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[行业技术文章]低压保护电器的选择与整定
更新时间:2013-03-25 发布:www.1024sj.com

1总论

庇护电器在低压配电系统中据有重要地位,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。假设设计中整定不准确,将致使不能在要求的时间内切断故障电路,从而损坏电线、电缆,甚至扩年夜事故,或致使非选择性动作,扩年夜停电范围。

为了准确选择和整定电器参数,首先要领会庇护电器的主要性能,同时要熟知国家尺度——《低压配电设计规范》(GB50054-95)的有关划定,从而进一步知道依照配电系统的状态和计较的故障电流值(短路电流和接地故障电流等),准确整定庇护电器的参数,以保证知足上述规范的划定,即在划定的时间之内靠得住切断故障(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。

2庇护电器的主要性能

2.1低压熔断器

配电系统中使用的熔断器应合适国家尺度——《低压熔断器第1部:基本要求》(GB13539.1-2002)(同等采用IEC60269-1:1998)和《低压熔断器第2部门:专职人员使用的熔断器的弥补要求》(GB/T13539.2-2002)(同等采用IEC60269.2之1995年1号及2001年2号批改件)、《低压熔断器第2部门:专职人员使用的熔断器的弥补要求第1~5篇:尺度化熔断器示例》(GB/T13539.6-2002)(同等采用IEC60269-2-1:2000)。

低压熔断器的主要性能以下。

2.1.1分断范围和使用种别

第一个字母暗示分断范围。“g”为全范围分断能力熔断体;“a”为部门范围分断能力熔断体;

第二个字母暗示使用种别。

两字母组合的熔断体种别举例:

“gG”为一般用途全范围分断能力的熔断体;

“gM”为庇护电念头电路全范围分断能力的熔断体;

“aM”为庇护电念头电路的部门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、螺栓毗连熔断器、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—电流特征

对分歧年夜小的故障电流决议熔断时间,是一种反时限特征曲线。制造厂应提供弧前和熔断时间——电流特征或时间—电流带。

2.1.3约按时间和约定电流

反映熔断体过载的特征参数,其数值如表1所示。表1中的In小于16A的熔断,按GB/T13539.6-2002的约定电流值列于表2。

2.1.4熔断体的分断能力

在划定的使用和性能条件下,熔断体在划定电压下能够分断的预期电流值,对交流熔断器,指交流份量有用值。

2.1.5过电流选择性

两个或多个过电流庇护电器之间的相关特征配合。当在给定范围内泛起过电流时,指定的庇护电器动作,而其他的不动作。尺度划定,当弧前时间年夜于0.01s时额定电流之比为1.6∶1的两级熔断器之间的选择性可获得保证。

2.1.6I2t(焦耳积分)特征

在划定的动作条件下作为预期电流函数的弧前或熔断I2t曲线。制造厂应提供弧前时间小于0.1s至响应于额定分断能力的弧前I2t特征,和以划定电压为参数的熔断I2t特征,划分代表现实使用中可能碰着的作为预期电流函数的最小和最年夜值。

2.1.7产物现状

自1992年发布GB13539.1-92尺度以后,我国有一批熔断器按92年尺度生产,具有分断能力高、选择性好等特点。“gG”类型主要型号有RT15、RT16、RT17、RT20、RT30和RL6、RL7等,这些产物也合适2002年熔断器新尺度的要求。

可是,我国还没有合适尺度的“aM”类型产物。据领会,进进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物。

2.2低压断路器

采用断路器应合适国家尺度《低压开关装备和控制装备.低压断路器》(GB14048.2-2001),同等于IEC60947∶1995同名称尺度。

低压断路器的分类和主要特征介绍以下。

2.2.1分类

(1)按使用种别分类

①A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外一短路庇护电器的选择性庇护;

②B类:在短路情况下,断路器明确串联在负载侧的另外一短路庇护电器的选择性庇护,即在短路时,选择性庇护有工钱短延时(可调理)。

(2)按设计形式分,有万能式(开启式)、塑壳式;

(3)按分断介质分,有空气分断、真空分断、气体分断;

(4)按操作机构的控制方式分,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)、能量的来历(人力、电力等)、释能方式(人力、电力等);

(5)按是否适合隔离分,有适合隔离、不适合隔离;

(6)按安装方式分,有固定式、插进式、抽屉式;

(7)按外壳防护品级GB4208-1993的IP代码分。

2.2.2短路特征

(1)额定短路接通能力(Icm):用最年夜预期峰值电流暗示;

(2)额定短路分断能力,划定为:

①额定极限短路分断能力(Icu)用预期分断电流(kA)暗示;交流用交流份量有用值暗示;

②额定运行短路分断能力(Ics)用预期分断电流(kA)暗示,相当于Icu的某一百分数,尺度百分数划定为100%Icu、75%Icu、50%Icu,对于A类断路器,还可觉得25%Icu。

(3)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1.5~2.2,按短路分断能力年夜小和分歧功率因数决议;

(4)额定短时耐受电流(Icw):对于交流,Icw为有用值,Icw值应不小于断路器额定电流In的12倍,且不得小于5kA,最年夜不跨越30kA。与Icw响应的短延时不应小于0.05s,可拔取0.05s、0.1s、0.25s、0.5s和1.0s几档。

