最新供配电系统自动化第6章工厂供电系统的过电流保护【杨】讲学课件

▪ 必须注意：低压配电系统中的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，使所有接PE线或接PEN线 的设备外壳带电，危及人身安全。
图6-1 熔断器在低压配电系统中的合理配置示例
二、熔断器熔体电流的选择 (一)保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 保护电力线路的熔断器熔体电流，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
解：(1)选择熔断器及熔体的额定电流 IN.FEI3035.5A
又 I N . F E K I p k 0 . 3 3 5 . 5 A 7 7 4 . 5 5 A
因此由附录表15-1，选RT0-100型熔断器，其熔体电流 IN.FE 80A，而熔断器额定电流 IN.FU 100A。
(2)校验熔断器的断流能力
查附录表15-1，得RT0-100型熔断器的 Ioc50kAI"13kA。因此该熔断器的断流能
力是满足要求的。
(3)选择导线截面和钢管直径 按发热条件选择，查附录表23-3得A=10mm2的BLV型导线三根穿钢管（SC）
时， Ial(30C)41AI3035.5A，相应地选穿线钢管为SC20mm。
校验机械强度，查附录表19知，穿管铝芯线的最小截面为2.5mm。现在A=10mm2，故满 足机械强度要求。
Sp
I k .m in I op .1
（6-1）
▪
在GB50062-1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中，对各种继电保
护的灵敏度（灵敏系数）都有规定，这将在后面讲述各种保护时分别介绍。
▪
以上四项基本要求对一个具体的保护装置来说，不一定都是同等重要的，而往往
有所侧重。例如对电力变压器，由于它是供电系统中最关键的设备，因此对它的保护
间过负荷的动力线路以及在可燃建筑物构架上明敷的有延燃性外层的绝缘导线线路等，则
应取KOL =1；当A时，则应取KOL=0.85 。对有爆炸性气体和粉尘的区域内的线路，应取
KOL=0.8 ， IN.FE 25。
如果按式（6-2）和式（6-3）两个条件选择的熔体电流不满足式（6-4）的配合要求，
则应改选熔断器的型号规格，或适当加大导线或电缆的芯线截面。
(三)保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择 由于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护电压互感器的RN2型等高压熔断器的 熔体额定电流一般为0.5A。
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：
Sp
Ik.min I N.FE
1995《低压配电设计规范》规定，如表6-2所示。
表6-2 检验熔断器保护灵敏度的最小比值（据GB50054-1995）
熔体额定电流/A
4～10
16～32
40～63
80～200
5
4.5
5
5
6
熔断时间
/s
0.4
8
9
10
11
250～500 7 —
注：表中K 值适用于符合IEC标准的一些新型熔断器如RT12、RT14、RT15、NT 等型熔断器。对于老型号熔断器，可取K=4～7，即近似地按表中熔断时间为5s的熔断器取值。
K
（6-6）
式中 I k . m in 为熔断器保护线路末端在电力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，I N .F E 为低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧
之值；I N . F E 为熔断器熔体的额定电流；K 为检验熔断器保护灵敏度的最小比值，按GB50054-
(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 线和电缆过热起燃而熔体不熔断的事故，因此熔断器熔体电流还应满足以下条件
IN.FE KOLIal
（6-4）
式中 I a l 为绝缘导线和电缆的允许载流量；KOL 为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷倍数。
如果熔断器只作短路保护时，对明敷绝缘导线，取KOL=2.5 。如果熔断器不只作短路保护， 还要求作过负荷保护时，例如住宅建筑、重要仓库和公共建筑中的照明线路，有可能长时
例6-1 有一台Y型电动机，其额定电压为380V，额定容量为18.5kW，额定电流为35.5A，
启动电流倍数为7。现拟采用BLV型导线穿焊接钢管敷设。该电动机采用RT0型熔断器作短路
保护，短路电流
I
( k
3
)
最大可达13kA。试选择熔断器及其熔体的额定电流，并选择导线截面和钢
管直径。已知当地环境温度为30℃。
二、对保护装置的基本要求 供电系统对保护装置有下列基本要求： (1) 选择性 当供电系统发生故障时，要求最靠近故障点的保护装置动作，切除故障，而 供电系统的其他部分仍能正常运行。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，而离故障点远的前一级保护装置动作，这 就叫做“失去选择性”。 (2) 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，要求保护装置尽快动作，切除故障。 (3)可靠性 保护装置在应该动作时，就应该动作，而不应拒动作；而在不应该动作时， 就不应误动作。保护装置的可靠程度，与保护装置的元器件质量、接线方案以及安装、整定 和运行维护等多种因素有关。
供配电系统自动化第6章工厂 供电系统的过电流保护【杨】
第一节 过电流保护的任务和要求 一、过电流保护的类型和任务 二、对保护装置的基本要求
第二节 熔断器保护 一、熔断器在供电系统中的配置 二、熔断器熔体电流的选择 三、熔断器保护灵敏度的检验 四、熔断器的选择与校验 五、前后熔断器之间的选择性配合
第三节 低压断路器保护 一、低压断路器在低压配电系统中的配置 二、低压断路器脱扣器的选择和整定 三、低压断路器过电流保护灵敏度的检验 四、低压断路器的选择与校验 五、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
表6-1 6～10kV部分配电变压器配用的高压熔断器规格（单位：A）
变压器容量/kVA
