低压断路器级间配合分析

配电系统设计的主要任务是使所设计的系统， 尽可能在最短的时间内消除故障，同时维持高度的 供电连续性．应尽可能地限制断电的范围。最佳保 护和最优供电连续性的目标，应由正确选择和调整 保护设备来最大限度地实现。为了正确地选择和调 整保护设备，必须进行保护设备配合的研究。
配电系统上下级保护电器的动作应具有选择 性。以往由于保护电器的性能较差，在低压配电系 统中要作到这一点是有困难的。目前低压电器发展 较快，熔断器、断路器的更新换代产品的性能特性 已有很大的改善。例如，按新标准生产的熔断器 （ＮＴ型等）选择比为１：１．６，具有三段保护的断路 器也能大量生产，配电系统要作到选择性已具有一 定条件。目前低压配电系统中断路器大量使用，而 熔断器尚较少使用，本文只讨论低压断路器之间的 级间配台问题。
建筑电气２加１年第２期
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图２（ａ）热磁脱扣器动作由线 （ｂ）电子脱扣器动作曲线
２完全选择性和部分选择性 设定图ｌ中断路器Ｄ２直接发生短路，Ｄ１为在
Ｄ２上一级的断路器。为使Ｄｌ和Ｄ２之间获得完全 的选择性．必须使Ｄ２的下一级的所有的故障值（从 过来自百度文库到Ｄ２处的最大三相短路电流）发生时Ｄ２断路 器分断，Ｄ１断路器保持闭合。为此，需使Ｄ１的热 过载曲线高于Ｄ２，且同时满足下列两式：
上下级断路器之间的选择性配合（见图１），就 是在线路上发生故障时，靠近故障点的断路器最先 动作，切断故障部分，从而使系统的其它部分迅速 恢复正常运行。
上下级断路器之间的选择性配合，最好是按其 保护特性曲线进行校验。断路器的特性曲线均存在
·４－ （５２）
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ｂ．当连接导体阻抗低，上下级断路器出线端 处的预期短路电流值相差甚小，则只有利用上级断 路器带短延时脱扣器使之延时动作，来满足选择性 要求。
为了减少由于短路造成电动力和热效应的破坏 作用，上级断路器除带短延时脱扣器外，还应在选 配瞬时脱扣器时，瞬时电流整定值可取断路器出口 端短路时，能可靠动作的相应值，此值应尽可能不 妨碍选择性保护要求。
在电网中，从电源到故障点之间流动的工作电 流和故障电流，随着故障点的远离电源而逐渐减 小。两台连续的断路器，上级Ｄ１和下级Ｄ２， ＾。。Ｄ２＜气～ＤＩ，，ｒＤ２＜％ｌ，随着配电的级数下降， 各级断路器的额定电流和短路电流呈分级下降。
电流选择性就是利用了串联断路器的保护特性 低压断蓐嚣衄同配合分析——振雪 邦风雷
进行低压断路器保护配合需要经过多步骤才能 达到实现和完善。进行保护配合的基础是进行短路 电流的计算。断路器保护配合的分析不能单独进 行，因断路器保护配合只是断路器选择时考虑的内 容之一，同时应考虑平时断路器能正常工作，短路 时能可靠切断短路电流和具有一定的动作灵敏性。 保护配合分析的步骤通常如下：
表１西门子小型断路器｛ＭｃＢ】之间的选择性
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一定的偏差范围。断路器的产品样本一般均给出特 性曲线的上限（正偏差）和下限（负偏差）。进行配合 校验时，上一级考虑负偏差，下一级考虑正偏差。 上下级两条特性曲线不重叠也不交叉，且上级的曲 线在下级之上，反时限曲线之间有明显间隔（短延 时脱扣器动作时间级差不小于ｏ．１—０．２￥）．则上下 级保护可获得完全的选择性配合，时间差越大，动 作的选择性越有保证。当短路电流同时启动上下级 断路器的瞬时脱扣器时，断路器间获得选择性是很 困难的。一般说短路电流很大时，通过瞬时脱扣器 很难保证有选择性，其能获得部分选择性。 ｌ低压断路嚣的时问一电流保护特性曲线
Ｆ粕小型斯踏器（ＭｃＥ）
上组小塑断站嚣（ＭｃＢ）
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ｌｍ ｈ【Ⅲｌｉ·●Ｉ··＿ｌ＿Ｉ＿Ｉ 图５ 电漉选择性
