1、低压保护电器选择与整定低压保护电器的选择与整定作者：任元会简介： 文章介绍了作为保护电器的低压熔断器和低压断路器的主要性能；论述了低压配电设计规范关于配电线路保护的主要规定，并介绍了对保护电器的正确选择和整定的概念和计算方法，以满足可靠切断故障电路和有选择性断开的要求。对配电设计人员、运行维护人员具有较强的实际应用价值。关键字：保护电器 低压熔断器 低压断路器 总论保护电器在低压配电系统中占有重要地位，在配电线路发生故障时切断故障电路的器件主要是低压熔断器和低压断路器。如果设计中整定不正确，将导致不能在要求的时间内切断故障电路，从而损坏电线、电缆，甚至扩大事故，或者导致非选择性动作，扩大停电范
2、围。为了正确选择和整定电器参数，首先要了解保护电器的主要性能，同时要熟知国家标准低压配电设计规范（ ）的有关规定，从而进一步知道按照配电系统的状况和计算的故障电流值（短路电流和接地故障电流等），正确整定保护电器的参数，以保证满足上述规范的规定，即在规定的时间之内可靠切断故障（或发出报警），同时要求有选择地切断故障，即只切断发生故障的一段电路，而不切断上级配电线路。 保护电器的主要性能 低压熔断器配电系统中使用的熔断器应符合国家标准低压熔断器第部：基本要求（ ）（等同采用 ：）和低压熔断器 第部分：专职人员使用的熔断器的补充要求（ ）（等同采用之年号及年号修正件）、低压熔断器 第部分：专职人员使
3、用的熔断器的补充要求 第篇：标准化熔断器示例（ ）（等同采用 ：）。低压熔断器的主要性能如下。2.1.1 分断范围和使用类别第一个字母表示分断范围。“”为全范围分断能力熔断体；“”为部分范围分断能力熔断体；第二个字母表示使用类别。两字母组合的熔断体类别举例：“”为一般用途全范围分断能力的熔断体；“”为保护电动机电路全范围分断能力的熔断体；“”为保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体。专职人员使用的熔断器，主要用于工业，有：刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器、圆筒形帽熔断器、偏置触刀熔断器等类型。非熟练人员使用的熔断器，主要用于家用或类似用途。2.1.2 时间电流特性对不同大小的故障电流决定熔断时
4、间，是一种反时限特性曲线。制造厂应提供弧前和熔断时间电流特性或时间电流带。2.1.3 约定时间和约定电流反映熔断体过载的特性参数，其数值如表所示。表中的小于的熔断，按 的约定电流值列于表。2.1.4 熔断体的分断能力在规定的使用和性能条件下，熔断体在规定电压下能够分断的预期电流值，对交流熔断器，指交流分量有效值。2.1.5 过电流选择性两个或多个过电流保护电器之间的相关特性配合。当在给定范围内出现过电流时，指定的保护电器动作，而其他的不动作。标准规定，当弧前时间大于时额定电流之比为的两级熔断器之间的选择性可得到保证。2.1.6 I2t（焦耳积分）特性在规定的动作条件下作为预期电流函数的弧前或熔
5、断曲线。制造厂应提供弧前时间小于至相应于额定分断能力的弧前特性，以及以规定电压为参数的熔断特性，分别代表实际使用中可能遇到的作为预期电流函数的最小和最大值。2.1.7 产品现状自年发布 标准以后，我国有一批熔断器按年标准生产，具有分断能力高、选择性好等特点。“”类型主要型号有、以及、等，这些产品也符合年熔断器新标准的要求。但是，我国还没有符合标准的“”类型产品。据了解，进入我国市场的奥地利埃姆斯恩特公司和法国的溯高美公司都有这类产品。 低压断路器采用断路器应符合国家标准低压开关设备和控制设备低压断路器（ ），等同于 同名称标准。低压断路器的分类和主要特性介绍如下。2.2.1 分类（）按使用类别
