低压配电系统保护电器的选择性配合探讨

【摘要】低压配电系统作为机场能源保障系统的重要组成部分，在机场的建设以及运营中占有非常重要的位置。本文从低压配电系统保护电器选择性的基本概念、实现保护电器选择性配合的方法、保护电器的选择性配合设计以及提高保护电器选择性配合的措施四个方面对低压配电系统保护电器的选择性配合进行分析探讨。

【关键词】低压配电系统；保护电器；选择性；配合

中图分类号：TM421 文献标识码：A

一、前言

低压配电系统设计中，保护电器的上下级配合是非常重要的一环，直接关系到整个工程的安全性和可靠性。对此，《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第7.6.1条和《低压配电设计规范》GB50054-2011第6.1.2条均有明确规定。为避免因保护电器配合不好造成事故停电范围扩大等不必要的损失，合理、正确的选择上下级保护电器的相关参数是非常重要的。本文就此问题做以简单分析探讨，以期不断完善电气设计。

二、保护电器选择性的基本概念

保护电器的选择性是指两个或多个过电流保护装置之间的动作特性配合，当在给定范围内出现过电流时，指定在这个范围动作的装置动作，而其他装置不动作。也就是在配电网络中某一点发生过电流故障时，保护电器按预先规定动作的次序有选择性地脱扣动作，不允许越级脱扣动作，把事故停电限制在最小范围内。保护选择性包括完全选择性和局部选择性。

1.完全选择性

在两台过电流保护装置串联的情况下，如负载侧发生短路，无论短路电流多大，仅负载侧保护装置动作而不导致电源侧保护装置动作，保护装置之间的这种配合称为完全选择性。

2.局部选择性

在两台过电流保护装置串联的情况下，在规定的过电流等级下负载侧保护装置动作，而不导致电源侧保护装置动作，保护装置之间的这种配合称为局部选择性。

三、实现保护电器选择性配合的方法

1.电流选择

电流选择是上级保护电器动作值大于下级保护电器动作值。当上级保护电器的过负荷保护动作值（断路器为长延时脱扣器整定电流，熔断器为熔断体额定电流）大于下级保护电器安装处的最大短路电流时，两个保护电器之间是完全选择性，此时下级保护电器安装处的最大短路电流为选择性极限电流。如果上级保护电器动作值小于下级保护电器安装处的短路电流，则是局部选择性。上级保护电器短路保护动作值（断路器为短延时（三段保护）或瞬时（二段保护）脱扣器整定值，熔断器为熔断体截断电流）是选择性极限电流，在此值以上两级保护电器均可动作，在此值之下，下级保护电器动作，上级保护电器不动作。

2.准延时选择

当上下两级均为断路器级联时，大的短路电流受到了下级限流型断路器的限流。实际的短路电流和持续时间大大地减小。上级断路器脱扣器检测到的电流比没有限流型下级断路器值小得多。将此实际的短路电流在上、下两断路器的时间-电流曲线上进行比较，相当于在两断路器之间具有一等效的短的时间差。使得下级断路器快速跳闸，而上级断路器保持闭合，上下级断路器之间达到保护选择性配合。此时间差随预期短路电流增大而大大减小，而不是人为有意设置的延时时间，称为准延时。

3.逻辑选择

逻辑选择是指上下级断路器之间设置逻辑联锁。当下级断路器保护区发生故障，电流大于脱扣器整定值时，给上级断路器发出逻辑等待命令，使上级脱扣器延迟脱扣，而下级断路器立即脱扣跳闸，切除故障。当上级断路器保护区内发生故障时，不会接收到等待命令，断路器立即跳闸，迅速切除故障，从而保证各级间保护的选择性。

4.能量选择

若上、下级均采用普通断路器，当短路电流超过两断路器脱扣器的整定值时，断路器同时动作，保护无选择性。如果断路器设置了能反映短路电流能量的脱扣器，而且下级断路器的额定电流小于上级断路器的额定电流，启动下级断路器脱扣器所需的能量也小于上级断路器，在故障时两断路器都检测到短路电流，下级断路器限流非常快，上级断路器产生的能量使脱扣器动作所需的时间大于下级断路器，故下级断路器迅速先行跳闸，上级断路器保持闭合，实现两断路器的保护配合。

