對低壓配電級數和保護級數的理解

龍廣海

[摘要]闡述低壓配電系統中，配電級數和保護級數的概念。在滿足規范要求時，應盡量減少配電級數，對于不同性質的負荷，保護的選擇性也應該有區別，不能盲目無條件地去實現選擇性一增加不必要的投資浪費，更不能在對重要負荷的供電中不考慮選擇性，降低其供電可靠性。

[關鍵詞]配電級數保護級數選擇性

中圖分類號：TM1文獻標識碼：A文章編號：1571-7597(2009)0620017-01

一、引言

相關規范規定，在低壓(交流、工頻1000V以下)配電設計中，從變壓器低壓側至用電設備的配電級數一般不超過三級，對于重要的負荷，上下級保護電器的動作應具有選擇性。在實際工程的設計中，由于對配電級數及保護級數的理解不到位，導致了配電系統技術經濟上不合理的情況時有發生。根據筆者對相關規范的理解和執行情況，對一般低壓配電系統的配電分級及保護分級作簡單論述，并對保護電器選擇性的設置情況作簡單分析。

二、配電級數和保護極數的理解

有觀點認為，設置帶保護功能開關電器的部位既會產生一個配電級，如圖中回路一所示為五個配電級(其認為變壓器低壓側配電柜為一配電級，IOF1是對變壓器的保護，對線路僅為后備保護，1QF1下口的母線短而且是成套安裝，產生故障的幾率很小，不計入配電級數)，若2QFI及30F1采用隔離開關，整個配電系統就是三級配電。持此觀點的設計人，為了使配電級數不大于三級，每一個下級配電箱(2AP，3AP)進線電源處采--用隔離開關，此種做法對于放射式配電沒有問題，但在樹干式配電中(如圖中回路)，若受電箱4AP的進線開關4QFl也采用隔離開關(其根據《低壓配電設計規范》GB50054-95第4.5.2條：保護電器可裝設于與電源的連接線路短于3米的地方)，是一種錯誤的做法：一是因為當配電線路給一、二級負荷供電時，4kl點故障但4QF2拒動而4QFI動作時，與《低壓配電設計規范》第4，2，4條不符：越級切斷電路不致引起故障線路以外的一、二級負荷的供電中斷：二是因為與《民用建筑電氣設計規范》JGJl6—2008}g7，1_4條不符：對于樹干式供電系統的配電回路，各受電端均應裝設帶保護的開關電器。實際上，產生了電能分配才會產生配電級數，在圖中從變壓器低壓側，放射式及樹干式供電均只產生了三次電能分配：第一級為變壓器低壓側lAP箱，第二級為2AP箱，第三級為3AP箱；需要指出的是在樹干式配電中，第二級配電出現在樹干分支處，因此回路一和回路二都為三個配電級數。不管2QFl、3QFl采用斷路器、熔斷器還是隔離開關都不會改變配電級數，只會對線路故障保護的可靠性有影響。

有觀點認為，裝設了帶保護功能開關電器的部位即是一個保護級，一條配電線路串聯多少個保護電器就有多少級保護。圖所示為五個保護級。持此觀點的設計人，當系統給一、二級負荷供電時，為了使每一保護級之間具有選擇性，即30F1與2QF2、2QFl與1QF21之間都設計為具有選擇性，造成配電系統的極大浪費。有設計人為了避免浪費。就把配電箱的進線開關20F1和30F1設置成隔離開關，以減少保護級，從而規避保護級間的選擇性。實際上，這種處理方法存在一種矛盾，既然2QFI和30Ft設置成隔離開關就可以不與10F21和20F2選擇性配合，為什么20F1和30F1設置成帶保護功能的電器時就應該與10F21和2QF2選擇性配合呢?筆者認為，保護級數的確定應該按設置的帶保護的開關電器的保護范圍來確定，若切斷保護電器所造成切斷電源范圍相同，則這些保護電器均可視為一個保護級，如圖lQF2和20F1為一個保護級，其斷開，2AP和3AP均會失電。因此上圖二個回路都有四個保護級數。保護與配電之間是有關聯的，存在電能分配的部位肯定會設置保護，但有保護的部位不一定就會存在電能分配。

三、保護級之間選擇性柏理解

保護的選擇性是指協調具有保護功能的電器，當系統任意點故障后可以被位于緊靠故障點的上一級保護電器消除，而且只能由其單獨來消除，從而保證其它回路的工作連續性。選擇性保護對于所有故障電流(即無論是過負荷、接地故障還是短路等任何一種故障)都能實現選擇性保護時為完全選擇性：當僅在一定故障電流范圍內實現選擇性保護時為部分選擇性。對于重要負荷，其供電線路上、下級保護電器的選擇性，可保證故障時不致越級切斷線路而引起非故障線路的設備中斷供電，這對設備的供電可靠性是很重要的。對保護分級有充分的理解，有助于合理設置上、下級保護電器的選擇性。規范只規定了對于重要負荷需要有選擇性，但對重要負荷沒有說明和列舉，對于是完全選擇還是部分選擇也無具體要求。根據筆者對相關規范的理解，重要負荷為一級負荷、二級負荷及消防負荷；對于一級負荷及消防負荷，須做到完全選擇，對于二級負荷，部分選擇既可。