2.2.3脱扣器

(1)脱扣器的形式

①分励脱扣器;

②过电流脱扣器;

③欠电压脱扣器;

④其他如使用很多接地故障庇护的脱扣器。

(2)过电流脱扣器的种类

①瞬时;

②按时限,也就是短延时过电流脱扣器;

③反时限,凡是称为长延时过电流脱扣器。

(3)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暗示;

(4)过电流脱扣器的脱扣时间整定值

①按时限的延不时间整定值用秒(s)暗示;

②反时限的应给出时间—电流特征曲线。

(5)反时限过电流脱扣器的断开动作特征。在基准温度下,所有相极通电至1.05In,即约定不脱扣电流时,在约按时间(对In>63A为2h,In≤63A为1h)内不应脱扣,使电流上升到1.3In,即约定脱扣电流时,应在小于约按时间内脱扣。

2.2.4产物现状

(1)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物有:

①DW45型是20世纪90年月新的智能型断路器,框架电流2000~6300A,Icu达80~120kA(400V时),具有长延时、短延时、瞬时和接地故障庇护功能,其整定电流和动作时间可在较年夜范围内利便调理,其价格较高;

②DW50型是21世纪初研制的智能型断路器,框架电流1000A,性能与DW45基底细同;

③DW15HH型是20世纪90年月末对原DW15型的再开发产物,具有和DW45不异的庇护功能,但尺寸较小,价格适中;

④DW16型:框架电流630~4000A,400V时Icu到达30~80kA,具有长延时、瞬时和接地故障庇护功能,但调理范围较小,没有短延时脱扣器,其价格较低。

此外,还有ABB公司的F系列,施耐德公司的MT系列,框架电流达6300A,具有四段全庇护功能,但价格较高。

(2)塑壳式断路器

①S系列(即DZ40型):由上海电器科研所和全国十多个企业研制的新产物。壳架额定电流63~800A,共6个品级;分断能力有4个品级,即C系列(普通型400V时,Icu达15~35kA)、Y系列(尺度型,Icu达30~50kA)、J系列(较高型,Icu达50~70kA)、G系列(最高型,Icu达100kA);有配电庇护用和电念头庇护用(AC-3)两种;具有长延时和瞬时脱扣器。还有2个系列产物:一是Z系列智能化断路器,具有短延时脱扣器,有多种调理功能,也可直接与计较机控制系统通讯;二是L系列残剩电流断路器,同时具有长延时、瞬时和残剩电流庇护功能,壳架电流63~200A,现又扩大到800A,这是一个功能多样,具有分歧档次可供选用的好产物。

②另外,如ABB公司S型(达3200A)、E型(达6300A),施耐德公司的NS型(达1250A)等,有长延时、瞬时脱扣器,也有增加带短延时、接地故障庇护等脱扣器的智能型断路器。

3规范关于配电线路庇护的划定

现行《低压配电设计规范》(GB50054-95)是1995年12月发布、1996年6月实施的国家尺度。其中低压配电线路的庇护是最重要的内容之一,由于它触及保障人身平安、用电靠得住,避免电路故障造成重年夜损害,如,致使电气火灾所需要的防护措施等方面。

配电线路庇护是要避免两方面的事故:一是避免因间接接触(区分于直接接触带电体)而致使电击;二是因电路故障致使过热造成损坏,甚至致使火灾。

配电线路应装设短路庇护、过载庇护和接地故障庇护,并划分作了划定,分述以下。

3.1短路庇护

要求在短路电流对导体和毗连件的热作用造成风险之前切断短路故障电路,当短路延续时间不年夜于5s时,尽缘导体的热稳定应按下式校验:

S≥(1)

式中:

S——尽缘导体的线芯截面(mm2);

I——预期短路电流有用值(A);

t——在已到达答理工作温度的导体内短路电流延续作用的时间(s);

K——计较系数,按导体分歧线芯材料和尽缘材料决议,其值如表3所示。

公式(1)只适用于短路延续时间不年夜于5s的情况,由于该式未斟酌其散热;当年夜于5s时应计及散热的影响。

另外,公式(1)也不适用于短路延续时间小于0.1s的情况,当小于0.1s时,应计进短路电流初始非周期份量的影响。

3.2过负载庇护

配电线途经负载庇护,应在过载电流引发导体温升对导体尽缘、接头、端子及四周物资造成损害前能切断过载电流,但对突然切断电路会致使更年夜损失机,应发出报警而不切断电路。

过负载庇护的庇护电器的整定电流和动作特征应合适下列两式的要求:

IB≤In≤IZ(2A)

I2≤1.45IZ(2B)

式中:

IB——线路计较电流(A);

In——熔断器熔体额定电流或断路器长延时脱扣器整定电流(A):

IZ——导体答理延续载流量(A);

I2——保证庇护电器靠得住动作的电流,对断路器,I2为约按时间的约定动作电流,对熔断器,I2为约按时间的约定熔断电流。

使用断路器时,按尺度GB14048.2-2001划定,约定动作电流为1.3In,只要知足In≤IZ,即合适式(2B)要求。

In就是断路器长延时整定电流Izd1,也就是要求:

Izd1≤IZ或Izd1/IZ≤1(3)