如果下级断路器出口所计算出的短路电流值， 低于生产厂商提供的某种断路器组合方案的选择性 极限电流。则在下级断路器出口出现的各种短路电 流均能保证获得完全选择性。如果下级断路器出口 短路电流大于选择性极限电流，则选择性只是部分 的，设计人员必须进行权衡作出选择，是牺牲选择 性，还是另选择具有更高选择性极限电流的断路器 组合。
１．２‘Ｄ２≤如Ｉ
（１）
Ｊ．１‘删≤‰ＤＩ或Ｊ．１％ｍＤ２≤‰山Ｉ
（２）
满足上述条件，则Ｄｌ和Ｄ２之间可获得完全 选择性。见图３。
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完全选择性
但多数情况下，式（２）较难满足，一般说当短
路电流大．１．１＾一Ｄ２＞＾。‘Ｄｌ时，Ｄ１的瞬时脱扣器 将被启动，通过瞬时脱扣器很难保证有选择性，此 时Ｄｌ和Ｄ２之间只能获得部分选择性。见图４。 ３电流选择性和时闻选择性
大和最小短路电流，而厶一＞，“。。由此可知，断 路器瞬时或短延时脱扣器整定电流不可能同时满足 式（３）和式（４）的条件。
由以上分析可知，非选择型断路器之间完全动 作选择性与其动作灵敏性之间是矛盾的，在满足断 路器动作灵敏性的前提下，非选择型断路器之间不 可能获得完全动作选择性。在工程设计中应统筹考 虑，有时可能需要作出取舍，牺牲某些性能，如上 下级断路器之间只考虑获得部分选择性；或上级断 路器改为选用选择型断路器，通过动作时间差获得 完全动作选择性。 ５选择性配合设计的工程应用
但需注意的是，利用此方法进行断路器配合设 计时，只能在生产厂商给定的条件下进行。
如西门子系列断路器，在发生短路时，断路器 （符合ＤＩＮ ｖＤＥ ０６６０或ＩＥｃ９４７—２标准）之间在达到 规定的选择性极限电流值（ｋＡ）之间，它们相互之 间存在的选择性。详见下表ｌ、２、３。此配合表的 使用条件是：
ａ．在２４０／４１５ｖ系统中，选择性极限电流应按 降低１０％考虑。
ｃ．考虑到上下级断路器之间的配合，长延时 过电流脱扣器的整定值
‘上级≥１．２，ｒ下缓
ｄ．为满足各级间保护选择性要求，选择型断 路器瞬时脱扣器电流整定值，需躲过下级断路器出 口端短路电流。不考虑选择性时，断路器瞬时脱扣 器电流整定值，只要躲过回路的尖峰电流即可，而 且应尽可能整定得小一些。
ｅ．短延时过电流脱扣器的整定电流，应躲过 短时间出现的负荷尖峰电流；其短延时的动作时 间．主要用于保证保护装置动作的选择性，塑壳断
通过上述断路器选择性配合的特性阐述，可得 出如下结论：选择性配合的基础是短路电流的计 算，在此基础上，在工程实践中可采取下列措施进 行低压断路器问的选择性配合的设计。
ａ．当上下级断路器出线端处的预期短路电流 值有较大差别时，上级断路器瞬时或短延时脱扣器 的动作电流整定值，应调整到下级断路器出线端最 大预期短路电流，以获得选择性保护。
断路器按使用类别分Ａ型和Ｂ型，Ａ型为非 选择型断路器，其脱扣器无人为短延时，因而无额 定短时耐受电流要求，通常采用普通热磁脱扣器， 其特性曲线见图２（ａ）。Ｂ型为选择型断路器，其脱 扣器有人为短延时，因而有额定短时耐受电流要 求，通常采用电子脱扣器，其特性曲线见图２（ｂ）。 小型断路器均为Ａ型，塑壳断路器有Ａ型和Ｂ型， 框架断路器通常为Ｂ型。
通常情况下，过载故障通过电流选择性获得选 择性，短路故障通过电流选择性或时间选择性获得 选择性。 ４断路器选择性与断路器保护动作夏敏性问的关 系
断路器保护动作灵敏性定义为，断路器所保护 线路末端最小短路电流与断路器短路保护，或接地 保护用脱扣器整定电流之比，即
足＝＾眦。／＾心或五＝Ｌｉ。／ｋ
（３）
通常要求置≥１．３。为使断路器的动作灵敏性 提高，则断路器瞬时或短延时脱扣器整定电流应尽 量小一些。
同时施耐德ｃｏｍｎ∞ｔ Ｎｓ型断路器，通过应用 特殊的转动分断技术，下级短路电流值一直到断路 器的极限分断能力，当上级断路器与下级断路器的 额定电流之比大于２．５时，上下级断路器具有完全 选择性。如Ｎｓｌ００型和Ｎｓ２５０型断路器之间具有完 全选择性。工程设计中可充分利用厂商提供的这些 资料。 ７低压断路器保护配合分析的步骤
