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1、()建筑电气低压配电线路保护的几个问题 ( 任元会)2 0 0 6年第期21概述低压配电线路遍布工业、农业、服务业的各个角落,同时也深入千家万户。不仅专业人员接触,众多非专业人员,包括普通老百姓都会触及,使线路发生故障的几率大大增加。如设计、施工 不 当 , 将 容 易 导 致 人 身 触 电( 间接接触) ,或线路损坏,甚至引起电气火灾。为此,在配电线路设计中,应严格执行低压配电设计规范(G B 5 0 0 5 4 - 9 5) ( 本文简称规范 )的各项规定,包括加强绝缘,妥善接地,做好等电位联结,但最根本和广泛应用的是做好配电线路保护,正确整定保护电器各项参数,保证在故障时能按要求切断电
2、源,以策安全。2全面实施低压配电线 路保护规范要求低压配电设计规范实施已十年,为广大电气设计师所熟知,并获得认真积极贯彻执行。但据知,仍有部分设计师和使用运行单位电气工程师对低压配电线路保护的要求缺乏完整系统的理解,难以全面、准确地把握。为此,本文拟对此作一较系统的叙述和分析,阐述各项要求的内在联系。配电线路设计中,至少要考虑以下和保护相关的要求:a .规范第四章规定配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护,而且每段配电线 路 都 应 满 足 这 三 项 保 护 要 求( 特别规定者除外) 。b .规范还规定上下级保护电器的动作应具有选择性,使故障时只切断该故障线路,而上级保护电器不应
3、动作,力求缩小停电范围。c .电路发生故障时,保护电器应能在规定时间内动作;另一方面,在正常工作和用电设备正常起动时,保护电器均不应动作。d .规范规定导体截面应满足动、热稳定要求,要和保护电器能协调配合,也就是选择的导体类型和截面,应该和保护电器类型和整定值相关联。e .作为分断短路电流的保护电器,还应具有足够的分断能力。以上各项要求密切关联,决定了保护电器的选型和参数整定,具有一定的复杂性,每一段线路和相应的每组保护电器,都应按以上条件一一计算、校验,确定各项参数。为了全面实施规范的各项要求,特将规定的主要条件以及实施的方法和 ( 或)计算式列于下表,以便全面理解和执行。低压配电线路保护的
4、几个问题摘 要系 统 地分析了低压配电线路保护的要求和实施方法,叙述了熔断器和断路器的选型,及其参数的整定;提出处理好正常运行不动作和故障时应按规定时间动作的关系,以及动作灵敏性和选择性的关系,指出全面理解和执行线路保护的技术要求和注意点。关 键 词短 路保 护过 负 载 保 护接地故障保护 保护电器熔断器 断路器 选择性动作任元会 ( 中国航空工业规划设计研究院1 0 0 0 1 1)建筑电气5 24()低压配电线路保护的几个问题 ( 任元会)专 家 论 坛关于低压保护电器 ( 低压熔断器和低压断路器)电流的整定熔 断 器 的 额 定 分 断 电 流 应 不 小 于 最 大 短 路 电 流
5、周 期 分 量 有 效值断路器瞬时脱 扣器的额定分 断电流应不小 于最大短路电 流周期分量有 效值上下级均为熔断器时,按过电流 选择比为1 . 6:1定,即 Ir( 上) :Ir( 下)1 . 6熔断器额定电流值大体符合1 . 6: 1定,即:4 06 31 0 01 6 02 5 0 5 08 01 2 52 0 03 1 5保证在正常工作条件下不应切断电路发 生 接 地 故 障 时 应 保 证 在 规 定 时 间 内 切断保护电器应保证在导体达到 过载温度前切断保护电器上下级之间应有选择性动 作 ( 特别是首端应有选择性动作)分断 能力 要求正常工 作时不 切断用 电 设 备 起 动 时