3.3接地故障庇护

为避免人身间接电击和线路损坏,甚至引发电气火灾等事故,最重要的措施是设置接地故障庇护。

接地故障庇护适用于I类电气装备,所在场所为正常情况,人身电击平安电压限值(UL)不跨越50V。

采用接地故障庇护的同时,建筑物内各类导电体应作等电位联络。

接地故障庇护对配电系统的分歧接地形式作了划定。

3.3.1TN系统的接地故障庇护

(1)TN系统配电线路接地故障庇护的动作特征应合适下列要求:

ZS·Ia≤UO(4)

式中:

ZS——接地故障回路的阻抗(Ω)

Ia——保证庇护电器在划定时间内切断故障回路的电流(A)

UO——相线对地标称电压(V)。

UO=220V的配电线路,其切断故障回路的时间划定以下:

①配电干线和供固定用电装备的结尾回路,不年夜于5s;

②供手握式或移动式用电装备的结尾回路,和插座回路,不年夜于0.4s。

(2)当采用熔断器兼作接地故障庇护时,为了执行利便,划定了接地故障电流(Id)与熔断体额定电流(Ir)之比不小于表4或表5值,即认为合适式(4)的划定。

(3)当采用断路器作接地故障庇护时,接地故障电流(Id)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1.3倍。

3.3.2TT系统的接地故障庇护

TT系统配电线路接地故障庇护的动作特征应合适下列要求:

RA·Ia≤50V(5)

式中:

RA——外露可导电部门的接地电阻与PE线电阻和(Ω);

Ia——保证庇护电器切断故障回路的动作电流(A)。当采用反时限特征过流庇护电器时,Ia为5s内切断的电流;采用瞬时动作特征的过流庇护电路时,Ia为瞬时整定电流;当采用漏电庇护器时,Ia为其额定动作电流I△n。

3.3.3IT系统的接地故障庇护

当IT系统配电线路发生第一次接地故障时,应由尽缘监视电器发出报警旌旗灯号,其动作电流应合适下式要求:

RA·Id≤50V(6)

式中:

RA——外露可导电部门的接地极电阻(Ω);

Id——第一次接地故障电流(A)。

当IT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,并合适下列要求:

(1)当IT系统不引出N线,应在0.4s内切断故障回路,并合适下列要求:

ZS·Ia≤·UO(7)

式中:

ZS——相线和PE线故障回路阻抗(Ω);

Ia——庇护电器切断故障回路的动作电流(A);

当IT系统引出N线,应在0.8s内切断故障回路,并合适下式要求:

ZS·Ia≤0.5·UO(8)

式中ZS——包括相线、N线和PE线在内故障回路阻抗(Ω)。

建议IT系统不引出N线。

4庇护电器选择的通用要求

低压配电线路庇护电器选择应斟酌以下要求:

(1)庇护电器必需是合适国家尺度的产物。断路器和熔断器的国标是新世纪后修订的,同等采用IEC尺度,合适现今国际进步前辈水平;

(2)庇护电器的额定电压应与所在配电回路的标称电压相顺应;

(3)庇护电器的额定电流不应小于该配电回路的计较电流;

(4)庇护电器的额定频率应与配电系统的频率相顺应;

(5)庇护电器要切断短路故障电流,应知足短路条件下的动稳定和热稳定要求,还必需具有足够的通断能力。分断能力应按庇护电器出线端位置发生的预期三相短路电流有用值进行校核。现今,我国的庇护电器产物具有国际进步前辈水平,其通断能力足以知足配电系统的要求;可是,庇护电器的通断能力具有分歧品级产物,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年夜,而安装在靠近变压器的庇护电器容量又较小时,更应作计较和校验;

(6)斟酌庇护电器安装场所的情况条件,以选择相顺应防护品级(IP品级)的产物。

此外,在高海拔地域(如海拔跨越2000m)应选用高海拔用的产物,或接纳需要的技术措施。在靠近海边的地方,应使用防盐雾的产物。

5庇护电器庇护特征的选型

5.1选型原则

(1)配电线路在正常使用中和用电装备正常起动时,庇护电器不会动作;

(2)庇护电器必需按规范划定的时间内切断故障电路,这是实施规范的最基本方针,也是庇护电器的基本使命;

(3)配电系统各级庇护电器的动作特征应能彼此协调配合,要求有选择性动作,即发生故障时,应使靠近故障点的庇护电器切断,而其上一级和上几级(靠电源侧标的目的为上)庇护电器不动作,使断电范围限制到最小。如图1所示,如Y点短路,应使RD4断开,如X点短路,应使RD3断开。假设选择性难以获得完全保证,应当使低压主干线的庇护电器(图1中的CB1)不会越级断开,宁可牺牲下级配电线路庇护的选择性(如Y点短路,RD3越级断开),其影响范围相对较小。

低压配电用庇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、放射式和夹杂式等几种。庇护的级数几多也分歧,少至1、二级,多至6、七级。下面以图1所示意的配电系统说明分歧位置庇护电器选型。

(1)配电干线首端庇护电器(图1中的CB1):为了保证干线首端靠得住切断故障和动作选择性,应选用选择型断路器,如DW45型或DW15HH型。

当此干线供电范围不年夜,其计较负载电流较小(如300A以下)时,也可选用熔断器。当从此处(变电所低压配电盘)直接给单台用电装备配电的线路,可选用非选择型断路器;

