低壓保護電器選擇與整定(演示片)

1、低壓保護電器的選擇與整定 2004年 修改版,中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院 任元會,保護電器在低壓配電系統(tǒng)中占有重要地位 配電線路發(fā)生故障保護主要器件低壓熔斷器和低壓斷路器 正確選擇和整定電器參數(shù) * 國家標準低壓配電設計規(guī)范（ ）； * 按照配電系統(tǒng)的狀況和計算的故障電流值 （短路電流和接地故障電流等） * 正確整定保護電器的參數(shù) * 有選擇地切斷故障，即只切斷發(fā)生故障的一段電路，而不切斷上級配電線路。, 總論, 保護電器的主要性能,. 低壓熔斷器 GB 13539.1-2002 GB 13539.2-2002 GB13539.6-2002 2.1.1 分斷范圍和使用類別 第一個字母表示分斷范

2、圍。“”為全范圍分斷能力熔斷體；“”為部分范圍分斷能力熔斷體； 第二個字母表示使用類別。 “”為一般用途全范圍分斷能力的熔斷體； “”為保護電動機電路全范圍分斷能力的熔斷體； “”為保護電動機電路的部分范圍分斷能力的熔斷體。 專職人員使用的熔斷器，主要用于工業(yè)，有：刀型觸頭熔斷器、螺栓連接熔斷器、圓筒形帽熔斷器、偏置觸刀熔斷器等類型。 非熟練人員使用的熔斷器，主要用于家用或類似用途。,2.1.2 時間電流特性 對不同大小的故障電流決定熔斷時間，是一種反時限特性曲線。 2.1.3 約定時間和約定電流 反映熔斷體過載的特性參數(shù)，其數(shù)值如表所示。 表中的小于的熔斷， 按 的約定電流值列于表。,2.1

3、.4 熔斷體的分斷能力 在規(guī)定的使用和性能條件下，熔斷體在規(guī)定電壓下能夠分斷的預期電流值 2.1.5 過電流選擇性 兩個或多個過電流保護電器之間的相關特性配合。當在給定范圍內出現(xiàn)過電流時，指定的保護電器動作，而其他的不動作。標準規(guī)定，當弧前時間大于 .時額定電流之比為.的兩級熔斷器之間的選擇性可到保證。 2.1.6 I2T （焦耳積分）特性 在規(guī)定的動作條件下作為預期電流函數(shù)的弧前或熔斷I2T曲線。制造廠應提供弧前時間小于.至相應于額定分斷能力的弧前I2T特性，以及以規(guī)定電壓為參數(shù)的熔斷I2T特性，分別代表實際使用中可能遇到的作為預期電流函數(shù)的最小和最大值。 2.1.7 產品現(xiàn)狀 “”類型主要

4、型號有、以及、等., 低壓斷路器 低壓開關設備和控制設備低壓斷路器（ ），等同于 同名稱標準。 低壓斷路器的分類和主要特性介紹如下: 2.2.1 分類 （）按使用類別分類 類：在短路情況下，斷路器無明確指出用作串聯(lián)在負載側的另一短路保護電器的選擇性保護； 類：在短路情況下，斷路器明確串聯(lián)在負載側的另一短路保護電器的選擇性保護，即在短路時，選擇性保護有人為短延時（可調節(jié)）。 （）按設計形式分，有萬能式（開啟式）、塑殼式； （）按分斷介質分，有空氣分斷、真空分斷、氣體分斷； （）按操作機構的控制方法分，有有關人力操作、無關人力操作、有關動力操作、無關動力操作、儲能操作。而儲能操作又有：儲能方式（彈

5、簧、重力等）、能量的來源（人力、電力等）、釋能方式（人力、電力等）； （）按是否適合隔離分，有適合隔離、不適合隔離； （）按安裝方式分，有固定式、插入式、抽屜式； （）按外殼防護等級 的代碼分。,2.2.2 短路特性 （）額定短路接通能力（）：用最大預期峰值電流表示； （）額定短路分斷能力，規(guī)定為： 額定極限短路分斷能力（）用預期分斷電流（）表示；交流用交流分量有效值表示； 額定運行短路分斷能力（）用預期分斷電流（）表示，相當于的某一百分數(shù)，標準百分數(shù)規(guī)定為、，對于類斷路器，還可以為。 （）交流斷路器的短路接通和分斷能力的關系：兩者的比值應不小于，按短路分斷能力大小和不同功率因數(shù)決定； （）額

