低压保护电器选择与整定(任元会).ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,低压保护电器的选择与整定,2004年 修改版,中国航空工业规划设计研究院,任元会,1,保护电器在低压配电系统中占有重要地位,配电线路发生故障保护主要器件低压熔断器和低压断路器,正确选择和整定电器参数,*国家标准低压配电设计规范（）；,*按照配电系统的状况和计算的故障电流值,（短路电流和接地故障电流等）,*正确整定保护电器的参数,*有选择地切断故障，即只切断发生故障的一段电路，而不切断上级配电线路。,总论,2,保护电器的主要性能,.低压熔断器,GB 13539.1-2002,GB 13539.2-2002,GB13539.6-2002,2.1.1 分断范围和使用类别,第一个字母表示分断范围。“”为全范围分断能力熔断体；“”为部分范围分断能力熔断体；,第二个字母表示使用类别。,“”为一般用途全范围分断能力的熔断体；,“”为保护电动机电路全范围分断能力的熔断体；,“”为保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体。,专职人员使用的熔断器，主要用于工业，有：刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器、圆筒形帽熔断器、偏置触刀熔断器等类型。,非熟练人员使用的熔断器，主要用于家用或类似用途,。,3,2.1.2 时间电流特性,对不同大小的故障电流决定熔断时间，是一种反时限特性曲线。,2.1.3 约定时间和约定电流,反映熔断体过载的特性参数，其数值如表所示。,表中的小于的熔断，,按 的约定电流值列于表。,4,2.1.4 熔断体的分断能力,在规定的使用和性能条件下，熔断体在规定电压下能够分断的预期电流值,2.1.5 过电流选择性,两个或多个过电流保护电器之间的相关特性配合。当在给定范围内出现过电流时，指定的保护电器动作，而其他的不动作。标准规定，当弧前时间大于,.时额定电流之比为.的两级熔断器之间的选择性可到保证。,2.1.6 I,2,T（焦耳积分）特性,在规定的动作条件下作为预期电流函数的弧前或熔断I,2,T曲线。制造厂应提供弧前时间小于.至相应于额定分断能力的弧前I,2,T特性，以及以规定电压为参数的熔断I,2T特性，分别代表实际使用中可能遇到的作为预期电流函数的最小和最大值。,2.1.7 产品现状,“”类型主要型号有、以及、等.,5,低压断路器,低压开关设备和控制设备低压断路器（,）,，等同于 同名称标准。,低压断路器的分类和主要特性介绍如下:,2.2.1 分类,（）按使用类别分类,类：在短路情况下，断路器无明确指出用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护；,类：在短路情况下，断路器明确串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，即在短路时，选择性保护有人为短延时（可调节）。,（）按设计形式分，有万能式（开启式）、塑壳式；,（）按分断介质分，有空气分断、真空分断、气体分断；,（）按操作机构的控制方法分，有有关人力操作、无关人力操作、有关动力操作、无关动力操作、储能操作。而储能操作又有：储能方式（弹簧、重力等）、能量的来源（人力、电力等）、释能方式（人力、电力等）；,（）按是否适合隔离分，有适合隔离、不适合隔离；,（）按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式；,（）按外壳防护等级 的代码分。,6,2.2.2 短路特性,（）额定短路接通能力（）：用最大预期峰值电流表示；,（）额定短路分断能力，规定为：,额定极限短路分断能力（）用预期分断电流（）表示；交流用交流分量有效值表示；,额定运行短路分断能力（）用预期分断电流（）表示，相当于的某一百分数，标准百分数规定为、，对于类断路器，还可以为。