二十八、上下级断路器短路保护(瞬动和短延时)的选择性如何保证

上下级断路器短路保护（瞬动和短延时）

的选择性如何保证？

关于断路器制造误差的相关内容规范出处：

GB 50054—2011正文6.2.4条中，当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

GB 50054—2011条文说明，按照现行国家标准《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》（GB/T 14048.2—2008）的规定，断路器的制造误差为±20%，再加上计算误差、电网电压偏差等因素，故规定被保护线路末端的短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

微型断路器只有瞬动和长延时两段保护，没有短延时，所以选择性只能通过瞬动大小来确定（只有电流选择性）。以最为常见的16~63A （施耐德微型断路器最大可以做到125A）微型断路器举例，C型瞬动动作电流值按长延时整定电流的5~10倍考虑（一般A型为2~3倍，B 型为3~5倍，C型为5~10倍，D型为10~20倍），当故障电流在160A 以下时连16A开关（按最不利的10倍考虑）都无法保证瞬动，也就是上下级可能都不瞬动，同样当故障电流大于315A时，连63A开关（按最不利的5倍考虑）都有可能瞬动，因此当故障电流在160A以下或315A以上时选择性无从谈起，仅当故障电流在160A~315A时，才能保证微型断路器有选择性。正是因为让微型断路器有选择性的故障电流范围非常小，所以微型断路器很难有选择性。

实例一：20A和25A微型断路器，瞬动均按10倍考虑，故障电流为多少时有选择性?20×10×1.3A=260A＞25×10A=250A，所以不管故障电流多大，都无法保证选择性。（通俗地讲，瞬动整定1~1.3倍可能但不一定在约定时间内动作，1.3倍及以上肯定能在约定时间内动作，断路器上下级之间一般是1.25倍关系，1.25＜1.3，所以无法保证选择性）

实例二：下级16A微型断路器，上级微型断路器整定电流至少为多少才能保证电流选择性?16A按最不利的10倍，同时考虑1.3倍（可靠系数，可以理解为上下级开关环境不同对瞬动的影响），上级按最不利的5倍考虑，则16×10×1.3/5A=41.6A，需要选择50A微型断路器。16×10×1.3A=208A, 50×5A=250A，所以当故障电流在208~250A时才有选择性。各种短路形式的短路电流在这一极小范围极难实现，所以选择性难实现。

注意短路故障有可能是L-PE、L-L和L-N短路，对于末端线路，当L、N、PE等截面时，L-L与L-PE故障电流大约差倍。既要保证16A 开关所保护线路末端的短路电流大于208A以满足选择性，又要保证16A开关下口两相和三相短路电流不超上级开关瞬动极难，除非上级开关大很多级，而单纯为此大很多级不合理，同时上级的灵敏度难满足，需要大幅增加导线截面。

即便如此，仍然有新的问题，也就是电流选择性的保护死区问题。

如图13所示，电源到末端，共计四级保护，C1、C2、C3和C4。如C1和C2之间的选择性问题，C1下口发生短路，要求C1约定时间

内动作而C2不能动作，根据灵敏度要求，C1上口发生短路，要求C2约定时间内动作。而同类短路如L-PE，C1上下口短路电流几乎相等，C2本身20%的制造误差根本无法识别如此微小的差别。即使有制造精度极高，能识别任何微小差别的保护电器，仍然无法做到全选择性，因为C1下口的L-L两相短路电流（如340A）大约是C2上口L-PE短路电流（如200A）的倍，此情况下，C2精度无论多高，也无法做到较大电流（如340A）不瞬动而较小电流（如200A）瞬动。

即使只考虑短路故障中占比最大的L-PE短路，如必须保证选择性，那么只能C1上口有一段线路发生接地故障时C2不瞬动，或者C1下口发生接地故障时不能保证C2不跳，也就是说选择性和灵敏度不能兼顾，这是电流选择性的弊端。

▲图13 电流选择性的保护死区

那么如何实现可靠的选择性?

一般需要有短延时，也就是三段保护/选择性断路器。

需要通过延时才能做到选择性，常见的选择配合是下级瞬动和上级短延时配合，从时间上做到选择性。例如，下级0.01s内动作，上级0.1~0.2s动作。时间的级差按0.1~0.2s考虑。同时要求上级短延时整定是下级瞬时的1.3倍，以保证选择性的可靠性。如有必要，可以关闭上级的瞬动，这样无论短路电流多大，上级都有固定的人为延时，在这个延时时间内，下级有足够的时间跳闸，因此能保证可靠的选择性。

时间选择性的弊端在于逐级时间增加，对热稳定是个严峻的考验，同时到变压器处延时时间较长，但高压侧往往受制于市政条件，延时时间有限甚至是瞬动。因此，不能随意设置短延时，需要整体综合考虑。那么选择性还有其他方式吗?

答案是有的，即能量选择。能量是一个积累过程，需要较大能量才能分断的开关在同样短路电流下，需要更长的时间，需要较小能量就能分断的开关，需要较少时间就能分断。如某品牌的能量选择性见表35。

▼表35 断路器的能量选择性

▼（续）

解读：根据表格可以明确，哪些开关之间有选择性，哪些开关在约定短路电流以下具有选择性。这是某品牌某型号某条件下的选择性，注意，当条件有变化时，选择性会发生变化。在有电压偏差、上下级冷态和热态差异、环境温度不同时，会存在一定差异。另外设计时不能指定品牌，实际项目如果选用其他品牌，甲方招标时很少还会考虑能量选择性。所以，能量选择性不能照搬照抄，仅从原理和一些实际数据来进行一定定性和定量分析。

以上几种方法，电流选择性、时间选择性和能量选择性都有一定弊端，种种原因之下，都无法保证全选择性。有没有办法保证全选择性?

ZSI即区域选择性连锁可以保证全选择性。因为上下级有逻辑连锁，可以保证全选择性。但造价极高，同时有信号线，很烦琐，所以实际应用极少。

《工业与民用配电设计手册》中关于瞬时脱扣的相关内容如下：

1）瞬时脱扣范围见表36。

▼表36 瞬时脱扣范围

▲①对特定场合，也可使用至50In的值。

2）时间-电流动作特性见表37。▼表37 时间-电流动作特性

▲①“冷态”是指在基准校正温度下，进行试验前不带负荷。

3）多极断路器单极负荷对脱扣特性的影响。当具有多个保护极的断路器从冷态开始，仅在一个保护极上通以下列电流的负荷时；对带两个保护极的二极断路器，为1.1倍约定脱扣电流；对三极和四极断路器，为1.2倍约定脱扣电流。

解读：注意表37数据是在“冷态”条件下的，实际中正常运行时，不一定是冷态，所以有的情况下不能完全按此参数。另外，需要注意多极断路器单极负荷对脱扣特性的影响。