6、定短時耐受電流（）：對于交流，為有效值，值應不小于斷路器額定電流的倍，且不得小于，最大不超過。與相應的短延時不應小于.，可選取.、.、.、.和1.0幾檔。,2.2.3 脫扣器 （）脫扣器的形式 分勵脫扣器； 過電流脫扣器； 欠電壓脫扣器； 其他如使用很多接地故障保護的脫扣器。 （）過電流脫扣器的種類 瞬時； 定時限，也就是短延時過電流脫扣器； 反時限，通常稱為長延時過電流脫扣器。 （）過電流脫扣器的電流整定值：用電流值的倍數(shù)或直接用安培數(shù)表示； （）過電流脫扣器的脫扣時間整定值 定時限的延時時間整定值用秒（）表示； 反時限的應給出時間電流特性曲線。 （）反時限過電流脫扣器的斷開動作特性。在基準

7、溫度下，所有相極通電至，即約定不脫扣電流時，在約定時間（對為，為）內不應脫扣，使電流上升到，即約定脫扣電流時，應在小于約定時間內脫扣。,2.2.4 產品現(xiàn)狀 （）萬能式斷路器： 型 型 型 型 此外，還有公司的系列，施耐德公司的系列，框架電流達 ，具有四段全保護功能，但價格較高。 （）塑殼式斷路器 系列（即型）： 另外，如公司型（達）、型（達），施耐德公司的型（達）等，有長延時、瞬時脫扣器，也有增加帶短延時、接地故障保護等脫扣器的智能型斷路器。, 規(guī)范關于配電線路保護的規(guī)定,配電線路應裝設短路保護、過載保護和接地故障保護。 . 短路保護 要求在短路電流對導體和連接件的熱作用造成危害之前切斷短路

8、故障 電路，當短路持續(xù)時間不大于時，絕緣導體的熱穩(wěn)定應按下式校驗： I t 0.5 / K （） 式中： 絕緣導體的線芯截面（ ）； 預期短路電流有效值（）； 在已達到允許工作溫度的導體內短路電流持續(xù)作用的時間（）； 計算系數(shù)，按導體不同線芯材料和絕緣材料決定，其值如表所示。,. 過負載保護 過負載保護的保護電器的整定電流和動作特性應符合下列兩式的要求： （） . （） 式中： 線路計算電流（）； 熔斷器熔體額定電流或斷路器長延時脫扣器整定電流（）： 導體允許持續(xù)載流量（）； 保證保護電器可靠動作的電流，對斷路器，為約定時間的約定動作電流，對熔斷器，為約定時間的約定熔斷電流。 使用斷路器時，按

9、標準.規(guī)定，約定動作電流為 .，只要滿足，即符合式（）要求。 就是斷路器長延時整定電流，也就是要求： 或 （）,. 接地故障保護 接地故障保護適用于類電氣設備，所在場所為正常環(huán)境，人身電擊安全電壓限值（）不超過。 采用接地故障保護的同時，建筑物內各種導電體應作等電位聯(lián)結。 接地故障保護對配電系統(tǒng)的不同接地形式作了規(guī)定。 3.3.1 TN系統(tǒng)的接地故障保護 （）系統(tǒng)配電線路接地故障保護的動作特性應符合下列要求： I a （） 式中： 接地故障回路的阻抗（） 保證保護電器在規(guī)定時間內切斷故障回路的電流（） 相線對地標稱電壓（）。 的配電線路，其切斷故障回路的時間規(guī)定如下： 配電干線和供固定用電設備

