低壓線路保護的選擇性分析

朱立明

【摘 ?要】建筑電氣低壓線路保護電器包括熔斷器和斷路器。規范對于線路保護電器明確提出了選擇性要求。設計人員在工程設計中普遍存在一個誤區，認為只要長延時整定拉開級差就具備選擇性。本文從規范的相關要求，結合故障電流、元件選擇、可靠系數等幾個方面，論述線路保護的選擇性設計。

【關鍵詞】熔斷器 ?斷路器 ?線路保護 ?故障電流 ?可靠系數

0. 前言

規范要求低壓配電級數不宜多于三級。建筑面積稍大的低壓配電級數一般都能達到三級（配電室總配電柜、樓層箱及末端箱）。合理選擇保護元件和整定保護元件的參數，即可以滿足規范要求的選擇性，又可大大提高供電可靠性。規范對于選擇性要求描述的相對比較簡單，實際的工程設計當中如何實現選擇性，需要綜合考慮保護元件類型、保護元件的功能以及負荷性質等。本文以設計規范和手冊的相關要求，結合實際工程設計經驗，對低壓線路保護的選擇性展開論述。

1.低壓線路保護元件的選擇

1.1熔斷器：

熔斷器按結構形式與使用人員可分為專職人員使用的熔斷器（A～J系統，以NH型、BS型、NF型等為主）和非專職人員使用熔斷器（A～F系統，以BS型、NF型等為主）。熔斷器系統A在中國市場的應用較為廣泛。

按分斷范圍可分為“g”熔斷體（全范圍分斷）和“a”熔斷體（部分范圍分斷）。

按使用類別可分為“G”類、“M”類、“D”類等。其中線路保護采用“G”類，即一般用途熔斷體。

1. 2斷路器：

按使用類別分為A類（非選擇型）和B類（選擇型）。按形式分為ACB（開啟式，俗稱框架開關）、MCCB（塑殼式）、MCB（微斷）。工程設計中遇到最多的為非選擇性MCCB或MCB。ACB一般用于額定電流較大的總進線開關。受分斷能力影響，MCB一般用于末端配電箱。

2線路保護的選擇性分析

2.1規范要求：

根據《低壓配電設計規范》GB 50054-2011 ?6.1.2 條之要求，配電線路裝設的上下級保護電器，其動作特性應具有選擇，且各級之間應能協調配合，非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇或無選擇性切斷。

2.2選擇性分析：

首先應明確一個問題，何謂選擇性，哪兩個元件的配合叫選擇性。所謂選擇性，即下級出線回路發生過負荷或者短路故障，不應使上級出級回路跳閘。亦即元件B保護的線路發生故障時，元件A不應該動作。

對于元件的選擇，業內普遍現象是大家都喜歡用斷路器，認為斷路器基本不用更換，跳閘了推上去就可以，不像熔斷器那么麻煩，需要換熔絲。所以元件A和B基本沒有爭議，有爭議的往往是元件C。手冊上給出的元件C為隔離開關，而在實際設計中，為滿足配電線路電氣防火要求，有些情況下建筑物進線斷路器或者樓層斷路器需要帶剩余電流保護。此時，C設置為隔離開關顯然不能滿足要求。C有可能是一個小體量單體建筑的進線斷路器，也有可能是一個稍大體量建筑的樓層配電箱進線斷路器。另外，末端照明配電箱內配置的開關基本都為MCB（微斷），這也是我們在建筑電氣中看到最多的斷路器。雖然廠家也生產安裝尺寸和外觀與微斷能夠完全匹配的隔離開關，但實際上市面上較難買到這種隔離開關，且這種微型隔離開關沒有明顯斷開點，外觀類與微斷類似，容易被非專業人員誤用。另外，微斷本身價格就很低廉，購買方便。這樣就產生了一種普遍現象，建筑電氣中從頭到尾使用斷路器作為線路保護和隔離的元件，且大多數情況下，均為非選擇性斷路器。

