低压配电线路保护的几个问题

关键词 短路 保护 过负载保护 接地故障保护 保护 电器 熔断器 断路 器 选择性动作
□任元会 （ 中国航空工业规划设计研究院 １０００１１）
１ 概述
低压配电线路遍布工业、农 业、服务业的各个角落， 同时也 深入千家万户。不仅专业人员接 触， 众多非专业人员， 包括普通 老百姓都会触及， 使线路发生故 障的几率大大增加。如设计、施 工不当， 将容易导致人身触电 （ 间接接触） ， 或线路损坏， 甚至 引起电气火灾。为此， 在配电线 路设计中， 应严格执行《低压配 电设计规范》（ ＧＢ５００５４－ ９５） （ 本 文简称《规范》） 的各项规定， 包 括加强绝缘， 妥善接地， 做好等 电位联结， 但最根本和广泛应用 的是做好配电线路保护， 正确整定 保护电器各项参数， 保证在故障时 能按要求切断电源， 以策安全。
率， 逐段计算出线路计算电流 （Ｉｊｓ）， 是确定导体截 面 （Ｓ） 和熔断器的熔体电流 （Ｉｒ） 或断路器的长延时 脱扣器整定电流 （Ｉｚｄ１） 的主要依据 （ 不是唯一的） 。
短路电流计算： 包括计算三相短路电流 （Ｉ） 和 接地故障电 流 （Ｉｄ１） 两种， 前者 用以校验保 护 电 器 分断能力是否足够； 后者是确定接地故障时保护 电器动作灵敏性的重要依据。
１ 运用瞬时脱扣器 时： Ｉｄ１≥１．３Ｉｚｄ３
２ 带有短时脱扣器 时： Ｉｄ１≥１．３Ｉｚｄ２
３ 当带有零序保护 时： Ｉｄ１≥１．３Ｉｚｄ０ （ 一般用于主干线）
瞬 １ 单台： 时 Ｉｚｄ３ ≥ （ ２．０￣２．５） Ｉ ｑ·Ｍ 脱
扣 ２ 干线：
４ 当采用剩余电流 保护时： Ｉｄ１≥１．３Ｉｚｄ·Ｇ （ 一般用于主干线）
有时， 两者要求互相矛盾， 后者要求的整定 电流最高限值比前者的最低限值还小， 使你无法 同时满足两者的要求。此时， 设计者就要采取措 施， 如 加大相线和ＰＥ线截面， 调 整 配 电 系 统 接 线 方式， 或改变保护电器类型等， 解决矛盾， 务求 同时满足两者要求。 ３．２．２ 正确处理故障时保护电器可靠动作和有选择 性动作的矛盾
ｃ． 电 路 发 生 故 障 时 ， 保 护 电 器应能在规定时间内动作； 另一 方面， 在正常工作和用电设备正 常起动时， 保护电器均不应动作。
ｄ． 《规 范 》 规 定 导 体 截 面 应 满足动、热稳定要求， 要和保护 电器能协调配合， 也就是选择的 导体类型和截面， 应该和保护电 器类型和整定值相关联。
故障时保护电器可靠动作和有选择性动作是 一对矛盾， 前者要求的动作快， 后者则不宜太快， 要合理调整和处理。对于末端回路， 故障时保护 电 器 应 尽 快 动 作 （《规 范 》 规 定 时 间 以 内 ） ， 不 存 在选择性问题； 而对于上级和以上各级保护电器， 尤其是馈电回路首端的保护电器， 应满足故障时 可靠动作， 还应该有选择性动作， 即在下级保护 电器后面任一点发生故障时， 只应由最近的保护 电器动作， 而上级不应动作。
４０ ６３ １００ １６０ ２５０ ５０ ８０ １２５ ２００ ３１５
熔断器的额 定熔 断分器断的电额流定 应分 断不电小流于应最不 大小 于短最路大电短流路 周电 流期周分期量分有量 效有 值效 值
同上
１ 上级不宜选用非选择型断路器， 因这种情况属无选择性。
２ 上级用选择型断路器 （ 一般用于 主干线） 应按以下要求整定： ａ． Ｉｚｄ２ （ 上） ≥１．２ Ｉｚｄ３ （ 下） 或 Ｉｚｄ２ （ 上） ≥１．２ Ｉｚｄ２ （ 下） ｂ． 短延时时间： 应 比 下 级 之 最 大 熔 断 器 之 熔 断 时 间 大 ０．１￣０．２ｓ， 通 常 要求： Ｉｚｄ２ （ 上） ≥ （ １２￣１５） Ｉｒ （ 下） 延 时 宜 为 ０．３￣０．４ｓ
２ 全面实施低压配电线
路保护规范要求
《低压配电设计规范》实施已 十年， 为广大电气设计师所熟知， 并获得认真积极贯彻执行。但据 知， 仍有部分设计师和使用运行 单位电气工程师对低压配电线路 保护的要求缺乏完整系统的理解， 难以全面、准确地把握。为此， 本文拟对此作一较系统的叙述和 分析， 阐述各项要求的内在联系。