6、分类类：在短路情况下，断路器无明确指出用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护；类：在短路情况下，断路器明确串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，即在短路时，选择性保护有人为短延时（可调节）。（）按设计形式分，有万能式（开启式）、塑壳式；（）按分断介质分，有空气分断、真空分断、气体分断；（）按操作机构的控制方法分，有有关人力操作、无关人力操作、有关动力操作、无关动力操作、储能操作。而储能操作又有：储能方式（弹簧、重力等）、能量的来源（人力、电力等）、释能方式（人力、电力等）；（）按是否适合隔离分，有适合隔离、不适合隔离；（）按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式；（）按外壳防护等级
7、 的代码分。2.2.2 短路特性（）额定短路接通能力（）：用最大预期峰值电流表示；（）额定短路分断能力，规定为：额定极限短路分断能力（）用预期分断电流（）表示；交流用交流分量有效值表示；额定运行短路分断能力（）用预期分断电流（）表示，相当于的某一百分数，标准百分数规定为、，对于类断路器，还可以为。（）交流断路器的短路接通和分断能力的关系：两者的比值应不小于，按短路分断能力大小和不同功率因数决定；（）额定短时耐受电流（）：对于交流，为有效值，值应不小于断路器额定电流的倍，且不得小于，最大不超过。与相应的短延时不应小于，可选取、和几档。2.2.3 脱扣器（）脱扣器的形式分励脱扣器；过电流脱扣器；欠
8、电压脱扣器；其他如使用很多接地故障保护的脱扣器。（）过电流脱扣器的种类瞬时；定时限，也就是短延时过电流脱扣器；反时限，通常称为长延时过电流脱扣器。（）过电流脱扣器的电流整定值：用电流值的倍数或直接用安培数表示；（）过电流脱扣器的脱扣时间整定值定时限的延时时间整定值用秒（）表示；反时限的应给出时间电流特性曲线。（）反时限过电流脱扣器的断开动作特性。在基准温度下，所有相极通电至，即约定不脱扣电流时，在约定时间（对为，为）内不应脱扣，使电流上升到，即约定脱扣电流时，应在小于约定时间内脱扣。2.2.4 产品现状（）万能式断路器：由上海电器科学研究所组织研究设计的主要产品有：型是世纪年代新的智能型断路器
9、，框架电流，达（时），具有长延时、短延时、瞬时和接地故障保护功能，其整定电流和动作时间可在较大范围内方便调节，其价格较高；型是世纪初研制的智能型断路器，框架电流，性能与基本相同；型是世纪年代末对原型的再开发产品，具有和相同的保护功能，但尺寸较小，价格适中；型：框架电流，时达到，具有长延时、瞬时和接地故障保护功能，但调节范围较小，没有短延时脱扣器，其价格较低。此外，还有公司的系列，施耐德公司的系列，框架电流达，具有四段全保护功能，但价格较高。（）塑壳式断路器系列（即型）：由上海电器科研所和全国十多个企业研制的新产品。壳架额定电流，共个等级；分断能力有个等级，即系列（普通型时，达）、系列（标准型，
10、达）、系列（较高型，达）、系列（最高型，达）；有配电保护用和电动机保护用（）两种；具有长延时和瞬时脱扣器。还有个系列产品：一是系列智能化断路器，具有短延时脱扣器，有多种调节功能，也可直接与计算机控制系统通讯；二是系列剩余电流断路器，同时具有长延时、瞬时和剩余电流保护功能，壳架电流，现又扩展到，这是一个功能多样，具有不同档次可供选用的好产品。另外，如公司型（达）、型（达），施耐德公司的型（达）等，有长延时、瞬时脱扣器，也有增加带短延时、接地故障保护等脱扣器的智能型断路器。 规范关于配电线路保护的规定现行低压配电设计规范（）是年月发布、年月实施的国家标准。其中低压配电线路的保护是最重要的内容之一，
11、因为它涉及保障人身安全、用电可靠，防止电路故障造成重大损害，如，导致电气火灾所需要的防护措施等方面。配电线路保护是要防止两方面的事故：一是防止因间接接触（区别于直接接触带电体）而导致电击；二是因电路故障导致过热造成损坏，甚至导致火灾。配电线路应装设短路保护、过载保护和接地故障保护，并分别作了规定，分述如下。 短路保护要求在短路电流对导体和连接件的热作用造成危害之前切断短路故障电路，当短路持续时间不大于时，绝缘导体的热稳定应按下式校验：（） 式中：绝缘导体的线芯截面（）；预期短路电流有效值（）；在已达到允许工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（）；计算系数，按导体不同线芯材料和绝缘材料决定，其
