工矿企业低压供电系统中断路器的选择及电流参数的确定

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇工矿企业低压供电系统中断路器的选择及电流参数的确定范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 阐述如何根据工矿企业低压供电系统中的各类负荷，选择相应的断路器形式，及不同负荷类型断路器脱扣器电流参数的整定方法。

关键词 负荷类型、断路器、整定电流

目前工矿企业低压供电系统中，普遍采用低压断路器作为设备、线路的短路保护元件。工矿企业低压供电系统的负荷种类不一，要求断路器的保护特性也不一样，合理地选择断路器能有效地保护电气设备、线路免受短路损害，避免经济损失，保证用电安全。因此讨论如何进行工矿企业低压供电系统中断路器的选择及电流参数的确定具有重要的意义。

1 工矿企业低压供电系统中的负荷类型及断路器选择

1.1 工矿企业低压供电系统中的负荷类型

工矿企业低压供电系统中的负荷，主要有配电型负荷、电动机类负荷等。现以某小型煤矿为例说明工矿企业低压供电系统中存在的负荷类型及断路器的选择方法，如图1所示（断路器电流参数的选择结果也列于图1中）。

从系统接线图可知，馈给空压机、通风机、给水泵的回路属于电动机类负荷；由于机修房内有车床、刨床、钻台、铣床等设备，因此馈给机修房回路属配电型负荷。

1.2 断路器类型的选择

不同的负荷类型，所要求的断路器的保护特性是不同的，与负荷类型相对应的便有配电用、电动机保护用低压断路器。这两类断路器的主要区别是，他们的反时限特性、瞬时过流脱扣器整定电流倍数不一样，且这两类断路器的参数一般都是内置固定不可调的。现在也有部分断路器厂家生产的断路器既可用于配电保护，也可用以电动机保护，但首先这种断路器的脱扣器参数必须为可调的。因此在选择断路器时，应根据负荷的类型及断路器产品的特点进行选择。

1.3 配电型断路器的分类及选择

配电型断路器分为A、B两类，A类为非选择型断路器，B类为选择型断路器。两者的区别在于A类断路器仅具有过载长延时、短路瞬时两段保护，而B类断路器不仅具有过载长延时、短路瞬时保护，而且还具有短路短延时保护功能，即具备三段保护特性。

以图1所示供电系统为例，馈给机修房回路的断路器可选择A类断路器或B类断路器，而总进线断路器应选择B类断路器。原因在于馈给机修房的回路在发生短路故障时，应保证机修房回路断路器在总进线断路器发生跳闸前跳闸。在机修房回路断路器跳闸后，流过总进线断路器的电流恢复正常，从而避免开断，保证了对其他负荷的供电不中断，而这要求总进线断路器采用具备短路短延时保护功能的B类断路器来实现。如果机修房断路器选择B类断路器，则与总进线断路器之间动作的选择性，应通过时间级差来实现，通常取0.1s～0.2s，即总进线断路器的短延时脱扣器的整定时间，应比机修房回路断路器短延时脱扣器的整定时间长0.1s～0.2s。

1.4 断路器极数的选择

工矿企业低压供电系统中负荷一般以三相电机为主，负荷较平衡，可采用TN-C-S接地形式，为减少三相回路断零对电气设备及检修人员安全造成的危害，宜采用三相三极开关。

2 断路器短路分断电流的确定

2.1 断路器短路分断能力的要求

断路器的其中一个主要作用是，当发生短路故障时，能够可靠地开断电路，保护设备安全，因此选择断路器的一个重要原则是，断路器的短路分段能力要≥线路的预期短路电流。在断路器的产品参数中，一般给出额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics两个参数，额定运行短路分断能力Ics一般小于额定极限短路分断能力Icu（也存在少数产品额定运行短路分断能力Ics=额定极限短路分断能力Icu）。在选择断路器时，一般应保证断路器的额定运行短路分断能力Ics不小于被保护线路最大三相短路电流有效值，如有困难至少应保证断路器的额定极限短路分断能力Icu不小于被保护线路最大三相短路电流有效值。

2.2 线路预期短路电流的确定

根据断路器动作时间的不同，线路预期短路电流所选的数值也不相同。

（1）如果动作时间在0.02S及以下时，线路的预期短路电流为被保护线路三相短路电流第一周期全电流有效值（也称冲击电流有效值）；

（2）如果动作时间在0.02S以上时，线路的预期短路电流为被保护线路三相短路电流周期分量有效值。

短路电流可通过归算等效电路的电阻和电抗计算求得，一般工程设计中可通过表格查取。《工业与民用配电设计手册》表4-28至4-31列出了三相、单相短路电流值及相应的计算电阻、计算电抗，设计中可直接查取。如工程中实际阻抗与所列的数字相差较大时可根据实际阻抗计算确定。另外《电力工程电气设计手册1》表4-26和表4-27分别列出了3～10/0.4kV配电变压器低压侧出口三相短路电流值和单相短路电流与电缆截面、长度的关系，需要时也可从中查取。