(2)配电干线第二级庇护电器(图1中RD2):一般宜用熔断器。当此段干线供电范围较年夜,负载较重要,计较负载电流较年夜(如400A以上)时,可用选择型断路器,如DZ40型;

(3)结尾电路,即直接接至用电装备的线路庇护电路(如图1中的CB4),凡是使用非选择型断路器,需要时,也可用熔断器(如RD4),这里接笼型电念头,最好用aM型熔断器;

(4)结尾电路的上一级线路庇护电器(图1中的RD3):使用熔断器为好。当所供电的用电装备不多,突然断片子响不年夜时,也可以使用非选择型断路器;

(5)为保证选择性动作,多级配电线路的中心各级(图1中的RD2、RD3)最好选用熔断器。

综上所述,配电线路各级庇护电器比力合理的选型是:

选择型断路器(首端)→熔断器→熔断器→非选择型断路器(结尾)。

5.3庇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1中K1),有两种选型:一是设隔脱离关,二是设有隔离功能的断路器,或隔脱离关加断路器。随着用电靠得住性要求和平安庇护要求的提高,越来越趋向装设断路器。其主要优点是可以远控合闸,可以带负载断开,具有庇护功能,事实上也有隔脱离关具有断开负载和远控合闸功能。

设置断路器时的庇护功能呢?鉴于该断路器与各出线的庇护电器都装在低压配电柜内,距离不外一米至几米,在此范围内发生短路和接地故障的机率很小,所以没必要设置庇护功能。假设该断路器(图1的K1位)再带瞬时过电流庇护,则难以与各出线(图1之CB1)庇护协调动作,没法实现主干线的选择性,是不成取的;可是,K1处装设长延时庇护,作为过载庇护用是可以的;

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,可以用隔脱离关,也可用断路器,需要远控者,选用电动操作断路器。不设置庇护,需要时可带长延时做过载庇护,但不应装设瞬时动作庇护;

5.3.3接用电装备的结尾回路庇护电器及控制电器(图1之CB4或RD4)的设置

结尾回路应设短路和接地故障庇护,装设在结尾回路前真个庇护电器(图1之CB4或RD4)必需具有这项功能,凡是装非选择型断路器或漏电断路器,而结尾回路的结尾则没必要再设短路庇护,而是凭据所接用电装备需要,装设控制电器(如接触器)。按需要,还应装用电装备的过载庇护电器。对于笼型电念头,宜用aM型熔断器(图1之RD4);

5.3.4断路器和熔断器的比力

这两种庇护电器各有其特点,应凭据需要选用。有一种概念认为,断路器进步前辈而熔断器是落后产物,这类看法是不周全的。断路用具有远控功能(带电动操作)、完善的庇护功能,调整利便(智能型)、故障断开后可以恢复等诸多优点,非凡是智能型断路器更是熔断器所不成对比的。但熔断器却以它优秀的选择、配合性能和较低廉的价格而据有自己的地位,适合于配电系统的中心各级。

6庇护电器的整定

6.1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:

(1)正常工作和正常起动时,不应切断电路;

(2)线路故障时,应靠得住切断故障电路;

(3)线路故障时,各级庇护电器应有选择性地切断电路。

这三项要求经常是相互矛盾的,配电系统设计的使命就是要合理地选择庇护电器,准确整定其参数,如庇护电器额定电流或整定电流年夜小遭到第1和第2项的限制,而动作时间的快慢又遭到第2和第3项的制约,必需仔细计较、校验,协调矛盾,实现对峙的统一,以合适规范的要求。

6.2在正常工作和起动时庇护电器不动作

正常工作时,庇护电器不动作,应合适前述公式(2A)的条件,即IB≤In。

关于起动时,庇护电器不动作,以具有代表性的笼型电念头为例,划分按以下要求进行计较和校验。

6.2.1使用熔断器

熔体额定电流Ir应合适下式要求。

Ir≥Kr[IM1+IB(n-1)](9)

式中:

IM1——线路中所接的最年夜一台笼型电念头的额定电流(A)

IB(n-1)——除最年夜一台电念头外的线路计较电流(A);

Kr——计较系数,凡是取1.0~1.5,取决于IM1/IB值年夜小及最年夜一台电念头起动状态,一般说,IM1/IB值为0.25~0.4时,Kr取1.0~1.1,IM1/IB为0.5~0.6时,Kr可取1.2~1.3;IM1/IB为0.7~0.8时,Kr可取1.4~1.5;对于轻载起动的电念头,当IM1/IB<0.25时,一般可不斟酌其起动之影响。

6.2.2使用断路器

(1)断路器的长延时脱扣器整定电流Izd1,一般可不斟酌电念头起动的影响;

(2)短延时脱扣器整定电流Izd2应躲开最年夜一台电念头的起动电流,用下式计较:

Izd2≥K[IqM1+IB(n-1)] (10)

式中:

IqM1——线路中所接最年夜一台笼型电念头的起动电流(A);

K——靠得住系数可取1.2。

(3)瞬时脱扣器整定电流Izd3应躲过最年夜一台电念头的全起动电流,用下式计较:

Izd3≥KIq'M1+IB(n-1)(11)

