低压配电回路的选择性保护

摘要：短路、过载、接地等故障在低压配电回路中是不可避免的，回路中的电器既要保证可靠地切除故障回路，又要尽可能地减小停电范围, 因此电器的选择性保护至关重要。本文介绍了智能型万能式断路器的区域选择性联锁（ZSJ功能）,此功能可实现短路和接地故障的选择性保护；论述了设计人员对选择性保护的误解。

关键词：短路；断路器；低压配电回路；选择性保护;区域联锁功能;

中图分类号：TM562文献标识码： A

电力系统过电流保护是电器产品的主要任务，完善的过电流保护应该是过电流（短路、过载等）故障级电器设备能快速可靠切除故障，而上级配电电器不应越级跳闸，使电力系统故障限制在最小范围内，这就是通常讲的选择性保护。

1断路器选择性保护

低压断路器是保证配电网络安全、可靠、经济运行和人身安全的关键设备。短路等故障发生时不仅影响本支路负载的正常供电，而且还由于处理不及时导致蔓延扩大，以致殃及其他正常工作负载的供电，甚至电网大面积停电。低压配电系统的安全性和可靠性是依据系统中各级断路器的技术性能及其具有的相互选择性保护技术来评价的，电力系统对保护装置（断路器）的基本要求是选择性、速动性、速动性、可靠性、灵敏性。

断路器的保护选择性是指断路器之间的协调配合,当电路中任意一个点产生故障后可以被紧靠故障的上一级断路器消除,并且只能由其单独来消除。上下级断路器之间的选择性可以是全部的,也可以是局部的,断路器的选择性有电流选择性,时间选择性,能量选择性。电流选择性是基于电流整定值的大小不同来实现保护的选择性,从电源到故障点之间的电流随着故障点的离开而逐渐减少,使得上、下级断路器的短路保护整定值出现级差。时间选择性是基于保护动作延时长短不同来实现保护的选择性,断路器离电源越近,定时时间越长,这样,最下级的定时时间最短,最上级的定时时间最长。故障发生时,定时时间短的先感应故障。能量选择性是利用不同的断路器对电弧能量的承受能力不同、限流分断能力的不同而实现选择性。

保证选择性保护主要应做到以下几点:

(1) 无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器，上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍；

(2)如果下一级是非选择性断路器，为防止在下一级断路器所保护回路发生短路电流时，因这一级瞬时动作灵敏度不够，而使上一级短延时过电流脱扣器首先动作，使其失去选择性。一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍。

(3)如果下一级也是选择性断路器，为保证选择性，上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1S。

一般说来，要保证上下两级低压断路器之间选择性动作，上一级断路器的短路宜选择带短延时的脱扣器，而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上，至少上一级的动作电流不小于下一级动作电流的1.2倍。

2 区域联锁功能

目前国内外生产的智能型万能式断路器（以下简称ACB），均有过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬时保护和接地故障保护。

为了确保断路器与串联在同一电路中的另一台短路保护断路器在短路条件下的配合，则需要考虑两台电器各自的特性及它们连接在一起的性能。因此，必须要求对短路故障实行有选择性保护动作。

区域联锁功能（ZSJ）可实现短路保护和接地故障的选择性保护，下级智能控制器的区域联锁输出端与上级断路器智能控制器的区域联锁输入端连接实现上下级断路器的区域联锁。当断路器配置的智能控制器一旦检测到一个短路或接地的故障，它立即发送一个信号到相邻的上级断路器智能控制器，起动上级断路器智能控制器的预置延时，实现选择性保护。如果上级断路器智能控制器没收到下级断路器智能控制器的信号，就不起动预置延时而立即分断断路器，迅速排除故障。采用这种功能时，两台断路器之间的最大距离可达3 000 m。最多允许100 台断路器参加联锁。ZSJ 功能使保护更加完善，保证了动作的可靠性、灵敏性和选择性

图1区域选择性联锁（三级）

如图1所示：检测到故障的智能控制器（区域2）送一个信号给上级断路器（区域1）并检查下级断路器（区域3）到达的信号，断路器将在脱扣延时期间保持合闸。如果下级没有送过来信号，断路器将瞬时断开，不管脱扣保护是否有延时。

3低压配电回路选择性保护理解误区

《低压配电设计规范》 GB 50054—2011第 6.1.2条要求：“配电线路装设的上下级保护电器，其动作特性应具有选择性；各级之间应能协调配合。非重要负荷的保护电器，可采用部分选择性或无选择性切断。”根据该项要求，设计人员在供配电设计时，都要考虑到保护电器的选择性，即要求本级保护电器的整定电流及动作时限要相应地小于上一级保护电器。

为了满足选择性的要求，上级断路器必须大于下级断路器的整定电流，即长延时脱扣器（又称反时限过电流脱扣器）的整定值。过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件

式中 为线路计算负载电流（A）； 为熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A）； 为导体允许持续载流量（A）。

为了达到选择性的要求，设计人员在设计电气系统图时，往往采用将断路器的整定电流由下至上逐个放大的做法。配电回路示意图见图2。

图2 配电回路示意图

由图 2可以看到，由变配电室配电屏内断路器B至分配电屏内断路器 C、D，在选择断路器时，通常断路器 C整定电流不小于计算电流（或负载电流）。断路器 B的整定电流的确定：通常设计人员认为断路器 B要比断路器 C的整定电流大一级，以满足选择性。这种做法在设计领域可谓司空见惯，而断路器 B、C之间连接电缆的允许持续载流量必须大于上端断路器B的整定电流。

这种断路器整定原则造成电缆的载流量不是按照负荷计算电流的大小选取，而是按照比它要大得多的断路器 B的整定电流选取，从而造成了电缆截面偏大，工程投资增加。

选择性保护的意义和目的是当低压配电回路发生短路、过载、接地等故障时，回路中的电器既要保证可靠地切断故障回路，又要尽可能地减小停电范围。而断路器 B、C无论哪一个先断开，停电的范围都是一样的。

低压配电设计规范GB 50054-2011第4.1.2条中提到的“配电线路装设的上下级保护电器，其动作应具有选择性”指的是上、下级保护电器，而断路器B、C是处在配电系统中的同一级。从《供配电系统设计规范》 GB 50052—2009条文解释 4.0.6中“低压配电系统的配电级数为三级，例如从低压侧为380 V的变电所低压配电屏至配电室分配电屏，由分配电屏至动力配电箱，由动力配电箱至终端用电设备，则认为 380 V配电级数为三级。”可以看出，所谓级数的划分是以母线为控制点的，因为断路器 B、C属于同一级，因此无需按照选择性去整定电流，这样电缆可以相应减小截面积，降低工程投资。

4结论

断路器是低压配电系统中使用最广泛的保护电器，合理地选用断路器，对于系统的可靠运行、有效保护起着关键作用。断路器的选择直接影响到整个配电线路的安全及导线截面的选择,要充分考虑断路器的保护选择性配合才能对配电线路及设备提供最经济和最安全合理的保护。

参考文献：

【1】 GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006《低压开关设备和控制设备 第2部分：中国标准出版社出版

【2】 GB 50054-2011《低压配电设计规范》，中国机械工业联合会编，中国计划出版社出版

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