12、值如表所示。公式（）只适用于短路持续时间不大于的情况，因为该式未考虑其散热；当大于时应计及散 热的影响。另外，公式（）也不适用于短路持续时间小于的情况，当小于时，应计入短路电流初始非周期分量的影响。 过负载保护配电线路过负载保护，应在过载电流引起导体温升对导体绝缘、接头、端子及周围物质造成损害前能切断过载电流，但对突然切断电路会导致更大损失时，应发出报警而不切断电路。过负载保护的保护电器的整定电流和动作特性应符合下列两式的要求：（） （） 式中：线路计算电流（）；熔断器熔体额定电流或断路器长延时脱扣器整定电流（）：导体允许持续载流量（）；保证保护电器可靠动作的电流，对断路器，为约定时间的约定动
13、作电流，对熔断器，为约定时间的约定熔断电流。使用断路器时，按标准规定，约定动作电流为，只要满足，即符合式（）要求。就是断路器长延时整定电流，也就是要求：或（） 接地故障保护为防止人身间接电击以及线路损坏，甚至引起电气火灾等事故，最重要的措施是设置接地故障保护。接地故障保护适用于类电气设备，所在场所为正常环境，人身电击安全电压限值（）不超过。采用接地故障保护的同时，建筑物内各种导电体应作等电位联结。接地故障保护对配电系统的不同接地形式作了规定。3.3.1 TN系统的接地故障保护（）系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：（） 式中：接地故障回路的阻抗（）保证保护电器在规定时间内切断故障
14、回路的电流（）相线对地标称电压（）。的配电线路，其切断故障回路的时间规定如下：配电干线和供固定用电设备的末端回路，不大于；供手握式或移动式用电设备的末端回路，以及插座回路，不大于。（）当采用熔断器兼作接地故障保护时，为了执行方便，规定了接地故障电流（）与熔断体额定电流（）之比不小于表或表值，即认为符合式（）的规定。（）当采用断路器作接地故障保护时，接地故障电流（）不应小于断路器的瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的倍。3.3.2 TT系统的接地故障保护系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：（） 式中：外露可导电部分的接地电阻与线电阻和（）；保证保护电器切断故障回路的动作电流（）。当采
15、用反时限特性过流保护电器时，为内切断的电流；采用瞬时动作特性的过流保护电路时，为瞬时整定电流；当采用漏电保护器时，为其额定动作电流。3.3.3 IT系统的接地故障保护当系统配电线路发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出报警信号，其动作电流应符合下式要求：（） 式中：外露可导电部分的接地极电阻（）；第一次接地故障电流（）。当系统的配电线路发生第二次异相接地故障时，应切断故障电路，并符合下列要求：（）当系统不引出线，应在内切断故障回路，并符合下列要求：（） 式中：相线和线故障回路阻抗（）；保护电器切断故障回路的动作电流（）；当系统引出线，应在内切断故障回路，并符合下式要求：（） 式中包括相线、
16、线和线在内故障回路阻抗（）。建议系统不引出线。 保护电器选择的通用要求低压配电线路保护电器选择应考虑以下要求：（）保护电器必须是符合国家标准的产品。断路器和熔断器的国标是新世纪后修订的，等同采用标准，符合当今国际先进水平；（）保护电器的额定电压应与所在配电回路的标称电压相适应；（）保护电器的额定电流不应小于该配电回路的计算电流；（）保护电器的额定频率应与配电系统的频率相适应；（）保护电器要切断短路故障电流，应满足短路条件下的动稳定和热稳定要求，还必须具备足够的通断能力。分断能力应按保护电器出线端位置发生的预期三相短路电流有效值进行校核。当今，我国的保护电器产品具有国际先进水平，其通断能力足以满
