低压配电线路设计中断路器的选择方法

朱威

（湖北宏源电力设计咨询有限公司 湖北 武汉 430000）

摘 要：低压断路器的配置要根据不同场所的负载、配电线路进行选择，从而科学匹配出各配电线路的多段保护功能的断路器，保护好线路负载。本文就低压配电线路的断路器选择方法进行了探讨，根据2011版的《低压配电设计规范》（ GB50054 -2011）来设计和选择断路器的配置。

关键词：《低压配电设计规范》；断路器；过负荷；选择方法

引言

人类自从发明了发电机以后，各种电气设备就已经离不开电。在众多家电和电气设备的适应下，使得供配电系统中的低压配电线路成为一个专业问题。目前在供配电系统中经常会出现配电线路事故问题，其概率超过输电线路事故概率很高。所以，在供配电系统的设计安装时，就需要注重线路保护器件的选择，通过配电线路的良好设计来保护好电器，减少配电线路事故不发生，保护好线路，避免电气火灾引发的伤亡事故。当前的《低压配电设计规范》（ GB50054 - 2011） 中已经对电气行业的低压配电设计做出了新的规定和要求，包括了线路绝缘等级、等电位联结、线路导体截面面积等。本文认为进行低压配电设计，必须要做好配电线路保护装置的设计，对电器的整定值进行严格的审查，这样才能确保配电线路事故中的地源切断及时正确，避免配电线路事故的发展。

1.配电线路保护规定

新版《低压配电设计规范》（后文简称《规范》）和旧版的设计规范中的接地故障保护的防间接接触内容相同，只是在新版的《规范》中独立设置了电气装置电击防护的章节。对配电线路对电器动作的选择保护上也有强调，即对上级和下级的协调配合要准确。当发生配电线路故障时，保护电器须要在规定时间内及时准确完成相应动作，并在正常状态下确保不应动作。此外，保护电器还需要能够有判断能力，及时判别出短路电流故障。

2.低压线路中断路器的选择

2.1根据配电线路选择断路器

在配电断路器中，最广泛的负载是配电线路，共有两种，A类与B类。前者是非选择型，后者是选择型。对于A类断路器，其特性是过载长延时、短路瞬时两段保护；B类断路器的特性是过载长延时、短路短延时、短路瞬时三段保护。低压配电线路的配电线路系统有4种配电方式，分别是：放射式、树干式、混合式（放射与树干结合）、链式。对于系统干线长的树干式或混合式配电，一般要选用B類断路器。因为在系统末端线路上会直接连接用电器，此时一旦用电器突然发生短路或接地故障，就要采取最快的切断电路措施，此时需要选择A类断路器，在必要情况，也可以选用熔断器。低压配电线路选择断路器方案较为合理的是在首端采用B类断路器，中间是熔断器，末端选用A类断路器。

在放射式配电线路中，母干线容量超过300A，此时需要选用B类断路器安装在低压侧总开关、主干线开关处；当母干线供电负载电流在300A内，就选用熔断器；而对于直接为单台用电设备配电的变电所低压配电盘，则选用A类断路器，这样就能可靠地切断干线首端故障。干线二级保护器一般会采取的保护设置是熔断器。当干线负载超过400A，此时的保护就需要由B类断路器来承担。对于线路末端上一级则采用熔断器进行保护。当用电设备不多时，突然的断电不会带来太大的影响，此时就可以选用A类断路器。在多级配电线路的中间级，要选择熔断器，这是因为熔断器具备良好的可选择性、较强的限流特性、较高的分断能力、微秒级的分断时间等特点，并且价格低，物体体积小，更适合多级配电线路的保护。

（1）短路保护设置

在低压配电系统中，如何校验导体的热稳定性要根据计算公式①来选择相应的短路保护装置，从而确保短路电流的热效应烧损导体和连接件前能够切断回路。

公式①：

导体线芯截面—S（mm2）；通过保护电器的短路电流—Ⅰ（A）；自动切断电流时间——t（s）；常数——k，其取值可以在《规范》中的表A0.2——0.6中选择。

在短路时间在5s内，适用公式①，然而短路时间在0.1s类，就须要计入短路电流初始非周期分量，需要通过K2S2>I2t公式计入，这是因为短路初期非周期分量会带来短路电流热效应，为了保证绝缘导体在切断电流前能承担这个热效应。其中的I2t是制造商允许通过能力值。

