对低压配电保护技术的论述

专栏Ｉ电力建设　

对低压配电保护技术的论述　

摘要：本文以配电线路保护的供用电安全及可靠性为前提，对线路保护的选择性和低压保护电器的灵敏度　及其造型等方面进行了相关论述。　

关键词：配电线路保护；低压保护电器：选择性　

配电线路保护设计错误，将直接导致电气设备运行过程中　

发生火灾或触电事故，危及人身安全。配电线路保护电力涉及　

用电安全和用电可靠性两方面的问题，是整个配电设计的核　

心。　

１配电线路保护的选择性　

配电线路保护的选择性是指在配电网络中某一点发生过　

电流故障时，配电保护电器按预先规定动作的次序有选择性地　

动作，不允许越级动作，把事故停电限制在最小范围内。根据　

《规范》要求，配电线路采用的上下级保护电器动作应具有选择　

性，各级之间应能协调配合。目前采用的保护电器主要有两种：　

断路器和熔断器。而前者从保护特性的角度又可以分为选择型　

断路器和非选择型断路器。　

１．１配电线路对保护电器的要求　

配电线路通常有树干式和放射式两类，还有两者的混合系　

统。低压保护电器按在配电线路中的安装位置和重要性分为三　

级：低压主开关柜内保护电器、一般配电开关柜内保护电器和终　

端配电箱内保护电器。　

配电线路对各级低压保护电器的要求如下：　

１．１．１低压主开关柜内保护电器　低压主开关柜内保护电器应把供电的可靠性放在首要位　

置，以确保连续供电。由于低压保护电器接近电力变压器，主配　

出母线的容量特别大，因此要求它既应与电力变压器一次侧的　

高压熔断器的保护特性配合，又应与下级保护电器尽可能实现　全选择性保护配合。　

１．１．２一般配电开关柜内保护电器　

一般配电柜是电网的中间层部分，配电柜中低压保护电器　

主要任务是尽快切断和限制短路电流及在系统设备和线路上　

产生的机械应力和热应力，尽快隔离出故障的馈线和设备，保　

证非故障线路持续供电。　

１．１．３终端配电箱内保护电器　终端配电箱直接连接用电设备，短路或接地故障时要求尽　

快甚至瞬时切断电路，无选择性要求。终端配电箱内的低压保　

护电器应设短路和接地故障保护，而线路末端则不必设短路保　护，而是根据所接用电设备需要装设控制电器（如接触器）或用　

电设备的过载保护电器（如热继电器）。　

１．２低压保护电器级问选择性配合技术　

只有根据低压配电保护电器的特性，恰当地选择保护电　

器，正确整定保护电器的额定电流、动作电流和动作时间，才能　实现低压保护电器级间的选择性配合，保证线路出现故障时尽　

可能缩小停电范围。　

１．２．１上下级均为熔断器的选择性配合　熔断器之间的选择性在国标ＧＢ１３５３９．１—２００２中已有规　

定，也就是说，产品本身已经给予了保证。标准规定额定电流　

１６Ａ及以上的串联熔断体的过电流选择比不小于１．６：１即满足　

选择性要求。　

１．２．２上级为熔断器，下级为非选择型断路器的选择性配合　

１２８　广东科技２００８１０总第１９８期　口郑永立　

由于熔断器的反时限特性和断路器的长延时脱扣器的反　

时限特性能较好配合，在整定电流值合理的条件下，具有良好　

的选择性动作，条件是熔断体的额定电流ｌ　比断路器长延时脱　

扣器的整定电流Ｉ　，配合比应大于３。当故障电流超过断路器的　

瞬时脱扣器整定电流Ｉ趱（通常整定为Ｉ　的６～１０倍）时，则下　

级瞬时脱扣，而上级熔断器不会熔断。　１．２．３上级为非选择型断路器，下级为熔断器的选择性配合　

当故障电流大于非选择型断路器的ｌ埔时，则上级断路器　

瞬时脱扣，因此，只有当故障电流小于Ｉ　时，下级熔断器才先　

熔断，具有部分选择性，整体来说没有选择性，这种方案不可　

取。　

１．２．４上下级均为非选择型断路器的选择性配合　假定上级断路器Ａ和下级断路器Ｂ的ｌ　，和Ｉ曲如图１所　

示。当断路器Ｂ后任一点（如Ｘ点）发生故障，若相线和外露可导　

电部分问第一次短路故障电流Ｉ　＜１０００Ａ时，断路器Ａ、Ｂ均不　

能瞬时动作，不符合保护灵敏度要求；当１　０００Ａ＜Ｉｄ＜２０００Ａ时，　

则Ｂ动作，Ａ不动作，有选择性；当Ｉ，ｊ＞２０００Ａ时，Ａ、Ｂ均动作，　

无选择性，见图２。因此，整体来说这种方式也不具有选择性。　

——Ａ　—Ｂ　Ｘ　

，　一　

Ｉ￣ｉｌＡ＝２００　Ａ　ｌＢ＝１００　Ａ　ＩｍＡ＝２　０００Ａ　Ｌ　Ｂ＝１　０００Ａ　

图１上下级均为非选择性断路保护示例　

ｌ｜　０Ｏ０Ａ　ｌ　０００Ａ　图２上下级均为非选择性断路器的选择性分析　１．２．５上级为选择型断路器，下级为熔断器的选择性配合　由于上级断路器具有短延时功能，一般能实现选择性动　