6、不 切 断 ( 按单台或配电线路中最大 一台笼型电动机直接起动)过负载保护短路保护热稳定 校验要求保护电 器类型1单台电动机: Ir值按允许通过的起动 电流选择 对a M型 熔 断 器 :Ir (1 . 0 5 1 . 1 0)IM 对g G型 熔 断 器 :Ir (1 . 5 2 . 3)IM( 参考值)2配电干线: IrKIj s(n - 1)+ IM K取1 . 0 1 . 3低 压 熔 断 器Id 1KrIr切断时间5 s时: Kr为4 . 5,5,6,7切断时间0 . 4 s时: Kr为8,9,1 0,1 1( 视Ir值大小定)Ij sIrIz( 当Ir1 2 A的刀型 触 头 和
7、圆 筒 帽 式 熔断器: Ir0 . 8 5 Iz)S I Kt#(适用于t 5 s )当t 0 . 1 s时按 (KS)2I2tIrIj s低压断路器Iz d 1Ij s长 延 时 脱 扣 器1单台电动机: Iz d 1IM 7 . 2倍Iz d 1的动作时间应 大于电动机起动时间 2干线: 当 有 大 功 率 电 动 机 时 , 应 考 虑7 . 2倍Iz d 1 的动作时间1运用瞬时脱扣器 时: Id 11 . 3 Iz d 32带有短时脱扣器 时: Id 11 . 3 Iz d 23当带有零序保护 时: Id 11 . 3 Iz d 0 ( 一般用于主干线)4当采用剩余电流 保护时:
8、Id 11 . 3 Iz dG ( 一般用于主干线)Ij sIz d 1Iz同上1上级不宜选用非选择型断路器, 因这种情况属无选择性。2上级用选择型断路器 ( 一般用于 主干线)应按以下要求整定: a .Iz d 2( 上)1 . 2Iz d 3( 下)或 Iz d 2( 上)1 . 2Iz d 2( 下) b .短延时时间:应比下级之最大熔 断器之熔断时间大0 . 1 0 . 2 s,通常 要求:Iz d 2( 上)(1 2 1 5)Ir( 下) 延时宜为0 . 3 0 . 4 s3当带有短延时脱扣器时,Iz d 3不应 太小,一般宜为1 2 1 5倍短 延 时 脱 扣 器1单台: Iz d
9、 21 . 2 IqM2干线: Iz d 21 . 2 Ij s(n - 1)+ IqM瞬 时 脱 扣 器1单台: Iz d 3(2 . 0 2 . 5)IqM2干线: Iz d 31 . 2 Ij s(n - 1)+ IqM上下级均为熔断器时,按过电流选 择比为1 . 6 1定,即: Ir( 上) Ir( 下)1 . 6 熔断器额定电流值大体符合1 . 6 1 定,即:4 0 6 3 1 0 0 1 6 0 2 5 0 5 0 8 0 1 2 5 2 0 0 3 1 5熔断器的额定 分断电流应不 小于最大短路 电流周期分量 有效值断路器瞬时脱 扣器的额定分 断电流应不小 于最大短路电 流周期
10、分量有 效值5 35建筑电气注:1本表依据国家标准G B 5 0 0 5 4 - 9 5、电动机起动不切断的有关内容依据G B 5 0 0 5 5 - 9 3编制。2符号说明:Ir熔断器熔体额定电流;Id 1单相接地故障电流;IqM笼型电动机的全起动电流 ( 最大一台) ( 可取IqM的2倍) ; Iz电缆或导线载流量,A;Iz d 1断路器长延时脱扣器整定电流;Ij s计算电流;S被保护电缆或导 线 截面,m m2;Iz d 2断路器短延时脱扣器整定电流 ;Ij s(n - 1)不包括最大一台电动机的计算电流;I预期短路电流,A;Iz d 0断路器零序保护整定电流;IM笼型电动机 的 额 定
11、 电 流 ;K电 缆 或 导 线 热 稳 定 系 数(见G B 5 0 0 5 4 - 9 5) ;Iz dG断路器剩余电流保护整定电流 ;IqM笼型电动机的起动电流 ( 最大一台) ;t短路持续时间,s。表中的保护电器按规范规定编列了熔断器和断路器两类;而断路器按保护特性不同,又分为非选择性和选择性两类,由于其保护特性、实现选择性要求区别很大,应予特别关注。表中的接地故障保护按T N接地系统 ( 包括T N -S、T N - C、T N - C - S)编制,工程中T N系统仍应用最多,实施接地保护要求也较复杂。设计时,在初定配电系统后,应从末端回路开始,自用电端到配电变压器低压侧,逐一对每