（2）过负荷保护设置

过负荷电流会使得导体升温，从而损伤导体绝缘层、接头以及端子等，所以，继电保护装置必须要在损伤这些设备前能将电源切断；此外，过负荷保护还能当作信号，在过负荷断电带来严重后果时不能切断电路。在新《规范》中，对于计算过负荷保护的断路器整定电流和动作特性的式子为：

公式②：IB≤Iset1≤IZ（配电线路计算电流——IB，A；长延时脱扣器的整定电流——Iset1，A；允许持续载流量——IZ，A）

公式③：I2≤1.45IZ（约定动作电流——I2，A；允许持续载流量——IZ，A）

这两个电流限定可以保障断路器的可靠操作，是以标准GB14048. 2 - 2008为依据，当约定时间结束时，需要升到整定电流值的1. 3 倍，从而成为约定脱扣电流。再将公式③转化得到：1.3Iset1≤1.45IZ和Iset1≤1.11IZ。通过计算可以得到低压断路器的过负荷保护需要满足公式②。

（3）间接接触保护设置

对于预期接触电压限值50V的地方，会用到I 类设备，一旦有弱电导体和外露导电部分的故障时，此时的预期接触电压会超50V，就需要一个能超过50V的间接防护电器，并及时切断回路电源，避免故障损害人的身体。而间接接触防护电器的使用需要和室内的各导电体进行电位联结，并有整定电流和动作特性方面的设置要求，具体的要求和规定如下：

TN系统的间接接触防护电器设置。根据公式④：ZSIA≤UO可以得到间接接触保护断路器的动作特性。故障回路总阻抗——ZS（Ω） ；规定时间内保护断路器切断故障回路电流——Ia（A）；标称相对地电压——UO（V）。公式④里面难以直接确定的规定时间内切断故障回路电流值（Ia），可以将该公式经过转换从而得到 ，即Ia≤Id。其中的Id是接地短路电流。保护电器有长延时和瞬时脱扣器设置的，此时的接地保护需要用到瞬时过电流脱扣器，而接地短路电流不低于断路器的瞬时脱扣电流的1.3倍，即Id≥1.3Iset3，否则不能满足公式④的条件。

TN 系统间接接触保护断路器切断故障回路时间规定：供给固定式设备末端回路和普通配电线路在5s内，而手持式或移动式的切断时间要根据标称电压值进行规定，具体如表A。

TT系统间接接触保护断路器设置。首先，根据公式⑤：RAIa≤50V，得出TT系统的间接接触保护断路器的动作特性。公式⑤里面的外露可导电部分接地电阻与PE线电阻和是回路总电阻——RA（Ω），规定时间内切断故障回路的电流——Ia（A）。在设计TT系统的间接接触保护断路器时，会对外露可导电部分的接地电阻进行详细说明，PE线较短，忽略其电阻，从而确定出了规定时间内切断故障回路电流。需要将TT 系统里面的故障回路电流瞬时切断，所以需要设计剩余电流动作，以此保护用电电器。

IT系统的间接接触保护断路器设置。对于IT 系统的第一次接地故障，需要通过公式⑥：RAId≤50V，得知其间接接触保护断路器的动作特性条件，此时的Id是第一次故障接地电流。

3.总结

综述，选择低压配电线路的断路器，必须以新版的《低压配电设计规范》为依据进行设计，选择方法要满足相关要求，根据条件和计算公式得到对应的间接接触保护断路器的动作特性、规定时间内切断故障回路的电流等，匹配出合理的断路器保护性能，从而确保断路器保护设置能够保持最好的状态。

参考文献

[1] 王伟，罗志华，王松.浅析低压配电线路中的保护系统设计与实施的重要性[J]. 企业技术开发. 2013（12）.

[2] 郭正言.中低压配电线路运行维护技术的研究现状分析[J]. 科技展望. 2016（21）.

[3] 李凯曼，李春亮，江子豪，叶齐政.同塔多回线路感应电压和感应电流计算[J]. 自动化应用. 2015（12）.