孙 彤　 孙 宪

(1.北京中元工程设计顾问有限公司，北京　100037；　2.中航电科建筑规划设计研究集团有限公司，江苏 南京　210017)



关于低压断路器选择性的讨论

孙 彤1孙 宪2

(1.北京中元工程设计顾问有限公司，北京100037；2.中航电科建筑规划设计研究集团有限公司，江苏 南京210017)

摘要：分析了低压断路器的动作曲线，论述了上下级低压断路器间的配合设置方法，并结合工程实例，提出了校验方法，使低压断路器具备了良好的选择性，解决了配电线路保护电器协调配合的部分问题。

关键词：低压断路器，动作曲线，选择性，电流

配电线路保护是供配电设计的主要内容之一，配电线路的保护电器应具有选择性，上下级间应能协调配合，现行的两部标准对此均有论述：GB 50054—2011低压配电设计规范第6.1.2规定：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，且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；JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范第7.6.1.2规定：配电线路采用上下级保护电器，其动作应具有选择性，各级之间应能协调配合；对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性切断。低压断路器作为低压配电线路最常用的保护电器，其选择性应如何实现，本文对此做一点粗浅的讨论。

1低压断路器的类型

低压断路器有热磁脱扣器与电子脱扣器两种。

1)除部分厂家的热磁脱扣断路器具有机械式的不太精准的延时设定外，一般的热磁脱扣断路器无法人工设定延时，其动作曲线如图1所示。

若要上、下级断路器间取得良好的选型性，必须使发生在下级配电线路上的故障由下级断路器动作切断该故障线路，而上级断路器保持不动作。这就需要上级断路器的动作曲线高于下级的动作曲线，并且满足：

a.下级断路器的极限分断能力Icu大于故障点的最大短路电流——通常为三相短路电流I″；b.上级断路器的长延时整定电流Ir≥1.2倍的下级断路器的长延时整定电流；c.上级断路器的瞬时整定电流Iinst≥1.1倍的下级断路器的最大短路电流——通常为三相短路电流I″，其中1.1倍为可靠系数，为使当下级配电线路发生短路故障时，不引起上级断路器误动作，如图2所示。

这是上下级断路器均为一般的热磁脱扣断路器时能够具有良好选型性的状态。但若要上下级断路器均为一般热磁脱扣断路器的配电线路满足如图2所示动作曲线的要求，在实际工程中是很难实现的，通常是上级断路器的瞬时整定电流值小于下级断路器的最大短路电流值，如图3所示。

当下级配电线路上发生短路电流超过上级断路器的瞬时整定电流的情况时，上下级断路器均有可能动作，使上下级断路器间失去选择性。也就是说：当下级配电线路处的故障电流大于下级断路器的动作电流且小于上级断路器的瞬时整定电流时，下级断路器动作；当下级配电线路处的故障电流大于上级断路器的瞬时整定电流时，上、下级断路器都可能动作。

2)电子脱扣断路器可人为设置延时，其动作曲线示意图如图4所示。

带人为延时功能的电子脱扣断路器增加了短延时整定电流Im，同时该断路器的瞬时整定电流Iinst变大。一般的电子脱扣断路器的长延时整定电流、短延时整定电流、瞬时整定电流以及延时时间在规定范围内都是可调的。可通过将上级断路器设置为带人为延时功能的电子脱扣断路器来解决一般热磁脱扣断路器上下级间无法获得良好的选择性的问题。当电流在Im～Iinst区间时，短路器可以延时动作，以躲过下级配电线路故障而引起的上级短路器的瞬动。满足上级断路器的瞬时整定电流不小于1.1倍的下级断路器的最大短路电流的要求，如图5所示。

2下级低压断路器间选择性校验

下面以某工程实例来进一步说明如何校验下级低压断路器间的选择性。

1)选取某写字楼工程的断路器动作选择性校验中的一部分进行举例说明，如图6所示，该工程变电所设在地下1层，其中一台变压器T型号S9，容量630 kVA，电压10 kV/0.4 kV，D，yn11连接,阻抗电压4.5%，负载损耗6.20 kW；变压器低压出口断路器Q1的长延时整定电流Ir1=1 000 A；低压母线m采用铜母线，规格为3×(80×8)+1×(63×6.3),长度为5 m；变电所低压出线断路器Q2的长延时整定电流Ir2=200 A，为2层配电箱供电；其供电线路L2为WDZ-YJV-4×120+1×70电缆,长度为50 m;变电所低压出线断路器Q3的长延时整定电流Ir3=250 A，为地下室配电箱供电；其供电线路L3为WDZ-YJV-4×150+1×70电缆,长度为30 m;2层配电箱低压出线断路器Q4的长延时整定电流Ir4=100 A，为该层最大出租户供电；其供电线路L4为WDZ-YJV-4×35+1×16电缆,长度为20 m。

