低压断路器级间配合分析

摘 要：随着科学技术的发展，断路器的科学应用已经代替了传统的熔断器的应用，使得电力系统能够相对稳定、安全、高效地运行。但是，在电力系统中低压断路器级间配合不合理或不科学等情况的发生，会使得低压断路器的应用效果大大降低，导致规定时间内不能切断故障电源，如此可能造成电线损坏、电缆损坏，甚至是大范围的停电事故。为了避免此种情况的持续发生，加强低压断路器级间配合调整与优化是非常必要的。本文也出于此目的，对低压断路器的选型及低压断路器的技术参数含义予以分析，进而深入探究如何优化低压断路器级间配合，希望可以使低压断路器科学运用，保障电力系统安全、高效、经济、可靠的运行。

关键词：低压断路器；配合；整定电流；保护

中图分类号：TM561 文献标识码：A

作为配电系统中常用的保护设备，低压断路器普遍应用在配电系统中。从理论角度来看，低压断路器的科学选用、合理配级，能够使低压断路器的作用充分发挥，保障配电系统安全。但实际情况则不然。在低压断路器级间配合方面受到诸多因素的影响，导致低压断路器级间配合存在缺陷与不足，相应的低压断路器在应用的过程中将难以按照要求，及时且有效地保护配电系统，致使配电系统的可靠性、安全性、经济型受到严重影响。所以，加强低压断路器级间配合的深入研究，并采取适合的措施予以优化至关重要。

一、低压断路器的选型

配电线路是常见且使用最为广泛的负载，对配电断路器而言，分为A类和B类。A类为非选择型，即断路器具有过载长延时、短路瞬时的两端保护特性；B类为选择型，即断路器具有过载延长时、短路短延时和短路瞬时的3段保护特性。目前，国内配电系统的设置主要有4种方式，包括放射式、树干式、放射与树干相结合的混合式、链式配电方式。不同方式对线路保护要求及需求不同，加之线路设置较长，因此通常选用有选择型保护电器以满足其保护需要。另外，系统末端的线路是直接连接用电设备的，如若发生短路或接地故障等情况，需要在第一时间切断电路，此时需要采用非选择型保护器。基于以上分析与说明，配电线路各级保护器设置的常用方案为：出于保护配电线路的考虑，线路首端设置选择型断路器，线路末端设置非选择型断路器，中间采用熔断器方案。在此方案实施的过程中，从变压器低压侧开始，配电母干线容量在300A以上，那么就需要设置选择型断路器，使其与低压侧总开关、主干线开关相连；干线负载电流在300A以下，则需要选用熔断器。而末端电路则采用非选择型断路器，对线路予以保护，必要时，可以采用熔断器。由此可以确定，选择型断路器和非选择型断路器是配电系统首选的保护设备，为提高选择型断路器和非选择型断路器的应用性能，在具体进行断路器选择过程中，一定要注意以下两方面。

（一）分析电流参数，合理进行断路器选型

分析断路器电流参数，选择适合的类型，可以大大提高断路器应用性、可靠性、可行性。出于此目的，在分析断路器电流参数时，（1）注意了解使用手册中没有规定的额定极限短路分断能力（Icu）或额定运行短路分断能力（Ics），也就是按有效值计算断路器的而额定短路通断能力，确定其是否大于线路可能出现的最大短路电流，从而分析断路器分断能力，为科学选型提供条件。（2）从断路器可靠性和可行性角度出发，以运行分断能力指标为准，对断路器的运行情况及短路电流通过断路器的现象进行评价与分析，与此同时，还要对断路器额定运行短路分断能力是否等于额定极限短路分断能力予以分析，进而选择可靠的断路器，避免断路器发生故障的可能性。（3）从配套经济性角度出发，对断路器极限分断能力予以分析，极限分断能力越高的断路器，其保护投入成本较低。当然，出于对断路器性能的考虑，还要注意选择较低的框架等级断路器。

（二）断路器级间配合电流整定及延时确定

在配电系统中，断路器能够有效应用的关键因素是断路器级间配合良好。为此，在进行断路器选型的过程中，还要考虑断路器级间配合电流整定及延时确定方面。通常，为了方便断路器上下级之间的协调配合，配电系统第一级保护电路，即变压器低压侧断路器应具有过载长延时、短路短延时保护特性。基于此，配电变压器低压侧主保护断路器的选型，注意以下几点为准：