工矿企业低压供电系统中的负荷以电动机为主，因此电动机类负荷较大，根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）第3.1.2条规定，“在验算电器的短路开断能力时，当短路点附近所接的电动机的额定电流超过短路电流的1%时，应计入反馈电流的影响。”

3 断路器壳架等级电流及脱扣器电流的确定

3.1 断路器壳架等级额定电流的确定

断路器壳架等级额定电流的确定需满足以下三个条件：

（1）断路器的壳架等级额定电流≥长延时过流脱扣器额定电流；

（2）长延时过流脱扣器额定电流≥线路的计算电流；

（3）长延时过流脱扣器额定电流≤导体允许的持续载流量。

需注意的是，上述额定电流为经环境温度校正后的数值。

3.2 断路器脱扣器电流参数整定

只有正确整定断路器脱扣器电流参数，才能发挥断路器应有的保护作用。

用于不同负荷类型的断路器，脱扣器电流参数的整定方法也不相同。在图1所示的供电系统中存在三种保护功能的断路器，一是变压器低压侧总保护断路器（总进线断路器），一是配电负荷保护断路器，还有一种是电动机负荷保护断路器。以下针对这三种用途的断路器说明工矿企业低压供电系统中断路器脱扣器电流参数的整定方法。

3.2.1变压器低压侧总保护断路器脱扣器电流的整定方法

（1）变压器低压侧主保护断路器长延时过电流脱扣器电流整定。根据《全国民用建筑工程设计技术措施（电气）》（以下简称“技术措施”）4.5.4-2条，“变压器低压侧主保护断路器长延时过电流脱扣器整定电流：

Izd1= Kzd1 Ieb

Izd1：长延时过电流脱扣器的整定电流（A）；

Kzd1：可靠系数考虑整定误差，取1.1；

Ieb：变压器低压侧额定电流（A）。”

因此，图1系统中变压器低压侧总保护断路器长延时脱扣器整定电流：

Izd1=1.1×（315÷0.4÷ ）=500A（断路器脱扣器电流参数的整定结果列于图1中，下同）

（2）变压器低压侧主保护断路器短路短延时过流脱扣器电流整定。根据“技术措施4.5.4-3”，“变压器主保护断路器短路短延时过流脱扣器整定电流：

Izd2=m Kzd2 Ieb

Izd2：短路短延时过流脱扣器整定电流（A）；

Kzd2：可靠系数，取1.3；

m：过电流倍数，当无确定值时取4（3～5）；

Ieb：变压器低压侧额定电流。”

因此，变压器低压侧总保护断路器短路短延时过流脱扣整定电流：

Izd2=4×1.3×（315÷0.4÷ ）=2364A

取最接近长延时过流脱扣器整定电流的整数倍，5倍即2500A。

（3）总进线断路器与下级断路器的选择性配合。为保证断路器动作的选择性，变压器低压侧总进线断路器短延时过流脱扣器额定电流还应大于或等于配出回路中保护断路器瞬时脱扣器整定电流的1.3倍。从图1系统可知，空压机回路断路器的瞬时过流脱扣器电流为最大值1920A（160×12），Izd2取2500A满足：

Izd2≥1.3×1920=2496A

为满足总进线断路器与机修房配电回路断路器动作的选择性配合，短延时时间应比机修房回路断路器短延时时间长0.1～0.2s。

同时，为保证变压器低压侧总保护断路器与配出回路断路器动作的选择性，变压器低压侧主保护断路器宜不设置瞬时过电流脱扣器。

（4）总进线断路器灵敏性校验。为使总进线断路器可靠切断接地故障线路应满足：

Idmin≥Ki Izd2

Idmin：被保护线路单相接地故障电流。

Ki：断路器脱扣器动作可靠系数，取1.3。

由《工业与民用配电设计规范》表4-28查得，当系统容量200MVA时，Idmin为9.41kA，由于电动机的额定电流不超过短路电流的1%，故不考虑电动机反馈电流的影响。

1.3×2500A =3250A

因此，满足灵敏性要求。

3.2.2机修房回路断路器脱扣器电流的整定方法

机修房回路断路器属配电型断路器，应按配电保护断路器电流参数的整定方法进行。

（1）配电型断路器长延时过流脱扣器电流的整定。根据“技术措施4.5.3-6”，“配电型断路器长延时过电流脱扣器电流的整定值应不小于线路计算电流的1.1倍，即：

Izd1≥Kzd1IB

Izd1：断路器长延时过流脱扣器的整定电流（A）；

Kzd1：可靠系数，取1.1倍；

IB：线路的计算电流（A）。”