式中:

Iq'M1——线路中所接最年夜一台笼型电念头的全起动电流,包括周期份量和非周期份量,其值为该电念头起动电流(IqM1)的1.7~2.1倍;

K——靠得住系数,可取1.2。

6.3短路庇护

线路在正常运行中,导体发生温升而到达答理最高工作温度(这是计较的工作温度)。发生故障时,导体温度急剧上升,跨越答理工作温度,应当在到达导体答理的极限温度之前切断故障电路,以免导线尽缘损坏,甚至引发火灾,用公式(1)进行热稳定检验,分述以下。

(1)使用熔断器时,由于它具有反时限特征,使用公式(1)验算时较麻烦,要计较出预期短路电流,按选择的熔体电流值,再查熔断器特征曲线找出响应的全熔断时间t,代进(1)式。为了使用利便,可从表6所列数据,按导体截面和敷设方式查出熔体电流的最年夜答理值。

(2)使用断路器时,凡是是哄骗其瞬时或短延时脱扣器作短路庇护,瞬时脱扣器的全分断时间(包括灭弧时间)极短,通常是10~20ms,甚至更小,虽然短路电流很年夜,一般都能合适式(1)要求。但应注重,当配电变压器容量很年夜,从变压器低压配电盘上直接引出截面很小的馈线时,难以知足热稳定要求,应按式(1)作校验。

采用短延时脱扣器断开短路电流时,短路电流延续时间将达0.1~0.6s,凭据经验,选用带短延时脱扣器的断路器所庇护的配电干线截面不会太小,一般能知足式(1)要求,可不作校验。

6.4过载庇护

(1)用断路器的长延时作过载庇护,如前述,只要合适式(3),即知足规范划定的式(2A)、(2B)之要求。

(2)用熔断器庇护时,也应知足式(2A)、(2B)要求。但式(2B)中有约定熔断电流I2,使用不利便,应作以下变换。

按熔断器国标,16A及以上的gG和gM熔断体的约定熔断电流Ir=1.6In(见表1),又按GB50054-95的条则说明第4.3.4条中指出,因熔断器产物尺度测试装备的热容量比现实使用的年夜许多,即测试所得的熔断时间较现实使用中的熔断时间为长,这时候I2应乘以0.9的系数,I2=0.9×1.6In,此式代进式(2B)得1.44In≤1.45IZ近似认为:

In≤IZ或IZ≤In(12)

对于小于16A的熔断器,按表2所数据:镙栓毗连熔断器的If=1.6In;而刀型触头熔断器和圆筒形帽型熔断器,则有If=1.9In(当16A>In>4A)和If=2.1In(当In≤4A)。按以上一样方式计较成效列于表7。

6.5接地故障时,应在划定时间内切断电路

6.5.1接地故障庇护要求

对TN接地系统来说,应合适公式(4)的划定。

(1)采用熔断器时,应划分知足表(3)或表(4)划定的Id/Ir值;

(2)采用断路器时,如只带长延时和瞬时脱扣器的,应哄骗瞬时脱扣器作接地故障庇护,瞬时脱扣器的整定电流Izd3应合适下式要求:

Id≥1.3Izd3(13)

式中,系数1.3是规范划定的靠得住系数。

6.5.2知足规范要求存在的问题和措施

当配电线路较长,往往难以知足表(3)、(4)或式(13)的要求,接地故障电流Id较小,不足以使庇护电路动作。为此,必需昼下降熔体电流Ir或断路器瞬时整定值Izd3,但将遭到很多身分的制约;另外一方面应力图提高Id值。具体措施以下:

(1)配电变压器选用D,yn11接线,不用Y,Yno接线,对于靠变压器较近的故障点的Id1值有较着增年夜;

(2)加年夜相导体及接地线导体截面,对于截面较小的电缆和穿管尽缘线有较年夜影响,而对于较年夜截面的裸干线或排挤线,由于其电抗较年夜,加年夜截面作用很小;

(3)改变线路结构,如裸干线改用紧凑型封锁母线,排挤线改电缆,可以下降电抗,但增加投资,有时是不成行的。

假设以上措施仍是知足不了表(3)、(4)或式(13)要求,就应当改变庇护电器。

6.5.3采用带短延时庇护的断路器

前述用熔断器或断路器的瞬时脱扣器不能知足接地故障要求,第一级(或第二级)配电干线,容量较年夜时,可采用带短延时脱扣器的断路器作接地故障庇护,短延时整定电流值Izd2应合适下式要求:

Id≥1.3Izd2(14)

式(14)和式(13)不异,只有Izd2取代Izd3。统一断路器,短延时整定电流Izd2凡是只有瞬时整定电流Izd3的1/5~1/3左右。所以知足不了式(13),但轻易知足式(14)要求,即短延时庇护年夜年夜提高了动作活络性。

6.5.4采用带接地故障庇护的断路器作接地故障庇护

假设还知足不了式(14),则采用此方案,势必成若干倍地提高动作活络性。

接地故障又分两种方式,即零序电流庇护和残剩电流动作庇护。

(1)零序电流庇护:三相四线制配电线路正常运行时,假设三相负载完全平衡,则流过中性线(N)的电流为0,即IN=0;假设三相负载不服均,则发生不服衡电流,IN≠0;假设发生某一相接地故障时,IN将年夜年夜增加,到达IN(d)。是以,哄骗检测IN值发生的变化,以取得接地故障的旌旗灯号;