I 1 N .T /A
6kV 10kV
RN1型 熔断器
6kV 10kV
RW4型 熔断器
6kV 10kV
250
315
400
500
24
30.2
38.4
48
14.4
18.2
23
29
75/40
75/50
75/75
50/30
50/40
50/50
50/40
50/50
100/75
50/30
50/40
50/50
630
800
1000
60.5
76.8
96
36.5
46.2
58
100/100
200/150
100/75
100/100
100/100
200/150
100/75
100/100
注：表中熔断器规格“□/□”表示 IN.FU / IN.FE ，单位均为A 。
装置的灵敏度要求就比较高，而对一般电力线路的保护装置，灵敏度要求就可低一些，
而对其选择性要求就较高。又如，在无法兼顾选择性和速动性的情况下，为了快速切
除故障以保护某些关键设备，或者为了尽快恢复系统对某些重要负荷的供电，有时甚
至牺牲选择性来保证速动性。
第二节 熔断器保护 一、 熔断器在供电系统中的配置 熔断器在供电系统中的配置，应符合选择性保护的要求，即熔断器要配置得使故障范围 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又要尽量少。 图6-1是低压放射式配电系统中熔断器配置的一种合理方案示例，既可满足保护选择性的 要求，配置的熔断器数量又较少。图中FU5用来保护电动机及其支线。当k-5处短路时，FU5 熔断。其他FU4～FU1均各有其主要保护对象。当k-4～k-1中任一处短路时，对应的熔断器熔 断，切除故障。
Ioc I "(3)
（6-7）
式中I o c 为熔断器的最大分断电流；I " ( 3 ) 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，I"(3) I (3) Ik(3) 。
(2)对非限流式熔断器，如RM10、RW4等，由于它们不能在短路电流达到冲击值 之前切除短路，因此必须满足条件
IN.FE I30
（6-2）
(2) 熔体额定电流还应躲过线路的尖峰电流 ，即在线路出现正常尖峰电流（如电动机 的启动电流）时熔体不致熔断，满足的条件是
IN.FE KIpk
（6-3）
式中 K为小于1的系数。对供电给一台电动机的线路熔断器来说，K应根据熔断器的特性和 电动机的启动情况决定：启动时间在3s以下（轻载启动），宜取K=0.25～0.35； 启动时间在3～8s(重载启动)，宜取K=0.35～0.5；启动时间超过8s或频繁启动、反接制动， 宜取K=0.5～0.6。
(4) 灵敏度 它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。灵敏度用保护装置在保护区内电力系统最小运行方式时【1】的最小短 路电流 与保护装置一次动作电流Iop.1的比值来表示，这一比值就称为保护装置的灵敏 系数或灵敏度即
四、熔断器的选择与校验 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保护线路的额定电压。对于其额定电压是以最高工作电压 来标注的高压熔断器，则其额定电压应不低于保护线路的最高电压。 (2) 熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体额定电流。 (3) 熔断器的类型应符合安装场所（户内或户外）及被保护设备对保护的技术要求。 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，由于它们能在短路电流达到冲击值之前完全熄灭电 弧，切除短路故障，因此在需满足条件
式中
I
(3 sh
)
为熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效值。
I oc
I (3) sh
（6-8）
(3)对具有断流能力上下限的熔断器，如RW4型等跌开式熔断器，其断流能力的上限应满足
以上式（6-8）的条件；而其断流能力的下限应满足以下条件：
（6-9）
Ioc.min
I(熔断器的最小分断电流；I k( 2 ) 为熔断器保护线路末端的两相短路电流。
(4) 校验导线与熔断器保护的配合 假设该电动机安装在一般车间内，熔断器只作短路保护用，因此由式（6-4）知，
导线与熔断器保护的配合要求是
IN.FE 2.5Ial 现在 IN.FE 80 A，而 2 .5 Ia l 2 .5 4 1 A 1 0 2 .5 A ，因此满足配合要求。
(二)保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择
保护电力变压器的熔断器熔体额定电流 I N . F E ，根据经验，应满足下式要求：
IN .F E(1.5~2)I1N .T
（6-5）
式中I
1
N
为变压器的一次绕组额定电流。
.T
上式考虑了下列几个因素： (1)熔断器熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流。前面讲过，油浸式变压器的正常 过负荷可达20%～30%，，而在事故情况下变压器（含油浸式和干式）允许短时过负荷更多， 但此时熔断器仍不应该熔断。 (2)熔断器熔体电流要躲过来自变压器低压侧的电动机自启动引起的尖峰电流。 (3)熔断器熔体电流还要躲过变压器本身的励磁涌流。变压器的励磁涌流，又称空载合闸电 流，是变压器在空载投入时或在外部故障被切除后突然恢复电压时所产生的类似涌浪的一次 侧电流，其最大值可达变压器额定一次电流的8～10倍。此电流有点象三相电路突然短路时所 产生的短路全电流（参看图3-3），也要衰减，但衰减速度比短路全电流稍慢一些。显然，保 护变压器的熔断器在变压器空载投入时或电压突然恢复时不能熔断，即其熔体电流必须躲过 变压器的励磁涌流，否则将破坏供电系统的正常运行。
对供电给多台电动机的线路熔断器来说，此系数应视线路上容量最大的一台电动机的启动 情况、线路尖峰电流与计算电流的比值及熔断器的特性而定，取为K=0.5～1；
如果线路尖峰电流与计算电流的比值接近于1，则可取K=1。但必须说明，由于熔断器类型 繁多，特性各异，因此上述有关计算系数K的统一取值方法不一定很恰当，故GB500551993《通用用电设备配电设计规范》规定：保护交流电动机的熔断器熔体额定电流“应大 于电动机的额定电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机启动电流和启动时间的 交点。当电动机频繁启动和制动时，熔体的额定电流应再加大1～2级。”