低壓斷路器及其在低壓線路上的保護選擇問題研究

鄧小南

廣東順德電力設計院有限公司 廣東 佛山 528300

引言

隨著現有城市規模的不斷擴大，低壓線路要合理的配置低壓斷路器，來確保低壓線路的可靠性。低壓斷路器是隔離低壓線路故障的常用線路保護元件，因此在設計和檢修低壓線路時，必須結合實際電路場景正確設置低壓斷路器整定值，保障線路故障時能夠按照設計要求動作。由于現階段配供電系統早已遍布社會生產和公眾生活各個方面，體量龐大的電氣設備受到了廣泛的應用和關注。在實際線路管理與監督中，要嚴格排查現有低壓配電器配置的保護選擇問題，確保線路出現故障時線路備用安全系統能及時發揮作用，盡可能降低電路線路故障帶來的安全隱患。

1 低壓線路保護的一般要求

1.1 接地保護要求

在低壓線路設計過程中，要防止線路接地保護出現問題。當帶電導體和線路內部電壓出現問題，斷路器能夠及時地切斷人體接觸后會造成人體損傷的接觸電壓。漏電防護設備要能及時地對各個接觸體之間的電壓進行監督和報警。斷路器在檢測到內部可導電體與外部設備產生電壓后，要立刻切斷可導電體內部的故障回路。因此在實際配電接觸防護中，要確保斷路器分斷故障電路后剩余電流能合理保護過電負載設備。若外露導電體共同接地，由過電保護設備按照小于標稱相對地電壓值來切斷故障回路；若外露導電體組地接地，按照小于50V的要求進行切斷。低壓配電器在實際線路的配置過程中，要合理計算接地短電流和線路中電荷流中的熱效應值。當線路結點熱效應超出現有線路的機械承受范圍時，作為低壓線路保護中最重要的設備，低壓斷路器要及時按照線路電器布局合理的切斷短路電流，并確保分段電流大于等于線路預期故障短路電流。低壓配電人員在實際電路配置保護過程中，要合理判斷線路中是否已存在具備分段能力的斷路器，如果線路上級電源中已經適配了斷路器，就要確保本側線路斷路器與上級線路斷路器的統一配合，以滿足實際線路電荷熱穩定標準[1]。

1.2 電流熱效應要求

在低壓線路設計過程中，要合理計算接地短電流和線路中電荷流中的熱效應值。當線路結點熱效應超出現有線路的機械承受范圍時，作為低壓線路保護中最重要的設備，低壓斷路器要及時按照線路電器布局合理的切斷短路電流，并確保分段電流大于等于線路預期故障短路電流。在設計低壓線路時，要合理判斷線路中是否已存在具備分段能力的斷路器，如果線路上級電源中已經適配了斷路器，就要確保本側線路斷路器與上級線路斷路器的統一配合，以滿足實際線路電荷熱穩定標準。

1.3 斷路器上下級保護選擇性要求

在低壓線路設計過程中，斷路器能在電線導體受到線路短路產生的高溫熔化之前及時分斷線路。各基層線路斷路器要符合上下級保護選擇性，即最先受到線路故障影響的線路先分段電流并切斷故障電路，在不影響核心報警電路的情況下最小化故障范圍。對于其他非重要電荷設備，在允許無差別切斷的同時，對其末端線路的負荷性質進行差異性化對待，確保不會因為設備斷路產生其他線路單流電流超標問題。

2 低壓斷路器選擇保護問題

斷路器的作用是依據配電系統中出現的故障問題進行合理的處理，及時切除電器線路中受到故障影響的線路，盡可能降低實際線路配置漏洞造成的惡劣影響。低壓斷路器的選擇保護是基于多個斷路電器對線路電流進行的配合斷路。按照國家對相關斷路器的標準規定。實際低壓線路檢修中，可以將斷路器保護分為全選擇性保護和局部選擇性保護。全選擇性保護是指在分段電流保護設備串聯的情況下，使用電器周圍的斷路器在工作時，不會引起其他過電流保護設備的選擇性保護。而局部選擇性保護是指使用電器一側的保護設備在給定范圍電流范圍內工作，同時也必須滿足不同過電流保護設備實時保護措施的互不干擾[2]。

3 斷路器的分類

市面上普遍存在的著不同類型的低壓斷路器。按照低壓斷路器保護裝置類別，可以分為熱式、電磁式、電子式、智能式和可通信智能式斷路器。按照斷路器結構可以分為ACB式（萬能式）和MCCB式（塑料外殼式）。而按照線路短路情況下負載另一側保護性裝置的選擇性保護類別，分為A類斷路器和B類斷路器。A類斷路器在低壓線路負載出現故障時，會無選擇性的保護短路線路故障區域，以最短的時間處理掉線路短路問題。而B類斷路器在低壓線路中出現短路問題時，負載另一側線路保護裝置會有選項性的處理短路問題，往往表現出人為短延時。A類斷路器與B類斷路器的根本不同在于，負載另一側斷路器會依照故障產生時間延遲性不同的保護行為。A類斷路器在線路發生短路故障時，如果接在使用電器一側的斷路器沒有發生相應，A類斷路器配置的線路另一側保護器會立刻執行切斷線路的保護措施。B類斷路器會依照線路短時電流要求，核實負載兩側是否已具備線路隔離條件，斷路保護器會具備一定程度的延遲性。隨著現有的配電回路越來越復雜，電氣設計人員要及時考慮到斷路器在復雜回路中配置使用效率問題，科學合理的舍棄過流脫扣裝置[3]。

