黃彬

摘要：本文圍繞工廠供電系統(tǒng)低壓配電保護電器的選擇問題進行分析與研究，概括短路保護、單相接地保護以及過負荷保護條件下的保護電器選擇問題，并就各級保護電器間的選擇性進行分析探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：工廠供電系統(tǒng);低壓配電;保護電器;選擇

隨著我國生產(chǎn)制造業(yè)規(guī)模的不斷壯大，企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性工作非常重要，其中就有配電的穩(wěn)定性因素。工廠供電系統(tǒng)低壓配電線路的運行質(zhì)量直接與工業(yè)生產(chǎn)水平存在著密切關(guān)系，能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供安全可靠的能源支持。電能供應(yīng)中斷可能導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中重大設(shè)備發(fā)生損壞，產(chǎn)品報廢，甚至還潛在人身安全威脅。從這一角度上來說，對供電系統(tǒng)低壓配電保護電器的正確選擇與設(shè)計，是保障工廠企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)的關(guān)鍵內(nèi)容之一。

1 保護電器選擇

遵循現(xiàn)行《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)要求，工廠供電系統(tǒng)低壓配電線路應(yīng)配置短路保護、單相接地故障保護以及過負荷保護。目前，工廠供電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的低壓配電保護電器以斷路器為主。以下即針對保護電器的選擇問題進行概括分析。

1）短路保護及其選擇。工廠供電系統(tǒng)低壓配電線路短路保護的基本要求為：在短路電流對導(dǎo)體以及連接件造成機械性以及熱效應(yīng)性危害前，對所對應(yīng)短路電流進行有效分斷處理。因此，配置短路保護電器應(yīng)當(dāng)具備以下兩個方面的特性：第一方面，能夠在短路電流作用于導(dǎo)體并達到溫度極限允許值前，對短路電流進行分斷處理;第二方面，對短路電流的分斷能力應(yīng)當(dāng)高于保護電器安裝部位所對應(yīng)的預(yù)期短路電流極限值。當(dāng)短路電流持續(xù)時間低于0.1s的情況下，需要充分考慮短路電流非周期分量對熱效應(yīng)的影響，按照如下式（1）所示方式進行校驗，以確保保護電器能夠在對短路電流進行分斷前，導(dǎo)體可充分承受含非周期分量的短路電流熱作用。

該式中，定義絕緣導(dǎo)體線芯截面為S，定義計算系數(shù)為K，定義為保護電器允許能量值，需由保護電器生產(chǎn)廠家提出;

當(dāng)短路電流持續(xù)時間在0.1s～5.0s的情況下，導(dǎo)體自正常運行所允許最高溫度上升至計算溫度的持續(xù)時間可以按照如下式（2）所示方式進行計算，計算過程中系數(shù)K受導(dǎo)體物理特性以及短路狀態(tài)下初始、最終溫度的影響。

該式中，定義絕緣導(dǎo)體線芯截面為S，定義預(yù)期短路電流有效值為I，定義導(dǎo)體內(nèi)短路電流持續(xù)作用時間為t，定義計算系數(shù)為K（主要為導(dǎo)體材料材質(zhì)特性、發(fā)生短路時初始、最終溫度）;

當(dāng)短路電流持續(xù)時間在5.0s以上的情況下，應(yīng)對應(yīng)計以及散熱的影響進行校驗。

2）單相接地保護及其選擇。單相接地故障保護器件設(shè)置的主要目的是對人身間接電擊、電氣火災(zāi)以及線路損壞等相關(guān)事故進行有效預(yù)防。對單相接地故障保護電器的選擇需要充分考慮工廠供電系統(tǒng)低壓配電的接地形式，以及電氣設(shè)備具體型式的影響，同時納入對導(dǎo)體截面因素的考量。以國內(nèi)常用的TN-S系統(tǒng)為例，在根據(jù)該型式對保護電器進行選擇時，定義接地故障回路總阻抗水平為（包括所在回路相線阻抗、地線阻抗以及設(shè)備外殼與相線的接觸阻抗，所以在選擇接地材料規(guī)格的時候應(yīng)該合理，如果規(guī)格偏小，將造成阻抗總值變大，回路接地故障電流變小而造成該回路保護電器無法正常動作，失去保護意義，造成更大的事故隱患），定義保證保護電器在規(guī)定時間內(nèi)對故障回路進行切斷的電流值為，定義相線對地標(biāo)稱電壓為，則配電線路接地故障保護動作特性應(yīng)符合如下式（3）所示關(guān)系：

以使用低壓斷路器作為單相接地故障保護器為例，所在回路單相接地故障電流需要滿足大于等于1.3倍該低壓斷路器瞬時或者短延時脫扣整定值。

TN-S系統(tǒng)基于過電流保護電器兼?zhèn)浣拥毓收媳Ｗo功能，當(dāng)過流保護無法滿足上述要求的情況下可應(yīng)用零序電流保護或剩余電流動作保護滿足接地保護需求。

