選擇型斷路器在低壓配電保護中的應用

文/吳豪 中機中聯工程有限公司 重慶 400000

1、斷路器動作電流特性介紹

在低壓配電的設計中，主要涉及有微型斷路器（ACB），塑殼斷路器(MCCB)及空氣斷路器(ACB),其中空氣斷路器保護特性與帶電子脫扣的塑殼斷路器類似，不另單獨描述。

微型斷路器具備B型，C型或D型脫扣形式，不具備選擇型，微型斷路器瞬時脫扣電流形式與額定電流In 有如下關系（以常熟開關CH2系列微斷為例）：

表1 微型斷路器瞬時脫扣電流范圍

上述瞬時脫扣電流范圍不是指微型斷路器的瞬時過電流保護整定值Ir3上述范圍內可選，而是指其瞬時脫扣電流整定值隨機分布在上述范圍中，如任選一個C型，額定電流為20A的微型斷路器，其瞬時脫扣電流可能為100A或200A，也可能是100A～200A的一個數值。

塑殼斷路器額定電流可選In較多，并可選擇電磁脫扣單元，熱磁脫扣單元及電子脫扣單元，其中帶電磁脫扣單元，熱磁脫扣單元的為非選擇型斷路器，帶電子脫扣單元的為選擇型斷路器，其保護脫扣單元與額定電流In 有如下關系（以常熟開關CM3為例）：

表2 塑殼斷路器瞬時脫扣電流范圍

當塑殼斷路器帶電子脫扣單元時，其長延時、短延時瞬時、過電流保護的動作電流和動作時間可根據需要調整。

2、選擇型與非選擇型斷路器過電流保護整定的區別

(1)長延時過電流保護（反時限過電流保護）整定較好確定，只需滿足以下要求即可：

上述式中，Iz為線路允許的持續載流量,A；IB為線路的計算電流,A。對于非選擇型斷路器來說，其額定電流In即為Ir1，對于選擇型斷路器，其Ir1一般可在(0.4～1)In的范圍內進行整定。

(2)短延時過電流保護（定時限過電流保護）僅在采用選擇型斷路器時需要整定，可提高保護靈敏系數，并實現上下級保護的選擇型。其整定電流Ir2要躲過配電線路的最大次尖峰電流：

上述式中，Kset2為可靠系數，取1.2； IstM1為回路中最大一臺電動機啟動電流,A； Ic(n-1)為回路中除最大一臺電動機以外的線路計算電流，A.通常定時限過電流脫扣器的整定時間有0.1,0.2，0.3,0.4等幾種，上下級的時間級差不小于0.1～0.2S。

(3)瞬時過電流保護的整定值，應躲過短時間出現的負荷尖峰電流：

上述式中，Kset3為可靠系數，取1.2； I’stM1為回路中最大一臺電動機的全啟動電流,A； Ic(n-1)為回路中除最大一臺電動機以外的線路計算電流，A。

另選擇型斷路器的短延時過電流保護整定值Ir2與非選擇型斷路器的瞬時過電流保護的整定值Ir3還需滿足靈敏度校驗，即被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍，且選擇型斷路器Ir3還需大于下一級保護電器保護線路的最大短路電流。

3、實際工程中選擇型斷路器過電流保護的整定及運用

在筆者設計某電動車產業園項目中，因業主要求在員工停車位處設置20個7kW的單相交流充電樁，此充電樁區域離最近的廠區8#配電房低壓線路長度約250m,由充電樁配電箱至最遠處充電樁約30m。充電樁配電箱安裝容量PE=140kW,功率因素cosφ=0.95，需要系數Kx=0.5，計算電流Ijs=112A。原設計的配電保護配置圖（末端短路保護靈敏度校驗）如下圖所示。

圖1 設計的配電保護配置圖

現對斷路器的末端短路保護靈敏度進行校驗。

當K2點（充電樁配電箱進線處）發生單相短路時，經計算此處短路電流Id2=1090A。此段線路由變電所低壓柜出線塑殼斷路器MCCB1提供保護，MCCB1的瞬動電流Ir3=10In=1400A。保護靈敏度Km=1090/1400=0.77＜1.3,不合格。若采用增大電纜截面以增大短路電流的方法，需將電纜截面增大3級至150mm2，才可滿足保護靈敏度校驗。而YJV-3＊150+2＊70電纜相同的長度價格幾乎是YJV-3＊70+2＊35電纜價格的2倍，此方案顯然不合理。若改為采用選擇型斷路器，則可較為合理的解決上述問題。解決方法如下：

將斷路器改為選擇型斷路器

長延時過電流保護整定值：Ir1=140A

短延時過電流保護整定值：

瞬時過電流保護整定值按大于下一級保護電氣所保護線路的最大短路電流進行整定：Ir3＞1640 A

保護裝置實際整定值取Ir3=12Ir1=1680A

保護靈敏度Km=1090/700=1.56,合格。同時斷路器短延時動作時間可滿足保護動作的選擇性。

當K1點（充電樁進線處）發生單相短路時，經計算此處短路電流Id1=490A。此段線路由充電樁配電箱出線微型斷路器MCB1提供保護，MCB1的瞬動電流Ir3=10In=400A。保護靈敏度Km=490/400=1.23＜1.3,不合格。對與此段線路，解決有兩種方法。方法1：將充電樁線路截面增大至10mm2；此時短路電流Id1=620A，保護靈敏度Km=620/400=1.55＞1.3,合格。方法2：將MCB1脫扣器由C型改為B型，此時MCB1的瞬動電流Ir3=5In=200A，保護靈敏度Km=490/200=2.45＜1.3,合格。因B型脫扣與C型脫扣斷路器價格基本相當，推薦采用方案2。

修改后的保護配置圖如下圖：

圖2 設計的配電保護配置圖

結語：

在低壓配電設計中，我們通常采用非選擇型斷路器，僅根據線路的計算電流來對斷路器長延時脫扣電流進行整定，導致在低壓線路較長時，通常不能滿足末端短路保護靈敏度校驗。這時，選用選擇型斷路器替代非選擇性斷路器，通過對其短延時過電流保護值及時間、瞬時過電流保護值進行整定，往往可不需增大電纜截面就可以解決保護末端短路保護靈敏度不足的問題，同時又可以使上下級保護間具備選擇性。