低壓斷路器的選擇性探討

何國標(貴州長征開關制造有限公司, 貴州 遵義 563099)

0 引言

隨著我國電網技術的飛速發展，智能電網的建設和普及提高了對電網安全性和可靠性的要求，為了保證低壓配電系統的可靠性，低壓斷路器的選擇成為終端低壓配電系統設計的一項重要內容。低壓斷路器作為低壓配電系統的主要保護元件，完善低壓斷路器的選擇性很有必要，本文針對各種低壓斷路器之間的選擇性配合進行了分析和探討。

1 標準定義

《低壓配電設計規范》(GB 50054—2011)第6.1.2 條和《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T 16-2008)第7.6.1.2要求：“ 配電線路采用的上下級保護電器，其動作應具有選擇性；各級之間應能協調配合。對于非重要負荷的保護電器，可采用部分(部分)選擇性或無選擇性切斷。”根據該項要求，設計人員在供配電設計時要考慮到保護電器的選擇性。即要求本級保護電器的整定電流及動作時限要相應地小于上一級保護電器(如圖1所示)。

《低壓開關設備和控制設備》(GB 14048.2-2008)第2部分：斷路器標準中2.17.1～2.17.3有定義。

過電流選擇性：兩個串聯的過電流保護電器的一種過電流配合。電源側保護電器(一般是電源側，但并非一定是電源側電器)在有/無另一保護電器的幫助下實現過電流保護，并防止另一個保護電器的過負荷。

圖1 選擇性示意圖

全選擇性：在兩臺過電流保護裝置串聯的情況下，負載側的保護裝置實行保護時不導致另一臺保護裝置過電流選擇性保護動作。

局部選擇性：在兩臺過電流保護裝置串聯的情況下，負載側的保護裝置在一個給定的電流值及以下實行保護時不導致另一臺保護裝置過電流選擇性保護動作。

如圖1所示在D5斷路器的負載側發生短路故障時，當該故障電流I大于D5斷路器的脫扣電流值I5，小于斷路器D1的脫扣電流值I1時，D5斷路器分閘動作，而斷路器D1不分閘動作，保證D2、D3、D4斷路器回路不跳閘，正常供電。這就是選擇性保護原理。

2 不同斷路器的選擇性配合

1)MCB與MCB的配合

MCB一般只存在過載長延時和短路瞬時兩段保護，不存在人為短路短延時功能，所以在MCB與MCB的選擇性配合中只考慮過載和短路瞬時的整定電流配合。只能實現上下級的部分(局部)選擇性。

(1)過載情況

根據GB10963.1-2005的標準MCB的過載約定不脫扣電流Int=1.13Ir，約定脫扣電流It=1.45Ir。所以要實現過載長延時的選擇性配合，上級MCB的約定不脫扣電流Int1要大于下級MCB的約定脫扣電流It2。即：

所以需要過載長延時的選擇性配合，即要求上級MCB的過載整定值大于下級整定值的1.3倍。

(2)短路瞬時情況

短路情況如果沒有人為設定短延時，是比較難實現選擇性的，但是為了防止越級跳閘，一般要求上級瞬時脫扣電流為下級瞬時脫扣電流的1.4倍以上。

另外現國內外一些廠家也在推出一種機械式短延時的選擇性小型斷路器，其原理是依靠雙金屬片獲得短延時作用，增加一個由限流電阻及雙金屬片組成的輔助回路，主要是利用限流回路限制回路的電流大小，使下級斷路器限流分斷，主回路復位保持正常供電，這種選擇型小斷路器在短路故障時只有短路短延時特性，因而相當于把瞬時脫扣器關斷，所以它與后一級小斷路器的配合是全選擇性的。現在國家標準也對這種小型斷路器有了定義SMCB，并制定了標準《家用及類似場所用帶選擇性的過電流保護斷路器》(GB 24350-2009),于2009年9月30日 發 布，2010年8月1日實施。