其一，断路器延时，那么过电流脱扣器整定电流为KIeb。

其二，短路短延时过电流脱扣器整定电流为mKIeb。

其三，短延时过电流脱扣器整定电流大等于配电出线回路中断路器瞬时过电流的1.3倍。

其四，瞬时过电流脱扣器整定电流大于1.2Ib（Ib表示为出线端单项短路电流）

第二级保护电路的断路器应具备过载短延时和短路瞬时动作及接地故障保护功能。基于此，上下级保护开关电器采用断路器应符合以下要求，即为：

其一，上级保护开关电器采用选择型断路器，下级采用非选择型断路器，并且保证上级所应用的断路器短路短延时脱扣器整定电流大等于下级脱扣器整定电流值的1.3倍，上级短路瞬时脱扣器整定电流大于下级的1.2倍。

其二，上下级保护开关电器为非选择型开关电器。

二、低压断路器级间配合分析

（一）低压断路器级间配合分析

《低压配电设计规范》、《民用建筑电气设计规范》的约束下，对低压断路器级间配合提出相关要求及约束。在此情况下，对低压断路器级间配合的相关方面予以分析，为提出最佳的低压断路器级间配合方案提供依据。

1.低压断路器的时间―电流保护特性曲线

上文已经提及，断路器主要分为选择型断路器和非选择型断路器。选择型断路器的脱扣器设有人为短延时，为满足额定短时耐受电流的要求，选用电子脱扣器，其特性曲线如图1所示；非选择型断路器设无人为短延，同样是为了满足额定短时耐受电流要求，选用热磁脱扣器。

2.完全选择性和部分选择性

通常情况下，上下级断路器之间是进行选择性配合，如若线路故障，那么靠近故障点的断路器将先发生动作，切断故障部分，如此整个配电系统将不会受到影响，而持续正常地运行。为了深入研究完全选择性与部分选择性配合下上下级断路器应用效果，在此假定图3中断路器D2发生短路故障，D1在D2上一级的断路器。此种情况下，为了达到D1和D2断路器之间完全选择性配合，需要保证D2的下一级出现最大三相短路电流时D2断路器分断，D1断路器保持闭合。基于此，D1和D2断路器需要满足条件为，即：

1.2IrD2≤IrD1

1.1IkmaxD2>IinstD1

根据以上公式，可以获得关于D1断路器和D2断路器之间完全选择性配合曲线（参考图2）。由于线路短路时所产生的电流较大，那么1.1IkmaxD2>IinstD1情况下，D1断路器的脱扣器将启动，如此很难保证D1断路器与D2断路器完全选择性配合。

3.电流选择性和时间选择性

配电系统中，配电线路如若出现短路的情况，故障电流将随着故障点远离电源且电流量逐渐减少，那么连续的两个断路器将会随着配电的级数而下降，这其中包括断路器额定电流和短路电流。所以，断路器电流选择性和时间选择性的设置是非常必要的。电流选择性主要是通过串联断路器，使其保护特性曲线偏移，相应的下级断路器的最大短路电流将小于上级断路器脱扣器整定电流值，如此可以实现上下级断路器完全选择性配合。如若出现下级断路器出口短路电流未达到一定短路电流之前就出现了上下级断路器选择性配合，此时将其短路电流称为选择性极限电流，其发生就意味着上下级断路器不能完全选择性配合。

通常，生厂商会提供断路器组合方案，建议用户使用。如若下级断路器出口所计算的短路电流值低于生产商提供方案的选择性极限电流，那么下级断路器将能够实现完全选择性，也就是对配电线路中出现的各种短路电流予以分断。反之，下级断路器只能实现部分选择性。因此，相关工作人员在设计和设置下级断路器时一定要注意这一点。

4.断路器选择性与断路器保护动作灵敏性间的关系

基于相关理论，确定断路器保护线路末端最小短路电流与接地保护的断路器脱扣器整定电流之比为：

K=Imin/Im

在获得上级断路器与下级断路器的完全动作选择性，假若不考虑时间选择性，瞬时或短延时脱扣器整定电流将大于等于下级断路器出口侧最大短路电流，利用等式表示为：

Im≥1.1Ikmin

由此可以以确定，非选择型断路器与非选择型断路器之间配合，其动作灵敏性将会受到影响，且在满足断路器动作灵敏性要求之下，两个非选择型断路器是不可能实现完全选择性的。因此，在进行低压断路器级间配合的过程中，一定要注意这一点，避免低压配电系统中所设置的上下级断路器存在不合理的情况，使断路器应用效果受到影响。

5.上下级低压断路器过电流保护的配合

在低压配电系统中，上一级断路器为选择型断路器，那么下一级断路器可以选用选择型断路器或非选择型断路器。如此，在低压配电系统中出现短路故障时，上级断路器将会做延时动作，下级断路器发挥分断能力。当然，要想达到此目的，在设计上下级断路器过电流保护的配合过程中，一定要注意以下几点。

