低压断路器电流参数选择方法

低压断路器电流参数选择方法

唐小芹( 大荣(苏州)建筑设计咨询有限公司，苏州市)

摘要在建筑供配电系统中，低压断路器参数选择，要考虑繁杂的选择、设置、整定问题，往往在选择时容易顾此失彼。本文从四个方面论述低压断路器电流的选择方法，使得选择工作有序可循，不会漏项。

关键词断路器额定电流短路校验整定电流选择性配合灵敏度

1 按断路器能承受流过它的正常和不正常电流的能力选择

1.1 开关承受流过的正常电流，即计算负荷电流I c

该项为选择时的最基本的考虑，即断路器壳架等级电流I rQ、断路器过电流脱扣器整定电流I rt与计算负荷电流I c的关系为：

I rQ≥I rt≥I c

1.2 开关承受流过的不正常电流，即三相短路电流，它反映在开关的分断能力，动、热校验及短路接通能力等几个方面

三相短路电流的计算主要包括三相短路电流周期分量有效值(常简称为三相短路电流I k)、三相短路开始第一周期分量有效值（短路全电流最大有效值）I ch及短路全电流最大瞬时值i ch(当低压配电系统中总电阻不大于1/3总电抗即RΣ≤1/3XΣ时，I ch=1.52I k i ch=2.55 I k；当1000KV A及以下变压器二次侧短路或RΣ>1/3XΣ时，I ch=1.09I k i ch=1.84 I k)。

低压断路器在短路方面的技术参数有额定极限短路分断电流I cu、额定运行短路分断电流I cs、短时接通能力I cm、额定短时耐受电流I cw等。它们与其出线端的三相短路电流的关系分析如下。

1.2.1 分断能力

I cs≥I k(开关动作时间大于0.02S)

I cs≥I ch(开关动作时间小于0.02S)

I cs是I cu的一个百分数，比I cu值小，在设计过程中，保证断路器的额定运行短路分断能力I cs应不小于被保护线路最大三相短路电流的有效值，如有困难，至少应保证断路器的额定极限短路分断能力I cu不小于被保护线路最大三相短路电流的有效值。

低压配电断路器分断能力选择应综合以下几个因素（1）最大短路电流出现的几率，（2）所选择的断路器在整个配电系统中的作用。（3）断路器价格与工程资金的关系。因为最大短路电流出现的几率很少，就是出现最大短路电流经过“O”一次、“CO”一次，断路器就完成它的使命，必须更换新的断路器。运行短路分断能力一般为极限短路分断能力的50％～75％，它可以实现“O”一次、“CO”二次后，还可以承载其额定电流。众所周知，断路器断路分断能力每增加一个档次，造价要增加许多，综合最大短路电流出现的几率和工程设计的经济性。进线主断路器因（1）断电故障造成较大范围的停电，（2）主断路器一般为框架式开关，其运行断路分断能力较大，都能满足线路预期最大短路电流。（3）主断路器个数少，进线主断路器应按运行短路分断能力≥线路预期最大短路电流来选择断路器，一般的馈线断路器如非工程特别需要，按极限短路分断能力≥线路预期最大短路电流来选择断路器是比较合理的。

在工程实例中，变压器低压侧总保护开关主要用于保护变压器，使变压容量得到充分利用又不影响变压器的寿命。为了保证主保护与配出回路的选择性配合，变压器低压侧主保护断路器宜不设置瞬时过电流脱扣器。因此，主保护断路器可按I cs≥I k来选择，主变压器之后的各级断路器包括低压配电柜内的出线断路器及现场盘内的进出线断路器均应满足I cu≥I ch

1.2.2 动稳定校验及短路接通能力

i cm>i ch

开关的动稳定校验，一般使开关的极限通过电流大于其冲击电流即可。但当断路器处在关合短路电流，后又自动跳闸这样的工作状态时，远比单纯通过短路电流或切断短路电流的工作环境要恶劣得多。因此，上述公式只要按校验短时接通能力即也满足了动稳定校验。1.2.3 热稳定校验