作，但必须整定正确，不仅短延时脱扣整定电流ｌ艘及延时时间　

要合适，还要正确整定ｌ拍。　

确定这些参数的原则是－　

（１）熔断器ｌ　不宜太大：　

（２）断路器Ｉ碰值不宜太小，在满足《规范》要求ｌａ≥１．３Ｉ碰　

的前提下宜整定大些：　

（３）短延时时间应整定长一些，如Ｏ．４￣０．８ｓ：　

（４）Ｉ　在满足动作灵敏度条件下尽量整定大一些，以免破　

坏选择性　

（５）当短延时脱扣器的延时不大于０．５ｓ时，断路器Ｉ艘不　

宜小于下级熔断器Ｉ　的１２倍。　

１．２．６上级为选择型断路器，下级为断路器的选择性配合　此时只要正确整定各项参数，一般可获得较好的选择性。　

上下级断路器选择性配合一般应考虑以下原则：　

（１）

上级断路器的短延时动作时间至少比下级断路器的短　延时动作时间长０．１Ｓ；　

（２）上级断路器Ｉ碰值不小于下级断路器Ｉ捣值的１＿２倍；　

（３）上级断路器　值不小于下级断路器出线端三相短路　

电流的１．１～１．２倍；　（４）上级断路器ｌ　值不小于下级断路器Ｉ　值的１．３倍。　

目前随着低压智能断路器的发展，在断路器间采用级间选　

择性连锁技术（ＺＳＩ）较好地解决了级问选择性配合问题，只是产　

品价格昂贵，推广应用甚少。　

１．２．７上级为带接地故障保护的断路器的选择性配合　（１）用零序电流保护方式：零序保护整定电流ｌ　一般为Ｉ　

的３０～６０％，与下级熔断器和断路器很难有选择性。只有后者　

的额定电流很小时才有可能。使用零序电流保护时，正常情况　

下　应大于无故障时零序电流的１。５倍。在满足动作灵敏性　

要求的前提下，Ｉ　应整定得大一些，延时时间尽量长一些。零序　

电流保护可用于ＴＮ—Ｃ、ＴＮ—Ｓ等接地系统。　

（２）剩余电流保护方式：这种方式的整定电流更小，在发生　

接地故障时，只能要求和下级漏电保护器之间具有良好的选择　

性，和下级熔断器、断路器之间没有选择性。这种方式多用于安　

全防护要求高的场所，并应在末端电路装设漏电保护器，以避　

免非选择性切断电路。工程中上级断路器剩余电流动作保护装　

置整定值应大于下级断路器剩余电流动作保护装置整定值的３　

倍，动作时限应有１００ｍｓ以上的级差。　

对为了防止接地故障引起电气火灾而设置的漏电保护器，　

其整定电流应小于０．５Ａ并且在０－４ｓ以上延时动作，同时，末　

端电路必须设有漏电保护器。如有条件时（如有专人值班维护的　

工业场所），前者可不切断电路而发出报警信号。剩余电流保护　

适应于ＴＴ、ＴＮ—Ｓ接地系统，但不能用于ＴＮ—Ｃ接地系统。　

２低压保护电器的灵敏度　

低压保护电器的灵敏度是指保护电器在系统最小运行方　

式下，在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠动作。　

它直接决定了低压保护电器动作的可靠性，是反映配电线路安　全措施有效性的重要指标。　

２．１熔断器的灵敏度　

根据《规范》要求，在ＴＮ接地系统中，熔断器切断故障回路　

的应符合以下规定：　

（１）配电线路或供给固定式电气设备用电的末端线路不宜　大于５ｓ：　

（２）供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路　

或插座回路，不应大于０．４Ｓｏ　

当短路电流ｌ　与熔断器额定电流ｌ　比值满足表１和表２　

要求时，即可认为熔断器灵敏度符合要求。　表１切断故障回路时间不大于５ｓ的ＩＪＩ　最小比值　

熔体额定电流（Ａ）ｌ　４　１０　ｌ　１２　６３　ｌ　８０　２００　Ｉ　２５０　５００　

