低压配电保护电器选择性配合分析

张自雍,张金宁,李 光

(1.河北筑美工程设计有限公司,河北 沧州 061001;2.河北省献县电力局,河北 献县 062250;3.河北工程技术高等专科学校,河北 沧州 061001)

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第 7.6.1条第二款规定“配电线路采用的上下级保护电器,其动作应具有选择性,各级之间应能协调配合;对于非重要负荷的保护电器,可采用无选择性切断”[1]。低压配电设计规范等规范均有相类似的规定。但是,在工程设计中,对于选择性配合的实现方法,有不少的设计人员却有着不同的理解,有的人认为只要上级开关长延时整定值大于下级开关长延时整定值就实现了选择性配合。

本文通过几种工程中经常用到的情况,考虑建筑中常用的单相设备回路短路时的情况,计算出配电线路末端的短路电流,配合断路器选择性配合表,分析选择性配合的实现。

1 计算方法[2]

参照《工业与民用配电设计手册》(第三版)的计算方法,分段计算出每一段的相线与零线阻抗,累加后得出总阻抗,末端短路电流：

式中 ,I″k 1为末端短路电流 ,kA;∑ ZØp为总阻抗 ,mΩ。

在用式(1)进行选择性配合时,有以下几点要做修正：

1)用式(1)计算单相短路电流时,为保证短路动作的灵敏度,手册中相保电阻的取值为 20℃电阻的 1.5倍,工程中发生短路时的实际线路电阻值要比这个值小,因此计算时应按照 20℃时的电阻值进行计算。

2)式(1)中采用的为相保阻抗,在计算选择性配合时,应按照相线与 N线短路计算,即大截面电缆按照单相短路计算时,N线与相线等截面考虑,即相线电阻的 2倍,而不采用相保阻抗,感抗值参考手册取值。

3)对短路计算结果乘以一个 1.3的可靠系数;

4)变压器按照 S9-630/10.5,D,yn11接线考虑,配电系统阻抗折算到变压器低压侧,一般很小,计算时可忽略不计。

2 工程实例及计算结果

2.1 工程实例

以下为工程实例,为了保证其一般性,分别计算出不同长度的干线电缆以及发生短路点距末级配电箱0 m,30 m的情况。

1)建筑电源由建筑物外变电所引来,进户电缆(第一段线路)YJV22(4×150),配电长度分别按照 50 m,200 m两种情况计算,第二级配电(第二段线路)引出电缆 YJV(4×25+1×16),长度分别按照 20 m,80 m两种情况计算,第三级配电引出线路(第三段线路)BV(3×2.5),长度 0 m,30 m两种情况。计算结果见表 1。

2)变电所在建筑物内,由变电所引出的电缆(第一段线路)YJV(4×25+1× 16),长度分别按照 20 m,200 m两种情况计算,第二级配电引出线路(第二段线路)BV(3×2.5),长度 0 m,30 m两种情况。计算结果见表 2。

3)变电所在建筑物内,由变电所引出的电缆(第一段线路)YJV(4×25+1× 16),长度分别按照 20 m,200 m两种情况计算,第二级配电引出线路(第二段线路)BV(3×4),长度 0 m,30 m两种情况。计算结果见表 3。

2.2 计算结果

用 excel表格编程序,分别计算几种情况,计算结果见表 1～表 3(表中 R,X为每米电阻、电抗,∑R、∑Z为线路总电阻、总电抗,I″、1.3I″为短路电流 )。

表1 第一种工程情况下的各部位短路电流 mΩ/m

表2 第二种工程情况下的各部位短路电流 mΩ/m

表3 第三种工程情况下的各部位短路电流 mΩ/m

3 结果分析及措施

3.1 结果分析

通过以上计算,可以看出影响末端短路电流主要因素是进入配电箱的线路及各分支回路的线路的规格、长度,大型建筑使用的密集型母线槽,其阻抗值比较小,因此,以上数据适用于大部分建筑配电情况。

末端短路电流的大小与发生短路的位置关系较大,靠近配电箱的部位,短路电流明显较大,短路电流一般会大于 0.5 kA,有时可达到 8 kA以上,实际上,计算选择性配合的短路电流值,应当取保护开关安装处的短路电流值,即最末一级线路长度为 0 m时的值,一般大于 1 kA,参考施耐德 multi9系列产品的选择性配合表[3],要保证其选择性,对上级开关为 C形曲线时,短路电流应小于上级开关整定值的 7.5倍,D型曲线为12倍,因此,即使上级采用 100 A的 multi9系列断路器,一般也难保证完全选择性配合。当上级采用 NS系列时,上级断路器整定值至少要 80 A,下级采用 15 A以下 C65N系列开关,才能保证完全选择性。因此,《全国民用建筑工程技术措施-电气》(2009年版)关于断路器保护的级间配合要求,第 5.4.3条第 5款规定：“上一级保护断路器的长延时脱扣器整定电流,宜不小于下一级长延时脱扣器整定电流的 2倍”,并不具有完全选择性,对于重要的负荷,不能满足规范要求的选择性配合。

3.2 实现选择性配合的措施

配电线路采用的上下级保护电器采用断路器时,对于重要负荷,为保证其动作选择性,应采用下列措施：

1)采用放射式供电,末端配电箱主开关采用隔离开关,分励脱扣、欠压保护等均由上级开关实现,上级保护开关采用带有短路短延时的开关,短路延时可取 0.1 s或 0.2 s,短路瞬时动作整定值应大于下级开关安装处的预期短路电流;

2)上级保护开关采用 80 A以上 NS系列断路器,末端断路器采用 15 A以下 C65N系列断路器也可。

4 结束语

低压配电线路上下级保护开关的选择性要求,比较容易让人忽视,尤其是在微断大量使用的情况下,人们很容易盲目地认为上下级开关整定值有差异就实现了选择性,通过计算,我们发现,采用非选择性的微断,几乎不能实现选择性配合,只有短路点处的短路电流恰巧在一定的范围内才能实现,对于重要负荷,应计算其短路电流,依据厂家提供的选择性配合表,选取合适的保护开关。

[1]JGJ16-2008S,民用建筑电气设计规范 [S].

[2]中国航空工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册 [M].3版.北京：中国电力出版社,2006：162-172.

[3]中国建筑标准设计研究院.建筑电气常用数据 04DX101-1S[Z].北京：中国建筑标准设计研究院,2004：216-225.