I2cw*t≥I2k*t k

额定短时耐受电流I cw是指在规定的时间t(1S)内耐受的电流值，原则按上式进行，t k 为开关断开时间。

2 按断路器在正常运行时，能躲过正常大电流选择

开关在正常运行时，能躲过正常的大电流，如正常的过负荷电流、正常合闸时的电流和尖峰电流，保持不跳闸，从而保证供电系统的可靠性。

众所周知，断路器除控制功能外，还有强大的保护功能。它的保护宗旨就是在其保护回路中出现不正常的过电流时进行跳闸。它的保护特性是依其保护对象的发热特性来制定的。即不正常的过负荷时，跳闸慢；而短路电流发生时，则迅速跳闸。因此，产生了断路器二段、三段及多段保护等保护特性曲线。那么这些分段保护所对应的长延时、短延时和瞬时过电流脱扣器的电流整定值（I set1、I set2、I set3）除实现保护功能外，还需留有一定的余地，在正常情况下的大电流出现时，不动作。

2.1 电动机保护用低压断路器

I set1≥I M

I set2≥1.2Iq.M

I set3≥（2.0~2.5）Iq.M

式中：I M————电动机额定电流；7.2倍Iset1的动作时间应大于电动机的启动时间；

Iq.M————电动机的启动电流。

2.2配电线路用低压断路器

I set1≥1.1I c

I set2≥1.2[I c（n-1）+Iq M.max]

I set3≥1.2[I c（n-1）+I’q M.max]

式中：I c————线路的计算负荷电流；当有大功率电动机时，应考虑7.2倍Iset1的动作时间；

Iq M.max————线路中最大一台电动机的启动电流；

I c（n-1）————除启动电流最大的一台电动机以外的线路计算负荷电流；

I’q M.max————线路中最大一台电动机的全启动电流；

2.3照明线路用低压断路器

I set1≥I c

I set3≥（4~7）I c

式中：I c————照明线路的计算负荷电流；

I set1、I set3可以分别通过调整与I c的倍数来设定。

3 依据断路器各级保护的选择性配合选择

断路器在各级保护各负其责的原则上，还需考虑各级保护的配合问题，以实现各级之间的良好的选择性。

选择性的配合就是当故障时，靠近故障点的断路器最先动作，切断故障部分，从而避免扩大故障停电范围，保证系统的其他部分正常工作。它的实现最好是按保护曲线进行校验。在考虑好上一级的负偏差和下一级的正偏差后，上级曲线在下级曲线之上，而且二条保护曲线之间有明显间隙，就可以实现完全选择性配合。

通常实际操作有两种方法，一是保护动作时间的延时选择，一是基于电流整定值的不同选择。

3.1具有选择性的前提条件

上、下级应采用选择型断路器，起码上级应采用选择型断路器。断路器额定电流等级最好相差1~2级。

3.2过载故障保护选择性通过电流选择性来获得

上、下级长延时过电流脱扣器的电流整定值关系：

1.2I set1（下）≤I set1（上）

3.3短路故障保护选择性通过电流选择性或时间选择性来获得

上级短延时、下级瞬时过电流脱扣器的电流整定值关系：

1.2I set3（下）≤I set2（上）

上、下级瞬时过电流脱扣器的电流整定值关系：

1.2I set3（下）≤I set3（上）

电流选择性的基础是各级最大短路电流。如果下级出线端的最大短路电流I k（下）与上级出线端的最大短路电流I k（上）相差得大时，配合极限电流（使上级瞬时不动作的下级电流最大值）就容易大于下级出线端的最大短路电流I k（下），获得完全选择性配合。

如果下级出线端的最大短路电流I k（下）与上级出线端的最大短路电流I k（上）相差不大时，即：

1.1I k（下）≤I set3（上）

则为部分选择性配合，无选择性部分可采取时间选择方法来获得选择性配合。

3.4实现完全选择性配合的方法

如果采用常规方法无法实现选择性配合，或者上下级数较多时，用延时的选择方法，则用时过长，会带来对上级设备不安全的热、动效应及与电网选择配合困难等问题。

3.4.1 下级断路器采用限流型断路器

实质上是限制（降低）下级出线端的最大短路电流I k（下），使得1.2I k（下）≤I set3（上）

3.4.2 采用逻辑选择(区域联锁)

