低壓配電系統(tǒng)的保護設計

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯低壓配電系統(tǒng)的保護設計 一、概述低壓配電系統(tǒng)的愛護包括過電流愛護（短路愛護和過負載愛護）、斷相愛護、低電壓愛護（欠壓和失壓愛護）、接地故障愛護。在不同的應用場合，應按規(guī)范要求裝設不同的愛護，比如，低壓配電設計規(guī)范gb50054-95規(guī)定，“配電線路應裝設短路愛護、過負載愛護和接地故障愛護，作用于切斷供電電源或發(fā)出報警信號”；低壓配電系統(tǒng)的各個相關的低壓電器之間應有良好的特性協作，以正確的發(fā)揮各個低壓電器的各種功能。比如，低壓配電設計規(guī)范要求“配電線路采納的上下級愛護電器，其動作應具有選擇性?！绷硗?，完善的愛護，除了正確地裝設和設置愛護電器之外，還應使配電系統(tǒng)

2、中相關導體、連接件的安裝、選型與愛護電器相協作，滿意各種狀態(tài)下的動熱穩(wěn)定要求。隨著制造技術的不斷進展，低壓斷路器的性能及功能也越來越先進和完善。目前，在民用建筑的配電系統(tǒng)中，已經廣泛地應用低壓斷路器來實現配電系統(tǒng)的各種愛護功能。所以，如何正確地選用低壓斷路器對低壓配電的設計至關重要。圖一所示是一個民用建筑中常用的配電系統(tǒng)實例。本文將以圖一為例，爭論工程設計實踐中常見的有關低壓配電系統(tǒng)愛護的若干問題。 圖一 二、短路愛護短路愛護應在短路電流產生的熱作用和機械作用對被愛護對象造成危害之前切斷短路電流。在民用建筑的低壓配電系統(tǒng)中，大多數的短路愛護，均可以采納斷路器來實現。采納斷路器來實現短路愛護，首

3、先應使斷路器的短路分斷力量線路的預期短路電流。斷路器一般有三個指標來表示其分斷力量，即極限短路分斷力量、運行短路分斷力量和短時耐受電流。各個指標的含義如下：極限短路分斷力量(icu)，是指在肯定的試驗參數(電壓、短路電流、功率因數) 條件下，經肯定的試驗程序，能夠接通、分斷的短路電流，經此通斷后，不再連續(xù)承載其額定電流的分斷力量。它的試驗程序為ot(線上)co (“o”為分斷，t 為間歇時間，一般為3min，“co”表示接通后馬上分斷)。試驗后要驗證脫扣特性和工頻耐 壓。運行短路分斷力量(ics)，是指在肯定的試驗參數(電壓、短路電流和功率因數) 條件下，經肯定的試驗程序，能夠接通、分斷的短路

4、電流，經此通斷后，還要連續(xù)承載其額定電流的分斷力量，它的試驗程序為ot（線上） cot (線上)co。短時耐受電流(icw),是指在肯定的電壓、短路電流、功率因數下，耐受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而斷路器不允許脫扣的力量，icw是在短延時脫扣時 ，對斷路器的電動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的考核指標，它是針對b類斷路器的，通常icw的最小值是：當in2500a時，它為12in或5ka，而in2500a時，它為30ka。在某些場合，盼望一臺斷路器在分斷線路最大的短路電流后不維護還可以連續(xù)承載額定電流，那么，我們就應當按斷路器的運行分斷力量（ics）不小于線路的預期最大短路電流的條件來選擇斷路器