,（）交流断路器的短路接通和分断能力的关系：两者的比值应不小于，按短路分断能力大小和不同功率因数决定；,（）额定短时耐受电流（）：对于交流，为有效值，值应不小于断路器额定电流的倍，且不得小于，最大不超过。与相应的短延时不应小于.，可选取.、.、.、.,和,1.0,几档。,7,2.2.3 脱扣器,（）脱扣器的形式,分励脱扣器；,过电流脱扣器；,欠电压脱扣器；,其他如使用很多接地故障保护的脱扣器。,（）过电流脱扣器的种类,瞬时；,定时限，也就是短延时过电流脱扣器；,反时限，通常称为长延时过电流脱扣器。,（）过电流脱扣器的电流整定值：用电流值的倍数或直接用安培数表示；,（）过电流脱扣器的脱扣时间整定值,定时限的延时时间整定值用秒（）表示；,反时限的应给出时间电流特性曲线。,（）反时限过电流脱扣器的断开动作特性。在基准温度下，所有相极通电至，即约定不脱扣电流时，在约定时间（对为，为）内不应脱扣，使电流上升到，即约定脱扣电流时，应在小于约定时间内脱扣。,8,2.2.4 产品现状,（,）万能式断路器：,型,型,型,型,此外，还有公司的系列，施耐德公司的系列，框架电流达,，具有四段全保护功能，但价格较高。,（）塑壳式断路器,系列（即型）：,另外，如公司型（达）、型（达），施耐德公司的型（达）等，有长延时、瞬时脱扣器，也有增加带短延时、接地故障保护等脱扣器的智能型断路器。,9,规范关于配电线路保护的规定,配电线路应装设短路保护、过载保护和接地故障保护。,.短路保护,要求在短路电流对导体和连接件的热作用造成危害之前切断短路故障 电路，当短路持续时间不大于时，绝缘导体的热稳定应按下式校验：,I t,0.5,/K （）,式中：,绝缘导体的线芯截面（,）；,预期短路电流有效值（）；,在已达到允许工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（）；,计算系数，按导体不同线芯材料和绝缘材料决定，其值如表所示。,10,.过负载保护,过负载保护的保护电器的整定电流和动作特性应符合下列两式的要求：,（）,.,（）,式中：,线路计算电流（）；,熔断器熔体额定电流或断路器长延时脱扣器整定电流（）：,导体允许持续载流量（）；,保证保护电器可靠动作的电流，对断路器，,为约定时间的约定动作电流，对熔断器，,为约定时间的约定熔断电流。,使用断路器时，按标准.规定，约定动作电流为,.,，只要满足,，即符合式（）要求。,就是断路器长延时整定电流,，也就是要求：,或,（）,11,.接地故障保护,接地故障保护适用于类电气设备，所在场所为正常环境，人身电击安全电压限值（）不超过。,采用接地故障保护的同时，建筑物内各种导电体应作等电位联结。,接地故障保护对配电系统的不同接地形式作了规定。,3.3.1 TN系统的接地故障保护,（）,系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：,I,a,（）,式中：,接地故障回路的阻抗（）,保证保护电器在规定时间内切断故障回路的电流（）,相线对地标称电压（）。,的配电线路，其切断故障回路的时间规定如下：,配电干线和供固定用电设备的末端回路，不大于；,供手握式或移动式用电设备的末端回路，以及插座回路，不大于。,（）当采用熔断器兼作接地故障保护时，为了执行方便，规定了接地故障电流（）与熔断体额定电流（）之比不小于表或表值，即认为符合式（）的规定。,12,13,3.3.2 TT系统的接地故障保护,系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：,（）,式中：,外露可导电部分的接地电阻与线电阻和（）；,保证保护电器切断故障回路的动作电流（）。当采用反时限特性过流保护电器时，为内切断的电流；采用瞬时动作特性的过流保护电路时，为瞬时整定电流；当采用漏电保护器时，为其额定动作电流。,14,3.3.3 IT系统的接地故障保护,当系统配电线路发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出报警信号，其动作电流应符合下式要求：,（）,式中：,外露可导电部分的接地极电阻（）；,第一次接地故障电流（）。