低壓配電回路的選擇性保護

摘要：短路、過載、接地等故障在低壓配電回路中是不可避免的，回路中的電器既要保證可靠地切除故障回路，又要盡可能地減小停電范圍, 因此電器的選擇性保護至關重要。本文介紹了智能型萬能式斷路器的區域選擇性聯鎖（ZSJ功能）,此功能可實現短路和接地故障的選擇性保護；論述了設計人員對選擇性保護的誤解。

關鍵詞：短路；斷路器；低壓配電回路；選擇性保護;區域聯鎖功能;

中圖分類號：TM562文獻標識碼： A

電力系統過電流保護是電器產品的主要任務，完善的過電流保護應該是過電流（短路、過載等）故障級電器設備能快速可靠切除故障，而上級配電電器不應越級跳閘，使電力系統故障限制在最小范圍內，這就是通常講的選擇性保護。

1斷路器選擇性保護

低壓斷路器是保證配電網絡安全、可靠、經濟運行和人身安全的關鍵設備。短路等故障發生時不僅影響本支路負載的正常供電，而且還由于處理不及時導致蔓延擴大，以致殃及其他正常工作負載的供電，甚至電網大面積停電。低壓配電系統的安全性和可靠性是依據系統中各級斷路器的技術性能及其具有的相互選擇性保護技術來評價的，電力系統對保護裝置（斷路器）的基本要求是選擇性、速動性、速動性、可靠性、靈敏性。

斷路器的保護選擇性是指斷路器之間的協調配合,當電路中任意一個點產生故障后可以被緊靠故障的上一級斷路器消除,并且只能由其單獨來消除。上下級斷路器之間的選擇性可以是全部的,也可以是局部的,斷路器的選擇性有電流選擇性,時間選擇性,能量選擇性。電流選擇性是基于電流整定值的大小不同來實現保護的選擇性,從電源到故障點之間的電流隨著故障點的離開而逐漸減少,使得上、下級斷路器的短路保護整定值出現級差。時間選擇性是基于保護動作延時長短不同來實現保護的選擇性,斷路器離電源越近,定時時間越長,這樣,最下級的定時時間最短,最上級的定時時間最長。故障發生時,定時時間短的先感應故障。能量選擇性是利用不同的斷路器對電弧能量的承受能力不同、限流分斷能力的不同而實現選擇性。

保證選擇性保護主要應做到以下幾點:

(1) 無論下一級是選擇性斷路器還是非選擇性斷路器，上一級斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流一般不得小于下一級斷路器出線端的最大三相短路電流的1.1倍；

(2)如果下一級是非選擇性斷路器，為防止在下一級斷路器所保護回路發生短路電流時，因這一級瞬時動作靈敏度不夠，而使上一級短延時過電流脫扣器首先動作，使其失去選擇性。一般上一級斷路器的短延時過電流脫扣器的整定電流不小于下一級瞬時過電流脫扣器的1.2倍。

(3)如果下一級也是選擇性斷路器，為保證選擇性，上一級斷路器的短延時動作時間至少比下一級斷路器的短延時動作時間長0.1S。

一般說來，要保證上下兩級低壓斷路器之間選擇性動作，上一級斷路器的短路宜選擇帶短延時的脫扣器，而且其動作電流要大于下一級過流脫扣器動作電流一級以上，至少上一級的動作電流不小于下一級動作電流的1.2倍。

2 區域聯鎖功能

目前國內外生產的智能型萬能式斷路器（以下簡稱ACB），均有過載長延時保護、短路短延時保護、短路瞬時保護和接地故障保護。

為了確保斷路器與串聯在同一電路中的另一臺短路保護斷路器在短路條件下的配合，則需要考慮兩臺電器各自的特性及它們連接在一起的性能。因此，必須要求對短路故障實行有選擇性保護動作。