检测零序电流,凡是是在断路器后三相线(或母线)各装一只电流互感器(C.T),取3只C.T次级电流矢量和乘以变比,即N=A+B+C。

断路器的零序电流庇护的整定值IZdO若何肯定?要求在正常运行中可能泛起的最年夜不服衡电流时不会动作,而在发生接地故障时必需动作,建议IZdO的整定值应合适下列两式的要求:

IZdO≥(1.5~2.0)IN(15)

1.3IZdO≤IN(d)(16)

式中,IN(d)为发生接地故障时电流,包括接地故障电流和不服衡电流。

一般说,配电干线正常运行时的IN值不跨越计较电流IB的20%~25%,所以,凡是IZdO可整定在断路器长延时脱扣器电流IZd1的30%~60%为好,但必需合适式(16)之划定。

可见,零序电流庇护整定值IZdO比短延时整定值IZd2小得多,知足式(16)划定比知足式(14)又轻易得多。动作活络性可获得保证。

零序电流庇护可用于TN-C、TN-S等接地系统。

零序电流庇护可选用DW16、DW15HH、DW45、DW50等断路器实现,各自特点本文第二章已叙述。

(2)残剩电流庇护:和零序电流庇护分歧的是:残剩电流庇护是检测三相电流加中性线电流的矢量和,即O=A+B+C+N。

当三相四线配电线路正常运行时,三相负载不服衡,疏忽线路泄漏电流,则IA+IB+IC+IN之矢量和总是等于零;当某一相发生接地故障时,则检测的三相电流加中性电流的矢量和不为零,而等于接地故障电流IO(d)。

检测方式是在断路器后三相线和中性线上各装一只C.T。取4只C.T次级电流矢量和,乘以变化,即为接地故障电流IO(d)。

断路器的接地故障庇护的整定值IzdG应合适下式要求:

IO(d)≥1.3IzdG(17)

应注重,为避免误动作,整定值IzdG应年夜于正常运行时线路和装备的泄漏电流总和的5~10倍。

可见,采用残剩电流庇护比零序电流庇护的动作活络度更高得多。

残剩电流庇护适用于TT、TN-S接地系统,但不能用于TN-C接地系统,残剩电流庇护宜选用DW15HH、DW45和DW50等断路器实现,一般说,使用这些断路器,额定电流比力年夜,经常在1000A以上,所以,作为残剩电流庇护的整定值不成能很小。如DW45型2000A断路器,其接地故障电流最小整定值为160A。

对于室第和中小型建筑,作为引进配电干线总庇护的断路器,容量较小时,可以用漏电断路器,或漏电庇护器,其整定值最好不年夜于0.5A,并在0.4s或以上延时,作为避免电弧性接地故障引发火灾的庇护措施是很有用的。

6.6线路故障时,应有选择性切断电路

线路故障时,要保证靠得住切断电路,又要尽量缩小断电范围,即有选择性地切断,这就对配电设计提出了更高的要求,要求有合理的配电系统统计,准确的计较数据,恰当的选择庇护电器,准确整定庇护电器的额定电流、动作电流和动作时间,才能到达预期的目的。

下面具体分析上下级庇护电器的选择性。

(1)上级用熔断器,下级也用熔断器

熔断器之间的选择性在国标GB13539.1-2002中已有划定,也就是说,产物自己已给予了保证。尺度划定了过电流选择性,即当弧前时间年夜于0.1s时,熔断体的过电流选择性用“弧前时间—电流”特征校验,弧前时间小于0.1s时,其过电流选择性则以I2t特征校验。当上级熔断体的弧前I2tmin值年夜于下级熔断体的熔断I2tmax值时,可认为在弧前时间年夜于0.01s时,上下级熔断体间的选择性可获得保证。尺度划定额定电流16A及以上的串联熔断体的过电流选择比为1.6:1也就实现有选择性熔断。尺度划定熔断体额定电流值也是近似按这个比例制定的,如25、40、63、100、160、250A和32、50、80、125、200、315A等。

(2)上级用熔断器,下级用非选择型熔断器

由于熔断器的反时限特征和断路器的长延时脱扣器的反时限特征能较好配合,在整定电流值合理的条件下,具有优秀的选择性动作,条件是熔断体的额定电流比长延时脱扣器的整定电流要年夜一定的数值。当故障电流跨越断路器的瞬时脱扣器整定电流时,则下级瞬时脱扣,而上级熔断器不会熔断。

(3)上级用非选择型熔断器,下级用熔断器

当故障电流年夜于非选择型断路器的瞬时脱扣器整定电流Izd3凡是整定为该断路器长延时整定电流Izd1的6~10倍时,则上级断路器瞬时脱扣,是以,当故障电流小于Izd3时,下级I熔断器先熔断,具有部门选择性,整体说属没有选择性,这类方案不成取。

(4)上级用非选择型断路器,下级也用非选择型断路器

上级断路器A和下级断路器B的长延时整定值Izd1和瞬时整定值Izd3列于图2。

当断路器B后任一点(如X点)发生故障,若故障电流Id<100A时,断路器A、B均不能瞬时动作,不合适庇护活络性要求;当1000A<Id<2000A时,则B动作,A不动作,有选择性;当Id>2000A时,A、B均动作,无选择性,见图3。是以,这类方式没有选择性。