2)首先查询及计算各元器件参与计算三相短路电流的电阻与电抗。相关数据可从手册或设备厂家资料中查询，如《工业与民用配电设计手册》等；变压器高压侧系统短路容量可从供电局获得。本工程变压器高压侧系统短路容量S″s=200 MVA，查表可得Rs=0.08 mΩ，Xs=0.8 mΩ;根据变压器参数，查表得RT=2.5 mΩ，XT=11.15 mΩ；根据低压母线参数，查表得单位长度阻抗值为0.031与0.195，乘以母线长度后得Rm=0.031×5=0.155 mΩ，Xm=0.195×5=0.975 mΩ；根据电缆参数，查表得线路L2，L3，L4的单位长度阻抗值分别是L2=0.146与0.076，L3=0.117与0.077，L4=0.501与0.080，乘以线路长度后得RL2=0.146×50=7.3 mΩ，XL2=0.076×50=3.8 mΩ；RL3=0.117×30=3.51 mΩ，XL3=0.077×30=2.31 mΩ；RL4=0.501×20=10.02 mΩ，XL4=0.080×20=1.6 mΩ。整理以上数据有：

高压侧系统S″：Rs=0.08 mΩ，Xs=0.8 mΩ;

变压器T：RT=2.5 mΩ，XT=11.15 mΩ;

低压母线m：Rm=0.155 mΩ，Xm=0.975 mΩ;

线路L2：RL2=7.3 mΩ，XL2=3.8 mΩ;

线路L3：RL3=3.51 mΩ，XL3=2.31 mΩ;

线路L4：RL4=10.02 mΩ，XL4=1.6 mΩ。

3)然后计算k1～k4点的三相短路电流。

k1点：

∑R=Rs+RT+Rm=0.08+2.5+0.155=2.735mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm=0.8+11.15+0.975=12.925 mΩ。

三相短路电流：Ik1″=230/(2.7352+12.9252)1/2=17.41 kA。

k2点：

∑R=Rs+RT+Rm+RL2=0.08+2.5+0.155+7.3=10.035mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL2=0.8+11.15+0.975+3.8=16.725 mΩ。

三相短路电流：Ik2″=230/(10.0352+16.7252)1/2=11.79 kA。

k3点：

∑R=Rs+RT+Rm+RL3=0.08+2.5+0.155+3.51=6.245mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL3=0.8+11.15+0.975+2.31=15.235 mΩ。

三相短路电流：Ik3″=230/(6.2452+15.2352)1/2=13.97 kA。

k4点：

∑R=Rs+RT+Rm+RL2+RL4=0.08+2.5+0.155+7.3+10.02=20.055mΩ。

∑X=Xs+XT+Xm+XL2+XL4=0.8+11.15+0.975+3.8+1.6=18.325 mΩ。

三相短路电流：Ik4″=230/(20.0552+18.3252)1/2=8.47 kA。

4)接下来进行上下级断路器动作选择性校验。首先是Q2与Q4的选择性，已知Q2的长延时整定电流Ir2=200 A，Q4的长延时整定电流Ir4=100 A，可知Ir2>1.2×Ir4，按某断路器厂家资料热磁脱扣断路器的瞬时整定电流Iinst=10Ir±20%，则Q2的瞬时整定电流的最大值Iinst2=2.4 kA，Q4的瞬时整定电流的最大值Iinst4=1.2 kA，之前已计算得到Q4所保护的低压配电线路L4的短路点k4处的三相短路电流值Ik4″=8.47 kA，该值大于热磁脱扣断路器Q2的瞬时整定电流值Iinst2=2.4 kA，也就是说当k4点发生三相短路时，若下级的断路器Q4与上级的断路器Q2均为热磁脱扣断路器，则上下级断路器Q2与Q4均可能动作，使配电线路保护无选择性，同图3的情况一样。将上级断路器Q2改为具有调节功能电子脱扣断路器，将其瞬时整定电流Iinst2调整为1.1倍的下级配电线路的最大短路电流——三相短路电流，则需Iinst2≥1.1×Ik4″=1.1×8.47=9.31 kA取10 kA，则Iinst2>10 kA，与图5的情况一样。

再校验变压器低压出口断路器Q1与下级断路器的选择性。经过之前的计算可知断路器Q1的下级配电线路L2与L3的短路点k2点与k3点的三相短路电流不同，其中Ik2″=11.79 kA，Ik3″=13.97 kA，Ik3″>Ik2″，做选择性校验时，取其中三相短路电流最大的k3点进行校验。已知Q1的长延时整定电流Ir1=1 000 A，Q3的长延时整定电流Ir3=250 A，Ir1>1.2×Ir3，经之前计算已得到k3点的三相短路电流Ik3″=13.97 kA，则其上级的断路器Q1的瞬时整定电流Iinst1应不小于1.1倍的下级配电线路的最大短路电流——k3点的三相短路电流，则需Iinst1≥1.1×Ik3″=1.1×13.97=15.37 kA取16 kA,Iinst1>16 kA。

由极限分段能力Icu大于故障点的最大短路电流——三相短路电流I″，可知断路器Q1的极限分断能力Icu1大于故障点k1的三相短路电流Ik1″=17.41 kA，取Icu1≥18 kA；断路器Q2的极限分断能力Icu2大于故障点k2的三相短路电流Ik2″=11.79 kA，取Icu1≥12 kA；断路器Q3的极限分断能力Icu3大于故障点k3的三相短路电流Ik3″=13.97 kA，取Icu1≥14 kA；断路器Q4的极限分断能力Icu4大于故障点k4的三相短路电流Ik4″=8.47 kA，取Icu1≥

文章编号：1009-6825(2016)14-0124-03

收稿日期：2016-03-08

作者简介：孙彤(1977- )，女，工程师；孙宪(1975- )，男，工程师

中图分类号：TM561

文献标识码：A