对低压配电级数和保护级数的理解

龙广海

[摘要]阐述低压配电系统中，配电级数和保护级数的概念。在满足规范要求时，应尽量减少配电级数，对于不同性质的负荷，保护的选择性也应该有区别，不能盲目无条件地去实现选择性一增加不必要的投资浪费，更不能在对重要负荷的供电中不考虑选择性，降低其供电可靠性。

[关键词]配电级数保护级数选择性

中图分类号：TM1文献标识码：A文章编号：1571-7597(2009)0620017-01

一、引言

相关规范规定，在低压(交流、工频1000V以下)配电设计中，从变压器低压侧至用电设备的配电级数一般不超过三级，对于重要的负荷，上下级保护电器的动作应具有选择性。在实际工程的设计中，由于对配电级数及保护级数的理解不到位，导致了配电系统技术经济上不合理的情况时有发生。根据笔者对相关规范的理解和执行情况，对一般低压配电系统的配电分级及保护分级作简单论述，并对保护电器选择性的设置情况作简单分析。

二、配电级数和保护极数的理解

有观点认为，设置带保护功能开关电器的部位既会产生一个配电级，如图中回路一所示为五个配电级(其认为变压器低压侧配电柜为一配电级，IOF1是对变压器的保护，对线路仅为后备保护，1QF1下口的母线短而且是成套安装，产生故障的几率很小，不计入配电级数)，若2QFI及30F1采用隔离开关，整个配电系统就是三级配电。持此观点的设计人，为了使配电级数不大于三级，每一个下级配电箱(2AP，3AP)进线电源处采--用隔离开关，此种做法对于放射式配电没有问题，但在树干式配电中(如图中回路)，若受电箱4AP的进线开关4QFl也采用隔离开关(其根据《低压配电设计规范》GB50054-95第4.5.2条：保护电器可装设于与电源的连接线路短于3米的地方)，是一种错误的做法：一是因为当配电线路给一、二级负荷供电时，4kl点故障但4QF2拒动而4QFI动作时，与《低压配电设计规范》第4，2，4条不符：越级切断电路不致引起故障线路以外的一、二级负荷的供电中断：二是因为与《民用建筑电气设计规范》JGJl6—2008}g7，1_4条不符：对于树干式供电系统的配电回路，各受电端均应装设带保护的开关电器。实际上，产生了电能分配才会产生配电级数，在图中从变压器低压侧，放射式及树干式供电均只产生了三次电能分配：第一级为变压器低压侧lAP箱，第二级为2AP箱，第三级为3AP箱；需要指出的是在树干式配电中，第二级配电出现在树干分支处，因此回路一和回路二都为三个配电级数。不管2QFl、3QFl采用断路器、熔断器还是隔离开关都不会改变配电级数，只会对线路故障保护的可靠性有影响。

有观点认为，装设了带保护功能开关电器的部位即是一个保护级，一条配电线路串联多少个保护电器就有多少级保护。图所示为五个保护级。持此观点的设计人，当系统给一、二级负荷供电时，为了使每一保护级之间具有选择性，即30F1与2QF2、2QFl与1QF21之间都设计为具有选择性，造成配电系统的极大浪费。有设计人为了避免浪费。就把配电箱的进线开关20F1和30F1设置成隔离开关，以减少保护级，从而规避保护级间的选择性。实际上，这种处理方法存在一种矛盾，既然2QFI和30Ft设置成隔离开关就可以不与10F21和20F2选择性配合，为什么20F1和30F1设置成带保护功能的电器时就应该与10F21和2QF2选择性配合呢?笔者认为，保护级数的确定应该按设置的带保护的开关电器的保护范围来确定，若切断保护电器所造成切断电源范围相同，则这些保护电器均可视为一个保护级，如图lQF2和20F1为一个保护级，其断开，2AP和3AP均会失电。因此上图二个回路都有四个保护级数。保护与配电之间是有关联的，存在电能分配的部位肯定会设置保护，但有保护的部位不一定就会存在电能分配。

三、保护级之间选择性柏理解

保护的选择性是指协调具有保护功能的电器，当系统任意点故障后可以被位于紧靠故障点的上一级保护电器消除，而且只能由其单独来消除，从而保证其它回路的工作连续性。选择性保护对于所有故障电流(即无论是过负荷、接地故障还是短路等任何一种故障)都能实现选择性保护时为完全选择性：当仅在一定故障电流范围内实现选择性保护时为部分选择性。对于重要负荷，其供电线路上、下级保护电器的选择性，可保证故障时不致越级切断线路而引起非故障线路的设备中断供电，这对设备的供电可靠性是很重要的。对保护分级有充分的理解，有助于合理设置上、下级保护电器的选择性。规范只规定了对于重要负荷需要有选择性，但对重要负荷没有说明和列举，对于是完全选择还是部分选择也无具体要求。根据笔者对相关规范的理解，重要负荷为一级负荷、二级负荷及消防负荷；对于一级负荷及消防负荷，须做到完全选择，对于二级负荷，部分选择既可。