區域聯鎖功能（ZSJ）可實現短路保護和接地故障的選擇性保護，下級智能控制器的區域聯鎖輸出端與上級斷路器智能控制器的區域聯鎖輸入端連接實現上下級斷路器的區域聯鎖。當斷路器配置的智能控制器一旦檢測到一個短路或接地的故障，它立即發送一個信號到相鄰的上級斷路器智能控制器，起動上級斷路器智能控制器的預置延時，實現選擇性保護。如果上級斷路器智能控制器沒收到下級斷路器智能控制器的信號，就不起動預置延時而立即分斷斷路器，迅速排除故障。采用這種功能時，兩臺斷路器之間的最大距離可達3 000 m。最多允許100 臺斷路器參加聯鎖。ZSJ 功能使保護更加完善，保證了動作的可靠性、靈敏性和選擇性

圖1區域選擇性聯鎖（三級）

如圖1所示：檢測到故障的智能控制器（區域2）送一個信號給上級斷路器（區域1）并檢查下級斷路器（區域3）到達的信號，斷路器將在脫扣延時期間保持合閘。如果下級沒有送過來信號，斷路器將瞬時斷開，不管脫扣保護是否有延時。

3低壓配電回路選擇性保護理解誤區

《低壓配電設計規范》 GB 50054—2011第 6.1.2條要求：“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；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?！备鶕擁椧?，設計人員在供配電設計時，都要考慮到保護電器的選擇性，即要求本級保護電器的整定電流及動作時限要相應地小于上一級保護電器。

為了滿足選擇性的要求，上級斷路器必須大于下級斷路器的整定電流，即長延時脫扣器（又稱反時限過電流脫扣器）的整定值。過負載保護電器的動作特性應同時滿足下列條件

式中 為線路計算負載電流（A）； 為熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）； 為導體允許持續載流量（A）。

為了達到選擇性的要求，設計人員在設計電氣系統圖時，往往采用將斷路器的整定電流由下至上逐個放大的做法。配電回路示意圖見圖2。

圖2 配電回路示意圖

由圖 2可以看到，由變配電室配電屏內斷路器B至分配電屏內斷路器 C、D，在選擇斷路器時，通常斷路器 C整定電流不小于計算電流（或負載電流）。斷路器 B的整定電流的確定：通常設計人員認為斷路器 B要比斷路器 C的整定電流大一級，以滿足選擇性。這種做法在設計領域可謂司空見慣，而斷路器 B、C之間連接電纜的允許持續載流量必須大于上端斷路器B的整定電流。

這種斷路器整定原則造成電纜的載流量不是按照負荷計算電流的大小選取，而是按照比它要大得多的斷路器 B的整定電流選取，從而造成了電纜截面偏大，工程投資增加。

選擇性保護的意義和目的是當低壓配電回路發生短路、過載、接地等故障時，回路中的電器既要保證可靠地切斷故障回路，又要盡可能地減小停電范圍。而斷路器 B、C無論哪一個先斷開，停電的范圍都是一樣的。

低壓配電設計規范GB 50054-2011第4.1.2條中提到的“配電線路裝設的上下級保護電器，其動作應具有選擇性”指的是上、下級保護電器，而斷路器B、C是處在配電系統中的同一級。從《供配電系統設計規范》 GB 50052—2009條文解釋 4.0.6中“低壓配電系統的配電級數為三級，例如從低壓側為380 V的變電所低壓配電屏至配電室分配電屏，由分配電屏至動力配電箱，由動力配電箱至終端用電設備，則認為 380 V配電級數為三級?！笨梢钥闯?，所謂級數的劃分是以母線為控制點的，因為斷路器 B、C屬于同一級，因此無需按照選擇性去整定電流，這樣電纜可以相應減小截面積，降低工程投資。

4結論

斷路器是低壓配電系統中使用最廣泛的保護電器，合理地選用斷路器，對于系統的可靠運行、有效保護起著關鍵作用。斷路器的選擇直接影響到整個配電線路的安全及導線截面的選擇,要充分考慮斷路器的保護選擇性配合才能對配電線路及設備提供最經濟和最安全合理的保護。

參考文獻：

【1】 GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006《低壓開關設備和控制設備 第2部分：中國標準出版社出版

【2】 GB 50054-2011《低壓配電設計規范》，中國機械工業聯合會編，中國計劃出版社出版

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