5、。否則，可以按斷路器的極限分斷力量來選擇斷路器。目前，市面上有很多ics=icu的斷路器，其適用性更廣，當然，其制造成本也更高。對于安裝于電源側的斷路器，為實現愛護選擇性，往往采納具有短路短延時的b類斷路器，這時，就應當考慮斷路器的短時耐受電流（icw）了。那么，如何確定斷路器的icw指標是否滿意使用要求呢？由于時間很短，可以將短路過程視為一個絕熱過程，不考慮斷路器散熱條件的差異，所以可以依據下式來校驗： （1） 式中 icw短時耐受力量指定的短路電流值 t 短時耐受力量指定的通過短路電流的時間 id 實際發(fā)生的預期最大短路電流 t1 短路電流持續(xù)的時間，一般取斷路器的短路短延時時限 比如，圖

6、一的b點發(fā)生三相短路，假設，變壓器容量為1000kva，依據變壓器的容量可以估算出在b點的三相短路電流id=ie/u%=1.443ka/0.06=24.0ka（假設變壓器的高壓側短路容量為無窮大，并忽視qf1及母線的阻抗），qf1選用框架斷路器，短延時時限t1=0.4s，icw為0.5s，35ka，依據式（1）校驗，滿意要求。目前，市面上有很多塑殼斷路器的額定電流及極限分斷力量或運行分斷力量均達到框架式斷路器的水平，但當在使用其作為電源主開關時，還應按上式驗算其短時耐受電流的指標能否滿意要求，應特殊留意，大多塑殼斷路器為a類斷路器，沒有短時耐受電流的要求，即使是b類的塑殼斷路器，其短時耐受電流

7、一般比框架斷路器小得多，一般小于15ka(1s)，所以，不是每一個塑殼斷路器都可以滿意要求的。從短路發(fā)生到短路愛護電器動作并分斷短路電流需要肯定的時間，一般要求配電系統(tǒng)在承受這段時間的短路電流后不會被破壞，這就必需對配電系統(tǒng)中的各種電器、導體及相關連接件進行熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗。低壓配電設計規(guī)范規(guī)定，絕緣導體的熱穩(wěn)定校驗應符合下列規(guī)定：當短路持續(xù)時間不大于5s時，絕緣導體的熱穩(wěn)定應按下式進行校驗： （2） 式中 s絕緣導體的線芯截面（mm2）； i短路電流有效值（均方根值a）； t 在已達到允許最高持續(xù)工作溫度的導體內短路電流持續(xù)作用的時間（s）； k不同絕緣的計算系數。 如圖一，在d點發(fā)生三

8、相短路，設高壓側短路容量為500mva，變壓器容量為1000kva ，d,yn-11接法，u%=6%，負載損耗pk=8.12kw，qf3長延時整定為50a, l1回路采納vv-5x16，長10m，經計算，短路電流id=7140a，斷路器qf3瞬時動作?？梢哉J為從脫扣器動作到完全分斷短路電流的時間就是（式2）中的t（s），t的大小和斷路器的性能有關，表一列出幾種常見狀況下的t值。 表一：校驗熱效應的短路電流持續(xù)時間 斷路器開斷速度 斷路器全分閘時間（s） 短路電流持續(xù)時間（s） 高速 小于0.08 0.1 中速 0.080.12 0.15 低速 大于0.12 0.2 將相關量的值代入（式2）中，

9、t取0.1s，k取115，得出導體的截面s應不小于19.6mm2，因此，vv-5x16的電纜截面不滿意熱穩(wěn)定要求，應放大到 25mm2。 在設計中，應特殊留意那些距離供電變壓器較近，計算負荷較小的線路，往往按計算電流選擇的導線截面無法滿意熱穩(wěn)定的要求。 在上述的例子中，我們取負荷處（d點）的三相短路電流來校驗線路的熱穩(wěn)定，而在實際應用中應當取線路的哪一點的短路電流來校驗熱穩(wěn)定呢？由于，電纜線路在中間段發(fā)生三相短路故障一般是由于機械損傷造成的，而在室內，這樣的機械損傷幾率是較低的，更多的可能是在電纜端接的地方或用電設備內發(fā)生短路故障。因此，對建筑室內的放射式供電線路，取線路末端負荷處的三相短路電