(5)上级用选择型断路器,下级用熔断器

由于上级断路用具有短延时功能,一般能实现选择性动作,但必需整定准确,不仅短延时脱扣整定电流(Izd2)及延不时间要合适,而且还要准确整定其瞬时脱扣电流值(Izd3)。肯定这些参数的原则是:

①下级熔断器额定电流(Ir)不宜太年夜;

②上级断路器Izd2值不宜太小,在知足式(14)的条件下宜整定年夜些,如Ir为200A时,Izd2至少应取2500~3000A;

③短延不时间应整定年夜一些,如0.4~0.8s。

④Izd3在知足动作活络度条件下,尽量整定年夜一些,以免破坏选择性。

具体方式是:在多个下级熔断器中找出额定电流最年夜的,最值为Ir,短延时整定值为Izd2;假设熔断器后发生的故障电流等于或略年夜于Izd2时,在熔断体的“时间—电流”特征曲线上查出其熔断时间为t;再使短延不时间比t值在0.15~0.2s。如不合适要求,应重新选定Izd2值。

(6)上级用选择型断路器,下级用非选择型断路器

这类配合,应当具有优秀的选择性,但必需准确整定各项参数,以图4为例,若下级断路器B的长延时整定值Izd1.B=300A,瞬时整定值Izd3.B=3000A;上级断路器A的Izd1.A凡是比Izd1.B年夜很多,凭据其计较电流和线路载流量肯定,设Izd1.A=1000A,其Izd2.A及Izd3.A整定原则以下:

①Izd2.A整定值应合适下式要求:

Izd2.A≥1.2Izd3.B(18)

具体缘由是,若Izd2.A<Izd3.B,当故障电流到达Izd2.A值,而小于Izd3.B时,则断路器B不能瞬时动作,而断路器A经短延时动作,破坏了选择性。1.2是靠得住系数,是脱扣器动作误差的需要。

②短延时的时间没有非凡要求,主要是按下级熔断器要求整定。

③Izd3.A应在知足动作活络性条件下,尽量整定年夜些,以免在故障电流很年夜时致使A、B均瞬时动作,破坏选择性。

(7)上级用带接地故障庇护的断路器

①用零序庇护方式:零序庇护整定电流IZd0通常是IZd1的20%~100%,多为几百到一千安培,与下级熔断器和一般断路器很难有选择性。只有后者的额定电流很小(如几十安培)时,才有可能。

使用零序庇护时,在知足动作活络性要求的条件下,IZd0应整定得年夜一些,延不时间尽量长一些。

②残剩电流庇护方式:这类方式的整定电流更小,在发生接地故障时,和下级熔断器、断路器之间没有选择性。这类庇护只能要求和下级漏电电流动作庇护器之间具有优秀的选择性,这类方式多用于平安防护要求高的场所,所以,应在结尾电路装设漏电电流动作庇护器,以免非选择性切断电路。

对为了避免接地故障引发电气火灾而设置的漏电电流动作庇护器,其整定电流小到0.5A,应是延时动作,同时,结尾电路必需设有漏电电流动作庇护器。若有条件时(若有专人值班维护的工业场所),前者可不切断电路而发出报警旌旗灯号。

现在的智能断路器(如DW45型),具有“庇护区域选择连锁”的功能,这是哄骗微电子技术使庇护更为完善,保证了动作活络性和选择性。

7运用示例

为使设计人员有一个现实完整的概念,以便在设计中具体运用,用一个实例说明(见图5)。

例:某变电站,变压器为1000kVA,10/0.4kV,Dyn11接线,10kV侧系统容量300MVA,从低压屏引出的裸母干线长165m,变压器至主断路器母线长10m,干线计较电流IB=1050A,接地方式为TN-S,干线分支毗连10个配电箱,其中最年夜熔断器Ir=300A,最年夜的断路器Izd1=300A,Izd3=300A。要求选择主庇护电器类型,整定各项参数,并决议母干线截面。

设计步骤以下。

(1)肯定母干线截面。要求Iz>IB,斟酌母干线配电范围年夜并斟酌成长,应留较年夜裕量,拟采用铝母排LMY-3(100×10)+2(60×8)。其Iz=1600A(情况温度35℃时);

(2)计较三相短路电流Id3和接地故障电流Id1值:取有代表性的几个点计较出Id3和Id1值,标识表记标帜在图5中;

(3)主庇护电器选型:斟酌到该生产车间的重要性,这类较年夜的树干式配电系统庇护的复杂性,选用一台智能型断路器DW45型,框架电流2000A,也可用DW15HH-2000型,可以获得优秀的庇护性能。两断路器的分断能力都远年夜于最年夜的Id3值;

(4)主断路器参数整定:

Izd1整定:按过载庇护要求,应合适IB≤Izd1≤Iz即Izd1应年夜于1050A,小1600A,取Izd1=1200A,也可取1400A。

Izd2及短延不时间整定:为保证靠得住动作,应合适Id≥1.3Izd2要求,鉴于DW45断路器有接地故障庇护,则合适结尾相间短路电流Id≥1.3Izd2即可,即Izd2≤6000A/1.3=4615A取Izd2=3×Izd1=3600A。

Izd2整定值是否与下面庇护电用具有选择性?

