第六章
工厂供电系统的过电
流保护
本章讲述工厂供电系统中常用的几种过电流保护装置―熔断器保护、低压断路器保护和继电保护，其中继电保护广泛应用于高压供电系统中，其保护功能很多，而且是实现供电系统自动化的基础，因此将予以重点介绍。
第一节
过电流保护装置的任务和要求
过电流保护装置的类型和任务
装设的目的：为了保证工厂供电系统的安全运行，避免
过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，因此在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置（OVER-CURRENT PROTECTOR）
内容：有熔断器保护，低压断路器保护和继电保护。
第一节
过电流保护装置的任务和要求
过电流保护装置的类型和任务
装设的目的
为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路
引起的过电流对系统的影响，因此在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置（OVER-CURRENT PROTECTOR）
内容：有熔断器保护，低压断路器保护和继电保护。
第一节
过电流保护装置的任务和要求
对过电流保护装置的要求
选择性（Selectivity）
选择性当供电系统发生故障时，只离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其他部分仍然正常运行。保护装置满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。如果供
电系统发生故障时，靠近故障点的保护装置不动作（拒动），而离故障点远的前一级保护装置动作（越级动作），就称为“失去选择性”。
第一节
过电流保护装置的任务和要求
对过电流保护装置的要求
速动性(Instantaneous )
速动性为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。
第一节
过电流保护装置的任务和要求
对过电流保护装置的要求
可靠性(Reliability)
可靠性保护装置在应该动作时，就应该动作，不应该拒动；而不应该动作时，就不应该误动。保护装置的可靠程度，与保护装置的元件质量、接线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关。
第一节
过电流保护装置的任务和要求对过电流保护装置的要求
灵敏度
灵敏度（sensitivity ）或灵敏系数是表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，就说明保护装置的灵敏度高。
第一节
过电流保护装置的任务和要求过电流保护的灵敏度或灵敏系数，用其保护区内在电力系统为最小运行方式时的最小短路电流与保护装置一次动作电流（即保护装置动作电流换算到一次电路的值）的比值来表示，即
min .k I 1.op I 1
.min
.op k p I I S ?
第二节熔断器保护
熔断器在供电系统中的配置
熔断器在供配电系统中的配置，应符合选择性保护的原则，也就是熔断器要配置得能使故障范围缩小到最低限度。此外应考虑经济性，即供电系统中配置的熔断器数量要尽量地少。
必须注意：在低压系统中的PE线和PEN线上，不允许装设熔断器，以免PE线或PEN 线因熔断器熔断而断路时，致使所有接PE 线或PEN 线的设备的外露可导电部分带电，危及人身安全。
第二节熔断器保护熔断器在供电系统中的配置
第二节熔断器保护
熔断器熔体电流的选择
保护线路的熔体电流，应满足下列条件：1 ）熔体额定电流应不小于线路的计算电流，以使熔体在线路正常运行时不致熔断，即：
30
.I I FE N ≥FE N I .30I 第二节熔断器保护
熔断器熔体电流的选择
保护线路的熔体电流，应满足下列条件：2 ）熔体额定电流还应躲过线路的尖峰电流，以使熔体在线路上出现正常的尖峰电流时也不致熔断。由于尖峰电流是短时最大电流，而熔体加热熔断需一定时间，所以满足的条件为：
式中，K 为小于1的计算系数。
pk
FE N KI I ≥.FE N I .pk I
第二节熔断器保护
熔断器熔体电流的选择
保护线路的熔体电流，应满足下列条件：
3 ）熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔体不熔断的事故，因此还应满足条件：
式中： 为绝缘导线和电缆的允许载流量；为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷倍数。OL
K al I al
OL FE N I K I ≥.第二节熔断器保护
三．熔断器保护灵敏度的检验
为了保证熔断器在其保护区内发生短路故障时可靠地熔断，按规定，熔断器保护的灵敏度应满足下列条件：式中，为熔断器熔体的额定电流；为熔断器保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流；对TN 系统和TT 系统，为线路末端的单相短路电流或单相接地故障电流；对IT 系统和中性点不接地系统，为线路末端的两相短路电流；对保护降压变压器的高压熔断器来说，为低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧之值；K 为灵敏系数的最小比值，如表6一1所示。
FE N I .min .k I
第二节熔断器保护
三．熔断器保护灵敏度的检验