,当系统的配电线路发生第二次异相接地故障时，应切断故障电路，并符合下列要求：,（）当系统不引出线，应在内切断故障回路，并符合下列要求：,(3/2),0.5,（）,式中：,相线和线故障回路阻抗（）；,保护电器切断故障回路的动作电流（）；,当系统引出线，应在内切断故障回路，并符合下式要求：,（式中,包括相线、线和线在内故障回路阻抗（）。,建议系统不引出线。,15,4 保护电器选择的通用要求,(）保护电器必须是符合国家标准的产品。,（）保护电器的额定电压应与所在配电回路的标称电压相适应；,（）保护电器的额定电流不应小于该配电回路的计算电流；,（）保护电器的额定频率应与配电系统的频率相适应；,（）保护电器要切断短路故障电流，应满足短路条件下的动稳定和热稳定要求，还 必须具备足够的通断能力。,（）考虑保护电器安装场所的环境条件，以选择相适应防护等级（等级）的产品。,此外，在高海拔地区（如海拔超过）应选用高海拔用的产品，或者采取必要的技术措施。在靠近海边的地方，应使用防盐雾的产品,16保护电器保护特性的选型,.选型原则,（）配电线路在正常使用和用电设备正常起动时，保护电器不会动作；,（）保护电器必须按规范规定的时间内切断故障电路。,（）配电系统各级保护电器的动作特性应能彼此协调配合。,详见图1,低压配电用保护电器包括断路器和熔断器两种，而断路器又有非选择型和选择型两类。配电系统有树干式、放射式和混合式等几种。保护的级数多少也不同，少至一、二级，多至六、七级。,17,18,下面以图所示意的配电系统说明不同位置保护电器选型。,（,）配电干线首端保护电器（图中的）：,（）配电干线第二级保护电器（图中）：一般宜用熔断器。,（）末端电路，即直接接至用电设备的线路保护电路（如图中的）通常使用非选择型断路器，必要时，也可用熔断器（如），这里接笼型电动机，最好用型熔断器；,（）末端电路的上一级线路保护电器（图中的）：使用熔断器为好。当所供电的用电设备不多，突然断电影响不大时，也可使用非选择型断路器；,（）为保证选择性动作，多级配电线路的中间各级（图中的、）最好选用熔断器。,综上所述，配电线路各级保护电器比较合理的选型是：,选择型断路器（首端）熔断器熔断器非选择型断路器（末端）。,综上所述，配电线路各级保护电器比较合理的选型是：,选择型断路器（首端）熔断器熔断器非选择型断路器（末端）。,19,5.3 保护电器设置和选型的几个问题,5.3.1 配电变压器低压电侧总开关的设置和选型,一般设隔离开关，不必设断路器,。,5.3.2 各配电箱内的进线开关设置和选型,一般设隔离开关，不必设断路器。,20,5.3.3 接用电设备的末端回路保护电器及控制电器,（图1之CB4或RD4）的设置,末端回路应设短路和接地故障保护，装设在末端回路前端的保护电器（图之或）必须具备这项功能，通常装非选择型断路器或漏电断路器，而末端回路的末端则不必再设短路保护，而是根据所接用电设备需要，装设控制电器（如接触器）。按需要，还应装用电设备的过载保护电器。对于笼型电动机，宜用型熔断器（图之）；,5.3.4 断路器和熔断器的比较,这两种保护电器各有其特点，应根据需要选用,。,断路器先进而熔断器是落后产品断路器具有遥控功能（带电动操作）、完善的保护功能，调整方便（智能型）、故障断开后可以恢复等诸多优点，特别是智能型断路器更是熔断器所不可比拟的。但熔断器却以它良好的选择、配合性能和较低廉的价格而占有自己的地位，适合于配电系统的中间各级。,21,保护电器的整定,.整定的基本要求,（）正常工作和正常起动时，不应切断电路；,（）线路故障时，应可靠切断故障电路；,（）线路故障时，各级保护电器应有选择性地切断电路。,.在正常工作和起动时保护电器不动作,6.2.1 使用熔断器,熔体额定电流应符合下式要求。