低压配电系统短路电流极端和保护配合问题研究

吕文峰 张永昌

摘  要：低压配电系统短路电流极端以及保护配合问题作为重要的安全防护课题，一旦低压配电系统短路，或者出现相关的故障时，保护装置都需要迅速的采取一定的保护措施防止意外的发生，这种保护机制能否起到作用，关键在于短路电流的大小和保护装置是否稳定，对于住宅等民用建筑来说，这个技术不难做到，只要按照发热的条件和电压的损失等要求，就可以实现。

关键词：低压配电系统;保护配合;短路电流

中图分类号：TM713     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0085-01

1  低压配电系统的设计要求

TN-C系统是工业上比较常用的低压配电系统，这种系统实际上是通过零线形成的单独相接的短路电流的回路，也就是常说的接零保护。

而且这种回路，可以使得线路在故障发生的时候，可以保护系统能够第一时间发生作用，隔离故障的影响，减少故障带来的经济损失，人力物力的损失。

一般使用断路器（空气自动开关），以及熔断器做为低压配电线路的保护装置。一旦低压配电系统短路或者出现相关的故障时，保护装置都要迅速的采取一定的保护措施，防止意外的发生，这种保护机制能否起到作用，关键在于短路电流的大小和保护装置是否稳定，这对于装置的设计提出了一定的要求，要将两者有效地配合。

1.1  要符合支持断路器的分断能力

如果断路器的分断时间>0.02 s时，断路器的极限分断能力，应该≥被保护线路的三相短路电流的周期分量有效值。而另一种情况就是，如果断路器的分断时间<0.02 s时，断路器的开断电流要大于等于短路第一周期内的全电流有效值。

上述情况中，如果断路器的分断能力选小，当被保护线路，出现三相短路故障的时候，断路器分断不了，不仅会烧毁该断路器，还可能影响到母线，使得后果更加严重，或是造成大面积的停电，另一方面，也不可以过分选大断路器，一同接在母线上的断路器数量很多，不同分断能力的断路器虽然是同型号和规格的，但是价格相差很多，不利于节省资金投入。

因此，满足断路器的分断能力，不仅关系到供电的可靠性、安全性，还关系到经济性。

1.2  要满足动作的选择性

在这一方面上可作出如下调整：

①提高上级断路器的整定值，使其高于下级配电线路，其中，整定值的范围应保持在整个回路的最大短路电流值之上。

②将上、下级断路器的整定周期分别设计成0.2 s与0.4 s，使它们的级差为0.2 s。

③若有要求需对整个回路进行过流保护时，还应当让变压器低压一侧的母线，能够在稳定电流的作用之下，实现单相接地，同时还应设计高压侧保护装置短路电流的值为1.5倍过流保护整定值。

2  短路电流的计算

2.1  计算电路

我们在计算短路电流的值的时候，一般情况下，给予假设供电电源处于一个无穷大的条件下，就低压配电系统来说，它和高压供电系统的区别，就在于它的变压器，线路等元件的电阻值，通常情况下是不可以忽略的。一旦忽略，就会造成很大的误差，影响到整个系统的功能。具体计算电路如图1、图2所示。

2.2  计算式

归算到低压倒（0.4 kV）的高压系统阻抗值（单位：mΩ）。

2.3  短路数值

2.3.1  三相短路电流

2.3.2  单相接地短路电流

2.3.3  短路电流冲击值

2.3.4  短路全电流最大有效值

3  短路电流计算的分析

3.1  路电流最大值和最小值的求解

在计算短路电流的时候，要先求出电流短路时候的最大短路电流，用其檢测电气设备的热、动稳定，以及他们的分断能力。

整定继电保护装置，同时，也要计算出最小的短路电流值，短最小短路电流值可以用作检验继电保护装置灵敏度，以及作为检验电动机启动的根据。在220/380 V网络中，一般来说最大的短路电流是三相短路电流，当配电线路达到一定的长度，产生的线路阻抗对电流产生的作用是不能忽略不计的。而一般来说，最小的短路电流值出现在以末端相接的故障电流处。

3.2  变压器高压侧系统阻抗的影响

10 kV一般用作客户端配电所，一般可以引自上级区域的变电站。因而区域配电站10 kV电源线路阻抗以及10 kV母线段短路容量，是计算变压器高压侧系统阻抗的关键参数。

3.3  电线路过长时存在问题及处理措施

在建筑工程中，一般的低压配电线路都比较短，而配电线路的末端，接地故障电流偏大。因而通常使用断路器的瞬时过电流脱扣器，同时也做接地故障保护。这种方法也是比较容易实现的。而局部线路在不能满足要求时，可以提高加大线路的横截面、减少瞬时过电流、脱扣器整定电流等方法，来满足单相接地故障保护的要求。而对于市政工程而言，因为用电设备十分散乱、路径长、低压配电线路在一般情况下都可以达到500 m。

3.4  配电线路单相接地故障保护整定

在用配电箱过电流保护电器的时候，故障电流不能被切断，需单独装设置接地故障保护电器，使用剩余电流动作保护器，作为保护电器，为避免误动作，断路器剩余电流保护整定值应大于正常运行时线路，以及设备的泄漏电流总和的2.5～4倍左右。

4  结  语

TN-C系统的工作零线不但要通过单相负载电流、短路电流以及三相不平衡电流，除此之外，还需要承受意外故障的冲击电流，零线工作的负担在某种程度上又加重了。因此，在高负荷运转的情况下，工作零线断线的可能性是非常高的，而在断线以后，负载侧的中心线对地电压可以达到相电压。这就会导致安全隐患的出现，比如触电。而在工程中要想实现和达到三相平衡，就需要保证工作零线中没有电流的通过。但是实际中这一点是很难达到和实现，如果使用TN-S系统，那么工作零线只通过单相负载电流，以及三相不平衡电流。护零线，确保零线只做接零使用。而只通过短路电流就可以极大程度的加强供电的安全性以及可靠性，避免触电等安全隐患以及带来的巨大损失。

参考文献：

[1] GB 50054-95低压配电设计规范，[S].

[2] 中国航空工业规划设计研究院组.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.