17、足配电系统的要求；但是，保护电器的通断能力具有不同等级产品，所以，在配电设计中，应进行校验，重点是当配电变压器容量较大，而安装在靠近变压器的保护电器容量又较小时，更应作计算和校验；（）考虑保护电器安装场所的环境条件，以选择相适应防护等级（等级）的产品。此外，在高海拔地区（如海拔超过）应选用高海拔用的产品，或者采取必要的技术措施。在靠近海边的地方，应使用防盐雾的产品。 保护电器保护特性的选型 选型原则（）配电线路在正常使用中和用电设备正常起动时，保护电器不会动作；（）保护电器必须按规范规定的时间内切断故障电路，这是实施规范的最基本目标，也是保护电器的根本任务；（）配电系统各级保护电器的动作特性应
18、能彼此协调配合，要求有选择性动作，即发生故障时，应使靠近故障点的保护电器切断，而其上一级和上几级（靠电源侧方向为上）保护电器不动作，使断电范围限制到最小。如图所示，如点短路，应使断开，如点短路，应使断开。如果选择性难以得到完全保证，应该使低压主干线的保护电器（图中的）不会越级断开，宁可牺牲下级配电线路保护的选择性（如点短路，越级断开），其影响范围相对较小。低压配电用保护电器包括断路器和熔断器两种，而断路器又有非选择型和选择型两类。配电系统有树干式、放射式和混合式等几种。保护的级数多少也不同，少至一、二级，多至六、七级。下面以图所示意的配电系统说明不同位置保护电器选型。（）配电干线首端保护电器（
19、图中的）：为了保证干线首端可靠切断故障和动作选择性，应选用选择型断路器，如型或型。当此干线供电范围不大，其计算负载电流较小（如以下）时，也可选用熔断器。当从此处（变电所低压配电盘）直接给单台用电设备配电的线路，可选用非选择型断路器；（）配电干线第二级保护电器（图中）：一般宜用熔断器。当此段干线供电范围较大，负载较重要，计算负载电流较大（如以上）时，可用选择型断路器，如型；（）末端电路，即直接接至用电设备的线路保护电路（如图中的），通常使用非选择型断路器，必要时，也可用熔断器（如），这里接笼型电动机，最好用型熔断器；（）末端电路的上一级线路保护电器（图中的）：使用熔断器为好。当所供电的用电设备不
20、多，突然断电影响不大时，也可使用非选择型断路器；（）为保证选择性动作，多级配电线路的中间各级（图中的、）最好选用熔断器。综上所述，配电线路各级保护电器比较合理的选型是：选择型断路器（首端）熔断器熔断器非选择型断路器（末端）。 保护电器设置和选型的几个问题5.3.1 配电变压器低压侧总开关的设置和选型低压侧应设总开关（图中），有两种选型：一是设隔离开关，二是设有隔离功能的断路器，或隔离开关加断路器。随着用电可靠性要求和安全保护要求的提高，越来越趋向装设断路器。其主要优点是可以遥控合闸，可以带负载断开，具有保护功能，事实上也有隔离开关具有断开负载和遥控合闸功能。设置断路器时的保护功能呢？鉴于该断路
21、器与各出线的保护电器都装在低压配电柜内，距离不过一M至几M，在此范围内发生短路和接地故障的机率很小，所以不必设置保护功能。如果该断路器（图的位）再带瞬时过电流保护，则难以与各出线（图之）保护协调动作，无法实现主干线的选择性，是不可取的；但是，处装设长延时保护，作为过载保护用是可以的；5.3.2 各配电箱内的进线开关设置和选型此进线开关作隔离和断开负载电流用，可以用隔离开关，也可用断路器，需要遥控者，选用电动操作断路器。不设置保护，必要时可带长延时做过载保护，但不应装设瞬时动作保护；5.3.3 接用电设备的末端回路保护电器及控制电器（图1之CB4或RD4）的设置末端回路应设短路和接地故障保护，装