第二节熔断器保护
选择熔断器时应满足下列条件：
1 ）熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压。
2 ）熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流。
3 ）熔断器的类型府符合安装条件（户内或户外）及被
保护设备对保护的技术要求。
第二节熔断器保护
熔断器还必须进行断流能力的校验：
1 ）对限流式熔断器（如RN1、RT0等），由于限流式熔断器能在短路电流达到冲击值之前完全熔断并熄灭电流、切除短路，因此满足条件为：
式中，为熔断器的最大分断电流；为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流有效值，在无限大容量系统中，。
)
3("I
I oc ≥oc I )3("I )
3()
3()3("k I I I ==∞第二节熔断器保护
熔断器还必须进行断流能力的校验：
2 ）对非限流式熔断器（如RW4 、RM10 等），由于非限流式熔断器不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，切除短路，因此需满足条件：
式中，为熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效
值。
)
3
(sh
oc I I ≥)
3(sh I
第二节熔断器保护
熔断器还必须进行断流能力的校验：
3 ）对具有断流能力上下限的熔断器（如RW
4 等跌开式熔断器），其断流能力的上限应满足上式的校验条件，其断流能力的下限应满足下列条件：
式中，为熔断器的最小分断电流；为熔断器所保
护线路末端的两相短路电流（对中性点不接地的电力系统）。
)
2(min .k
oc I I ≥min .oc I )
2(k I 第二节熔断器保护
前后熔断器之间的选择性配合
前后熔断器的选择性配合，就是要求在线路发生故障时，靠近故障点的熔断器首先熔断，切断故障部分，从而使系统的其他部分恢复正常运行。
前后熔断器的选择性配合，宜按它们的保护特性曲线（安秒特性曲线）来进行检验。
第二节熔断器保护
第三节
低压断路器保护
低压断路器在低压配电系统中的配置
低压断路器（自动开关）在低压配电系统中的配置，通常有下列三种方式：
1 ．单独接低压断路器或低压断路器一刀开关的方式
2 ．低压断路器与磁力起动器或接触器配合的
3．低压断路器与熔断器配合的方式
第三节
低压断路器保护
第三节
低压断路器保护
1 ．单独接低压断路器或低压断路器一刀开关的方式
l）对于只装一台主变压器的变电所，低压侧主开关采用低压断路器，如图6一4a所示。
2）对于装有两台主变压器的变电所，低压侧主开关采
用低压断路器时，低压断路器容量应考虑到一台主变压器退出工作时，另一台主变压器要供电给变电所60％一70％以上的负荷及全部一、二级负荷，而且这时两段母线都带电。为了保证检修主变压器和低压断路器的安全，低压断路器的母线侧应装设刀开关或隔离开关，如图6一4b所示，以隔离来
自低压母线的反馈电源。
3）对于低压配电出线上装设的低压断路器，为保证检
修配电出线和低压断路器的安全，在低压断路器的母线侧应加装刀开关，如图6一4c 所示，以隔离来自低压母线的电源。
第三节
低压断路器保护
2 ．低压断路器与磁力起动器或接触器配合的
对于频繁操作的低压电路，宜采用图6一4d所示的接线方式。这里的低压断路器主要用于电路的短路保护，而磁力起动器或接触器用作电路频繁操作的控制，其上的热继电器用作过负荷保护。
第三节
低压断路器保护
3．低压断路器与熔断器配合的方式
如果低压断路器的断流能力不足以断开电路的短路电流时，可采用如图6一4e所示接线方式。这里的低压断路器作为电路的通断控制及过负荷和失压保护，它只装热脱扣器和失压脱扣器，不装过流脱扣器，而是利用熔断器或刀熔开关来实现短路保护。
如果采用自复式熔断器与低压断路器配合使用，则既能有效地切断短路电流，而且在短路故障消除后又能自动恢复供电，从而可大大提高供电可靠性。我国现在已经生产低压断路器与自复式熔断器相组合的DZ10一100R等型低压断路器，这类低压断路器将是低压系统中控制一保护电器的一个发展方向。
第三节
低压断路器保护
低压断路器的选择与校验
选择低压断路器时应满足下列条件：
1 ）低压断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压。
2 ）低压断路器的额定电流应不小于它所安装的脱扣器的额定电流。
3 ）低压断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操
作方式的要求。因此应同时选择其操作机构型式。第三节
低压断路器保护
低压断路器还必须进行断流能力的校验：
1 ）对动作时间在0.025以上的万能式（DW 型）断路器，其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电
流周期分量有效值，即：
oc I )
3(k I )
3(k
oc I I ≥
第三节
低压断路器保护
低压断路器还必须进行断流能力的校验：
2 ）对动作时间在
0.025及以下的塑壳式（DZ 型）断路
器，其极限分断电流或应不小于通过它的最大三相
短路冲击电流或，即：
oc I oc i )3(sh I )
3(sh i )
3(sh
oc I I ≥)
3(sh
oc i i ≥第三节
低压断路器保护
低压断路器过电流保护灵敏度的校验