,（）,（）,22,6.2.2 使用断路器,(）断路器的长延时脱扣器整定电流,，一般可不考虑电动机起动的影响；,（）短延时脱扣器整定电流,应躲开最大一台电动机的起动电流，用下式计算：,（,）,（）,（）瞬时脱扣器整定电流 I,ZD3,应躲过电动机的全启动电流,3,（,）,（）,23,.短路保护,（）,使用熔断器,可查表,（）,使用断路器,用瞬时脱扣器：一般能满足（）式,当从变压器低压盘直接引出小截面的馈线时，难以满足。,用短延时脱扣器：按经验，一般能满足（）式要求。,24,25,.过载保护,26,.接地故障时，应在规定时间内切断电路,6.5.1 接地故障保护要求,对接地系统来说，应符合公式（）的规定。,（）采用熔断器时，应分别满足表（）或表（）规定的,值；,（）采用断路器时，如只带长延时和瞬时脱扣器的，应利用瞬时脱扣器作接地故障保护，瞬时脱扣器的整定电流,应符合下式要求：,1.3,（）,式中，系数1.3是规范规定的可靠系数。,27,6.5.2 满足规范要求存在的问题和措施,当配电线路较长，往往难以满足表（）、（）或式（）的要求，接地故障电流,较小，不足以使保护电路动作。为此，必须昼降低熔体电流,或断路器瞬时整定值,，但将受到很多因素的制约；另一方面应力求提高,值。具体措施如下：,（）配电变压器选用，接线，不用，y接线，对于靠变压器较近的故障点的,值有明显增大；,（）加大相导体及接地线导体截面，对于截面较小的电缆和穿管绝缘线有较大影响，而对于较大截面的裸干线或架空线，由于其电抗较大加大截面作用很小；,（）改变线路结构，如裸干线改用紧凑型封闭母线，架空线改电缆，可以降低电抗，但增加投资，有时是不可行的。,如果以上措施还是满足不了表（）、（）或式（）要求，就应该改变保护电器。,28,6.5.3 采用带短延时保护的断路器,前述用熔断器或断路器的瞬时脱扣器不能满足接地故障要求，第一级（或第二级）配电干线，容量较大时，可采用带短延时脱扣器的断路器作接地故障保护，短延时整定电流值,应符合下式要求：,1.,（）,式（）和式（）相同，只有,取代,。同一断路器，短延时整定电流,通常只有瞬时整定电流,的左右。所以满足不了式（），但容易满足式（）要求，即短延时保护大大提高了动作灵敏性。,29,6.5.4 采用带接地故障保护的断路器作接地故障保护,接地故障又分两种方式，即零序电流保护和剩余电流动作保护。,（）零序电流保护：三相四线制配电线路正常运行时，如果三相负载完全平衡，则流过中性线（）的电流为，即,；如果三相负载不平均，则产生不平衡电流，,；如果发生某一相接地故障时，,将大大增加，达到,（）,。因此，利用检测,值发生的变化，以取得接地故障的信号；,断路器的零序电流保护的整定值,如何确定？要求在正常运行中可能出现的最大不平衡电流时不会动作，而在发生接地故障时必须动作，建议,的整定值应符合下列两式的要求：,（）,（）,.,（）,（）,30,(,2),剩余电流保护：,检测三相电流加中性线电流的矢量和，即,I,A,+I,B,+I,C,+I,N,正常时该值为0。,发生接地故障时则等于接地故障电流,I,0（d）,断路器的接地故障保护的整定值I,zdG,应符合下式要求:,I,0（d）,1.3 I,zdG,(17),I,zdG,的值应大于正常运行时泄漏电流的510倍,不能用于TN-C接地系统。,31,.线路故障时，应有选择性切断电路,线路故障时，要保证可靠切断电路，又要尽可能缩小断电范围，即有选择性地切断，这就对配电设计提出了更高的要求，要求有合理的配电系统统计，准确的计算数据，恰当的选择保护电器，正确整定保护电器的额定电流、动作电流和动作时间，才能达到预期的目的。,下面具体分析上下级保护电器的选择性。,（）上级用熔断器，下级也用熔断器,（）上级用熔断器，下级用非选择型熔断器,（）上级用非选择型熔断器，下级用熔断器,32,（,）上级用非选择型断路器，下级也用非选择型断路器,上级断路器和下级断路器的长延时整定值,和瞬时,整定值,列于图。,33,(）上级用选择型断路器，下级用熔断器,由于上级断路器具有短延时功能，一般能实现选择性动作，但必须整定正确，不 仅短延时脱扣整定电流（）及延时时间要合适，而且还要正确整定其瞬时脱扣电流值（）。