因此，机修房回路断路器长延时过流脱扣器整定电流：

Izd1≥68×1.1=74.8A

取80A。

（2）配电型断路器短延时过流脱扣器电流的整定。根据“技术措施4.5.3-4”，“配电用断路器短延时过电流脱扣器整定电流应大于回路的尖峰电流，即：

Izd2≥Kzd2[Iqm1+IB（n-1）]

Izd2：短延时过电流脱扣器的整定电流（A）；

Iqm1：线路中最大一台电动机起动电流（A）；

Kzd2：可靠系数，取1.2倍；

IB（n-1）：除最大一台电动机以外的线路计算电流。”

因此，机修房回路断路器短延时过流脱扣器整定电流：

Izd2≥1.2×[28×7+（68-28）]=283.2A

可取4倍长延时过流脱扣器整定电流，即320A。

（3）配电型断路器瞬时过流脱扣器电流的整定。根据“技术措施4.5.3-2”，“配电用断路器瞬时过电流脱扣器整定电流应大于回路的尖峰电流，即：

Izd3≥Kzd2[Iqm2+IB（n-1）]

Izd3：瞬时过电流脱扣器的整定电流（A）；

Iqm2：线路中最大一台电动机起动电流（A），包括周期分量和非周期分量，其值为该电动机起动电流Igm1的2倍。”

因此，机修房回路断路器瞬时过流脱扣器整定电流：

Izd3≥1.2×[28×7×2+（68-28）]=518.4A

可取8倍长延时脱扣器整定电流，即640A。

（4）断路器灵敏性校验。为保证断路器动作的灵敏性，馈给机修房回路的线路末端单相短路电流，宜不小于瞬时或短延时脱扣器整定电流的1.3倍。

根据已知机修房馈电回路相-零回路电阻与电抗值得

Idmin=220/ =3210A

大于1.3倍瞬时过流脱扣器整定电流（1.3×640=832A）和短延时过流脱扣器整定电流（1.3×320=416A），故满足要求。

3.2.3 空压机保护用断路器脱扣器电流的整定方法

空压机回路断路器属电动机保护用断路器，应按电动机保护用断路器的整定方法进行。

（1）电动保护用低压断路器长延时过流脱扣器电流的整定。根据“技术措施4.5.5-3-1”，“单台电动机保护用低压断路器长延时过流脱扣器应大于或等于电动机额定电流的1.2倍，即：

Izd1≥1.2 Ieb

Izd1：断路器长延时过电流脱扣器整定电流（A）；

Ieb：单台电动机额定电流（A）。”

因此，空压机馈电回路断路器长延时过电流脱扣器整定电流为：

Izd1≥1.2×132=158.4A

所选电动机保护断路器长延时过流脱扣器的整定电流为内设固定，为1.2倍的脱扣器额定电流，脱扣器额定电流选160A，整定电流为160A×1.2=192A，满足要求。

（2）电动机保护用低压断路器瞬时过流脱扣器电流的整定。根据“技术措施4.5.5-3-2”，“ 电动机保护断路器瞬时过流脱扣器电流整定由下式确定：

Izd3≥Kzd3 Iq

Izd3：瞬时过电流脱扣器的整定电流（A）；

Kzd3：可靠系数。断路器动作时间≥0.02S时，Kzd3取1.35～1.4；断路器动作时间

Iq：电动机的起动电流。”

所选断路器的动作时间≥0.02S，所以空压机馈电回路断路器瞬时过电流脱扣器的整定电流：

Izd3≥1.4×7×132=1293.6A

根据《煤炭电工手册》第二分册矿井供电（上）P311，“保护电动机用断路器，其不可调式瞬时过流脱扣器的整定范围为5或12倍的长延时过流脱扣器额定电流”，因此本馈线回路断路器瞬时过电流脱扣器的整定电流取12倍的长延时过流脱扣器额定电流，即1920A。

（3）断路器的灵敏性校验。空压机馈电回路的线路末端单相短路电流，宜不小于瞬时过流脱扣器整定电流的1.3倍。

根据已知空压机馈电回路相-零回路电阻与电抗值得

Idmin=220/ =4824A

大于空压机馈电回路瞬时过流脱扣器整定电流的1.3倍（1.3×12×160=2496A），故满足灵敏性要求。

4 结语

低压断路器作为工矿企业低压用电设备的保护元件，合理地选择断路器并正确整定其电流参数，才能使断路器起到保护线路及用电设备安全、避免经济损失的作用。在进行低压断路器选择时，应根据负荷的类型选择相应的断路器形式，并根据负荷的特点对脱扣器电流参数进行整定，同时应结合断路器的产品特点进行选择。

参考文献：

1.任元会主编，工业与民用配电设计手册，中国电力出版社，2005

2.戈东方主编，电力工程电气设计手册1，中国电力出版社，1989

3.秦万城主编，建筑电气常用数据手册，中国建筑工业出版社，2002

4.中国机械工业联合会编，低压配电设计规范，中国计划出版社，2011