下面我們主要討論元件A、B、C均采用非選擇性斷路器的情況，實際這種情況是設計中存在最多的情況。而在工程設計和審圖工作中，卻發生理解上的偏差甚至是錯誤。元件C比元件A的整定電流小一檔被認為合理的選擇性，亦即所謂的拉開了保護級差。假設A整定63A，C整定50A，B整定20A，AC段的電纜選擇YJV型25平方電纜（長期暗敷設截流量大于63A）。下面從過負荷和短路兩種情況下分別分析和討論其選擇性。

過負荷時的選擇性：AC間的電纜需要與元件A的的長延時配合，即電纜截面是滿足元件A的長延時整定值。假設AC間的線路負荷電流達到55A，運行一段時間，C跳A不跳。這種情況被認為是達到了過負荷的選擇性。顯然這是謬論。55A還在元件A的保護范圍內，負荷電流也沒有超過電纜的截流量，無端選小C的整定值，讓線路斷電，明顯是一種浪費和錯誤。實際規范的本意是元件B發生了過載，元件A不要動作。這顯然很容易實現，只要A的長延時整定值比B的大一檔就可以。綜上，C元件選斷路器時，其長延時不應該比A小（建議選用同值，可作為元件B瞬動和元件A過負荷保護的后備），僅利用其隔離功能或者剩余電流保護功能。

短路故障時的選擇性：若元件B的出線端發生短路，如何確定選擇性。規范要求當短路保護電器為斷路器時，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。若元件A＼B＼C均選用微斷（脫扣形式C），瞬時脫扣電流范圍為5In～10In。根據實驗數據，短路電流大于10In時，動作時間小于0.1s。元件A的瞬動電源為630A，元件B的瞬動電流為200A。按照規范要求，短路電流達到1.3×200=260A以上，5×63=315A以下，B動作而A不動作才能滿足短路保護和選擇性要求。在設置了變壓器的建筑電氣中，以高壓側短路容量為100MVA，變壓器容量630kVA為例，變壓器低壓側的短路電流可達到17.36kA。由于建筑內部配電線路普遍不是很長，末端短路電流一般情況下均可達到1000A以上。在這樣的情況下，短路電流均達到了斷路器A和B的瞬動電流值。此時，斷路器A和B是沒有選擇性的。要想滿足其選擇性，A斷路器只能選擇帶短延時的斷路器，形成一個△t，瞬時斷開斷路器B，而斷路器A不動作。斷路器C在此處只能當作隔離開關來，或者作為斷路器B的后備保護，此項規范沒有特殊要求，最低要求是設置隔離開關即可，不討論其選擇性。

以上是對于上下級元件均選用斷路器的情況。若上下級均選用熔斷器時，只要保證上下級熔斷器熔絲額定電流達到1.6：1即可滿足，這顯然是很容易實現。對于上下級采用熔斷器和斷路器混合搭配時，需要校驗熔斷器反時限特性和斷路器時間-電流特性，較為復雜，本文不在討論。

3.結論

3.1 ?同一級配電線路上級出線和下級進線均選用斷路器時，不應將下級進線斷路器的長延是整定值降低，至少保證與上級出線斷路器一致。

3.2 ?過負荷的選擇性很好實現，無論熔斷器還是斷路器，只要拉開一檔的級差就可以滿足。

3.3 ?短路故障時，選擇熔斷器時，只要滿足上下級1.6：1的級差要求，即可以實現。選擇非選擇性斷路器時，很難實現選擇性。上級開關選擇帶短延時的斷路器時，可以滿足選擇性。

3.4 ?為保證1.3倍的可靠系數，在滿足正常負荷電流的情況下，長線路需要特別注意，不應刻意將整定值放大，以免線路短路時不能可靠動作。

3.5 ?選擇性需優先考慮，但不是必須。對于末端照明負荷，如不是特別重要，可以無選擇性。

參考文獻

[1]《低壓配電設計規范》GB 50054-2011

[2]《供配電系統設計規范》GB 50052-2009

[3] 《民用建筑電氣設計標準》GB51348-2019

[4] 《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）