为了保证低压断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统最小运行方式下在其保护区内发生最轻微的短路故障时能可靠地动作，低压断路器保护的灵敏度必须满足下列条件：
式中，为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流；为其保护线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流（对TN 和TT 系统）或两相短路电流（对IT 系统）；K 为灵敏系数的最小比值，一般取1.3。
K
I I S op
k p ≥=min
.op I min .k I
第三节
低压断路器保护
前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合
（一）前后低压断路器之间的选择性配合 前后两低压断路器之间是否符合选择性配合，宜按其保护特性曲线进行检验，按产品样本给出的保护特性曲线考虑其偏差范围土20％一士30％。如果在后一断路器出口发生三相短路时，前一断路器保护动作时间在计人负偏差、后一断路器保护动作时间在计人正偏差情况下，前一级的动作时间仍大于后一级的动作时间，则能实现选择性配合的要求。对于非重要负荷线路，保护电器允许无选择性动作。
第三节
低压断路器保护
前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合
一般来说，要保证前后两低压断路器之间能选择性动作，前一级低压断路器宜采用带短延时的过流脱扣器，后一级低压断路器则采用瞬时过流脱扣器，而且动作电流也是前一级大于后一级，前一级的动作电流至少不小于后一级动作电流的1.2倍，即：
2
.1.2.1op op I I ≥
第三节
低压断路器保护
（二）低压断路器与熔断器之间的选择性配合
要检验低压断路器与熔断器之间是否符合选择性配合，只有通过它们的保护特性曲线。前一级低压断路器可按厂家提供的保护特性曲线考虑-30％一-20％的负偏差，而后一级熔断器可按厂家提供的保护特性曲线考虑＋30 ％一十50％的正偏差。在这种情况下，如果两条曲线不重叠也不交叉，且前一级的曲线总在后一级的曲线之上，则前后两级保护可实现选择性动作，而且两条曲线之间留有的裕量越大，则两者动作的选择性越有保证。
第四节
常用的保护继电器
概述
继电器（relay ）是一种在其输入的物理量（电气量或非电气量）达到规定值时，其电气
输出电路被接通或分断的自动电器。继电器按
其输入量性质分为电气继电器和非电气继电器
两大类。按其用途分为控制继电器和保护继电
器两大类，前者用于自动控制电路中，后者用
于继电保护电路中。这里只讲保护继电器。
第四节
常用的保护继电器
保护继电器（protective relay）按其在继电保护电路中的功能，可分测量继电器( measuring relay）和有
或无继电器（all一or一nothing relay ）两大类。测量
继电器装设在继电保电电路中的第一级，用来反应被
保护元件的特性量变化。当其特性量达到动作值时即
行动作，它属于基本继电器或起动继电器。有或无继
电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者为零
时而动作的电气继电器，包括时间继电器、信号继电
器、中间继电器等，在继电保护装置中用来实现特定
的逻辑功能，属辅助继电器，亦称逻辑继电器。
第四节
常用的保护继电器
保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型等。由于机电型继电器具有简单可靠、
便于维修等优点，因此工厂供电系统中现在仍普遍
应用机电型继电器。
机电型继电器按其结构原理分，有电磁式、感应式等继电器。
保护继电器按其反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯（气体）继电器等。
第四节
常用的保护继电器
保护继电器按其反应的数量变化分，有过量继电器和欠量继电器，例如过电流继电器、欠电压继电器等。
保护继电器按其在保护装置中的用途分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间（亦称出口）继电器等。图6一5是过电流保护装置的框图。当线路上发生短路时，起动用的电流继电器（current relay ) KA 瞬时动作，使时间继电器（timing relay ) KT 起动，经整定的一定时限（延时）
后，接通信号继电器（signal relay ) KS 和中间继电器
( medium relay ) KM , KM 就接通断路器的跳闸回路，使断
路器QF 自动跳闸。
第四节
常用的保护继电器
保护继电器按其动作于断路器的方式分，有直接动作式（直动式）和间接动作式两大类。断路器操作机构中的脱扣器（跳闸线圈）实际上就是一种直动式继电器，而一般的保护继电器均为间接动作式。
第四节
常用的保护继电器
保护继电器按其与一次电路的联系方式分，有一次式继电器和二次式继电器。一次式继电器的线圈是与一次电路直接相连的，例如低压断路器的过流脱扣器和失压脱扣器（参看图4一36) ，实际上就是一次式继电器，并且也是直动式继电器。二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧，经过互感器与一次电路相联系。高压系统中的保护继电器都属于二次式继电器。下面分别介绍工厂供电系统中常用的几种机电型保护继电器。
第四节
常用的保护继电器