低压线路保护的选择性分析

朱立明

【摘  要】建筑电气低压线路保护电器包括熔断器和断路器。规范对于线路保护电器明确提出了选择性要求。设计人员在工程设计中普遍存在一个误区，认为只要长延时整定拉开级差就具备选择性。本文从规范的相关要求，结合故障电流、元件选择、可靠系数等几个方面，论述线路保护的选择性设计。

【关键词】熔断器  断路器  线路保护  故障电流  可靠系数

0. 前言

规范要求低压配电级数不宜多于三级。建筑面积稍大的低压配电级数一般都能达到三级（配电室总配电柜、楼层箱及末端箱）。合理选择保护元件和整定保护元件的参数，即可以满足规范要求的选择性，又可大大提高供电可靠性。规范对于选择性要求描述的相对比较简单，实际的工程设计当中如何实现选择性，需要综合考虑保护元件类型、保护元件的功能以及负荷性质等。本文以设计规范和手册的相关要求，结合实际工程设计经验，对低压线路保护的选择性展开论述。

1.低压线路保护元件的选择

1.1熔断器：

熔断器按结构形式与使用人员可分为专职人员使用的熔断器（A～J系统，以NH型、BS型、NF型等为主）和非专职人员使用熔断器（A～F系统，以BS型、NF型等为主）。熔断器系统A在中国市场的应用较为广泛。

按分断范围可分为“g”熔断体（全范围分断）和“a”熔断体（部分范围分断）。

按使用类别可分为“G”类、“M”类、“D”类等。其中线路保护采用“G”类，即一般用途熔断体。

1. 2断路器：

按使用类别分为A类（非选择型）和B类（选择型）。按形式分为ACB（开启式，俗称框架开关）、MCCB（塑壳式）、MCB（微断）。工程设计中遇到最多的为非选择性MCCB或MCB。ACB一般用于额定电流较大的总进线开关。受分断能力影响，MCB一般用于末端配电箱。

2线路保护的选择性分析

2.1规范要求：

根据《低压配电设计规范》GB 50054-2011  6.1.2 条之要求，配电线路装设的上下級保护电器，其动作特性应具有选择，且各级之间应能协调配合，非重要负荷的保护电器，可采用部分选择或无选择性切断。

2.2选择性分析：

首先应明确一个问题，何谓选择性，哪两个元件的配合叫选择性。所谓选择性，即下级出线回路发生过负荷或者短路故障，不应使上级出级回路跳闸。亦即元件B保护的线路发生故障时，元件A不应该动作。

对于元件的选择，业内普遍现象是大家都喜欢用断路器，认为断路器基本不用更换，跳闸了推上去就可以，不像熔断器那么麻烦，需要换熔丝。所以元件A和B基本没有争议，有争议的往往是元件C。手册上给出的元件C为隔离开关，而在实际设计中，为满足配电线路电气防火要求，有些情况下建筑物进线断路器或者楼层断路器需要带剩余电流保护。此时，C设置为隔离开关显然不能满足要求。C有可能是一个小体量单体建筑的进线断路器，也有可能是一个稍大体量建筑的楼层配电箱进线断路器。另外，末端照明配电箱内配置的开关基本都为MCB（微断），这也是我们在建筑电气中看到最多的断路器。虽然厂家也生产安装尺寸和外观与微断能够完全匹配的隔离开关，但实际上市面上较难买到这种隔离开关，且这种微型隔离开关没有明显断开点，外观类与微断类似，容易被非专业人员误用。另外，微断本身价格就很低廉，购买方便。这样就产生了一种普遍现象，建筑电气中从头到尾使用断路器作为线路保护和隔离的元件，且大多数情况下，均为非选择性断路器。

下面我们主要讨论元件A、B、C均采用非选择性断路器的情况，实际这种情况是设计中存在最多的情况。而在工程设计和审图工作中，却发生理解上的偏差甚至是错误。元件C比元件A的整定电流小一档被认为合理的选择性，亦即所谓的拉开了保护级差。假设A整定63A，C整定50A，B整定20A，AC段的电缆选择YJV型25平方电缆（长期暗敷设截流量大于63A）。下面从过负荷和短路两种情况下分别分析和讨论其选择性。

过负荷时的选择性：AC间的电缆需要与元件A的的长延时配合，即电缆截面是满足元件A的长延时整定值。假设AC间的线路负荷电流达到55A，运行一段时间，C跳A不跳。这种情况被认为是达到了过负荷的选择性。显然这是谬论。55A还在元件A的保护范围内，负荷电流也没有超过电缆的截流量，无端选小C的整定值，让线路断电，明显是一种浪费和错误。实际规范的本意是元件B发生了过载，元件A不要动作。这显然很容易实现，只要A的长延时整定值比B的大一档就可以。综上，C元件选断路器时，其长延时不应该比A小（建议选用同值，可作为元件B瞬动和元件A过负荷保护的后备），仅利用其隔离功能或者剩余电流保护功能。

短路故障时的选择性：若元件B的出线端发生短路，如何确定选择性。规范要求当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。若元件A＼B＼C均选用微断（脱扣形式C），瞬时脱扣电流范围为5In～10In。根据实验数据，短路电流大于10In时，动作时间小于0.1s。元件A的瞬动电源为630A，元件B的瞬动电流为200A。按照规范要求，短路电流达到1.3×200=260A以上，5×63=315A以下，B动作而A不动作才能满足短路保护和选择性要求。在设置了变压器的建筑电气中，以高压侧短路容量为100MVA，变压器容量630kVA为例，变压器低压侧的短路电流可达到17.36kA。由于建筑内部配电线路普遍不是很长，末端短路电流一般情况下均可达到1000A以上。在这样的情况下，短路电流均达到了断路器A和B的瞬动电流值。此时，断路器A和B是没有选择性的。要想满足其选择性，A断路器只能选择带短延时的断路器，形成一个△t，瞬时断开断路器B，而断路器A不动作。断路器C在此处只能当作隔离开关来，或者作为断路器B的后备保护，此项规范没有特殊要求，最低要求是设置隔离开关即可，不讨论其选择性。

以上是对于上下级元件均选用断路器的情况。若上下级均选用熔断器时，只要保证上下级熔断器熔丝额定电流达到1.6：1即可满足，这显然是很容易实现。对于上下级采用熔断器和断路器混合搭配时，需要校验熔断器反时限特性和断路器时间-电流特性，较为复杂，本文不在讨论。

3.结论

3.1  同一级配电线路上级出线和下级进线均选用断路器时，不应将下级进线断路器的长延是整定值降低，至少保证与上级出线断路器一致。

3.2  过负荷的选择性很好实现，无论熔断器还是断路器，只要拉开一档的级差就可以满足。

3.3  短路故障时，选择熔断器时，只要满足上下级1.6：1的级差要求，即可以实现。选择非选择性断路器时，很难实现选择性。上级开关选择带短延时的断路器时，可以满足选择性。

3.4  为保证1.3倍的可靠系数，在满足正常负荷电流的情况下，长线路需要特别注意，不应刻意将整定值放大，以免线路短路时不能可靠动作。

3.5  选择性需优先考虑，但不是必须。对于末端照明负荷，如不是特别重要，可以无选择性。

参考文献

[1]《低压配电设计规范》GB 50054-2011

[2]《供配电系统设计规范》GB 50052-2009

[3] 《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019

[4] 《工业与民用供配电设计手册》（第四版）