路短路時不能可靠動作。

3.5 ?選擇性需優(yōu)先考慮，但不是必須。對于末端照明負荷，如不是特別重要，可以無選擇性。

參考文獻

[1]《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB 50054-2011

[2]《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50052-2009

[3] 《民用建筑電氣設(shè)計標準》GB51348-2019

[4] 《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）