选择型断路器在低压配电保护中的应用

吴豪

【摘要】在较长或截面较小的低压配电线路中，线路末端短路电流较小，若采用非选择型断路器（如微型断路器或热磁脱扣的塑壳断路器），不易保证断路器可靠动作。若采用选择型断路器，通过合理整定相关数值，不仅能解决过分增大导线截面引起投资增大问题，还可解决电流保护灵敏系数不满足规范要求的问题。

【关键词】选择型断路器;配电保护

1、断路器动作电流特性介绍

在低压配电的设计中，主要涉及有微型断路器（ACB），塑壳断路器（MCCB）及空气断路器（ACB），其中空气断路器保护特性与带电子脱扣的塑壳断路器类似，不另单独描述。

微型断路器具备B型，C型或D型脱扣形式，不具备选择型，微型断路器瞬时脱扣电流形式与额定电流In 有如下关系（以常熟开关CH2系列微断为例）：

上述瞬时脱扣电流范围不是指微型断路器的瞬时过电流保护整定值Ir3上述范围内可选，而是指其瞬时脱扣电流整定值随机分布在上述范围中，如任选一个C型，额定电流为20A的微型断路器，其瞬时脱扣电流可能为100A或200A，也可能是100A～200A的一个数值。

塑壳断路器额定电流可选In较多，并可选择电磁脱扣单元，热磁脱扣单元及电子脱扣单元，其中带电磁脱扣单元，热磁脱扣单元的为非选择型断路器，带电子脱扣单元的为选择型断路器，其保护脱扣单元与额定电流In 有如下关系（以常熟开关CM3为例）：

当塑壳断路器带电子脱扣单元时，其长延时、短延时瞬时、过电流保护的动作电流和动作时间可根据需要调整。

2、选择型与非选择型断路器过电流保护整定的区别

（1）长延时过电流保护（反时限过电流保护）整定较好确定，只需满足以下要求即可：

Iz≥Ir1≥IB

上述式中，Iz为线路允许的持续载流量，A;IB为线路的计算电流，A。对于非选择型断路器来说，其额定电流In即为Ir1，对于选择型断路器，其Ir1一般可在（0.4～1）In的范围内进行整定。

（2）短延时过电流保护（定时限过电流保护）仅在采用选择型断路器时需要整定，可提高保护灵敏系数，并实现上下级保护的选择型。其整定电流Ir2要躲过配电线路的最大次尖峰电流：

Ir2≥Kset2[IstM1+Ic（n-1）]

上述式中，Kset2为可靠系数，取1.2; IstM1为回路中最大一台电动机启动电流，A; Ic（n-1）为回路中除最大一台电动机以外的线路计算电流，A.通常定时限过电流脱扣器的整定时间有0.1，0.2，0.3，0.4等几种，上下级的时间级差不小于0.1～0.2S。

（3）瞬时过电流保护的整定值，应躲过短时间出现的负荷尖峰电流：

Ir3≥Kset3[IstM1+Ic（n-1）]

上述式中，Kset3为可靠系数，取1.2; IstM1为回路中最大一台电动机的全启动电流，A; Ic（n-1）为回路中除最大一台电动机以外的线路计算电流，A。

另选择型断路器的短延时过电流保护整定值Ir2与非选择型断路器的瞬时过电流保护的整定值Ir3还需满足灵敏度校验，即被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍，且选择型断路器Ir3还需大于下一级保护电器保护线路的最大短路电流。

3、实际工程中选择型断路器过电流保护的整定及运用

在笔者设计某电动车产业园项目中，因业主要求在员工停车位处设置20个7kW的单相交流充电桩，此充电桩区域离最近的厂区8#配电房低压线路长度约250m，由充电桩配电箱至最远处充电桩约30m。充电桩配电箱安装容量PE=140kW，功率因素cosφ=0.95，需要系数Kx=0.5，计算电流Ijs=112A。原设计的配电保护配置图（末端短路保护灵敏度校验）如下图所示。

现对断路器的末端短路保护灵敏度进行校验。

当K2点（充电桩配电箱进线处）发生单相短路时，经计算此处短路电流Id2=1090A。此段线路由变电所低压柜出线塑壳断路器MCCB1提供保护，MCCB1的瞬动电流Ir3=10In=1400A。保护灵敏度Km=1090/1400=0.77<1.3，不合格。若采用增大电缆截面以增大短路电流的方法，需将电缆截面增大3级至150mm2，才可满足保护灵敏度校验。而YJV-3*150+2*70电缆相同的长度价格几乎是YJV-3*70+2*35电缆价格的2倍，此方案显然不合理。若改为采用选择型断路器，则可较为合理的解决上述问题。解决方法如下：

将断路器改为选择型断路器

CM3E-250M/3，In=250A.

长延时过电流保护整定值：Ir1=140A

短延时过电流保护整定值：

Ir2=5Ir1=700A，t2=0.2S

瞬時过电流保护整定值按大于下一级保护电气所保护线路的最大短路电流进行整定：Ir3>1640 A

保护装置实际整定值取Ir3=12Ir1=1680A

保护灵敏度Km=1090/700=1.56，合格。同时断路器短延时动作时间可满足保护动作的选择性。

当K1点（充电桩进线处）发生单相短路时，经计算此处短路电流Id1=490A。此段线路由充电桩配电箱出线微型断路器MCB1提供保护，MCB1的瞬动电流Ir3=10In=400A。保护灵敏度Km=490/400=1.23<1.3，不合格。对与此段线路，解决有两种方法。方法1：将充电桩线路截面增大至10mm2;此时短路电流Id1=620A，保护灵敏度Km=620/400=1.55>1.3，合格。方法2：将MCB1脱扣器由C型改为B型，此时MCB1的瞬动电流Ir3=5In=200A，保护灵敏度Km=490/200=2.45<1.3，合格。因B型脱扣与C型脱扣断路器价格基本相当，推荐采用方案2。

修改后的保护配置图如下图：

结语：

在低压配电设计中，我们通常采用非选择型断路器，仅根据线路的计算电流来对断路器长延时脱扣电流进行整定，导致在低压线路较长时，通常不能满足末端短路保护灵敏度校验。这时，选用选择型断路器替代非选择性断路器，通过对其短延时过电流保护值及时间、瞬时过电流保护值进行整定，往往可不需增大电缆截面就可以解决保护末端短路保护灵敏度不足的问题，同时又可以使上下级保护间具备选择性。

参考文献：

[1]王明全.建筑电气设计实用技术专题23讲.重庆：重庆出版社，2016.

[2]工业与民用供配电设计手册（第四版）.北京：中国电力出版社，2016.