低壓配電系統短路電流極端和保護配合問題研究

呂文峰 張永昌

摘 ?要：低壓配電系統短路電流極端以及保護配合問題作為重要的安全防護課題，一旦低壓配電系統短路，或者出現相關的故障時，保護裝置都需要迅速的采取一定的保護措施防止意外的發生，這種保護機制能否起到作用，關鍵在于短路電流的大小和保護裝置是否穩定，對于住宅等民用建筑來說，這個技術不難做到，只要按照發熱的條件和電壓的損失等要求，就可以實現。

關鍵詞：低壓配電系統;保護配合;短路電流

中圖分類號：TM713 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0085-01

1 ?低壓配電系統的設計要求

TN-C系統是工業上比較常用的低壓配電系統，這種系統實際上是通過零線形成的單獨相接的短路電流的回路，也就是常說的接零保護。

而且這種回路，可以使得線路在故障發生的時候，可以保護系統能夠第一時間發生作用，隔離故障的影響，減少故障帶來的經濟損失，人力物力的損失。

一般使用斷路器（空氣自動開關），以及熔斷器做為低壓配電線路的保護裝置。一旦低壓配電系統短路或者出現相關的故障時，保護裝置都要迅速的采取一定的保護措施，防止意外的發生，這種保護機制能否起到作用，關鍵在于短路電流的大小和保護裝置是否穩定，這對于裝置的設計提出了一定的要求，要將兩者有效地配合。

1.1 ?要符合支持斷路器的分斷能力

如果斷路器的分斷時間>0.02 s時，斷路器的極限分斷能力，應該≥被保護線路的三相短路電流的周期分量有效值。而另一種情況就是，如果斷路器的分斷時間<0.02 s時，斷路器的開斷電流要大于等于短路第一周期內的全電流有效值。

上述情況中，如果斷路器的分斷能力選小，當被保護線路，出現三相短路故障的時候，斷路器分斷不了，不僅會燒毀該斷路器，還可能影響到母線，使得后果更加嚴重，或是造成大面積的停電，另一方面，也不可以過分選大斷路器，一同接在母線上的斷路器數量很多，不同分斷能力的斷路器雖然是同型號和規格的，但是價格相差很多，不利于節省資金投入。

因此，滿足斷路器的分斷能力，不僅關系到供電的可靠性、安全性，還關系到經濟性。

1.2 ?要滿足動作的選擇性

在這一方面上可作出如下調整：

①提高上級斷路器的整定值，使其高于下級配電線路，其中，整定值的范圍應保持在整個回路的最大短路電流值之上。

②將上、下級斷路器的整定周期分別設計成0.2 s與0.4 s，使它們的級差為0.2 s。

③若有要求需對整個回路進行過流保護時，還應當讓變壓器低壓一側的母線，能夠在穩定電流的作用之下，實現單相接地，同時還應設計高壓側保護裝置短路電流的值為1.5倍過流保護整定值。

2 ?短路電流的計算

2.1 ?計算電路

我們在計算短路電流的值的時候，一般情況下，給予假設供電電源處于一個無窮大的條件下，就低壓配電系統來說，它和高壓供電系統的區別，就在于它的變壓器，線路等元件的電阻值，通常情況下是不可以忽略的。一旦忽略，就會造成很大的誤差，影響到整個系統的功能。具體計算電路如圖1、圖2所示。

2.2 ?計算式

歸算到低壓倒（0.4 kV）的高壓系統阻抗值（單位：mΩ）。

2.3 ?短路數值

2.3.1 ?三相短路電流

2.3.2 ?單相接地短路電流

2.3.3 ?短路電流沖擊值

2.3.4 ?短路全電流最大有效值

3 ?短路電流計算的分析

3.1 ?路電流最大值和最小值的求解

在計算短路電流的時候，要先求出電流短路時候的最大短路電流，用其檢測電氣設備的熱、動穩定，以及他們的分斷能力。

整定繼電保護裝置，同時，也要計算出最小的短路電流值，短最小短路電流值可以用作檢驗繼電保護裝置靈敏度，以及作為檢驗電動機啟動的根據。在220/380 V網絡中，一般來說最大的短路電流是三相短路電流，當配電線路達到一定的長度，產生的線路阻抗對電流產生的作用是不能忽略不計的。而一般來說，最小的短路電流值出現在以末端相接的故障電流處。

3.2 ?變壓器高壓側系統阻抗的影響

10 kV一般用作客戶端配電所，一般可以引自上級區域的變電站。因而區域配電站10 kV電源線路阻抗以及10 kV母線段短路容量，是計算變壓器高壓側系統阻抗的關鍵參數。

3.3 ?電線路過長時存在問題及處理措施

在建筑工程中，一般的低壓配電線路都比較短，而配電線路的末端，接地故障電流偏大。因而通常使用斷路器的瞬時過電流脫扣器，同時也做接地故障保護。這種方法也是比較容易實現的。而局部線路在不能滿足要求時，可以提高加大線路的橫截面、減少瞬時過電流、脫扣器整定電流等方法，來滿足單相接地故障保護的要求。而對于市政工程而言，因為用電設備十分散亂、路徑長、低壓配電線路在一般情況下都可以達到500 m。

3.4 ?配電線路單相接地故障保護整定

在用配電箱過電流保護電器的時候，故障電流不能被切斷，需單獨裝設置接地故障保護電器，使用剩余電流動作保護器，作為保護電器，為避免誤動作，斷路器剩余電流保護整定值應大于正常運行時線路，以及設備的泄漏電流總和的2.5～4倍左右。

4 ?結 ?語

TN-C系統的工作零線不但要通過單相負載電流、短路電流以及三相不平衡電流，除此之外，還需要承受意外故障的沖擊電流，零線工作的負擔在某種程度上又加重了。因此，在高負荷運轉的情況下，工作零線斷線的可能性是非常高的，而在斷線以后，負載側的中心線對地電壓可以達到相電壓。這就會導致安全隱患的出現，比如觸電。而在工程中要想實現和達到三相平衡，就需要保證工作零線中沒有電流的通過。但是實際中這一點是很難達到和實現，如果使用TN-S系統，那么工作零線只通過單相負載電流，以及三相不平衡電流。護零線，確保零線只做接零使用。而只通過短路電流就可以極大程度的加強供電的安全性以及可靠性，避免觸電等安全隱患以及帶來的巨大損失。

參考文獻：

[1] GB 50054-95低壓配電設計規范，[S].

[2] 中國航空工業規劃設計研究院組.工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.