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雖然人們所研究出的科學(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步，但是對于低壓配電線路來說，若其間一步出現(xiàn)任何的差錯(cuò)，都有可能引發(fā)巨大故障，同時(shí)也會對人身安全構(gòu)成一定的威脅，或者由于線路發(fā)熱而造成損毀電氣設(shè)備甚至引發(fā)火災(zāi)事故，必須對配電線路采取防范手段，以確保安全用電和線路的安全。 
因?yàn)榈蛪号潆娋€路在建筑物及其附近到處都有，非常容易出現(xiàn)故障，并且很多非專業(yè)人員會接觸到，所以這種防范措施就顯得尤為關(guān)鍵。最基本的防范措施便是通過在各級配電線路安裝設(shè)置保護(hù)電器，以確保在電路出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)將故障電路斷開。這種保護(hù)應(yīng)當(dāng)滿足低壓配電設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)范的要求。 低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)包括過電流保護(hù)（短路保護(hù)和過負(fù)載保護(hù)）、斷相保護(hù)、低電壓保護(hù)（欠壓和失壓保護(hù)）、接地故障保護(hù)。在不同的應(yīng)用場合，應(yīng)按規(guī)范要求裝設(shè)不同的保護(hù)，比如，《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50054-95規(guī)定，“配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)、過負(fù)載保護(hù)和接地故障保護(hù)，作用于切斷供電電源或發(fā)出報(bào)警信號”；圖一所示是一個(gè)民用建筑中常用的配電系統(tǒng)實(shí)例。本文將以圖一為例，討論工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中常見的有關(guān)低壓配電系統(tǒng)保護(hù)的若干問題。
短路保護(hù)應(yīng)在短路電流產(chǎn)生的熱作用和機(jī)械作用對被保護(hù)對象造成危害之前切斷短路電流。在民用建筑的低壓配電系統(tǒng)中，大多數(shù)的短路保護(hù)，均可以采用斷路器來實(shí)現(xiàn)。采用斷路器來實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，首先應(yīng)使斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Α菥€路的預(yù)期短路電流。斷路器一般有三個(gè)指標(biāo)來表示其分?jǐn)嗄芰?，即極限短路分?jǐn)嗄芰?、運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰投虝r(shí)耐受電流。
是指在一定的試驗(yàn)參數(shù)(電壓、短路電流、功率因數(shù)) 條件下，經(jīng)一定的試驗(yàn)程序，能夠接通、分?jǐn)嗟亩搪冯娏?，?jīng)此通斷后，不再繼續(xù)承載其額定電流的分?jǐn)嗄芰Α?/span>它的試驗(yàn)程序?yàn)閛—t(線上)—co (“o”為分?jǐn)?，t 為間歇時(shí)間，一般為3min，“co”表示接通后立即分?jǐn)?。試驗(yàn)后要驗(yàn)證脫扣特性和工頻耐壓。是指在一定的試驗(yàn)參數(shù)(電壓、短路電流和功率因數(shù)) 條件下，經(jīng)一定的試驗(yàn)程序，能夠接通、分?jǐn)嗟亩搪冯娏?，?jīng)此通斷后，還要繼續(xù)承載其額定電流的分?jǐn)嗄芰?，它的試?yàn)程序?yàn)閛—t（線上）— co—t (線上)co。是指在一定的電壓、短路電流、功率因數(shù)下，耐受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而斷路器不允許脫扣的能力，icw是在短延時(shí)脫扣時(shí) ，對斷路器的電動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的考核指標(biāo)，它是針對b類斷路器的，通常icw的最小值是：當(dāng)in≤2500a時(shí)，它為12in或5ka，而in＞2500a時(shí)，它為30ka。 在某些場合，希望一臺斷路器在分?jǐn)嗑€路最大的短路電流后不維護(hù)還可以繼續(xù)承載額定電流，那么，我們就應(yīng)該按斷路器的運(yùn)行分?jǐn)嗄芰Γ╥cs）不小于線路的預(yù)期最大短路電流的條件來選擇斷路器。否則，可以按斷路器的極限分?jǐn)嗄芰磉x擇斷路器。目前，市面上有許多ics=icu的斷路器，其適用性更廣，當(dāng)然，其制造成本也更高。
對于安裝于電源側(cè)的斷路器，為實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性，往往采用具有短路短延時(shí)的b類斷路器，這時(shí)，就應(yīng)該考慮斷路器的短時(shí)耐受電流（icw）了。那么，如何確定斷路器的icw指標(biāo)是否滿足使用要求呢？
