低压断路器及其在低压线路上的保护选择问题研究

邓小南

广东顺德电力设计院有限公司 广东 佛山 528300

引言

随着现有城市规模的不断扩大，低压线路要合理的配置低压断路器，来确保低压线路的可靠性。低压断路器是隔离低压线路故障的常用线路保护元件，因此在设计和检修低压线路时，必须结合实际电路场景正确设置低压断路器整定值，保障线路故障时能够按照设计要求动作。由于现阶段配供电系统早已遍布社会生产和公众生活各个方面，体量庞大的电气设备受到了广泛的应用和关注。在实际线路管理与监督中，要严格排查现有低压配电器配置的保护选择问题，确保线路出现故障时线路备用安全系统能及时发挥作用，尽可能降低电路线路故障带来的安全隐患。

1 低压线路保护的一般要求

1.1 接地保护要求

在低压线路设计过程中，要防止线路接地保护出现问题。当带电导体和线路内部电压出现问题，断路器能够及时地切断人体接触后会造成人体损伤的接触电压。漏电防护设备要能及时地对各个接触体之间的电压进行监督和报警。断路器在检测到内部可导电体与外部设备产生电压后，要立刻切断可导电体内部的故障回路。因此在实际配电接触防护中，要确保断路器分断故障电路后剩余电流能合理保护过电负载设备。若外露导电体共同接地，由过电保护设备按照小于标称相对地电压值来切断故障回路；若外露导电体组地接地，按照小于50V的要求进行切断。低压配电器在实际线路的配置过程中，要合理计算接地短电流和线路中电荷流中的热效应值。当线路结点热效应超出现有线路的机械承受范围时，作为低压线路保护中最重要的设备，低压断路器要及时按照线路电器布局合理的切断短路电流，并确保分段电流大于等于线路预期故障短路电流。低压配电人员在实际电路配置保护过程中，要合理判断线路中是否已存在具备分段能力的断路器，如果线路上级电源中已经适配了断路器，就要确保本侧线路断路器与上级线路断路器的统一配合，以满足实际线路电荷热稳定标准[1]。

1.2 电流热效应要求

在低压线路设计过程中，要合理计算接地短电流和线路中电荷流中的热效应值。当线路结点热效应超出现有线路的机械承受范围时，作为低压线路保护中最重要的设备，低压断路器要及时按照线路电器布局合理的切断短路电流，并确保分段电流大于等于线路预期故障短路电流。在设计低压线路时，要合理判断线路中是否已存在具备分段能力的断路器，如果线路上级电源中已经适配了断路器，就要确保本侧线路断路器与上级线路断路器的统一配合，以满足实际线路电荷热稳定标准。

1.3 断路器上下级保护选择性要求

在低压线路设计过程中，断路器能在电线导体受到线路短路产生的高温熔化之前及时分断线路。各基层线路断路器要符合上下级保护选择性，即最先受到线路故障影响的线路先分段电流并切断故障电路，在不影响核心报警电路的情况下最小化故障范围。对于其他非重要电荷设备，在允许无差别切断的同时，对其末端线路的负荷性质进行差异性化对待，确保不会因为设备断路产生其他线路单流电流超标问题。

2 低压断路器选择保护问题

断路器的作用是依据配电系统中出现的故障问题进行合理的处理，及时切除电器线路中受到故障影响的线路，尽可能降低实际线路配置漏洞造成的恶劣影响。低压断路器的选择保护是基于多个断路电器对线路电流进行的配合断路。按照国家对相关断路器的标准规定。实际低压线路检修中，可以将断路器保护分为全选择性保护和局部选择性保护。全选择性保护是指在分段电流保护设备串联的情况下，使用电器周围的断路器在工作时，不会引起其他过电流保护设备的选择性保护。而局部选择性保护是指使用电器一侧的保护设备在给定范围电流范围内工作，同时也必须满足不同过电流保护设备实时保护措施的互不干扰[2]。

3 断路器的分类

市面上普遍存在的着不同类型的低压断路器。按照低压断路器保护装置类别，可以分为热式、电磁式、电子式、智能式和可通信智能式断路器。按照断路器结构可以分为ACB式（万能式）和MCCB式（塑料外壳式）。而按照线路短路情况下负载另一侧保护性装置的选择性保护类别，分为A类断路器和B类断路器。A类断路器在低压线路负载出现故障时，会无选择性的保护短路线路故障区域，以最短的时间处理掉线路短路问题。而B类断路器在低压线路中出现短路问题时，负载另一侧线路保护装置会有选项性的处理短路问题，往往表现出人为短延时。A类断路器与B类断路器的根本不同在于，负载另一侧断路器会依照故障产生时间延迟性不同的保护行为。A类断路器在线路发生短路故障时，如果接在使用电器一侧的断路器没有发生相应，A类断路器配置的线路另一侧保护器会立刻执行切断线路的保护措施。B类断路器会依照线路短时电流要求，核实负载两侧是否已具备线路隔离条件，断路保护器会具备一定程度的延迟性。随着现有的配电回路越来越复杂，电气设计人员要及时考虑到断路器在复杂回路中配置使用效率问题，科学合理的舍弃过流脱扣装置[3]。