ｂ．上级断路器的选择性数值是对可调节脱扣 器设定值为最大值而言。
又如施耐德系列断路器，在发生短路时，断路 器之间在达到规定的选择性极限电流值（ｋＡ）之间， 它们相互之间存在的选择性。见下表４、５。
表中Ｔ表示具有完全选择性，当选择性是部分 时，表中列出选择性极限电流。选择性表的使用条 件是：上级断路器的热磁脱扣器额定电流和瞬时脱 扣整定电流为最大，或电子脱扣器瞬时脱扣器整定 值≥下级断路器瞬时脱扣整定电流的１．５倍；下级 断路器无要求。
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中国建筑西南设计研究院（６１００８Ｉ）银■ 信产部电子第十一设计研究院（６１００２１）郭风ｔ
摘要阐述在低压配电系统中，为保证上下级低压断路嚣保护动作的选择性应考虑的因素 和实现选择性的方法，井举例加以说明。
关键词 断路嚣 完全选择性部分选择性 电流选择性 时间选择性连择性极限电流
而为了获得上级断路器与下级断路器的完全动 作选择性，在不考虑时间选择性的前提下，瞬时或 短延时脱扣器整定电流应不小于下级断路器出口侧
的最大短路电流，ｈ，即
＾。≥１．１Ｌ。，或，．≥Ｉ．１＾一
（４）
上级断路器所保护线路末端与下级断路器出口
·６· （５４）
侧通常可视为同一点，即＾。。和，。～为同一点的最
ｇ．断路器的特性曲线根据其功能不同，并不 完全相同。如电机保护用反时限曲线与普通配电用 反时限曲线是不同的。断跪器选择时应注意区分。 ６利用厂商提供的断路器选择性配合表格。进行 选择性配合设计
在工程设计实践中，当低压配电系统各级均选 用同一品牌的断路器时，选择性配合的设计可简 化。因知名厂商的断路器产品通常系列化，且能提 供断路器间的选择性配合表格。设计时可充分利用 这些产品资料简化设计。
万方数据
Ｄ１分断的话，则选择性是完全的，也即满足条件 ‘～ｍ≤＾。Ⅲ。鉴于＾～Ｄ：偏离到一较小的值，在 任何情况下，如果限制选择得适当，选择性可能转
变为完全选择性。因‘。：不确定，此时只有制造
厂的实验可以确定选择性水平。 时间选择性是基于沿着电网，给断路器脱扣系
统以不定的定时延时时问，断路器离电源越近，定 时时间越长。此时，在上级设置Ｂ类选择性断路 器，它带延迟器和可以在短时承载大的短路电流。 时间选择性通过在下级断路器的脱扣时问和上级断 路器的不脱扣时间之间设定故意的时间差获得。通 过时间差可获得完全选择性。见图６。
Ｏ４ Ｏ，４
０４ ０．＿
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０，６ Ｏ６
低压断路嚣蛀问配合分析——银雪 部风雷
万方数据
表２西门子塑壳断路嚣ｆＭｃｃＢ）与小型断路嚣（ＭｃＢ）之问的选择性
因而，上下级断路器之间距离越远，其规格相 差越大，出口处短路电流相差也越大．越容易获得 电流选择性。
当下级断路器Ｄ２为限流型时，情况则有所不 同。下级断路器Ｄ２出口短路时，Ｄ２限制短路电
流，流过Ｄ２的短路电流不再是，｜一。：，而是小于 Ｊ‘～ｍ的Ｊ０Ⅻ２。如果此电流不会引起上级断路器
（５３） ·５·
建筑电气２００１年第２期
万方数据
路器一般为Ｏ．１ｓ、Ｏ，２ｓ、０．３ｓ（或Ｏ．４ｓ），框架断路 器一般为Ｏ．１ｓ、Ｏ．２ｓ、０．４ｓ、Ｏ．６ｓ、０．８ｓ、１．Ｏｓ，根 据需要确定动作时间。上下级时间级差取ｏ．１一
Ｏ．２ｓ。
ｆ．选择的断路器应符合《低压开关设备和控制 设备：低压断路器》（ＧＢｌ４０４８．２—９４）（等效采用 皿ｃ９４７—２）的产品标准。
《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４—９５）第４．１．２条 规定：“配电线路采用的上下级保护电器，其动作 应具有选择性；各级之间应能协调配合。但对于非 重要负荷的保护电器，可采用无选择性切断的。”。
＜民用建筑电气设计规范》（ＪＧＪ／Ｔ１６—９２）第 ８．６．１．２条规定：“配电线路上下级保护电器的动作 应具有选择性，各级间应能协调配合。当有困难 时，对于非重要负荷除第一、二级之间应具有选择 性动作外，其它可无选择性动作。”。