再议低压配电系统中断路器的选择性配合

陈志萍

摘 要：阐述低压配电系统中上下级断路器保护选择性的几种类别、实现方式、以及在实际应用中的选择问题。

关键词：断路器；选择性；电流水平；延时特性；区域选择性；能量联锁

引 言

《低压配电设计规范》CB500054-2011第6.1.2条：“配电线路装设的上下级保护电器，其动作特性应具有选择性，且各级之间应能协调配合。非重要负荷的保护电器，可采用部分选择性或无选择性切断。”

低压电器的快速发展，直接带动低压系统中上下级保护电器之间的选择、配合特性不断改善。例如熔断器，上下级的熔体额定电流比只要满足1.6：1即可保证上下级保护电器的过负荷保护选择性。但由于断路器发展迅速，在实际设计中大量采用，故本文仅讨论断路器在低压系统中的选择性配合。（下文涉及到的断路器图表及参数以施耐德系列产品为参考）

断路器按使用类别分为A型和B型，A型为非选择型断路器，其脱扣器无人为短延时，无额定短时耐受电流，一般采用普通热磁脱扣器，其特性曲线如图1。具有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时过电流脱扣器两段保护动能，分别作为过负荷和短路保护。B型为选择型断路器，其脱扣器有人为短延时，有额定短时耐受电流，一般采用电子脱扣器，其特性曲线如图2。具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和接地故障保护，分别实现过负荷、短路延时、短路电流瞬动及接地故障保护。

其中：Iset1：過负荷（热或长延时）继电器脱扣电流整定值；

Iset2：短路（电磁或短延时）继电器脱扣电流整定值；

Iset3：短路瞬时继电器脱扣电流整定值；

Icu：分断能力。

1 首先按断路器使用类别的不同来分析其上下级配合的选择性

1.1 非选择型断路器与非选择型断路器的级间配合

举例如下A：上级断路器B：下级断路器，参数如图3。

当图中D点发生故障，若故障电流Id<1600A，在忽略1.3倍可靠系数的条件下，断路器A、B均不能瞬时动作，不符合保护灵敏性要求；当1600A2500A时，A、B均动作，无选择性。

通过以上举例，可以知道这种上下级均为非选择型断路器的配合不能保证选择性，不推荐。

1.2 选择型断路器与非选择型断路器的级间配合

举例如下：参数如图4。

其中上级断路器A的Iset1.A应根据计算电流确定，但选择型断路器多用于配电干线，通常Iset1.A比Iset1.B大很多。假设Iset1.A=1000A，则Iset2.A及Iset3.A整定如下：

（1）Iset2.A整定值满足该式：Iset2.A≥1.2Iset3.B（1.2是可靠系数，考虑脱扣器动作误差的需要）。若Iset2.A

（2）短延时的时间没有明确要求

（3）在满足动作灵敏性前提下，应尽量将Iset3.A值整定的大些，以免在故障电流很大时，A、B均瞬时动作，破坏选择性。

通过以上举例，这种选择与非选择型断路器的配合具有比较好的选择性，但需要正确整定断路器的各项参数。

1.3 选择性断路器与选择性断路器的级间配合

由于配电线路末端保护电器选用非选择型断路器极易实现过负荷、短路及接地故障保护功能，而选择型断路器价格高、主要用于配电线路首端和特别重要负荷的干线使用，所以此种形式在实际工程中很少使用，在此不再赘述。

2 实现上下级选择性保护的方法

2.1 基于电流水平的选择性

（1）通过从系统的末端到变压器电源端的断路器整定值的逐步梯级整定，可实现此方法。按照经验（参考《施耐德设计指南数据》），若Iset1.C/Iset1.D>2，可以实现选择性，见图5。

（2）下级断路器是限流型的。断路器D的下游电路发生故障，受限制的峰值电流会引起D的电磁脱扣器动作，但不足以引起断路器C动作，可实现选择性。

（3）下级断路器不是限流型的。这种情况下完全选择性是不可能的，因Iset3.C=Iset3.D，两个断路器会同时动作，这时为部分选择性，且仅限制在上级断路器的Iset2.C内，见图6。

2.2 基于时间的选择性

在断路器脱扣机构中引入延时。即下级断路器D的电流分断时间小于断路器C的不脱扣时间，串联的两个断路器C和D（有相同的电流通过）是可以实现选择性的，见图7。

短延时过电流脱扣器的整定电流，应躲过短时间出现的负荷尖峰电流。塑壳断路器延时时间为0.1s、0.2s、0.3s、0.4s，框架断路器是0.1s、0.2s、0.4s、0.6s、0.8s、1.0s，根据需要确定动作时间，上下级时间级差取0.1～0.2s。

2.3 区域选择性联锁（又称逻辑选择性）

断路器采用智能化脱扣器或控制单元，当发生短路故障时，只有故障点的本级断路器瞬时动作，其他上级断路器处于定时保护状态，保证断路器选择性动作，见图8。

一般将用于数据交换的控制线把所有串联的断路器的智能化脱扣器连接起来，当有故障发生时，此控制线把每一级断路器的定时指令传输给处于故障上级的断路器，只有处于故障本级的断路器收不到定时指令时，瞬时脱扣。

2.4 能量（动态）联锁

能量选择是利用上下级断路器的I2t特性实现保护的选择性。当上下级断路器检测到大的短路电流时，同时打开触头，限制电流，使短路电流比预期的要小很多，在下级相对较大的电弧能量使本级动作，在上级相对较小的电弧能量，保持不动作，于此实现上下级选择性。

3 结 语

合理设计低压配电系统、恰当选择保护电器，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回路。

参考文献

[1]中国机械工业联合会，主编.GB50054-2011《低压配电设计规范》[S].北京：中国计划出版社，2012.

[2]中国建筑东北设计研究院，主编.JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]中国航空工业规划设计研究院，主编.《工业与民用配电设计手册》（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]法国施耐德电气有限公司，编制.《电气装置应用（设计）指南》（第二版）[M]北京：中国电力出版社，2008.

[5]骆建，肖冰.低压断路器电流参数选择的四要素《建筑电气》[J].四川建筑电气杂志社2007.7.