（1）控制下级断路器出线端的最大三相短路电流。通过上级断路器的瞬时过电流如若超出其脱扣器整定电流，那么上级断路器将会受到影响，导致其延时动作缓慢，相应的下级断路器的应用效果将会降低。为了避免此种情况的发生，无论设置下级断路器为非选择型断路器还是选择型断路器，都要控制其出线端的最大三相短路电流，保证最大三相短路电流的1.1倍，依旧小于上级断路器的脱扣器整定电流。

（2）根据应用需要，决定设置下级断路器为非选择型断路器，那么需要检测下级断路器保护回路时，短路电流通过断路器，其瞬时动作灵敏度，如若下级断路器的瞬时动作依旧灵敏，可以选用非选择型断路器。还需要注意的是，保证上级断路器的短延动作时，其脱扣器整定地电流大等于下级断路器脱扣器电流的1.2倍。

（3）下级断路器设为非选择型断路器，那么注意要做好上下级断路器的配合。参考图3，在线路处于过载状态，那么B断路器热动性脱扣器将会启动，A断路器不会发生延时动作。预定时间后，B断路器将会分断配电线路，A断路器处于闭合状态，那么上下级断路器长延时脱扣器电流相差倍数为1.3倍，此时上下级断路器配合良好。如若线路处于短路状态，理论上AB断路器配合动作的几率在50%，如此不推荐此种方式。

（4）一些框架断路器带有接地故障保护功能，也就是采用剩余电流保护方式，降低断路器的脱扣器整定电流，使得上级断路器难以与下级断路器进行配合保护。为了使上级应用的带有接地故障保护功能的断路器与下级断路器良好配合，需要合理地选择配合方式，如时间级差配合方式或漏电电流级差配合方式等。正确且合理的配合上下级断路器，断路器的延时时间将得到有效控制，使得整个断路器都处于良好的应用状态。

（二）低压配电系统断路器选择性保护的具体实施要点

1.科学设计配电系统，合理分配负荷

在当前人们生产生活用电需求不断加大的情况下，为了使配电系统可以长期安全、稳定、高效地运行，在对配电系统予以设计的过程中，应当注意适当的分配电力设备负载，尤其是上下级断路器负荷。也就是基于满足保护器额定电流比的要求，分析上下级断路器负荷比的最大值，科学设置上下级断路器负荷，以便后续电力系统故障时，上下级断路器可以进行选择性地保护，从而有效保护配电系统，使配电系统依旧可以正常运行。

2.断路器保护的选择性方式的一般要求

按照《低压配电设计规范》的相关要求来进行配电系统中断路器的设置，主要是采用选择性方式，如此可以在配电线路短路故障情况发生时，与之最近的断路器发挥分断功能，从而有效保护配电系统。出于此目的，在电源端应当注意设置总配电盘。在总配电盘的设置下，需要配备高分断能力的断路器，如此在控制总电源的过程中，任何一个配电线路出现故障，总配电盘将支配断路器进行选择性保护，降低短路延时，缩短故障范围。在设置末端配电时，因末端配电线路的电流较小，即便出现线路短路的情况，产生的短路电流也相对较小，因此直接将断路器与用电设备连接，就能够对短路电流予以切断，保护用电设备不会受到短路电流的破坏。

配电系统部分配电箱进线开关方面，最好采用负荷开关或隔离开关。低压配电级数太多将会给开关的选择性动力带来影响，因此变压器二次侧到用电设备之间的低压配电级数在三级或三级以下，那么与之相连的断路器的分断功能将会受到限制，选择性保护程度也受到限制。为了保证配电系统一直处于安全、稳定、高效运行的状态，容易受到配电线路故障影响的部分配电箱内进线上的开关应当采用负荷开关或隔离开关，如此不仅可以有效防护配电箱，避免其受到故障的影响，还能在用电设备维修、检修的过程中，隔离电源。除此之外，于部分脱扣器电流参数及时间可调的断路器，需设置适当的技术参数，确保实现最大范围的选择性。

结语

在当前我国大力发展电力事业的今天，为了满足广大人民群众生产生活的用电需要，应当要科学地设置配电系统，尤其是低压断路器级间配合方面。低压断路器级间配合中如若考虑的不周全或级配不合理等情况存在，会影响断路器的应用，使得断路器在配电系统故障时难以及时且有效地保护用电设备或电源，使得配电系统运行无法正常进行。所以，在对配电系统中低压断路器进行级配的过程中，一定要综合分析低压断路器级间配合相关方面，如上下级断路器的脱扣器整定电流、上下级低压断路器过电流保护的配合等，从而科学地进行低压断路器级间配合，提高低压断路器的应用性。

参考文献

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