低压配电线路保护中断路器的选择及定值设置

邢 悦

北京市电力公司，北京 100031

低压断路器作为低压线路保护的常用设备，其选择和设置在低压线路保护中发挥着重要的作用，随着现代城市的发展，对于低压用户供电可靠性要求的不断提高，正确的选择和设置低压断路器变得越来越重要。断路器保护设置的正确可有效的保护线路隔离故障，而不恰当的选择和设置对设备的安全稳定运行就会存在一定的隐患并造成不必要的经济浪费。因此正确的选择低压断路器并进行正确的设置对低压线路保护起着重要的作用。

1 低压配电线路保护的一般要求

在低压配电线路发生接地或相间短路故障的情况下，为防止人员因间接接触带电体而导致人身伤害或者因线路短路发热导致线路绝缘损坏，甚至发生火灾，低压配电线路应装设间接接触防护（故障防护）、过负荷保护和短路保护，用以隔离故障或发出报警[1]。

过负荷保护电器应在回路导体的负荷电流引起导体的温度上升对线路绝缘、端子、接头和线路导体周围的物质造成破坏之前，切除该负荷电流。对于因为过负荷而导致突然停电，引起更为严重后果的电气线路，如用于消防水泵的线路等，其过负荷保护应动作于信号，而不应断开电源。

短路保护电器应在接地短路或相间短路电流对线路及线路连接处产生的热效应和机械应力造成破坏之前切断该短路电流，其分断能力不得小于其安装处的预期短路电流。如果上级电源已装有所需分断能力的保护电器，则本侧保护电器的分断能力可小于预期短路电流，但本侧与电源侧保护电器必须配合，并且满足热稳定校验的要求。另外保护电器在线路任一点短路引起的电流，使导体达到允许极限温度之前应分断线路[2]。

低压配电线路的保护配置应满足上下级保护动作具有选择性，各级之间要求在故障时，靠近故障点的保护电器先动作，切断故障电路，确保停电范围最小。但对于非重要负荷，允许无选择性切断。对于电动机、起重机、电焊机、整流器等用电设备的末端线路保护还应根据负荷性质与普通线路差异化对待。