4 低壓斷路器選用標準

低壓線路設計時要正確選擇使用斷路器。不同的斷路器對電路設計有著不同的要求標準，在現階段常使用低壓線路來進行電網規劃。因此選擇合適的斷路器才能夠保障低壓線路的安全性和可靠性。具體的選取標準如下：

4.1 額定工作電壓和電流

低壓斷路器在線路出現安全問題時要能正常運作，確保電路出現故障后，斷路器兩端電壓差不大于額度工作電壓Ue，斷路器內部通過電流大小不大于斷路器額度電流Ie。在實際線路檢修中，施工作業人員要合理的根據現有線路的負載率等數據，配置正確的斷路器進行低壓線路通斷。

4.2 長延遲整定電流

長延遲脫扣器整定電流不能小于實際負載電路的電流。在選擇低壓斷路器時，可按實際負載電流1.2到1.5倍的區間去選擇斷路器的長延遲整定工作電流，確保斷路器線路內部導體電流小于電路實際電流的0.8倍。

4.3 短延時整定電流

斷路器短延時整定電流要大于實際負載電流最大值。在實際選擇斷路器時，電動機開啟后保護負載的動作時間超出0.02S的時間限制時，就必須對斷路器內部工作電流大小進行限制，要確保斷路器工作電流大于負載電動機啟動電流的1.35倍，否則就要確保斷路器工作電流數值大于起動電流的 1.7~2倍。

4.4 斷路器通斷能力和短路承受能力

斷路器通斷能力和短路承受能力要能承受線路短路的突發狀況，確保在故障發生時斷路器能正常運行并實施線路切斷保護措施。設計人員必須精準地掌握斷路器動作時間，并依據斷路器動作時間來合理規劃線路最大短路電流。具體表現在當斷路器動作時間大于0.02S時，短路有效分量作為斷路器負載選擇標準；而當斷路器動作時間小于0.02S時，將短路電流第一個周期電流總和作為斷路器負載選擇標準。

5 低壓線路安全選擇性設計

低壓斷路器的上下級整定值匹配設置是電氣設計人員首要考慮的問題。電氣設計人員要確保上下級斷路器熱脫扣動作互不影響，從而使不同級層之間斷路器的動作互不干擾。上下級斷路器的動作區域互斥能使低壓線路具備不同優先等級的調節性。對于短路保護來說，斷路器需要考慮選擇性聯鎖保護和脫扣動作延時保護等多種保護技術。

5.1 短路保護總體設計要求如下

當負載線路因為故障出現短路電流時且持續時間在小于5秒時，斷路器必須使用式（1）來確保斷路器內部保護設備的熱穩定性，以保障短路安全設備能及時地切斷導體與連接負載之間的短路回路。

其中，S是斷路器中導體的圓形橫截面積（mm2)；I是斷路器正常工作時承受的短路電流（A)；K是系數，t是斷路器啟動開始后切斷線路電流花費的時間。當斷路器所在負載線路短路持續時間小于0.1秒時，此時必須要將短路初始非周期量考慮進來，確保滿足式子（2）的大小條件，保證斷路器自己不會因巨大短路電流熱效應而燒壞破損。

5.2 斷路器安全選擇

低壓線路中斷路器安全選擇需要明確上下級斷路器層級結構，電氣設計人員要確保斷路器瞬時脫扣電流大于短路電流最大值。保證斷路器安全啟動的電流要小于等于導體允許持續載流量的1.45倍。長延時過電流脫扣器整定電流要大于等于斷路器實際通過的電流，小于等于導體持續最大載流量。斷路器動作電流要大于整定電流的1.3倍。在斷路器選擇中，要確保上級斷路器短路短延遲動作和瞬時動作互不沖突，即確保短路短延時曲線和瞬時特性兩條曲線互不相交。如圖2所示：

圖2 熱脫扣電子曲線

6 結束語

低壓斷路器是保護低壓線路隔離故障的常用線路保護元件。因此在低壓線路設計和維護時，必須結合實際電路場景，合理設置低壓斷路器整定值，確保線路出現故障時，能夠按照實際設置防范處理。低壓斷路器要根據保護要求，正確的選擇適合的低壓故障保護設備，從而及時切除低壓線路中的故障線路，盡可能減小因設備和線路故障引起的停電檢修范圍，保證上段低壓線路的安全，減少經濟損失。