10、流來校驗熱穩(wěn)定是合理的。而對于樹干式配電線路，應當取線路的第一個分支點處的短路電流進行熱穩(wěn)定校驗。三、過負載愛護 低壓配電設計規(guī)范第4.3.1條規(guī)定：配電線路的過負載愛護，應在過負載電流引起的導體溫升對導體的絕緣、接頭、端子或導體四周的物質造成損害前切斷負載電流。 由于被愛護對象的熱承受力量一般呈反時限特性，因此，過負載愛護電器一般要具有反時限動作特性，并使愛護電器的i-t特性曲線低于被愛護對象的熱承受力量的i-t特性曲線。低壓配電設計規(guī)范第4.3.4條規(guī)定，過負載愛護電器的動作特性應同時滿意下列條件： ib iniz （3） i21.45iz （4） 式中 ib線路計算負載電流（a）； in

11、熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流(a)； i2保證愛護電器牢靠動作的電流（a）。當愛護電器為低壓斷路器是，i2為商定時間內的商定動作電流；當為熔斷器時，i2為商定時間內的商定熔斷電流。 iz導體允許持續(xù)載流量 一般只要滿意該條規(guī)定，即可認為過負載愛護電器可以很好地起作用。在低壓配電設計規(guī)范的條文說明中，對采納熔斷器作為過負載愛護電器時進行具體的說明，對目前廣泛采納的斷路器僅簡潔地提及：“當采納符合低壓斷路器（jb1284-85）的低壓斷路器時，延時脫扣器整定電流（in）與導體允許持續(xù)載流量（iz）的比值不應大于1”，這其實就是滿意（3）式的要求。那么，是否只要滿意（3）式的斷路器，

12、就滿意（4）式了呢？表二是典型配電型低壓斷路器的反時限動作特性 表2 通過電流名稱 整定電流倍數 商定時間/h in63a in63a 商定不脫扣電流 1.05in 1 2 商定脫扣電流 1.30in 1 2 返回特性電流 3.0in 可返回時間/s 5 8 12 表2表明，該斷路器在商定時間內的商定動作電流i2=1.30in,代入（4）式，得in1.1iz，所以，可以認為，一般狀況下，只要滿意（3）式的斷路器，也就是滿意了（4）式。 四、接地故障愛護接地故障愛護的設置應能防止人身間接電擊以及電氣火災、線路損害等事故。這要求愛護電器不僅要能切斷接地故障電流，而且應在規(guī)定的時間內切斷。低壓配電設

13、計規(guī)范第4.4.7條對切斷接地故障回路的時間提出了要求：一、配電線路或僅供應固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5s；二、供電給手握式電氣設備和移動式電氣設備的末端線路或插座回路不應大于0.4s。對于tn配電系統(tǒng)，當發(fā)生金屬性接地故障時，故障電流比較大，可以啟動過電流愛護裝置的瞬動元件，一般比較簡單滿意切斷故障的時間要求，在這種狀況下可以利用過電流愛護裝置兼作接地故障愛護。對于tn配電系統(tǒng)的非金屬性接地故障或tt配電系統(tǒng)及it配電系統(tǒng)的接地故障，由于接地故障電流值一般較小，有時無法啟動斷路器的瞬動元件，而由反時限脫扣器來愛護，這是，切斷故障電流的時間可能較長，無法滿意規(guī)范的要求，這時，就應采納零序愛護或漏電電流淌作愛護。在實際工程中，那些直接從低壓母線配出線路，其愛護電器往往采納不具有漏電愛護的塑殼斷路器，這時，斷路器的過流愛護兼作接地故障愛護。這種狀況下，就應當留意，假如線路太長，可能會無法保證接地故障愛護的靈敏度以及滿意低壓配電設計規(guī)范第4.4.7條的要求。如圖一，假設qf3長延時電流in整定為100a，（一般塑殼斷路器出廠的瞬時動作電流整定為10in左右），l1回路采納vv-3x35+2x16，