配電變壓器低壓側斷路器脫扣整定方案

王飛飛，張歡興

（洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南 洛陽 471000）

0 引 言

低壓斷路器具有機構緊湊、體積小、安裝方便等特點，同時正確整定低壓斷路器是提高供電可靠性的重要手段，因此被廣泛應用于配電線路及電動機保護領域。

脫扣器是實現低壓斷路器保護作用的主要單元，通常包括如下3組整定值。

（1）長延時動作電流值（Ir）、長延時動作時間值（tr）；

（2）短延時動作電流值（Isd）、短延時動作時間值（tsd）；

（3）瞬動動作電流值（Ii）。

進線斷路器整定值確定原則：

（1）長延時動作電流需要大于線路的最大負荷電流，即計算電流；

（2）長延時過流脫扣器的動作時間應躲過允許短時過負荷的持續時間；

（3）短延時動作電流值應大于線路的尖峰電流；

（4）短延時動作時間應比后一級保護的動作時間長一個時間級差；

（5）瞬時動作電流值躲過尖峰電流，以免引起斷路器的誤動作。

1 已知條件

某工廠配電室變壓器容量為2 000 kVA，其低壓側的額定電流為2 890 A，本例選用施耐德MT40型額定電流為4 000 A（In）的智能型框架式斷路器，其脫扣器為四段保護的電子脫扣器，脫扣電流設為3 200 A（Ir）。

已知該變壓器低壓側某出線回路1帶有2臺110 kW的電動機（額定電流為220 A），另有100 A的其他負荷，因此該回路的額定電流為540 A（2×220+100=540），選MT20型額定電流為2 000 A（In）的斷路器，脫扣電流設為800 A（Ir）。

已知變壓器低壓側母線的三相短路電流為50 000 A。回路1線路末端的三相短路電流為14 000 A。

2 線路1首端斷路器的整定

根據《工業與民用配電設計手冊》第三版的要求，進線斷路器的額定電流要大于線路計算電流，且斷路器的短路分斷能力要大于線路預期短路電流峰值。線路首端斷路器瞬時脫扣電流取16 000 A（大于14 000 A），是In的（16 000/2 000）8倍，其保護范圍僅為部分線路，線路末端是保護不到的。斷路器提供的可調范圍為（2～15）In（也可OFF）。

根據GB 50054—2011《低壓配電設計規范》要求，斷路器短延時脫扣電流按躲開（即大于）1臺電動機起動，而另1臺正常運行時的電流選擇，即大于1.2（6×220+220+100），取2 000 A，即2 000/800=2.5倍，可調范圍為（1.5～10）Ir。短延時動作時間取0.2 s（10倍Ir時的定時限部分，10倍是斷路器定制規定的），可調范圍為0.1～0.4 s，取I2tOFF。

長延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。長延時過流脫扣器主要是用來保護過負荷，因此其動作電流只需要躲過線路的最大負荷電流即可。長延時脫扣電流取Ir為800 A，長延時動作時間取6倍Ir時為2 s的曲線（6倍是斷路器定制規定的），查圖1曲線，在800 A（1倍）時不動作，在1 200 A（1.5倍）時為32 s（按公式計算62×2=1.52t，t=32 s）。在電動機起動時，線路電流近似為1 600 A（2倍），曲線上查得脫扣時間為18 s（按公式計算62×2=22t，t=18 s），而此時電動機已起動完畢（估計起動時間為10 s）。這樣整定斷路器不會因起動而誤動作。

曲線顯示4 800 A（6倍）時為2 s，然而在2 000 A（2.5倍）時，長延時曲線與短延時曲線連上了，線路上如有再大的電流（一定是故障），則由短延時脫扣，即0.2 s脫扣。