因?yàn)闀r(shí)間很短，可以將短路過程視為一個(gè)絕熱過程，不考慮斷路器散熱條件的差異，所以可以根據(jù)下式來校驗(yàn)：  ——（1）。式中 icw——短時(shí)耐受能力指定的短路電流值。t ——短時(shí)耐受能力指定的通過短路電流的時(shí)間。id ——實(shí)際發(fā)生的預(yù)期最大短路電流。t1 ——短路電流持續(xù)的時(shí)間，一般取斷路器的短路短延時(shí)時(shí)限。比如，圖一的b點(diǎn)發(fā)生三相短路，假設(shè)，變壓器容量為1000kva，根據(jù)變壓器的容量可以估算出在b點(diǎn)的三相短路電流id=ie/δu%=1.443ka/0.06=24.0ka（假設(shè)變壓器的高壓側(cè)短路容量為無窮大，并忽略qf1及母線的阻抗），qf1選用框架斷路器，短延時(shí)時(shí)限t1=0.4s，icw為0.5s，35ka，根據(jù)式（1）校驗(yàn)，滿足要求。目前，市面上有許多塑殼斷路器的額定電流及極限分?jǐn)嗄芰蜻\(yùn)行分?jǐn)嗄芰_(dá)到框架式斷路器的水平，但當(dāng)在使用其作為電源主開關(guān)時(shí)，還應(yīng)按上式驗(yàn)算其短時(shí)耐受電流的指標(biāo)能否滿足要求，應(yīng)特別注意，大多塑殼斷路器為a類斷路器，沒有短時(shí)耐受電流的要求，即使是b類的塑殼斷路器，其短時(shí)耐受電流一般比框架斷路器小得多，一般小于15ka(1s)，所以，不是每一個(gè)塑殼斷路器都可以滿足要求的。從短路發(fā)生到短路保護(hù)電器動作并分?jǐn)喽搪冯娏餍枰欢ǖ臅r(shí)間，一般要求配電系統(tǒng)在承受這段時(shí)間的短路電流后不會被破壞，這就必須對配電系統(tǒng)中的各種電器、導(dǎo)體及相關(guān)連接件進(jìn)行熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗(yàn)。《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間不大于5s時(shí)，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定應(yīng)按下式進(jìn)行校驗(yàn)：
 （2）式中 s——絕緣導(dǎo)體的線芯截面（mm2）；t ——在已達(dá)到允許最高持續(xù)工作溫度的導(dǎo)體內(nèi)短路電流持續(xù)作用的時(shí)間（s）；如圖一，在d點(diǎn)發(fā)生三相短路，設(shè)高壓側(cè)短路容量為500mva，變壓器容量為1000kva ，d,yn-11接法，δu%=6%，負(fù)載損耗δpk=8.12kw，qf3長延時(shí)整定為50a, l1回路采用vv-5x16，長10m，經(jīng)計(jì)算，短路電流id=7140a，斷路器qf3瞬時(shí)動作。可以認(rèn)為從脫扣器動作到完全分?jǐn)喽搪冯娏鞯臅r(shí)間就是（式2）中的t（s），t的大小和斷路器的性能有關(guān)，表一列出幾種常見情況下的t值。表一：校驗(yàn)熱效應(yīng)的短路電流持續(xù)時(shí)間將相關(guān)量的值代入（式2）中，t取0.1s，k取115，得出導(dǎo)體的截面s應(yīng)不小于19.6mm2，因此，vv-5x16的電纜截面不滿足熱穩(wěn)定要求，應(yīng)放大到 25mm2。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意那些距離供電變壓器較近，計(jì)算負(fù)荷較小的線路，往往按計(jì)算電流選擇的導(dǎo)線截面無法滿足熱穩(wěn)定的要求。在上述的例子中，我們?nèi)∝?fù)荷處（d點(diǎn)）的三相短路電流來校驗(yàn)線路的熱穩(wěn)定，而在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該取線路的哪一點(diǎn)的短路電流來校驗(yàn)熱穩(wěn)定呢？因?yàn)椋娎|線路在中間段發(fā)生三相短路故障一般是由于機(jī)械損傷造成的，而在室內(nèi)，這樣的機(jī)械損傷幾率是較低的，更多的可能是在電纜端接的地方或用電設(shè)備內(nèi)發(fā)生短路故障。因此，對建筑室內(nèi)的放射式供電線路，取線路末端負(fù)荷處的三相短路電流來校驗(yàn)熱穩(wěn)定是合理的。而對于樹干式配電線路，應(yīng)該取線路的第一個(gè)分支點(diǎn)處的短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.1條規(guī)定：配電線路的過負(fù)載保護(hù)，應(yīng)在過負(fù)載電流引起的導(dǎo)體溫升對導(dǎo)體的絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍的物質(zhì)造成損害前切斷負(fù)載電流。
因?yàn)楸槐Ｗo(hù)對象的熱承受能力一般呈反時(shí)限特性，因此，過負(fù)載保護(hù)電器一般要具有反時(shí)限動作特性，并使保護(hù)電器的i-t特性曲線低于被保護(hù)對象的熱承受能力的i-t特性曲線。《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.4條規(guī)定，過負(fù)載保護(hù)電器的動作特性應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：