２ 配电干线： Ｉｒ≥Ｋ Ｉ［ ｊｓ （ｎ－ １） ＋ＩＭ］ Ｋ取１．０￣１．３
Ｉｄ１≥Ｋｒ ·Ｉｒ
切 断 时 间 ≤５ｓ时 ： Ｋｒ为４．５， ５， ６， ７
切 断 时 间 ≤０．４ｓ时 ： Ｋｒ为８， ９， １０， １１ （ 视Ｉｒ值大小定）
Ｉｊｓ≤Ｉｒ≤Ｉｚ
（ 当Ｉｒ≤１２Ａ的刀型 触头和圆筒帽式 熔断器： Ｉｒ≤０．８５Ｉｚ）
为达到这个要求， 配电干线各级保护电器 （ 除末级外） 不应选用非选择型断路器， 而应选择 具有反时限保护特性的熔断器； 对于额定电流较 大的首端主馈电线保护， 应选择带有短延时脱扣 器的选择型断路器， 并且合理整定其各项参数， 才能更好保证选择性。 ３．３ 把握好几个要点 ３．３．１ 配 电 箱 （ 盘 ） 的 进 线 处 不 宜 装 设 保 护 电 器 ， 宜装隔离开关
配电箱的每回路出线都装设了保护电器， 进 线处再装保护电器就增加了保护的级数， 是不妥 当的。其实只需要装设具有隔离功能和开关功能 的电器， 最好就是隔离开关。装保护电器不仅没 有必要， 如果选型不好， 反而产生不良后果。现 在不少设计师常使用带长延时脱扣和瞬时脱扣的 断路器作为进线开关， 一旦发生接地或短路故障，
表中的保护电器按《规范》规定编列了熔断 器和断路器两类； 而断路器按保护特性不同， 又 分为非选择性和选择性两类， 由于其保护特性、 实现选择性要求区别很大， 应予特别关注。
表中的接地故障保护按ＴＮ接地系统 （ 包括ＴＮ－ Ｓ、ＴＮ－ Ｃ、ＴＮ－ Ｃ－ Ｓ） 编制， 工程中ＴＮ系统仍应用 最多， 实施接地保护要求也较复杂。
设计时， 在初定配电系统后， 应从末端回路 开始， 自用电端到配电变压器低压侧， 逐一对每 段线路和保护电器按表中各项要求进行计算， 以 确定导体截面和保护电器参数。
３ 实施配电线路保护要着重把握的几
个问题
３．１ 做好三项计算 线路负荷计算、短路电流计算， 还有电压损
失计算， 是配电线路设计的基础。 线路负荷计算： 按照该线路所接负荷安装功
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瞬时脱扣器快速动作， 容易破坏保护的选择性， 这种方案不可取。如果一定要使用这类断路器， 则建议选用只带长延时脱扣器， 而不带瞬时脱扣 器的断路器， 主要作为一般切断负载电流的开关 使用， 也可具有过载保护功能。 ３．３．２ 变电所低压屏接出小容量馈线要注重导体热 稳定和保护电器的分断能力校验
保护电器应保证在导体达到 过载温度前切断
过负载保护
短路保护热稳定 校验
保护电器上下级之间应有选择性动 作 （ 特别是首端应有选择性动作）
分断 能力 要求
Ｉｒ≥Ｉｊｓ Ｉｚｄ１≥Ｉｊｓ
１ 单台电动机： Ｉｒ 值 按 允 许 通 过 的 起 动 电流选择 对 ａＭ 型 熔 断 器 ： Ｉｒ ≥ （ １．０５￣１．１０） ＩＭ 对 ｇＧ 型 熔 断 器 ： Ｉｒ ≥ （ １．５￣２．３） ＩＭ （ 参考值）
ｅ． 作 为 分 断 短 路 电 流 的 保 护 电器， 还应具有足够的分断能力。
以上各项要求密切关联， 决 定了保护电器的选型和参数整定， 具有一定的复杂性， 每一段线路 和相应的每组保护电器， 都应按 以上条件一一计算、校验， 确定 各项参数。
为了全面实施《规范》的各 项要求， 特将规定的主要条件以 及实施的方法和 （ 或） 计算式列 于下表， 以便全面理解和执行。
１ 单台电动机： 长 Ｉｚｄ１ ≥ＩＭ 延 ７．２倍Ｉｚｄ１的动作时间应 时 大于电动机起动时间 脱 ２ 干线： 扣 当有大功率电动机 器 时 ， 应 考 虑 ７．２ 倍 Ｉｚｄ１
的动作时间
短 延 １ 单台： 时 Ｉｚｄ２ ≥１．２Ｉｑ·Ｍ
脱 ２ 干线： 扣 Ｉｚｄ２ ≥１．２ ［Ｉｊｓ（ｎ－ １） ＋Ｉ ］ ｑ·Ｍ 器
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低压配电线路保护的几个问题 （ 任元会）
要求
保护电 器类型
低 压 熔 断 器
低 压 断 路 器
关于低压保护电器 （ 低压熔断器和低压断路器） 电流的整定