4 低压断路器选用标准

低压线路设计时要正确选择使用断路器。不同的断路器对电路设计有着不同的要求标准，在现阶段常使用低压线路来进行电网规划。因此选择合适的断路器才能够保障低压线路的安全性和可靠性。具体的选取标准如下：

4.1 额定工作电压和电流

低压断路器在线路出现安全问题时要能正常运作，确保电路出现故障后，断路器两端电压差不大于额度工作电压Ue，断路器内部通过电流大小不大于断路器额度电流Ie。在实际线路检修中，施工作业人员要合理的根据现有线路的负载率等数据，配置正确的断路器进行低压线路通断。

4.2 长延迟整定电流

长延迟脱扣器整定电流不能小于实际负载电路的电流。在选择低压断路器时，可按实际负载电流1.2到1.5倍的区间去选择断路器的长延迟整定工作电流，确保断路器线路内部导体电流小于电路实际电流的0.8倍。

4.3 短延时整定电流

断路器短延时整定电流要大于实际负载电流最大值。在实际选择断路器时，电动机开启后保护负载的动作时间超出0.02S的时间限制时，就必须对断路器内部工作电流大小进行限制，要确保断路器工作电流大于负载电动机启动电流的1.35倍，否则就要确保断路器工作电流数值大于起动电流的 1.7~2倍。

4.4 断路器通断能力和短路承受能力

断路器通断能力和短路承受能力要能承受线路短路的突发状况，确保在故障发生时断路器能正常运行并实施线路切断保护措施。设计人员必须精准地掌握断路器动作时间，并依据断路器动作时间来合理规划线路最大短路电流。具体表现在当断路器动作时间大于0.02S时，短路有效分量作为断路器负载选择标准；而当断路器动作时间小于0.02S时，将短路电流第一个周期电流总和作为断路器负载选择标准。

5 低压线路安全选择性设计

低压断路器的上下级整定值匹配设置是电气设计人员首要考虑的问题。电气设计人员要确保上下级断路器热脱扣动作互不影响，从而使不同级层之间断路器的动作互不干扰。上下级断路器的动作区域互斥能使低压线路具备不同优先等级的调节性。对于短路保护来说，断路器需要考虑选择性联锁保护和脱扣动作延时保护等多种保护技术。

5.1 短路保护总体设计要求如下

当负载线路因为故障出现短路电流时且持续时间在小于5秒时，断路器必须使用式（1）来确保断路器内部保护设备的热稳定性，以保障短路安全设备能及时地切断导体与连接负载之间的短路回路。

其中，S是断路器中导体的圆形横截面积（mm2)；I是断路器正常工作时承受的短路电流（A)；K是系数，t是断路器启动开始后切断线路电流花费的时间。当断路器所在负载线路短路持续时间小于0.1秒时，此时必须要将短路初始非周期量考虑进来，确保满足式子（2）的大小条件，保证断路器自己不会因巨大短路电流热效应而烧坏破损。

5.2 断路器安全选择

低压线路中断路器安全选择需要明确上下级断路器层级结构，电气设计人员要确保断路器瞬时脱扣电流大于短路电流最大值。保证断路器安全启动的电流要小于等于导体允许持续载流量的1.45倍。长延时过电流脱扣器整定电流要大于等于断路器实际通过的电流，小于等于导体持续最大载流量。断路器动作电流要大于整定电流的1.3倍。在断路器选择中，要确保上级断路器短路短延迟动作和瞬时动作互不冲突，即确保短路短延时曲线和瞬时特性两条曲线互不相交。如图2所示：

图2 热脱扣电子曲线

6 结束语

低压断路器是保护低压线路隔离故障的常用线路保护元件。因此在低压线路设计和维护时，必须结合实际电路场景，合理设置低压断路器整定值，确保线路出现故障时，能够按照实际设置防范处理。低压断路器要根据保护要求，正确的选择适合的低压故障保护设备，从而及时切除低压线路中的故障线路，尽可能减小因设备和线路故障引起的停电检修范围，保证上段低压线路的安全，减少经济损失。