,（）上级用选择型断路器，下级用非选择型断路器,（）上级用带接地故障保护的断路器,34,（,）上级用带接地故障保护的断路器,用零序保护方式：,零序保护整定电流,一般为,的，多为几百到一千安培，与下级熔断器和一般断路器很难有选择性。只有后者的额定电流很小（如几十安培）时，才有可能。,使用零序保护时，在满足动作灵敏性要求的前提下，,应整定得大一些延时时间尽量长一些。,剩余电流保护方式：,这种方式的整定电流更小，在发生接地故障时，和下级熔断器、断路器之间没 有选择性。这种保护只能要求和下级漏电电流动作保护器之间具有良好的选择性这种方式多用于安全防护要求高的场所，所以，应在末端电路装设漏电电流动作保护器，以避免非选择性切断电路。,35,应用示例,例：某变电站，变压器为，接线，侧系统容量，从低压屏引出的裸母干线长，变压器至主断路器母线长，干线计算电流,，接地方式为，干线分支连接个配电箱，其中最大熔断器,，最大的断路器,，,。要求选择主保护电器类型，整定各项参数，并决定母干线截面。,设计步骤：,（1）确定母干线截面。要求 I,z,I,B,（2）计算短路电流I,d3,和接地故障电流,I,d1,（3）主保护电器选型,36,37,（）主断路器参数整定：,整定：按过载保护要求，应符合,即,应大于,，小，取,，也可取。,及短延时时间整定：为保证可靠动作，应符合,要求，鉴于断路器有接地故障保护，则符合末端相间短路电流,即可，即,取,。,整定值是否与下面保护电器具有选择性？,下级最大断路器的,，上级的,整定为，此 值为下级,的倍，符合选择性要求；下级最大熔断器的,，而上级,值为的倍，应能符合选择性要求，主要取决于短延时时间整定值。,短延时时间整定：假定下级最大熔断器后发生故障电流足以使上级短延时动作，即故障电流为（,值）或略大一些，此时熔断体的熔断时间约为，因此，短延时时间应整定为。,38,（5）热稳定校验：,应按式（）校验，由于干线是裸导体，不必进行校验。,（6）接地故障保护整定：,采用零序电流保护：其动作整定值,应符合公式（）及（）要求 设该干线正常运行时的三相不平衡电流为，而最小接地故障电流为,，为此，取,，能满足式（）、（）的要求。,由于,整定值很小，和下级熔断器和,的断路器之间没有选择性，但与更小的断路器（,）和熔断器,（之间可以有选择性。零序电流保护应有延时，至少为或更长。,采用剩余电流保护：其动作电流整定值,应符合式（）的要求。因此，可取,。动作时间不小于,，这样更难以和下级断路器、熔断器有选择性。,对于以上两种接地故障保护，应有以下要求：第一，必须延时动作，延时不小于,；第二，应在所有末端回路均设有漏电电流保护，这样可以在末端回路发生接地故障（在所有故障中机率最大）时，动作具有选择性。,39,低压配电线路保护要点和总结,.配电线路保护要点,设计时应从下（靠用电设备侧）而上逐段线路按以下三种保护要求进行整定和校验,。,.短路保护,（）短路持续时间不大于时，绝缘导体应按式（）进行热稳定校验,（）当采用熔断器时，值与绝缘导体截面符合表，即满足式（）的要求；,（）短路持续时间小于时，式（）转化为下式：,（）,式（）中的,为保护电器的焦耳积分值，从产品资料或标准中查得。,（）,要点提示,导体截面较大（如大于铜线）时，一般能满足式（）要求；,导体截面很小（如以下铜线），又离容量很大的变压器,（如）很近（如变电所低压盘引下馈线），通常不能满足式（）要求。,40,.过负载保护,（,）用断路器时，满足,（）用熔断器时，满足,对,A 时，注意按表的要求，但应用甚少,。,.接地故障保护,（,）接地系统：应满足,对熔断器，要求,（值符合表、表）。,对断路器瞬时脱扣器：,.,；,短延时脱扣器：,（）接地系统应满足,末端回路用剩余电流保护断路器，不必作校验。,.选择性,（）首级干线宜用选择型断路器（电流较小者可用熔断器）重点考虑两点：,短延时整定电流,下级断路器,的.倍；,短延时时间应大于下级熔断体熔断时间。,（）中间各级宜用熔断器，按：选择。,（）末端回路可用非选择断路器，对笼型电动机可用,型熔断器。,END,41,