四、保护电器的选择性配合设计

1.熔断器与熔断器的级间配合

在一般的配电线路中，过载和短路电流较小的情况下，当弧前熔断时间大于0.01s时，按国家标准，在一般情况下，上下级熔体电流比不小于1.6：1即认为满足选择性要求。在短路电流很大，而弧前熔断时间小于0.01s的情况下，除满足上述条件外，还需要上级熔断器弧前I²t值大于下级熔断器I²t值时，才能保证选择性配合要求（I²t为时间-电流特性曲线）。

2.断路器与断路器的级间配合

一般情况下，用于末端线路保护的低压断路器设二段保护，设置瞬时脱扣器及长延时脱扣器；用于低压配电线路保护的断路器设三段保护，设置瞬时、短延时、长延时脱扣器；变压器低压总断路器及分段断路器，设两段保护，也可设三段保护。设两段保护时，设瞬时、长延时脱扣器或短延时、长延时脱扣器。在变压器低压侧总断路器设置瞬时脱扣器并实现选择性可以缩短短路电流电动力效应、热效应的作用时间，减轻危害，减小损失，提高供电可靠性。特别是在高压侧采用单母线分段接线时，可以使高压侧继电保护与低压侧瞬时保护配合，缩短保护动作时限，更有利于实现高压侧继电保护的选择性配合。

从保护特性的角度，断路器可分为选择型断路器和非选择型断路器。对于上下级均为选择型断路器，上级保护电器的过载长延时和短路短延时脱扣器的整定电流，宜不小于下级保护电器整定值的1.3倍；对于上级为选择型断路器，下级为非选择型断路器时，在满足上级保护电器的短路短延时脱扣器整定电流不小于下级保护电器瞬时脱扣器整定电流1.3倍的条件下，上级保护电器瞬时脱扣器整定电流应大于下级保护电器出线端单相短路电流的1.2倍；对于上下级均为非选择性断路器时，需满足上级保护电器的过载长延时脱扣器整定电流不小于下级保护电器过载长延时脱扣器整定值的2倍以及上级保护电器瞬时脱扣器的整定电流不小于下级保护电器瞬时脱扣器整定值的1.4倍。

3.上级为熔断器、下级为断路器时的选择性配合

过载时，断路器长延时脱扣器动作电流特性考虑了正误差，与熔断器熔断体的时间-电流曲线在考虑了负误差后不相交，并不小于1s的安全时间间隔。

短路时，应考虑断路器脱扣器动作后，分断短路电流时产生的燃弧过程还对熔断器加热，熔断器熔断体的熔断时间下限值应比断路器瞬时脱扣器（或短延时脱扣器）动作时间长0.1s以上。

4.上级为断路器、下级为熔断器时的选择性配合

过载时，当回路电流没有达到上级断路器的瞬时或短延时脱扣器整定电流时，其熔断体的时间-电流曲线在考虑了正误差后与断路器长延时脱扣器的负误差后两者的动作特性曲线不相交，并留有不小于1s的安全时间间隔即满足选择性要求。

短路时，当回路的预期短路电流达到或超过瞬时脱扣器整定电流时，则要求熔断器在短路电流未达到瞬时脱扣器整定值前切断电流。如选用短延时脱扣器保护短路，其延时应比熔断器熔断体熔断时间长，时限差不小于0.1s。

五、提高保护电器选择性配合的措施

1.配电线路的首端宜采用选择型断路器或熔断器，当线路较长、容量较大时干线采用选择型断路器。

2.配电系统线路保护级数不宜超过三级。

3.末端线路保护宜采用非选择型断路器或漏电保护断路器，也可选用熔断器。

4.处理好灵敏性与选择性的关系。在满足灵敏性的情况下，要力求有良好的选择性，特别是对重要负荷，应保证其供电的可靠性。

六、结语

配电系统的保护选择性对保证供电安全、提高供电可靠性具有非常重要的意义。电气设计人员需要全面、准确的理解相关规范的要求，做好基本计算，把握基础参数，实现配电系统保护的选择性配合。

参考文献

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