再議低壓配電系統中斷路器的選擇性配合

陳志萍

摘 要：闡述低壓配電系統中上下級斷路器保護選擇性的幾種類別、實現方式、以及在實際應用中的選擇問題。

關鍵詞：斷路器；選擇性；電流水平；延時特性；區域選擇性；能量聯鎖

引 言

《低壓配電設計規范》CB500054-2011第6.1.2條：“配電線路裝設的上下級保護電器，其動作特性應具有選擇性，且各級之間應能協調配合。非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇性或無選擇性切斷?！?/p>

低壓電器的快速發展，直接帶動低壓系統中上下級保護電器之間的選擇、配合特性不斷改善。例如熔斷器，上下級的熔體額定電流比只要滿足1.6：1即可保證上下級保護電器的過負荷保護選擇性。但由于斷路器發展迅速，在實際設計中大量采用，故本文僅討論斷路器在低壓系統中的選擇性配合。（下文涉及到的斷路器圖表及參數以施耐德系列產品為參考）

斷路器按使用類別分為A型和B型，A型為非選擇型斷路器，其脫扣器無人為短延時，無額定短時耐受電流，一般采用普通熱磁脫扣器，其特性曲線如圖1。具有反時限特性的長延時脫扣器和瞬時過電流脫扣器兩段保護動能，分別作為過負荷和短路保護。B型為選擇型斷路器，其脫扣器有人為短延時，有額定短時耐受電流，一般采用電子脫扣器，其特性曲線如圖2。具有多種保護功能，有長延時、瞬時、短延時和接地故障保護，分別實現過負荷、短路延時、短路電流瞬動及接地故障保護。

其中：Iset1：過負荷（熱或長延時）繼電器脫扣電流整定值；

Iset2：短路（電磁或短延時）繼電器脫扣電流整定值；

Iset3：短路瞬時繼電器脫扣電流整定值；

Icu：分斷能力。

1 首先按斷路器使用類別的不同來分析其上下級配合的選擇性

1.1 非選擇型斷路器與非選擇型斷路器的級間配合

舉例如下A：上級斷路器B：下級斷路器，參數如圖3。

當圖中D點發生故障，若故障電流Id<1600A，在忽略1.3倍可靠系數的條件下，斷路器A、B均不能瞬時動作，不符合保護靈敏性要求；當1600A2500A時，A、B均動作，無選擇性。

通過以上舉例，可以知道這種上下級均為非選擇型斷路器的配合不能保證選擇性，不推薦。

1.2 選擇型斷路器與非選擇型斷路器的級間配合

舉例如下：參數如圖4。

其中上級斷路器A的Iset1.A應根據計算電流確定，但選擇型斷路器多用于配電干線，通常Iset1.A比Iset1.B大很多。假設Iset1.A=1000A，則Iset2.A及Iset3.A整定如下：

（1）Iset2.A整定值滿足該式：Iset2.A≥1.2Iset3.B（1.2是可靠系數，考慮脫扣器動作誤差的需要）。若Iset2.A

（2）短延時的時間沒有明確要求

（3）在滿足動作靈敏性前提下，應盡量將Iset3.A值整定的大些，以免在故障電流很大時，A、B均瞬時動作，破壞選擇性。

通過以上舉例，這種選擇與非選擇型斷路器的配合具有比較好的選擇性，但需要正確整定斷路器的各項參數。

1.3 選擇性斷路器與選擇性斷路器的級間配合

由于配電線路末端保護電器選用非選擇型斷路器極易實現過負荷、短路及接地故障保護功能，而選擇型斷路器價格高、主要用于配電線路首端和特別重要負荷的干線使用，所以此種形式在實際工程中很少使用，在此不再贅述。

2 實現上下級選擇性保護的方法

2.1 基于電流水平的選擇性

（1）通過從系統的末端到變壓器電源端的斷路器整定值的逐步梯級整定，可實現此方法。按照經驗（參考《施耐德設計指南數據》），若Iset1.C/Iset1.D>2，可以實現選擇性，見圖5。

（2）下級斷路器是限流型的。斷路器D的下游電路發生故障，受限制的峰值電流會引起D的電磁脫扣器動作，但不足以引起斷路器C動作，可實現選擇性。

（3）下級斷路器不是限流型的。這種情況下完全選擇性是不可能的，因Iset3.C=Iset3.D，兩個斷路器會同時動作，這時為部分選擇性，且僅限制在上級斷路器的Iset2.C內，見圖6。

2.2 基于時間的選擇性

在斷路器脫扣機構中引入延時。即下級斷路器D的電流分斷時間小于斷路器C的不脫扣時間，串聯的兩個斷路器C和D（有相同的電流通過）是可以實現選擇性的，見圖7。

短延時過電流脫扣器的整定電流，應躲過短時間出現的負荷尖峰電流。塑殼斷路器延時時間為0.1s、0.2s、0.3s、0.4s，框架斷路器是0.1s、0.2s、0.4s、0.6s、0.8s、1.0s，根據需要確定動作時間，上下級時間級差取0.1～0.2s。

2.3 區域選擇性聯鎖（又稱邏輯選擇性）

斷路器采用智能化脫扣器或控制單元，當發生短路故障時，只有故障點的本級斷路器瞬時動作，其他上級斷路器處于定時保護狀態，保證斷路器選擇性動作，見圖8。

一般將用于數據交換的控制線把所有串聯的斷路器的智能化脫扣器連接起來，當有故障發生時，此控制線把每一級斷路器的定時指令傳輸給處于故障上級的斷路器，只有處于故障本級的斷路器收不到定時指令時，瞬時脫扣。

2.4 能量（動態）聯鎖

能量選擇是利用上下級斷路器的I2t特性實現保護的選擇性。當上下級斷路器檢測到大的短路電流時，同時打開觸頭，限制電流，使短路電流比預期的要小很多，在下級相對較大的電弧能量使本級動作，在上級相對較小的電弧能量，保持不動作，于此實現上下級選擇性。

3 結 語

合理設計低壓配電系統、恰當選擇保護電器，正確整定保護電器的動作電流和動作時間，才能保證有選擇性地切斷故障回路。

參考文獻

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