低压配电保护的选择性探讨

低压配电保护的选择性探讨

摘要：通过工程设计实例，阐述了低压配电保护采用选择性配合的必要性，介绍了低压配电保护选择性的定义、原理和方法，提出了

满足保护选择性的条件，论述了自然的选择性的概念及要求，并对低压各级配电的保护选择性配合及断路器选型进行了充分的探讨。

关键词：完全选择性部分选择性自然的选择性延时的选择性能量选择性逻辑选择性选择性极限电流值区域选择性联锁

1 低压配电保护选择性配合的必要性

低压配电保护采用选择性配合是为了满足可靠性的要求，是有必要的，在某些情况下则是必须的。《低压配电设计规范》GB 50054-95第4.1.2条：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。此条文明确了保护选择的重要性和采用原则，配电系统上下级保护电器的动作应具有选择性。以往由于我国保护电器的性能较

差，在低压配电系统中要做到是有困难的。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，具有三段保护的可调节电子脱扣器的断路器也能大量生产，具有ZSI（区域选择性联锁）功能的智能型断路器也出现了，目前配电系统要做到选择性已具备条件。

但在工程设计中，保护选择性往往被忽视，例如某工程设计的消火栓泵配电箱系统图如下：

此工程已知条件：变压器容量为1600kVA，供电距离为50m，进线电缆截面为70mm2，配电箱主开关为NSX-160F，125A/4，电磁脱扣；分开关为NSX-100F，100A/3，电磁脱扣。经计算，配电箱分开关出线下端短路电流Id=14kA，查询NSX开关的保护选择性配合表如下表：

通过上表得知，主开关NSX-160F，125A/4，与分开关为NSX-100F，100A/3没有选择性，当

一路分开关由于短路故障跳闸时，主开关与分开关会一起跳闸，二台水泵将全部失电，两台水泵的一用一备形同虚设，火灾时消火栓泵失去灭火作用，造成严重的后果。由此可知低压配电保护的选择性是非常重要的，特别是对于一级负荷而言。如果停电会造成火灾、爆炸或人身伤亡危险的场所，停电会使生产连续性中断而造成设备或产品大量损坏的场所，停电会造成重大政治影响或公共秩序混乱的场所，停电会造成通讯中断或数据丢失的场所的主、分开关以及变电所总开关与分开关，配电保护必须具有选择性。

2 低压配电保护选择性的原理

2.1 保护选择性的定义

保护选择性是指自动保护装置之间的协调配合，使电网任意点的故障可以并仅由故障点的保护设备动作而上一级保护设备不动作。保护

选择性包括完全选择性和部分选择性。

完全选择性：故障点的所有故障电流值，从过载到短路电流，无论故障电流值有多大，均由负载侧的断路器D2动作分断，而电源侧的D1

保持闭合。

部分选择性：如果在较大短路故障电流情况下，不能满足完全选择性，但是可能在某一较低短路故障电流值（选择性极限电流值）时，

上、下级断路器具有选择性，则称为部分选择性。

选择性极限电流值为负载侧保护器与电源侧保护的时间-电流特性的相交点，当大于此值时，在负载侧保护器动作完成前，电源侧保护器

动作，因而不能保证选择性。

如果当过载或短路故障发生时，D1和D2断路器均跳闸，那么此保护就无选择性。

2.2 保护选择性的原理

目前施耐德、ABB等很多品牌的断路器均实现了从框架断路器、塑壳断路器到微型断路器的全系列的完全选择性，并提供了保护选择性的

断路器配合表以及短路电流的选择性极限值，可以方便地验证设计的配电线路保护是否具有选择性并可据此选出满足选择性的断路器上下级配合方案。下面以施耐德的NSX系列开关为例介绍保护选择性的原理。

断路器采用快速旋转分断技术，当短路电流达到某值时，由于磁斥力使触头旋转，产生强大电弧能量并使壳内气体压力大增，推动活塞使断路器瞬间脱扣，具有很强的限流能力。

断路器保护的选择性基于以下原理：

电流选择性—用于过载长延时保护，如果配电断路器脱扣器长延时整定电流之比大于

1.6，保护满足选择性。时间选择性—用于低短路电流保护，在此情况下，上级断路器的脱扣应稍微延时，以使下级断路器先脱扣。如果短路保护电流整定值之比大

于1.5的话，能保证保护的选择性。

能量选择性—用于大短路电流保护，此原理结合断路器的限流能力和能量脱扣技术，当两个断路器检测到大短路电流时，下级断路器快速限流，上级断路器产生的能量不足以引起能量脱扣，这就保证了完全的选择性，当断路器的壳架额定电流比值大于2.5时，能确保能量选择性。

逻辑选择性—用于具有ZSI（区域选择性联锁）功能的智能型断路器，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，使上级脱扣器延时动作，依次类推，以保证各级按顺序延时动作。由发生故障处的断路器切除故障。这样可保证完全的选择性。上下各级断路器通过信号线连接以传递动作逻辑指令。例如有四级断路器串联，从上到下分别为D1、D2、D3、D4。假设短路发生在D4和D3之间，D3检测到短路电流向D2发出闭锁命令，关闭D2所有的保护功能0.1秒（将D2锁定），0.1秒以后D2原设置的各种保护功能自动恢复，同理D2收到D3的信息后，发指令使D1延时0.2秒，同时由于D3未收到D4发出的闭锁命令，D3将瞬动切除故障。各级之间依次类推。目前一些公司的框架及塑壳断路器均可提供ZSI功能，但造价相对较高，适用于对选择性有要求的特别重要场所。

2.3 保护选择性的条件

保护选择性包括自然的选择性及延时的选择性。

自然的选择性是指仅通过断路器的壳架电流及整定电流的级差来实现的选择性。这可以通过断路器的配合实验来获取选择性配置，可查阅厂方提供的选择性配合表。

延时的选择性是指采用短路短延时的方式或者区域选择性联锁的方式来实现的选择性。延时选择性的保证条件是上级断路器的启动时间大于下级断路器的全分闸时间。

满足配电保护选择性配合的条件为以下之一：

1．上下级断路器之间具有自然的完全选择性。

2．上下级断路器之间具有自然的部分选择性，且下级三相全短路故障电流值低于选择性极限电流值。

3．上级断路器增加保护延时直至下级断路器全分闸。

3 低压配电保护的选择性配合

3.1 上下级断路器采用自然的完全选择性

按照生产商提供的断路器选择性配合表，选择具有完全选择性的上下级断路器。自然的