低压配电系统保护的选择性和设备选择

低压配电系统保护的选择性和设备选择

摘要：系统保护的选择性是连续供电的重要保证，本文对实现系统保护选择性的条件，确定保护选择性的方式，正确选择断路器和负荷开关等间题进行了探讨。

关键词：“自然的”选择性 , 准延时选择性 , 能量选择性 ,具有隔离开关功能的负荷开关(Switch disconnector)

1 系统保护选择性的现状

保护的选择性是配电系统质量的一个重要标准。现在如果看看工程的设计图纸，不难看到许多配电系统保护的选择性是不合格的。这是有其历史原因的。以前低压配电系统的保护电器以采用熔断器为主的时期，系统保护选择性的设计是比较容易的。核算两级间的熔体额定电流比是否合格就可以了。以后，配电系统的保护电器广泛采用了断路器，由于客观条件的限制，当时我国断路器的制造水平有限，具有选择性的断路器品种很少。要满足保护选择性要求，只有靠有短路短延时保护的断路器。在这种情况下，全系统要实现选择性保护是困难的。因此只好重点保证重要负荷的连续供电，实现部分环节的保护选择性了。从低压配电设计规范及大众广为使用的低压配电各级间应选择性分护选择性就可以了。长期以来，大家习惯了这种模式。对配电系统的保护选择性间题未作深究。也无人要求必须保证系统的选择性。因此表现在配电系统设计图纸上保护选择性不合格就是自然的事了。

现在，由于电器制造技术不断进步，断路器保护选择性技术的提高，各种选择性型技术的推出，使得我们可以重新认识讨论这一间题。目前我们可以说，采用断路器的配电系统实现保护选择性已具备条件了。本文拟就这一间题提出一些建议，以供有关人士研究讨论。

2 现代断路器与各型保护选择性技术

现代电器制造技术的发展，断路器不断更新，保护选择性技术不断改进，推出了各种保护选择性技术。

2.1 准延时选择性(pseudo—time discrimnation，另有译为虚拟时间选择性)

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。它不是人为有意设置的延时时间，这个时间称为准延时(pseudo—time)。

当上、下两级均采用限流型断路器时，由于上级断路器限流对下级断路器限流的增强作用，提高了下级断路器的分断能力。下级断路器的分断电流比其原所规定的分断电流要大。这种做法是符合IEC364—4—434.1条规定的。对于选择性来说，由于级联，提高了选择极限电流值，相应于增大了选择性的准延时，提高了保护选择性。

2 2逻辑选择性(亦称为ZSI区域选择性联锁)

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。这就可保证各级间保护的选择性。

ZSI也可附加于时间选择性系统，用以减少或消除故障的时间，有利于减小故障电流热应力和电动应力造成的损害。

2 3 能量选择性(Ener——based disc discrimination)

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。如果断路器设了能反映短路电流能量(fR尚t)的脱扣器，而且下级断路器的额定电流小于上级断路器，启动下级断路器脱扣器所需的能量也小于上级断路器。凶此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，两断路器的保护得到了配合。

施耐德公司开发的Compact Ns 100～630 A塑壳断路器就实现了这一目标。断路器采用双旋转触头，当短路电流达到某值时，由于磁斥力使触头在外壳内转动，并产生强大电弧能量，使壳内气体膨胀产生很大压力，推动活塞以极快的速度使断路器瞬动脱扣。在触头斥开大约3ms就将断路器分断：这就是能量脱扣。它有很强的限流能力，例如Compac t Ns l00A塑壳断路器的分断能力可达150kA。这种断路器非常有利于保护选择性的配合。

2 4“自然的”选择性

断路器间的保护选择性是比较复杂的。为了使用方便，施耐德公司推出了断路器“自然的”选择性概念，以便用户使用。它是在Compact Ns100～630A塑壳断路器间，将过载、时间及能量等选择性方式，通过试验规定了脱扣器间整定电流的比值。组合构成了断路器的“自然的”选择性。粗略地说，只要上级断路器的额定电流大于下级断路器2.5倍，断路器间就可获得完全选择性。即在下级断路器保护区发生故障短路的电流一直大到下级断路器的极限分断电流值的范围内。断路器都能有选择性的切除故障，这就保证了完全选择性。这好像与在采用熔断器保护的配电系统内，只要上下级熔体电流的比值大于某值，就可获得选择性是相

似的。所以说这是一种简单的“自然的”选择性概念。只要考虑满足电流配合比的要求，而不需再依赖人为故意的在脱扣器上另加延时时间或采取逻辑联锁等其他措施来保证选择性。

但是，在具体设计配电系统时，仍要进行一些核算选择性工作，要根据脱扣器的类型与其所在的位置核算断路器脱扣器的整定电流比。例如上下两级断路器均采用Compact Ns塑壳断路器时，当上级脱扣器为热磁式，对下级为热磁(TM)或电子式(STR)的过载脱扣整定电流I，的比值应≥1.6;而对下级热磁式短路脱扣整定电流Im的比值应≥2，对下级电子式短路脱扣整定电流Im的比值应≥1.5。

当上级脱扣器为电子式(STR)时;对下级为热磁式或电子式的短路脱扣整定电流Im的比值应≥1.5;而对下级热磁式的过载脱扣整定电流Ir的比值应≥2.5，对下级电子式的过载脱扣整定电流Ir的比值应≥1.6。

如果上下级断路器为其他类型的断路器，其相互配合则为其他比值。

从以上叙述，“自然的”选择性是很简便，对配电系统设计配置方案是很有用的。但在具体设计时，核算选择性的工作也是烦琐的。最实用的方法是制造厂按照试验结果，提供断路器保护选择性配合表，设计时按表查用就可以了。例如施耐德公司提供的Compact NS塑壳断路器应用技术资料就是实例。

2.5 选择型断路器(selective type circuit-breaker)性能不断完善

IEC947-2(GB14048.2)中选择断路器的定义是：“在短路情况下，明确用作负载侧另一短路保护电器的选择性保护的断路器，有人为的延时”。它是实现系统选择性保护的主要手段。

随着制造技术的进步，选择型断路器较之老产品已有不少改进，例如，短时耐受电流提高;短路延时保护精度提高;断路器瞬动保护可便利地根据需要投入或解除;超过耐受电流阈值自保护脱扣动作等。这些都是有利于选择保护的完善。

确定选择型断路器上下两级的延时级差是很重要的。它与断路器性能有关，可要求制造厂提供。如果具有产品有关的技术数据，可按下式求得。

式中：

td(两级间时间差)≥tc+tr+2△t;

tc——断路器的分断时间，s;

tr——断路器恢复到静止状态的时间，s;

△ t——定时限的延时容差，s。