12、段线路和保护电器按表中各项要求进行计算,以确定导体截面和保护电器参数。3实施配电线路保护要着重把握的几 个问题3 . 1做好三项计算线路负荷计算、短路电流计算,还有电压损失计算,是配电线路设计的基础。线路负荷计算:按照该线路所接负荷安装功率,逐段计算出线路计算电流(Ij s),是确定导体截 面(S)和熔断器的熔体电流(Ir)或断路器的长延时 脱扣器整定电流(Iz d 1)的主要依据 ( 不是唯一的) 。 短路电流计算:包括计算三相短路电流( I )和接地故障电流( Id 1)两种,前者用以校验保护电器 分断能力是否足够;后者是确定接地故障时保护电器动作灵敏性的重要依据。电压损失计算:对离配电变
13、压器较远的线路,将对导体截面大小有很大影响,从而也间接关系到线路保护电器参数。3 . 2处理好两对矛盾3 . 2 . 1正确处理保护电器在正常工作 ( 含设备起动)时不应动作,而在故障时要可靠动作的矛盾前者是常规要求,规定了保护电器整定电流的最低限值,低于此值就不能正常工作或起动;后者是按规范规定的保护要求,规定了保护电器整定电流的最高限值,若高于此值就不能保证故障时可靠动作。因此,设计时,只能在高低两限值之间确定整定电流。有时,两者要求互相矛盾,后者要求的整定电流最高限值比前者的最低限值还小,使你无法同时满足两者的要求。此时,设计者就要采取措施,如加大相线和P E线截面,调整配电系统接线方式
14、,或改变保护电器类型等,解决矛盾,务求同时满足两者要求。3 . 2 . 2正确处理故障时保护电器可靠动作和有选择性动作的矛盾故障时保护电器可靠动作和有选择性动作是一对矛盾,前者要求的动作快,后者则不宜太快,要合理调整和处理。对于末端回路,故障时保护电器应尽快动作 (规范规定时间以内) ,不存在选择性问题;而对于上级和以上各级保护电器,尤其是馈电回路首端的保护电器,应满足故障时可靠动作,还应该有选择性动作,即在下级保护电器后面任一点发生故障时,只应由最近的保护电器动作,而上级不应动作。为达到这个要求,配电干线各级保护电器( 除末级外)不应选用非选择型断路器,而应选择具有反时限保护特性的熔断器;对
15、于额定电流较大的首端主馈电线保护,应选择带有短延时脱扣器的选择型断路器,并且合理整定其各项参数,才能更好保证选择性。3 . 3把握好几个要点 3 . 3 . 1配电箱 ( 盘)的进线处不宜装设保护电器,宜装隔离开关配电箱的每回路出线都装设了保护电器,进线处再装保护电器就增加了保护的级数,是不妥当的。其实只需要装设具有隔离功能和开关功能的电器,最好就是隔离开关。装保护电器不仅没有必要,如果选型不好,反而产生不良后果。现在不少设计师常使用带长延时脱扣和瞬时脱扣的断路器作为进线开关,一旦发生接地或短路故障,2 0 0 6年第期2低压配电线路保护的几个问题 ( 任元会)()建筑电气5 46()瞬时脱扣
16、器快速动作,容易破坏保护的选择性,这种方案不可取。如果一定要使用这类断路器,则建议选用只带长延时脱扣器,而不带瞬时脱扣器的断路器,主要作为一般切断负载电流的开关使用,也可具有过载保护功能。3 . 3 . 2变电所低压屏接出小容量馈线要注重导体热稳定和保护电器的分断能力校验配电变压器容量大的变电所,其低压侧的短路电流很大,如变压器容量为1 0 0 0 k VA时,低压屏出线处的三相短路电流可达2 3 2 5 k A( 按S9型变 压器) ,变压器高压侧为三角形接线时,该处的接地故障电流也可达2 0 k A以上。如果从低压屏直接引出小容量馈线,如变配电所用电、小功率电动机等,其计算电流仅几个至几十安培。若按计算电流选择馈线的导体截面和保护电器,其值都比较小,因此应注意作以下两项校验:a .校验保护电器的分断能力