式中 ib——線路計(jì)算負(fù)載電流（a）；in——熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流(a)；i2——保證保護(hù)電器可靠動作的電流（a）。當(dāng)保護(hù)電器為低壓斷路器是，i2為約定時(shí)間內(nèi)的約定動作電流；當(dāng)為熔斷器時(shí)，i2為約定時(shí)間內(nèi)的約定熔斷電流。
iz——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量一般只要滿足該條規(guī)定，即可認(rèn)為過負(fù)載保護(hù)電器可以很好地起作用。在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的條文說明中，對采用熔斷器作為過負(fù)載保護(hù)電器時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的說明，對目前廣泛采用的斷路器僅簡單地提及：“當(dāng)采用符合《低壓斷路器》（jb1284-85）的低壓斷路器時(shí)，延時(shí)脫扣器整定電流（in）與導(dǎo)體允許持續(xù)載流量（iz）的比值不應(yīng)大于1”，這其實(shí)就是滿足（3）式的要求。那么，是否只要滿足（3）式的斷路器，就滿足（4）式了呢？表二是典型配電型低壓斷路器的反時(shí)限動作特性
表2表明，該斷路器在約定時(shí)間內(nèi)的約定動作電流i2=1.30in,代入（4）式，得in≤1.1iz，所以，可以認(rèn)為，一般情況下，只要滿足（3）式的斷路器，也就是滿足了（4）式。三、過載保護(hù)和短路保護(hù)的區(qū)別所謂過流，即流過電器設(shè)備及線路的電流，不僅超過了其額定電流值，而且還超過了其允許承受的時(shí)間。過流分允許過電流和故障過電流兩種，象鼠籠式電動機(jī)啟動時(shí)，其啟動電流遠(yuǎn)大于額定電流，但沒超過其允許承受的時(shí)間，所以是允許過電流。過負(fù)荷保護(hù)都是對故障過電流而言的。短路也是過負(fù)荷，是一種嚴(yán)重的過負(fù)荷現(xiàn)象。對電器設(shè)備和線路都會造成極大的損害，甚至引發(fā)火災(zāi)等。過負(fù)荷保護(hù)一般用反時(shí)限過流保護(hù)裝置，即流過保護(hù)裝置的電流越大，動作的時(shí)限就越短。保險(xiǎn)絲也具備一定的反時(shí)限特性。另外有雙金屬片式的熱繼電器等。短路保護(hù)一般都采用瞬動。有電磁式，電子式等形式。接地故障保護(hù)的設(shè)置應(yīng)能防止人身間接電擊以及電氣火災(zāi)、線路損害等事故。這要求保護(hù)電器不僅要能切斷接地故障電流，而且應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷?！兜蛪号潆娫O(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.7條對切斷接地故障回路的時(shí)間提出了要求：（1）配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不宜大于5s；（2）供電給手握式電氣設(shè)備和移動式電氣設(shè)備的末端線路或插座回路不應(yīng)大于0.4s。
對于tn配電系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，故障電流比較大，可以啟動過電流保護(hù)裝置的瞬動元件，一般比較容易滿足切斷故障的時(shí)間要求，在這種情況下可以利用過電流保護(hù)裝置兼作接地故障保護(hù)。對于tn配電系統(tǒng)的非金屬性接地故障或tt配電系統(tǒng)及it配電系統(tǒng)的接地故障，由于接地故障電流值一般較小，有時(shí)無法啟動斷路器的瞬動元件，而由反時(shí)限脫扣器來保護(hù)，這是，切斷故障電流的時(shí)間可能較長，無法滿足規(guī)范的要求，這時(shí)，就應(yīng)采用零序保護(hù)或漏電電流動作保護(hù)。在實(shí)際工程中，那些直接從低壓母線配出線路，其保護(hù)電器往往采用不具有漏電保護(hù)的塑殼斷路器，這時(shí)，斷路器的過流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)。這種情況下，就應(yīng)該注意，如果線路太長，可能會無法保證接地故障保護(hù)的靈敏度以及滿足《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.7條的要求。如圖一，假設(shè)qf3長延時(shí)電流in整定為100a，（一般塑殼斷路器出廠的瞬時(shí)動作電流整定為10in左右），l1回路采用vv-3x35+2x16，長100m，經(jīng)計(jì)算，在末端單相接地短路故障電流僅為659a，這時(shí)，無法啟動qf3的瞬動元件，其長延時(shí)過電流脫扣器無法滿足接地故障保護(hù)的靈敏度以及《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.7條的要求。
如果變壓器容量變小，供電半徑將更小。所以，當(dāng)這樣的供電半徑滿足不了使用要求時(shí)，要么放大電纜截面，要么采用具有接地故障保護(hù)功能的斷路器。
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