保证在正常工作条件下不应切断电路
正常工 作时不
切断
发生接地故障时应
用电设备起动时不切断 保证在规定时间内 （ 按单台或配电线路中最大 切断 一台笼型电动机直接起动）
断断路 器瞬时时脱脱 扣扣器 的额定定分分 断断电 流应不不小小 于于最 大短路路电电 流流周 期分量量有有 效效值值
３ 当 带 有 短 延 时 脱 扣 器 时 ， Ｉｚｄ３不 应 太小， 一般宜为１２￣１５倍
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２ ２００６ 年第 期
注： １ 本表依据 国 家 标 准ＧＢ５００５４－ ９５、 电 动 机 起 动 不 切断的有关内容依据ＧＢ５００５５－ ９３编制。２ 符号说明： Ｉｒ— ——熔 断器 熔体额定电流 ； Ｉｄ１— ——单 相 接 地 故 障 电 流 ； Ｉ’ｑ·Ｍ— ——笼 型 电 动 机 的 全 起 动 电 流 （ 最 大 一 台 ） （ 可 取 Ｉｑ·Ｍ的 ２ 倍 ） ； Ｉｚ— ——电 缆 或 导 线 载 流 量 ， Ａ； Ｉｚｄ１— ——断 路 器 长 延 时 脱 扣 器 整 定 电 流 ； Ｉｊｓ— ——计 算 电 流 ； Ｓ— ——被 保 护 电 缆 或 导 线 截 面 ， ｍｍ２ ； Ｉｚｄ２— ——断 路 器 短 延 时 脱 扣 器 整 定 电 流 ； Ｉｊｓ （ｎ－ １） — ——不 包 括 最 大 一 台 电 动 机 的 计 算 电 流 ； Ｉ— ——预 期 短 路 电 流 ， Ａ； Ｉｚｄ０— ——断 路 器 零 序 保 护 整 定 电 流 ； ＩＭ— ——笼 型 电 动 机 的 额 定 电 流 ； Ｋ— ——电 缆 或 导 线 热 稳 定 系 数 （ 见 ＧＢ５００５４ － ９５） ； Ｉｚｄ·Ｇ— —— 断 路 器 剩 余 电 流 保 护 整 定 电 流 ； Ｉｑ·Ｍ— ——笼 型 电 动 机 的 起 动 电 流 （ 最 大 一 台 ） ； ｔ— ——短 路 持 续时间， ｓ。
器 Ｉｚｄ３ ≥１．２ ［Ｉｊｓ（ｎ－ １） ＋Ｉ’ｑ·Ｍ］
Ｉｊｓ≤Ｉｚｄ１≤Ｉｚ
Ｓ≥ Ｉ Ｋ
#
ｔ
（适 用 于 ｔ≤５ｓ）
当 ｔ≤０．１ｓ时 按 （ Ｋ·Ｓ） ２≥Ｉ２ ｔ
上下级均为熔断器时， 按过电流 上选下择级比均为为１熔．６：断１器定时， ，即按过电流选 择比为Ｉ１ｒ．６（ 上∶１）定： ，Ｉｒ 即（ 下： ） ≥１．６ Ｉｒ（ 上） ∶Ｉｒ （ 下） ≥１．６ 熔熔断断器器额额定定电电流流值值大大体体符符合合１．６１．∶６１： 定１，定即， 即： ：４０ ６３ １００ １６０ ２５０ ５０ ８０ １２５ ２００ ３１５
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低压配电线路保护的几个问题
摘要 系统地 分析了低压配电线 路保护的要求和实 施方法， 叙述了熔 断器和断路器的选 型， 及其参数的整 定； 提出处理好正 常运行不动作和故 障时应按规定时间 动作的关系， 以及 动作灵敏性和选择 性的关系， 指出全 面理解和执行线路 保护的技术要求和 注意点。
配电线路设计中， 至少要考 虑以下和保护相关的要求：
ａ． 《规 范 》 第 四 章 规 定 配 电 线 路应装设短路保护、过负载保护 和接地故障保护， 而且每段配电 线路都应满足这三项保护要求 （ 特别规定者除外） 。
ｂ． 《规 范 》 还 规 定 上 下 级 保 护 电器的动作应具有选择性， 使故障 时只切断该故障线路， 而上级保护 电器不应动作， 力求缩小停电范围。
电压损失计算： 对离配电变压器较远的线路， 将对导体截面大小有很大影响， 从而也间接关系 到线路保护电器参数。
３．２ 处理好两对矛盾 ３．２．１ 正确处理保护电器在正常工作 （ 含设备起动） 时不应动作， 而在故障时要可靠动作的矛盾
前者是常规要求， 规定了保护电器整定电流 的最低限值， 低于此值就不能正常工作或起动； 后者是按《规范》规定的保护要求， 规定了保护 电器整定电流的最高限值， 若高于此值就不能保 证故障时可靠动作。因此， 设计时， 只能在高低 两限值之间确定整定电流。