以上图回路一为例，系统对一、二级负荷供电。30F1与30F2应具有保护选择性，即当3kl点故障时，应为30F2动作，而不应越级跳开3QFI；2QFI与20F2应具有保护选择性，即当3k2点故障时，应为30Ft或2QF2动作，而不应越级跳开20F1。若对保护级数理解不当，会把30F1与20F2视为不同的保护级，也把两个保护点设计为具有选择性，这就会造成20F2的开关整定值比30F1大，其出线电缆也会相应增大，导致系统的浪费。若2AP箱与3AP箱相距较远时，为了管理方便，在条件许可时，可使其具有部分选择性。

四、保护之间选择的实现

实现选择性的方式有两种：能量(电流)和时间。能量的选择性使故障线路快速分断，通过时间选择性实现上、下级间的完全配合。常用保护电器的级间选择性配合通常有如下几种情况：

1上级为熔断器。当下级也为熔断器时，上级熔断体电流大于下级熔体电流的1.6倍。即能实现选择性。当下级为断路器时。当断路器的长延时特性与熔断器的过电流反时限特性不相交，且熔断体的额定电流值比断路器的长延时整定电流值大一级时，即能满足过负荷时的选择性；熔断器在预期短路电流的熔断时间比断路器瞬时脱扣器的动作时间大于0.1s以上时，则能满足短路时的选择性。

2上级为两段式保护断路器(非选择性断路器)。当下级为熔断器时，熔断器的过电流反时限特性与断路器的长延时特性不相交，且断路器的长延时整定电流值比熔断体的额定电流值大一级时，即能满足过负荷时的选择性：故障电流小于断路器的瞬时脱扣器整定电流时。下级熔断器会先熔断，具有部分选择性，故障电流大于断路器的瞬时脱扣器整定电流时，会无选择性地动作。当下级也为两段式保护断路器，过负荷选择性配合比较容易(长延时整定电流值差一级或以上一般都能满足选择性要求)，但短路时，仅当故障电流介于上下两级断路瞬时脱扣器整定电流之同时，才具有选择性。

3上级为三段式保护断路器(选择性断路器)。当下级为熔断器时，当熔断器的过电流反时限特性与断路器的长延时特性不相交，且断路器的长延时整定电流值比熔断体的额定电流值大一级时，即能满足过负荷时的选择性；短路的情况下，合理地设定断路器的短延时脱扣器整定电流值(在满足接地灵敏度要求时宜整定大些)和延时动作时间(应整定长一些，0.4～0.8s)，一般能实现选择性，瞬时脱扣器整定电流在满足动作灵敏度的前提下尽量大，以免破坏了选择性。当下级为二段式保护断路器时，若正确地整定各项参数，这是一种较为理想的选择性配合；过负荷的选择性配合比较容易；短路时，上级断路器的短延时脱扣器整定电流值大于下级断路器的瞬时脱扣器整定电流值，则具有选择性，上级断路器的瞬时脱扣器整定电流值在满足动作灵敏度的前提下尽量大，以免破坏了选择性。

设计低压配电系统时，要准备地计算故障电流，恰当地选择保护电器，正确整定保护电器的动作电流和动作时间，才能保证有选择性地切断故障线路。随着电子技术运用的深入。配置智能脱扣器的断路器在建筑工程中逐渐推广和使用。智能脱扣器在过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地故障的动作电流值和动作时间都在一定范围内可调，这给上、下级保护的选择性实现提供了很大的技术便利。建议在选择配电系统的开关电器时，尽量选择一个厂家一个系列的产品，在实现选择性设计时，有更具体的数据可供参考，其保护电器的级间选择性配合情况，可参照产品的技术参数去实施。

五、结束语

低压配电线路发生故障时，既要保证可靠地分断故障线路，又要尽可能地缩小断电范围，减少不必要的停电，即要有选择性地分断保护电器。正确理解低压配电的配电级数、保护级数及级间选择性，对实现简单、可靠、稳定的低压配电系统有重要作用。文中观点难免有疏漏和不当之处，请同行斧正。