3 變壓器總出線斷路器的整定

用于變壓器低壓側的進線斷路器，由于高壓側已經有完善的保護，通常只需配置過載保護和短路短延時保護。若采用瞬時過電流脫扣器，會導致與下級斷路器的配合，只有電流選擇，沒有時間選擇，因此上下級斷路器配合動作的選擇性相對較差。為了保證變壓器出線斷路器與下級出線斷路器的選擇性配合問題，不能設速斷保護，瞬時脫扣整定在0FF[1-2]。

短延時脫扣電流按躲開最大1臺電動機的起動電流，再加上這臺電動機以外的計算電流之和計算（其他線路沒有大于110 kW的電動機），假設后者的電流為變壓器額定電流的80%，即0.8×2 890=2 300 A，則短延時脫扣電流為1.2（6×220+2300），取4 500 A，則4 500/3 200=1.4倍，取1.5倍，可調范圍同上。動作時間取0.4 s（10倍時），取I2tON，查曲線，在1.5倍時為18 s（按公式計算102×0.4=1.52t，t=18 s）。

長延時脫扣時間如此整定：選6倍2 s的曲線，該曲線顯示1.5倍時32 s（按公式計算62×2=1.52t，t=32 s）脫扣。需要注意的是，由于脫扣器電流與變壓器額定電流之比為1.1（3 200/2 890），這里的1.5倍，對變壓器額定電流說，應是1.65倍（1.1×1.5）。

圖1 施耐德斷路器脫扣器整定曲線

在所選曲線保護下，在3 200 A時不動作，在3 200 A至4 800 A（1.5倍脫扣電流）的范圍內，動作時間從∞向32 s遞減，然而在4 800 A時，該曲線即與短延時的保護曲線連接，動作時間是前述的18 s。因此變壓器受到很安全的保護。

4 建議在工程設計圖紙應該表示的整定數據

以斷路器控制單元Micrologic 5.0為例，圖紙上應表示下列各項。

（1）脫扣電流（Ir）對斷路器額定電流（In）的比值，可選的比值有0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95、0.98、1。

（2）6倍脫扣電流時長延時脫扣動作時間，可供選擇的曲線有 0.5 s、1 s、2 s、4 s、8 s、12 s、16 s、20 s、24 s，共9條。這是一組符合I2t等于常數的曲線。

（3）短延時脫扣整定電流對脫扣電流的倍數，可選的倍數有 1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10。

（4）短延時脫扣動作時間選擇定時限（I2tOFF）還是反時限（I2tON）。

（5）短延時脫扣動作時間，可選的時間（在10倍整定電流時）有0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s。

（6）瞬時脫扣整定電流對額定電流的倍數，可選的倍數有2、3、4、6、8、10、12、15或OFF。

5 幾點說明及結論

（1）從分析可以看出，瞬時脫扣是按保護范圍末端的三相短路電流作為整定的基礎，短延時脫扣是按正常時的過負荷電流（如電動機起動電流）作為整定的基礎，長延時脫扣是按正常時的負荷電流作為整定的基礎。

（2）如果在低壓出線開關的下方發生三相短路，則短路電流不論對線路斷路器還是變壓器總出線斷路器，都能引起瞬時脫扣，而對總出線斷路器而言，是誤動作，因此對總出線斷路器，其瞬時脫扣整定在OFF。

（3）上下兩個斷路器的短延時脫扣，由于線路斷路器選擇了I2tOFF曲線（即定時限），變壓器總出線選擇了I2tON曲線（即低倍數電流時是反時限特性，高倍數電流大于10倍時是定時限），再加上電流整定值上有很大差距，因此兩者很容易獲得選擇性。

（4）從分析可以得知，整定必需的條件是：負荷的計算電流、正常時的過負荷電流和系統相關各點的三相短路電流[3]。

（5）對6倍長延時脫扣電流時脫扣時間的選擇（即選擇時間曲線），應對所選曲線檢驗其動作時間的合理性。

（6）需要注意，選擇斷路器額定電流還要作分斷能力校驗，整定脫扣電流還要作靈敏系數校驗（這些本文都沒有提到）。