表２切断故障回路时间不大于０．４ｓ的ＩＪＩ　最小比值　

２－２断路器的灵敏度　《规范》规定低压断路器保护的灵敏度应不小于１．３，即　

Ｐ＝ｌ　ｄＩ１）　曲（Ｉ　≥１．３，式中ｌｄｌ１】　指断路器保护的线路末端在系　

统最小运行方式下的单相短路电流，ＳＰ指低压断路器的灵敏　

度。　

在选用低压断路器时，还应注意对其灵敏度的校验，对于　

同时具有短延时和瞬时过电流脱扣器的选择性断路器，只需要　电力建设Ｉ专栏　

校验其短延时过电流脱扣器的动作灵敏度即可。　

２．３提高保护电器灵敏度的措施　

（１）保护电器的额定电流或整定电流值在大于线路计算电　

流（或要求的倍数）和能躲过短时过载电流的条件下尽量选小。　

（２）尽量加大线路的ｌ　ｄ【１】　值，即降低线路的相线和中性线　

回路的阻抗，在设计中合理确定ＰＥＮ线或ＰＥ线的截面和位　

一　目Ｏ　（３）采用低压断路器时选用带短延时保护的低压断路器。　

（４）若带短延时保护的低压断路器灵敏度不能满足《规范》　

要求时，应采用零序电流保护或剩余电流动作保护０因为Ｉ瑚比　

Ｉ碰小得多，而剩余电流动作保护整定值Ｉ粥只需大于正常运行　

时线路和设备的泄漏电流总和的５～１Ｏ倍即可，比Ｉ　小得多。　

３线路保护的选择性与保护电器的灵敏度之间的关系　

确保低压保护电器动作的选择性和提高保护电器的灵敏　

度是有矛盾的。在设计过程中只有正确整定参数，才可能做到　

两者兼顾。而对于最末一级线路的保护，在符合其它条件下选　

择性应尽量选低些以利于提高灵敏度，同时也有利于上级保护　

的选择性。若考虑技术经济的合理性出现了难以两者兼顾的情　

况，则应权衡利弊，有所取舍。例如在火灾爆炸危险环境和有触　

电危险的场所，应着重于提高保护电器的灵敏度，而对触电危　

险性不大而对供电可靠性有较高要求的场所，则应着重考虑线　

路保护的选择性。　

４低压保护电器选型方案　

４．１低压保护电器应用现状　

在新建的民用建筑和工业装置中，已很少使用熔断器作为　

低压保护电器。目前熔断器主要应用在一些旧的生产装置和较　

早的住宅小区中。低压断路器由于可以遥控合闸，可以带负载　

断开，具有多种保护功能而得到广泛的应用。目前保证断路器　

级问保护的选择性最通行的做法是从低压主开关柜直接配电　

至末端用电设备，使两级断路器ｌ　相差十分大。但这大大增加　

了配电回路数，从而耗费大量电缆和配电设备，在经济上很不　

合理。　４－２配电线路故障特点　

根据《规范》要求，配电线路应装设短路保护、过负载保护　

和接地故障保护。对于配电线路来说，主要故障为接地故障，约　

占所有配电线路故障的８Ｏ～９Ｏ％。而短路和接地故障发生在末　

端回路多，大约占至９０％以上，特别是插座回路更是如此，因为　

插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出现故障。对　

于电动机等用电设备来说，通常是过载多，短路故障较少，而过　

载通常用热继电器或电动机保护器保护，不会使终端配电箱内　

保护电器动作。　

４．３低压保护电器选择　

根据配电线路的故障特点和低压保护电器级间选择性的　

配合情况，依照“技术先进，经济合理”的原则，对保护电器的选　

型方案建议如下：　

（１）低压主开关柜内保护电器应选用选择型断路器。　

（２）对于一般设备，一般配电柜内保护电器宜选用熔断器，　

因为熔断器限流特性好，价格便宜，易满足选择性要求。但供电　

用电设备不多，且偶然停电影响不太大时，也可选用非选择型　

断路器。