以上圖回路一為例，系統對一、二級負荷供電。30F1與30F2應具有保護選擇性，即當3kl點故障時，應為30F2動作，而不應越級跳開3QFI；2QFI與20F2應具有保護選擇性，即當3k2點故障時，應為30Ft或2QF2動作，而不應越級跳開20F1。若對保護級數理解不當，會把30F1與20F2視為不同的保護級，也把兩個保護點設計為具有選擇性，這就會造成20F2的開關整定值比30F1大，其出線電纜也會相應增大，導致系統的浪費。若2AP箱與3AP箱相距較遠時，為了管理方便，在條件許可時，可使其具有部分選擇性。

四、保護之間選擇的實現

實現選擇性的方式有兩種：能量(電流)和時間。能量的選擇性使故障線路快速分斷，通過時間選擇性實現上、下級間的完全配合。常用保護電器的級間選擇性配合通常有如下幾種情況：

1上級為熔斷器。當下級也為熔斷器時，上級熔斷體電流大于下級熔體電流的1.6倍。即能實現選擇性。當下級為斷路器時。當斷路器的長延時特性與熔斷器的過電流反時限特性不相交，且熔斷體的額定電流值比斷路器的長延時整定電流值大一級時，即能滿足過負荷時的選擇性；熔斷器在預期短路電流的熔斷時間比斷路器瞬時脫扣器的動作時間大于0.1s以上時，則能滿足短路時的選擇性。

2上級為兩段式保護斷路器(非選擇性斷路器)。當下級為熔斷器時，熔斷器的過電流反時限特性與斷路器的長延時特性不相交，且斷路器的長延時整定電流值比熔斷體的額定電流值大一級時，即能滿足過負荷時的選擇性：故障電流小于斷路器的瞬時脫扣器整定電流時。下級熔斷器會先熔斷，具有部分選擇性，故障電流大于斷路器的瞬時脫扣器整定電流時，會無選擇性地動作。當下級也為兩段式保護斷路器，過負荷選擇性配合比較容易(長延時整定電流值差一級或以上一般都能滿足選擇性要求)，但短路時，僅當故障電流介于上下兩級斷路瞬時脫扣器整定電流之同時，才具有選擇性。

3上級為三段式保護斷路器(選擇性斷路器)。當下級為熔斷器時，當熔斷器的過電流反時限特性與斷路器的長延時特性不相交，且斷路器的長延時整定電流值比熔斷體的額定電流值大一級時，即能滿足過負荷時的選擇性；短路的情況下，合理地設定斷路器的短延時脫扣器整定電流值(在滿足接地靈敏度要求時宜整定大些)和延時動作時間(應整定長一些，0.4～0.8s)，一般能實現選擇性，瞬時脫扣器整定電流在滿足動作靈敏度的前提下盡量大，以免破壞了選擇性。當下級為二段式保護斷路器時，若正確地整定各項參數，這是一種較為理想的選擇性配合；過負荷的選擇性配合比較容易；短路時，上級斷路器的短延時脫扣器整定電流值大于下級斷路器的瞬時脫扣器整定電流值，則具有選擇性，上級斷路器的瞬時脫扣器整定電流值在滿足動作靈敏度的前提下盡量大，以免破壞了選擇性。

設計低壓配電系統時，要準備地計算故障電流，恰當地選擇保護電器，正確整定保護電器的動作電流和動作時間，才能保證有選擇性地切斷故障線路。隨著電子技術運用的深入。配置智能脫扣器的斷路器在建筑工程中逐漸推廣和使用。智能脫扣器在過載長延時、短路短延時、短路瞬時、接地故障的動作電流值和動作時間都在一定范圍內可調，這給上、下級保護的選擇性實現提供了很大的技術便利。建議在選擇配電系統的開關電器時，盡量選擇一個廠家一個系列的產品，在實現選擇性設計時，有更具體的數據可供參考，其保護電器的級間選擇性配合情況，可參照產品的技術參數去實施。

五、結束語

低壓配電線路發生故障時，既要保證可靠地分斷故障線路，又要盡可能地縮小斷電范圍，減少不必要的停電，即要有選擇性地分斷保護電器。正確理解低壓配電的配電級數、保護級數及級間選擇性，對實現簡單、可靠、穩定的低壓配電系統有重要作用。文中觀點難免有疏漏和不當之處，請同行斧正。