逻辑选择性的本质实际上是时间选择性，它是通过上级延时环节控制线将串联的上、下

级断路器保护装置连接起来，凡检测到故障短路电流保护装置则立即发出一联锁信号给上级保护装置，使其保护装置延时回路投入，短路保护延时跳闸。而处在故障点下级的断路器不会检测到故障短路电流，则离故障点最近的上级断路器也就不会收到其下级发出的联锁信号，则保持其瞬时跳闸。

这项技术不仅大大缩短故障切除时间，而且还可以进行故障点定位。它可以通过智能化脱扣器来实现。

4 依据断路器灵敏度校验选择

断路器灵敏性是指在保护范围内发生最小的故障电流时，断路器能灵敏的给予保护。

断路器保护灵敏度校验，当采用瞬时脱扣器时：

K= I dmin/I set3

K≥1.3

当采用短延时脱扣器时：

K= I dmin/I set2

K≥1.3

I dmin为断路器所保护线路末端单相接地故障电流(TN系统)，发生几率最大，不仅影响人生和电气设备安全，而且极易引起电气火灾。

如果灵敏度校验不能满足要求，除采用调整脱扣器电流整定值或增大导体截面等方法，以满足断路器灵敏度校验外，宜采用具有接地故障保护功能的断路器或增设漏电保护等措施。

5 四要素的关联问题

四方面的考虑并不是孤立的，在实际操作时，它们之间是关联的。

瞬时脱扣器电流整定值（I set3）在不考虑选择性配合问题时，只要躲过回路的尖峰电流即可。而在考虑选择性配合问题时，则需要躲过下级出线端的最大短路电流I k（下）。

在断路器热校验时，开关断开时间t k，在不考虑选择性问题时，为开关的瞬时动作，一般很小(DZ：0.02S，DW：0.04~0.1S)。但在考虑选择性问题时，如用常规的延时选择方法，则还要加上延时时间，使开关断开时间t k增大，此时断路器热效应尤为重要。断路器分断能力校验如是在选择性配合上采用级联技术时，级联的下级断路器的分断能力相对加强，不仅简化了配合，而且降低了对高分断断路器要求的成本，可获得明显的经济效益。

好的选择性配合和高的灵敏度相互矛盾，上级脱扣器的电流值提高势必对与下级选择性配合有利，但又不利于其保护灵敏度。解决方法有：保证灵敏度，舍去某部分选择性，获得部分选择性；利用上级选择性断路器的动作时间差获取完全选择性配合；直接选用厂商提供的级联组合断路器和采用智能断路器，实现逻辑选择方式。

在考虑躲过正常的大电流，或同时考虑选择性配合问题时，需要躲过下级出线端的最大短路电流所得出的长延时、短延时和瞬时过电流脱扣器的电流整定值（I set1、I set2、I set3），实为其下限值。而考虑灵敏度所得出的短延时和瞬时过电流脱扣器的电流整定值（I set2、I set3）实为上限值。I set1的上限值是考虑与被保护线路的长期允许的持续电流I z相配合，以

防导线的过热损坏，即：I set1

6 结束语

只要把握住以上四个要素，低压开关电流参数选择就不会出现无序的工作，即：考虑到开关参数与承受的正常和不正常电流有关问题；考虑到开关在大电流下不误动作的问题；考虑到各级开关选择性配合的问题；考虑到开关对最小不正常电流反应是否灵敏的问题。至于各方面的细节和公式，不需强记，只需在相关的设计资料上对应查取即可。

参考文献

1、工业与民用配电设计手册/中国航空工业规划设计研究院等编. —3版.—北京：

中国电力出版社，2005

2、全国民用建筑工程设计技术措施电气/建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建

筑标准设计研究所编.—北京：中国计划出版社，2003.2

3、任元会.低压配电线路保护的几个问题.建筑电气，2006，25（2）：4-7