①下级最年夜断路器的Izd3=3000A,上级的Izd2整定为3600A,此值为下级Izd3的1.2倍,合适选择性要求;

②下级最年夜熔断器的Ir=300A,而上级Izd2值为300A的12倍,应能合适选择性要求,主要取决于短延不时间整定值。

短延不时间整定:假定下级最年夜熔断器后发生故障电流足以使上级短延时动作,即故障电流为3600A(Izd2值)或略年夜一些,此时300A熔断体的熔断时间约为0.22s,是以,短延不时间应整定为0.4s。

注重:若主断路器不带接地庇护,则Izd2值必需要保证结尾的Id1能靠得住动作,即Id1≥1.3Izd2,即Izd2应小于2.15kA,取Izd2=1.5A,Izd1=1800A。其延不时间就要年夜得多,否则没法保证与下级熔断器的选择性。

Izd2整定:由于有短延时庇护,并凭据运行经验,这类安装在厂衡宇架上的母干线相间短路少少,为了保证更好的选择性,Izd3值可以整定得年夜一些,如Izd1的15倍,则Izd3=15×1200A=18kA,这样,当比来一个配电箱母线处发生接地故障时,不致瞬时脱扣。

(4)热稳定校验:应按式(1)校验,由于干线是裸导体,没必要进行校验。

(5)接地故障庇护整定:

①采用零序电流庇护:其动作整定值Izd0应合适公式(15)及(16)要求,设该干线正常运行时的三相不服衡电流为200A,而最小接地故障电流为2.8kA,为此,取Izd0=0.6Izd1=0.6×1200A=720A,能知足式(15)、(16)的要求。

由于Izd0整定值很小,和下级300A熔断器和Izd3=3000A的断路器之间没有选择性,但与更小的断路器(Izd3≤600A)和熔断器(Ir≤63A)之间可以有选择性。零序电流庇护应有延时,至少为0.4s或更长。

②采用残剩电流庇护:其动作电流整定值IzdG应合适式(17)的要求。是以,可取IzdG=0.2Izd1=0.2×1200A=240A。动作时间不小于0.4s,这样更难以和下级断路器、熔断器有选择性。

对于以上两种接地故障庇护,应有以下要求:第一,必需延时动作,延时不小于0.4s;第二,应在所有结尾回路均设有漏电电流庇护,这样可以在结尾回路发生接地故障(在所有故障中机率最年夜)时,动作具有选择性。

8低压配电线路庇护要点和总结

8.1配电线路庇护要点

工业和平易近用建筑的低压配电每段线路(除GB50054-95划定的个体情况外)都要装设庇护电器。设计时,应从下(靠用电装备侧)而上逐段线路按以下三种庇护要求进行整定和校验。

8.2短路庇护

(1)短路延续时间不年夜于5s时,尽缘导体应按式(1)进行热稳定校验;

(2)当采用熔断器时,Ir值与尽缘导体截面合适表5,即知足式(1)的要求;

(3)短路延续时间小于0.1s时,式(1)转化为下式:

K2·S2≥I2t(19)

式(19)中的I2t为庇护电器的焦耳积分值,从产物资料或尺度中查价。

(4)要点提醒

①导体截面较年夜(如年夜于70mm2铜线)时,一般能知足式(1)要求;

②导体截面很小(如10mm2以下铜线),又离容量很年夜的变压器(如1000kVA)很近(如变电所低压盘引下馈线),凡是不能知足式(1)要求。

8.3过负载庇护

(1)用断路器时,知足Izd1≤Iz。

(2)用熔断器时,知足Ir≤Iz。

对Ir<16时,注重按表7的要求,但运用甚少。

8.4接地故障庇护

(1)TN接地系统:应知足Zs·Ia≤220V

①对熔断器,要求Id/Ir≥Ki(Ki值合适表4、表5)。

②对断路器瞬时脱扣器:Id≥1.3Izd3;

短延时脱扣器:Id≥1.3Izd2

(2)TT接地系统应知足RA·Ia≤50V

结尾回路用残剩电流庇护断路器,没必要作校验。

8.5选择性

(1)首领干线宜用选择型断路器(电流较小者可用熔断器)重点斟酌两点:

①短延时整定电流Izd2≥下级断路器Izd3的1.2倍;

②短延不时间应年夜于下级熔断体熔断时间0.15~0.2s。

(2)中心各级宜用熔断器,按1.6:1选择。

(3)结尾回路可用非选择断路器,对笼型电念头可用aM型熔断器。&

参考文献

1《低压配电设计规范》GB50054-95

2《低压熔断器基本要求》GB13539.1-2002

3《低压熔断器专职人员使用的熔断器的弥补要求》GB/T13539.2-2002

4《低压熔断器第2部门:专职人员使用的熔断器的弥补要求,第1~5篇:尺度化熔断器示例》GB/T 13539.6-2002

5《低压开关装备和控制装备 低压断路器》GB14048.2-2001

6 中国航空工业计划设计研究院.《工业与平易近用配电设计手册》(第二版) 电力出书社 1994;12

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