2)MCB與MCCB的配合

過載情況,根據GB10963.1-2005的標準MCB的過載約定不脫扣電流Int=1.13Ir，約定脫扣電流It=1.45Ir。而 根 據GB14048.2-2008的 標 準MCCB的過載約定不脫扣電流Int=1.05Ir，約定脫扣電流It=1.3Ir所以要實現過載長延時的選擇性配合，上級MCCB的約定不脫扣電流Int1要大于下級MCB的約定脫扣電流It2。即：

所以需要過載長延時的選擇性配合，即要求上級MCCB的過載整定值大于下級MCB的過載整定值的1.4倍。

短路情況，上一級考慮瞬時整定值的負偏差，下一級考慮瞬時整定值的正偏差，上下級兩條特性曲線不重疊也不交叉，且上級的曲線在下級之上，當短路電流比較大時，短路電流會同時啟動上下級的斷路器瞬時脫扣器，這種時候上下級只能獲得部分(局部)選擇性。

3)MCCB與MCCB的配合

過載情況，根據GB14048.2-2008的標準MCCB的過載約定不脫扣電流Int=1.05Ir，約定脫扣電流It=1.3Ir所以要實現過載長延時的選擇性配合，上級MCCB的約定不脫扣電流Int1要大于下級MCB的約定脫扣電流It2。即：

所以需要過載長延時的選擇性配合，即要求上級MCCB的過載整定值大于下級MCCB的過載整定值的1.2倍。

當出現短路情況，有以下幾種方案可以實現選擇性。

(1)如圖2所示上級采用C2非限流型斷路器，下級C1采用限流型斷路器，利用下級斷路器的限流將

圖2 在短路情況下斷路器組合方式1

圖3 在短路情況下斷路器選擇方式2

說明：C1—限流型斷路器(L)(分斷時間特性)，C2—非限流型斷路器(N)(脫扣特性)。短路電流限制在一定值之下，而不至于導致上級C2分斷動作，實現上下級的完全選擇性配合。這種方案只有通過試驗驗證。

(2)如圖3所示上級采用具有故意短延時(STD)的斷路器，即GB14048.2-2008規定的B類產品(選擇性斷路器)，下級采用非限流型斷路器。一般上一級斷路器的短延時過電流脫扣器的整定電流不小于下一級瞬時過電流脫扣器的1.2倍；上一級斷路器的短延時動作時間至少比下一級斷路器的短延時動作時間長0.1s。

另外，由于目前B類產品主要是由電子元器件控制完成，動作反應時間較長，為了保護較大短路電流對線路的危害及影響斷路器的極限短路分斷能力Icu，智能脫扣器都增加了前級快速脫扣器(后備保護脫扣器)，結構為電磁鐵形式，脫扣值一般為15In左右，所以該方案也只能實現15In之內的短路的局部選擇性。并且斷路器還要求能承受一定的短時耐受電流Icw的要求。

圖4 區域選擇性聯鎖原理圖

(3)近年來ZSI(Zone Selective Interlock)區域選擇性聯鎖技術的推廣，給配電系統提供了更好的選擇。目前主要在塑殼斷路器MCCB和框架斷路器ACB中應用。

主要采用智能脫扣器或控制單元，當發生短路故障時，區域選擇性聯鎖控制器使緊靠故障點的斷路器處于瞬時保護狀態，而其他上級處于定時保護狀態，這樣就確保了斷路器的選擇性動作配合，如圖4所示。

3 結束語

從以上的分析可以看出，只有正確理解選擇性保護的原理和不同產品的選擇性配合要求，才能在電氣設計中正確選擇斷路器，保證配電線路供電的安全、可靠。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.低壓配電設計規范(GB 50054-2011)[S].北京：中國計劃出版社,2012.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.民用建筑電氣設計規范(JGJ/T 16-2008)[S].北京：中國建筑工業出版社,2008.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.低壓開關設備和控制設備第2部分：斷路器(GB14048.2-2008)[S].北京：中國標準出版社,2008.

[4]陳德桂.低壓電器智能化與控制電網[J].電氣控制,2010(1)：36-40.