10、的末端回路，不大于； 供手握式或移動式用電設備的末端回路，以及插座回路，不大于。 （）當采用熔斷器兼作接地故障保護時，為了執(zhí)行方便，規(guī)定了接地故障電流（）與熔斷體額定電流（）之比不小于表或表值，即認為符合式（）的規(guī)定。,3.3.2 TT系統(tǒng)的接地故障保護 系統(tǒng)配電線路接地故障保護的動作特性應符合下列要求： （） 式中： 外露可導電部分的接地電阻與線電阻和（）； 保證保護電器切斷故障回路的動作電流（）。當采用反時限特性過流保護電器時，為內切斷的電流；采用瞬時動作特性的過流保護電路時，為瞬時整定電流；當采用漏電保護器時，為其額定動作電流。,3.3.3 IT系統(tǒng)的接地故障保護 當系統(tǒng)配電線路發(fā)生第一

11、次接地故障時，應由絕緣監(jiān)視電器發(fā)出報警信號，其動作電流應符合下式要求： （） 式中： 外露可導電部分的接地極電阻（）； 第一次接地故障電流（）。 當系統(tǒng)的配電線路發(fā)生第二次異相接地故障時，應切斷故障電路，并符合下列要求： （）當系統(tǒng)不引出線，應在內切斷故障回路，并符合下列要求： ( 3 / 2 ) 0.5 （） 式中： 相線和線故障回路阻抗（）； 保護電器切斷故障回路的動作電流（）； 當系統(tǒng)引出線，應在內切斷故障回路，并符合下式要求： （） 式中包括相線、線和線在內故障回路阻抗（）。 建議系統(tǒng)不引出線。,4 保護電器選擇的通用要求 (）保護電器必須是符合國家標準的產品。 （）保護電器的額定電壓

12、應與所在配電回路的標稱電壓相適應； （）保護電器的額定電流不應小于該配電回路的計算電流； （）保護電器的額定頻率應與配電系統(tǒng)的頻率相適應； （）保護電器要切斷短路故障電流，應滿足短路條件下的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求，還 必須具備足夠的通斷能力。 （）考慮保護電器安裝場所的環(huán)境條件，以選擇相適應防護等級（等級）的產品。 此外，在高海拔地區(qū)（如海拔超過）應選用高海拔用的產品，或者采取必要的技術措施。在靠近海邊的地方，應使用防鹽霧的產品, 保護電器保護特性的選型 . 選型原則 （）配電線路在正常使用和用電設備正常起動時，保護電器不會動作； （）保護電器必須按規(guī)范規(guī)定的時間內切斷故障電路。 （）配電系統(tǒng)各級

13、保護電器的動作特性應能彼此協(xié)調配合。 詳見圖1 低壓配電用保護電器包括斷路器和熔斷器兩種，而斷路器又有非選擇型和選擇型兩類。配電系統(tǒng)有樹干式、放射式和混合式等幾種。保護的級數(shù)多少也不同，少至一、二級，多至六、七級。,下面以圖所示意的配電系統(tǒng)說明不同位置保護電器選型。 （）配電干線首端保護電器（圖中的）： （）配電干線第二級保護電器（圖中）：一般宜用熔斷器。 （）末端電路，即直接接至用電設備的線路保護電路（如圖中的），通常使用非選擇型斷路器，必要時，也可用熔斷器（如），這里接籠型電動機，最好用型熔斷器； （）末端電路的上一級線路保護電器（圖中的）：使用熔斷器為好。當所供電的用電設備不多，突然斷電

14、影響不大時，也可使用非選擇型斷路器； （）為保證選擇性動作，多級配電線路的中間各級（圖中的、）最好選用熔斷器。 綜上所述，配電線路各級保護電器比較合理的選型是： 選擇型斷路器（首端）熔斷器熔斷器非選擇型斷路器（末端）。 綜上所述，配電線路各級保護電器比較合理的選型是： 選擇型斷路器（首端）熔斷器熔斷器非選擇型斷路器（末端）。,5.3 保護電器設置和選型的幾個問題,5.3.1 配電變壓器低壓電側總開關的設置和選型 一般設隔離開關，不必設斷路器。 5.3.2 各配電箱內的進線開關設置和選型 一般設隔離開關，不必設斷路器。,5.3.3 接用電設備的末端回路保護電器及控制電器 （圖1之CB4或RD4）