3）過負荷保護及其選擇。過負荷保護的基本要求在于兩個方面：第一，對于突然斷電比過負載所致?lián)p失更大的線路而言（比如消防、應(yīng)急電源等），此時過負荷保護應(yīng)報警于所在監(jiān)控系統(tǒng)，不做分斷動作處理;第二，除以上第一條以外的負載，過負荷保護電器應(yīng)在過負荷電流所致導(dǎo)體溫升對絕緣、接頭、周邊物質(zhì)造成損壞前，對過負荷電流進行分斷處理。在對過負荷保護器件進行選擇的過程中，將線路計算電流定義為，將斷路器長延時脫扣器整定電流定義為，將導(dǎo)體允許持續(xù)載流量定義為，將保護電器可靠動作電流定義為，則動作特性應(yīng)滿足如下式所示關(guān)系：

的概念。對于一個保護電器來講，不僅要求流過的電流不能超過規(guī)定值，而且還要保證流過該電流的時間不可超過規(guī)定值。當(dāng)電流在其額定電流范圍內(nèi)的時候，流過保護電器產(chǎn)生的熱量與其散熱平衡，保護電器就不會被燒壞，所在回路就可以長期正常運行。而當(dāng)電流變大內(nèi)，流經(jīng)保護電器的時間就與電流大小成二次方反比下降，假如電流越大，保護電器正常運行的持續(xù)時間越短。需由該產(chǎn)品制造商給出（按照《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第2部分：低壓斷路器》，為1.3倍）。

2 各級保護電器選擇性

在工廠企業(yè)供電系統(tǒng)低壓配電線路出現(xiàn)單相接地故障、短路故障或過負荷故障的情況下，選擇性動作一方面需要保護可靠的分斷故障電路，另一方面需要最大限度控制斷電范圍，預(yù)防不必要的大面積停電，實現(xiàn)可進行選擇性的分斷處理。因此，低壓配電系統(tǒng)設(shè)計的合理性至關(guān)重要，為確保對故障回路有選擇性的切斷處理，就需要正確整定保護電器的動作時間與動作電流。在此過程當(dāng)中，低壓系統(tǒng)斷路器上級、下級的選擇性配合問題至關(guān)重要。

1）非選擇性的斷路器及其級間配合。這種配置現(xiàn)在廣泛存在于工廠企業(yè)中，比較容易被忽視。下圖（如圖1）所示為上級斷路器（定義為A）與下級斷路器（定義為B）所對應(yīng)的長延時以及--瞬時整定結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1，在斷路器出現(xiàn)故障（假定故障發(fā)生于D點）的情況下，忽略可靠系數(shù)1.3倍的要求，若故障電流達到3000A以上，則斷路器A、斷路器B均執(zhí)行動作，無可選擇性;在故障電流達到1500A～3000A的情況下，則斷路器B執(zhí)行動作，斷路器A不動作，有可選擇性;在故障電流低于1500A的情況下，則斷路器A、斷路器B均不執(zhí)行瞬時性動作，無保護靈敏性。因此，總體來看，這種配合模式無法確保故障狀態(tài)下斷路器上級、下級的可選擇性配合關(guān)系，只是存在局部故障電流段的選擇性動作。

2）選擇性的斷路器、非選擇性的斷路器級間配合。下圖（如圖2）所示為選擇性斷路器、非選擇性斷路器配合結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖2，此配合模式可選擇性良好，但需對相關(guān)參數(shù)進行可靠整定處理。假定對于下級斷路器B而言，瞬時整定值為1500A，長延時整定值為150A，則對于上級斷路器A而言，其長延時整定值應(yīng)當(dāng)充分考慮計算電流值的影響。假定該值為500A，則短延時整定值應(yīng)當(dāng)按照如下原則進行整定：首先，set2.A整定值應(yīng)≥1.2set3.B電流值，若不符合該要求，則當(dāng)故障電流位于set2.A與set3.B之間的情況下時，斷路器B無法執(zhí)行瞬時動作，同時斷路器A受短延時動作影響導(dǎo)致選擇可靠性破壞。因此，考慮脫扣器動作誤差需求，需引入基于1.2倍的可靠性系數(shù)對電流值進行整定;其次，短延時時間無特殊要求;最后，對于瞬時保護值set3.A電流而言，整定時應(yīng)基于動作靈敏性要求適當(dāng)提高該值，以免因故障電流過大造成斷路器A、斷路器B同時瞬時動作，對可選擇性造成不良影響。

3 結(jié)束語

以上分析中參考現(xiàn)行《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)要求，對工廠供電系統(tǒng)低壓配電線路實際應(yīng)用中，有關(guān)低壓保護電器的選擇問題以及整定計算展開了詳細設(shè)計與分析，對避免因低壓保護電器選擇不當(dāng)或整定不科學(xué)所致?lián)p失有非常重要的意義與價值，值得引起重視。

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（作者單位：寶鋼工程技術(shù)集團有限公司）