配电变压器低压侧断路器脱扣整定方案

王飞飞，张欢兴

（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南 洛阳 471000）

0 引 言

低压断路器具有机构紧凑、体积小、安装方便等特点，同时正确整定低压断路器是提高供电可靠性的重要手段，因此被广泛应用于配电线路及电动机保护领域。

脱扣器是实现低压断路器保护作用的主要单元，通常包括如下3组整定值。

（1）长延时动作电流值（Ir）、长延时动作时间值（tr）；

（2）短延时动作电流值（Isd）、短延时动作时间值（tsd）；

（3）瞬动动作电流值（Ii）。

进线断路器整定值确定原则：

（1）长延时动作电流需要大于线路的最大负荷电流，即计算电流；

（2）长延时过流脱扣器的动作时间应躲过允许短时过负荷的持续时间；

（3）短延时动作电流值应大于线路的尖峰电流；

（4）短延时动作时间应比后一级保护的动作时间长一个时间级差；

（5）瞬时动作电流值躲过尖峰电流，以免引起断路器的误动作。

1 已知条件

某工厂配电室变压器容量为2 000 kVA，其低压侧的额定电流为2 890 A，本例选用施耐德MT40型额定电流为4 000 A（In）的智能型框架式断路器，其脱扣器为四段保护的电子脱扣器，脱扣电流设为3 200 A（Ir）。

已知该变压器低压侧某出线回路1带有2台110 kW的电动机（额定电流为220 A），另有100 A的其他负荷，因此该回路的额定电流为540 A（2×220+100=540），选MT20型额定电流为2 000 A（In）的断路器，脱扣电流设为800 A（Ir）。

已知变压器低压侧母线的三相短路电流为50 000 A。回路1线路末端的三相短路电流为14 000 A。

2 线路1首端断路器的整定

根据《工业与民用配电设计手册》第三版的要求，进线断路器的额定电流要大于线路计算电流，且断路器的短路分断能力要大于线路预期短路电流峰值。线路首端断路器瞬时脱扣电流取16 000 A（大于14 000 A），是In的（16 000/2 000）8倍，其保护范围仅为部分线路，线路末端是保护不到的。断路器提供的可调范围为（2～15）In（也可OFF）。

根据GB 50054—2011《低压配电设计规范》要求，断路器短延时脱扣电流按躲开（即大于）1台电动机起动，而另1台正常运行时的电流选择，即大于1.2（6×220+220+100），取2 000 A，即2 000/800=2.5倍，可调范围为（1.5～10）Ir。短延时动作时间取0.2 s（10倍Ir时的定时限部分，10倍是断路器定制规定的），可调范围为0.1～0.4 s，取I2tOFF。

长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。长延时过流脱扣器主要是用来保护过负荷，因此其动作电流只需要躲过线路的最大负荷电流即可。长延时脱扣电流取Ir为800 A，长延时动作时间取6倍Ir时为2 s的曲线（6倍是断路器定制规定的），查图1曲线，在800 A（1倍）时不动作，在1 200 A（1.5倍）时为32 s（按公式计算62×2=1.52t，t=32 s）。在电动机起动时，线路电流近似为1 600 A（2倍），曲线上查得脱扣时间为18 s（按公式计算62×2=22t，t=18 s），而此时电动机已起动完毕（估计起动时间为10 s）。这样整定断路器不会因起动而误动作。

曲线显示4 800 A（6倍）时为2 s，然而在2 000 A（2.5倍）时，长延时曲线与短延时曲线连上了，线路上如有再大的电流（一定是故障），则由短延时脱扣，即0.2 s脱扣。

3 变压器总出线断路器的整定

用于变压器低压侧的进线断路器，由于高压侧已经有完善的保护，通常只需配置过载保护和短路短延时保护。若采用瞬时过电流脱扣器，会导致与下级断路器的配合，只有电流选择，没有时间选择，因此上下级断路器配合动作的选择性相对较差。为了保证变压器出线断路器与下级出线断路器的选择性配合问题，不能设速断保护，瞬时脱扣整定在0FF[1-2]。

短延时脱扣电流按躲开最大1台电动机的起动电流，再加上这台电动机以外的计算电流之和计算（其他线路没有大于110 kW的电动机），假设后者的电流为变压器额定电流的80%，即0.8×2 890=2 300 A，则短延时脱扣电流为1.2（6×220+2300），取4 500 A，则4 500/3 200=1.4倍，取1.5倍，可调范围同上。动作时间取0.4 s（10倍时），取I2tON，查曲线，在1.5倍时为18 s（按公式计算102×0.4=1.52t，t=18 s）。

长延时脱扣时间如此整定：选6倍2 s的曲线，该曲线显示1.5倍时32 s（按公式计算62×2=1.52t，t=32 s）脱扣。需要注意的是，由于脱扣器电流与变压器额定电流之比为1.1（3 200/2 890），这里的1.5倍，对变压器额定电流说，应是1.65倍（1.1×1.5）。

图1 施耐德断路器脱扣器整定曲线

在所选曲线保护下，在3 200 A时不动作，在3 200 A至4 800 A（1.5倍脱扣电流）的范围内，动作时间从∞向32 s递减，然而在4 800 A时，该曲线即与短延时的保护曲线连接，动作时间是前述的18 s。因此变压器受到很安全的保护。

4 建议在工程设计图纸应该表示的整定数据

以断路器控制单元Micrologic 5.0为例，图纸上应表示下列各项。

（1）脱扣电流（Ir）对断路器额定电流（In）的比值，可选的比值有0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95、0.98、1。

（2）6倍脱扣电流时长延时脱扣动作时间，可供选择的曲线有 0.5 s、1 s、2 s、4 s、8 s、12 s、16 s、20 s、24 s，共9条。这是一组符合I2t等于常数的曲线。

（3）短延时脱扣整定电流对脱扣电流的倍数，可选的倍数有 1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10。

（4）短延时脱扣动作时间选择定时限（I2tOFF）还是反时限（I2tON）。

（5）短延时脱扣动作时间，可选的时间（在10倍整定电流时）有0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s。

（6）瞬时脱扣整定电流对额定电流的倍数，可选的倍数有2、3、4、6、8、10、12、15或OFF。

5 几点说明及结论

（1）从分析可以看出，瞬时脱扣是按保护范围末端的三相短路电流作为整定的基础，短延时脱扣是按正常时的过负荷电流（如电动机起动电流）作为整定的基础，长延时脱扣是按正常时的负荷电流作为整定的基础。

（2）如果在低压出线开关的下方发生三相短路，则短路电流不论对线路断路器还是变压器总出线断路器，都能引起瞬时脱扣，而对总出线断路器而言，是误动作，因此对总出线断路器，其瞬时脱扣整定在OFF。

（3）上下两个断路器的短延时脱扣，由于线路断路器选择了I2tOFF曲线（即定时限），变压器总出线选择了I2tON曲线（即低倍数电流时是反时限特性，高倍数电流大于10倍时是定时限），再加上电流整定值上有很大差距，因此两者很容易获得选择性。

（4）从分析可以得知，整定必需的条件是：负荷的计算电流、正常时的过负荷电流和系统相关各点的三相短路电流[3]。

（5）对6倍长延时脱扣电流时脱扣时间的选择（即选择时间曲线），应对所选曲线检验其动作时间的合理性。

（6）需要注意，选择断路器额定电流还要作分断能力校验，整定脱扣电流还要作灵敏系数校验（这些本文都没有提到）。