15、的設置 末端回路應設短路和接地故障保護，裝設在末端回路前端的保護電器（圖之或）必須具備這項功能，通常裝非選擇型斷路器或漏電斷路器，而末端回路的末端則不必再設短路保護，而是根據(jù)所接用電設備需要，裝設控制電器（如接觸器）。按需要，還應裝用電設備的過載保護電器。對于籠型電動機，宜用型熔斷器（圖之）； 5.3.4 斷路器和熔斷器的比較 這兩種保護電器各有其特點，應根據(jù)需要選用。 斷路器先進而熔斷器是落后產品？ 斷路器具有遙控功能（帶電動操作）、完善的保護功能，調整方便（智能型）、故障斷開后可以恢復等諸多優(yōu)點，特別是智能型斷路器更是熔斷器所不可比擬的。但熔斷器卻以它良好的選擇、配合性能和較低廉的價格而占

16、有自己的地位，適合于配電系統(tǒng)的中間各級。, 保護電器的整定 . 整定的基本要求 （）正常工作和正常起動時，不應切斷電路； （）線路故障時，應可靠切斷故障電路； （）線路故障時，各級保護電器應有選擇性地切斷電路。 . 在正常工作和起動時保護電器不動作 6.2.1 使用熔斷器 熔體額定電流應符合下式要求。 （） （）,6.2.2 使用斷路器 (） 斷路器的長延時脫扣器整定電流，一般可不考慮電動機起動的影響； （）短延時脫扣器整定電流應躲開最大一臺電動機的起動電流，用下式計算： （） （） （）瞬時脫扣器整定電流 I ZD3 應躲過電動機的全啟動電流 3 （） （）,. 短路保護,（）使用熔斷器 可

17、查表 （）使用斷路器 用瞬時脫扣器：一般能滿足（）式 當從變壓器低壓盤直接引出小截面的饋線時，難以滿足。 用短延時脫扣器：按經驗，一般能滿足（）式要求。,. 過載保護,. 接地故障時，應在規(guī)定時間內切斷電路 6.5.1 接地故障保護要求 對接地系統(tǒng)來說，應符合公式（）的規(guī)定。 （）采用熔斷器時，應分別滿足表（）或表（）規(guī)定的 值； （）采用斷路器時，如只帶長延時和瞬時脫扣器的，應利用瞬時脫扣器作接地故障保護，瞬時脫扣器的整定電流應符合下式要求： 1.3 （） 式中，系數(shù)1.3是規(guī)范規(guī)定的可靠系數(shù)。,6.5.2 滿足規(guī)范要求存在的問題和措施 當配電線路較長，往往難以滿足表（）、（）或式（）的要求

18、，接地故障電流較小，不足以使保護電路動作。為此，必須晝降低熔體電流或斷路器瞬時整定值，但將受到很多因素的制約；另一方面應力求提高值。具體措施如下： （）配電變壓器選用，接線，不用，y接線，對于靠變壓器較近的故障點的值有明顯增大； （）加大相導體及接地線導體截面，對于截面較小的電纜和穿管絕緣線有較大影響，而對于較大截面的裸干線或架空線，由于其電抗較大，加大截面作用很??； （）改變線路結構，如裸干線改用緊湊型封閉母線，架空線改電纜，可以降低電抗，但增加投資，有時是不可行的。 如果以上措施還是滿足不了表（）、（）或式（）要求，就應該改變保護電器。,6.5.3 采用帶短延時保護的斷路器 前述用熔斷器或

19、斷路器的瞬時脫扣器不能滿足接地故障要求，第一級（或第二級）配電干線，容量較大時，可采用帶短延時脫扣器的斷路器作接地故障保護，短延時整定電流值應符合下式要求： 1. （） 式（）和式（）相同，只有取代。同一斷路器，短延時整定電流通常只有瞬時整定電流的左右。所以滿足不了式（），但容易滿足式（）要求，即短延時保護大大提高了動作靈敏性。,6.5.4 采用帶接地故障保護的斷路器作接地故障保護 接地故障又分兩種方式，即零序電流保護和剩余電流動作保護。 （）零序電流保護：三相四線制配電線路正常運行時，如果三相負載完全平衡，則流過中性線（）的電流為，即；如果三相負載不平均，則產生不平衡電流，；如果發(fā)生某一相接