22、设在末端回路前端的保护电器（图之或）必须具备这项功能，通常装非选择型断路器或漏电断路器，而末端回路的末端则不必再设短路保护，而是根据所接用电设备需要，装设控制电器（如接触器）。按需要，还应装用电设备的过载保护电器。对于笼型电动机，宜用型熔断器（图之）；5.3.4 断路器和熔断器的比较这两种保护电器各有其特点，应根据需要选用。有一种观点认为，断路器先进而熔断器是落后产品，这种看法是不全面的。断路器具有遥控功能（带电动操作）、完善的保护功能，调整方便（智能型）、故障断开后可以恢复等诸多优点，特别是智能型断路器更是熔断器所不可比拟的。但熔断器却以它良好的选择、配合性能和较低廉的价格而占有自己的地位，
23、适合于配电系统的中间各级。 保护电器的整定 整定的基本要求上节所述选型的三条原则，更需要在整定值中来实施，即：（）正常工作和正常起动时，不应切断电路；（）线路故障时，应可靠切断故障电路；（）线路故障时，各级保护电器应有选择性地切断电路。这三项要求常常是相互矛盾的，配电系统设计的任务就是要合理地选择保护电器，正确整定其参数，如保护电器额定电流或整定电流大小受到第和第项的限定，而动作时间的快慢又受到第和第项的制约，必须仔细计算、校验，协调矛盾，实现对立的统一，以符合规范的要求。 在正常工作和起动时保护电器不动作正常工作时，保护电器不动作，应符合前述公式（）的条件，即。关于起动时，保护电器不动作，以
24、具有代表性的笼型电动机为例，分别按以下要求进行计算和校验。6.2.1 使用熔断器熔体额定电流应符合下式要求。（）（） 式中：线路中所接的最大一台笼型电动机的额定电流（）（）除最大一台电动机外的线路计算电流（）；计算系数，通常取，取决于值大小及最大一台电动机起动状况，一般说，值为时，取，为时，可取；为时，可取；对于轻载起动的电动机，当时，一般可不考虑其起动之影响。6.2.2 使用断路器（）断路器的长延时脱扣器整定电流，一般可不考虑电动机起动的影响；（）短延时脱扣器整定电流应躲开最大一台电动机的起动电流，用下式计算：（）（） 式中：线路中所接最大一台笼型电动机的起动电流（）；可靠系数可取。（）瞬时
25、脱扣器整定电流应躲过最大一台电动机的全起动电流，用下式计算： （） （） 式中：线路中所接最大一台笼型电动机的全起动电流，包括周期分量和非周期分量，其值为该电动机起动电流（）的倍；可靠系数，可取。 短路保护线路在正常运行中，导体产生温升而达到允许最高工作温度（这是计算的工作温度）。发生故障时，导体温度急剧上升，超过允许工作温度，应该在达到导体允许的极限温度之前切断故障电路，以避免导线绝缘损坏，甚至引起火灾，用公式（）进行热稳定检验，分述如下。（）使用熔断器时，因为它具有反时限特性，使用公式（）验算时较麻烦，要计算出预期短路电流，按选择的熔体电流值，再查熔断器特性曲线找出相应的全熔断时间，代入（
26、）式。为了使用方便，可从表所列数据，按导体截面和敷设方式查出熔体电流的最大允许值。（）使用断路器时，通常是利用其瞬时或短延时脱扣器作短路保护，瞬时脱扣器的全分断时间（包括灭弧时间）极短，一般为，甚至更小，虽然短路电流很大，一般都能符合式（）要求。但应注意，当配电变压器容量很大，从变压器低压配电盘上直接引出截面很小的馈线时，难以满足热稳定要求，应按式（）作校验。采用短延时脱扣器断开短路电流时，短路电流持续时间将达，根据经验，选用带短延时脱扣器的断路器所保护的配电干线截面不会太小，一般能满足式（）要求，可不作校验。 过载保护（）用断路器的长延时作过载保护，如前述，只要符合式（），即满足规范规定的式（）、（）之要求。（）用熔断器保护时，也应满足式（）、（）要求。但式（）中有约定熔断电流，使用不方便，应作如下变换。按熔断器国标，及以上的和熔断体的约定熔断电流（见表），又按的条文说明第条中指出，因熔断器产品标准测试设备的热容量比实际使用的大许多，即测试所得的熔断时间较实际使用中的熔断时间为长，这时应乘以的系数，此式代入式（）得 近似认为：或 （） 对于小于的熔断器，按表所数据：镙栓连接熔断器的；而刀型触头熔断器和圆筒形帽型熔断器，则有