2 低压配电线路保护对低压断路器的要求

2.1 过负荷保护

过负荷保护电器的动作特性应满足以下条件

式中ICn——回路计算电流，A；

IZ——导体允许持续载流量，A；

IN——断路器额定电流，A；

I2——保证断路器可靠动作的电流，A；

Iset1——长延时过电流脱口器整定电流，A；

2.2 短路保护中断路器额定电流及脱扣器整定电流的选择

2.2.1 常规低压配电线路

（1）断路器额定电流，即断路器壳架电流IN为：

（2）反时限（长延时）过电流脱口器整定电流（Iset1）为：

（3）定时限（短延时）过电流脱口器整定电流（Iset2）。其用于保证各级保护装置间动作的选择性，要求如下：

式中Iset2——定时限（短延时）过电流脱口器整定电流，A；

Kset2——低压断路器定时限（短延时）过电流脱扣器的可靠系数，可取1.2；

IstM1——线路所带负荷中最大一台电动机的启动电流，A；

IC(n-1)——线路中除最大的一台电动机以外的所带负荷的计算电流，A；

定时限（短延时）过电流脱扣器的整定时间通常有0.1、0.3、0.6 s 等几种，根据需要选择配合关系，时间极差一般在0.1 至0.2 s。

（4）瞬时过电流脱口器整定电流（Iset3）。其主要用于快速切除故障，要求如下：

其整定电流值应躲过配电线路的冲击（尖峰）电流。

式中Iset3——瞬时过电流脱口器整定值，A；

Kset3——瞬时过电流脱扣器的可靠系数，一般可取1.2；

I’stM1——线路所带负荷中最大一台电动机的全启动电流，A，它包括交流周期分量和直流非周期分量，对于一般的低压笼型电动机，可取其启动电流的2 ～2.5 倍；

IC(n-1)——线路所带负荷中除最大的一台电动机以外的负荷计算电流，A；

为满足被保护线路上下级间选择性的要求，上级选择型低压断路器瞬时过电流脱扣器的整定值应大于下一级保护电器所保护线路的最大短路电流。

2.2.2 照明线路

对于照明线路其反时限和瞬时过电流脱扣器的整定电流应分别满足如下要求：

式中IC——照明线路的负荷计算电流，A；

Kset1、Kset3——低压断路器反时限（长延时）和瞬时过电流脱扣器的可靠系数。Kset1一般取1，Kset3对于卤钨灯和LED 等取10 ～12，对于荧光灯和高压钠灯及金属卤化物灯取3 ～5。

2.2.3 电动机末端回路

电动机主回路应采用电动机保护用低压断路器。其瞬时过电流脱扣器的整定值与长延时（反时限）脱扣器整定值之比（瞬时电流倍数）宜为14 或10 ～20可调。

当采用定时限（短延时）过电流脱扣器作保护时，整定值宜躲过起动电流周期分量最大有效值，延时不宜小于0.1 s。

瞬动脱扣器的整定值应为电动机启动电流的2 至2.5 倍。反时限（长延时）脱扣器用作后备保护时，其整定值应满足相应的瞬动脱扣器整定值为电动机启动电流2 至2.5 倍的条件，对于笼型电动机直接启动时应符合下式要求：

式中Iset——反时限（长延时）脱扣器整定值，A；

IrM——电动机额定电流，A；

Ist——电动机启动电流，A；

KLR——电动机启动电流倍数；

Kins——断路器瞬时电流倍数。

3 选择配置低压断路器时相关电流的计算

选择配置低压断路器时其相关电流的计算包括：线路载流量计算，线路所带负荷计算以及线路的短路计算[3]。

（1）线路的载流量主要由线路导体的材料及绝缘类型确定，同时还要考虑环境因素的影响。

（2）低压配电线路所带负荷的计算电流在初步设计阶段可根据单位指标法进行估算，在设计阶段可通过需要系数法或利用系数法进行计算。

（3）低压配电线路的短路电流计算

高压系统的短路电流计算条件同样适用于低压系统，但低压网络也有其自身特点：

①系统容量远远大于低压配电变压器的容量，因此短路计算可按远离发电机端，即无限大电源容量的网络短路考虑，短路电流的交流（周期）分量不衰减。

②计入网络中各电气元件的有效电阻，但各设备间的接触电阻和短路点的电弧电阻忽略不计。

③一般不考虑直流分量。

④在计算单相短路与三相短路时单位有效电阻的计算温度不同。计算单相短路时假设计算温度高于计算三相短路时的导体计算温度（一般取20 ℃），所以其电阻增大，其值一般为计算三相短路时电阻的1.5 倍。

⑤计算过程采样有名值，一般电压用V，电流用kA，容量用kVA，阻抗用mΩ。

⑥三相短路与单相短路的计算电压不同，计算三相短路时相电压取230 V，计算单相短路时相电压取220 V。

三相短路电流计算公式如下：

式中IK3——三相短路电流，kA；

ZK——短路回路的相阻抗，mΩ；

单相短路电流计算公式如下：

式中IK1——单相短路电流，kA；

Zphp——短路回路的相保阻抗，mΩ；

通过计算出低压配电线路的短路电流可校验低压断路器整定值的灵敏度和断路器的分断能力以及热稳定性，从而选择合适的断路器。

4 小结

综上所述，通过分析低压配电线路所带负荷情况可估算出线路计算电流IC，从而选择合适的导体截面确定线路载流量IZ，根据线路载流量和负荷性质可确定低压断路器的额定电流IN。断路器选定后再根据上下级配合情况和短路电流计算情况进行合理的定值设置，实现对低压线路的有效保护。