20、地故障時，將大大增加，達到 （）。因此，利用檢測值發(fā)生的變化，以取得接地故障的信號； 斷路器的零序電流保護的整定值如何確定？要求在正常運行中可能出現(xiàn)的最大不平衡電流時不會動作，而在發(fā)生接地故障時必須動作，建議的整定值應符合下列兩式的要求： （） （） . （） （）,(2) 剩余電流保護： 檢測三相電流加中性線電流的矢量和，即 IA+IB+IC+IN 正常時該值為0。 發(fā)生接地故障時則等于接地故障電流 I 0（d） 斷路器的接地故障保護的整定值I zdG應符合下式要求: I 0（d）1.3 I zdG (17) I zdG 的值應大于正常運行時泄漏電流的510倍 不能用于TN-C接地系統(tǒng)。,.

21、 線路故障時，應有選擇性切斷電路 線路故障時，要保證可靠切斷電路，又要盡可能縮小斷電范圍，即有選擇性地切斷，這就對配電設計提出了更高的要求，要求有合理的配電系統(tǒng)統(tǒng)計，準確的計算數(shù)據(jù)，恰當?shù)倪x擇保護電器，正確整定保護電器的額定電流、動作電流和動作時間，才能達到預期的目的。 下面具體分析上下級保護電器的選擇性。 （）上級用熔斷器，下級也用熔斷器 （）上級用熔斷器，下級用非選擇型熔斷器 （）上級用非選擇型熔斷器，下級用熔斷器,（）上級用非選擇型斷路器，下級也用非選擇型斷路器 上級斷路器和下級斷路器的長延時整定值和瞬時 整定值列于圖。,(）上級用選擇型斷路器，下級用熔斷器 由于上級斷路器具有短延時功能

22、，一般能實現(xiàn)選擇性動作，但必須整定正確，不 僅短延時脫扣整定電流（）及延時時間要合適，而且還要正確整定其瞬時脫扣電流值（）。 （）上級用選擇型斷路器，下級用非選擇型斷路器 （）上級用帶接地故障保護的斷路器,（）上級用帶接地故障保護的斷路器 用零序保護方式： 零序保護整定電流一般為的，多為幾百到一千安培，與下級熔斷器和一般斷路器很難有選擇性。只有后者的額定電流很?。ㄈ鐜资才啵r，才有可能。 使用零序保護時，在滿足動作靈敏性要求的前提下，應整定得大一些延時時間盡量長一些。 剩余電流保護方式： 這種方式的整定電流更小，在發(fā)生接地故障時，和下級熔斷器、斷路器之間沒 有選擇性。這種保護只能要求和下級漏

23、電電流動作保護器之間具有良好的選擇性這種方式多用于安全防護要求高的場所，所以，應在末端電路裝設漏電電流動作保護器，以避免非選擇性切斷電路。, 應用示例 例：某變電站，變壓器為，接線，側系統(tǒng)容量，從低壓屏引出的裸母干線長，變壓器至主斷路器母線長，干線計算電流，接地方式為，干線分支連接個配電箱，其中最大熔斷器，最大的斷路器，。要求選擇主保護電器類型，整定各項參數(shù)，并決定母干線截面。,設計步驟： （1）確定母干線截面。要求 I z I B （2）計算短路電流I d3 和接地故障電流 I d1 （3）主保護電器選型,（）主斷路器參數(shù)整定： 整定：按過載保護要求，應符合即應大于 ，小，取，也可取。 及短

24、延時時間整定：為保證可靠動作，應符合要求， 鑒于斷路器有接地故障保護，則符合末端相間短路電流即可，即取。 整定值是否與下面保護電器具有選擇性？ 下級最大斷路器的，上級的整定為，此 值為下級的倍，符合選擇性要求； 下級最大熔斷器的，而上級值為的倍，應能符合選擇性要求，主要取決于短延時時間整定值。 短延時時間整定：假定下級最大熔斷器后發(fā)生故障電流足以使上級短延時動作，即故障電流為（值）或略大一些，此時熔斷體的熔斷時間約為，因此，短延時時間應整定為。,（5）熱穩(wěn)定校驗： 應按式（）校驗，由于干線是裸導體，不必進行校驗。 （6）接地故障保護整定： 采用零序電流保護：其動作整定值應符合公式（）及（）要求 設該干線正常運行時的三相不平衡電流為，而最小接地故障