低压配电系统短路保护

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇低压配电系统短路保护范文，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：本文论述了低压配电系统中，系统短路保护原理及接地故障保护设计中存在的问题技术缺陷。分析了基于智能保护断路器在低压配电系统中实现短路保护选择性的技术特点及方法。以期对低压配电系统设计有一定借鉴作用。

关键词：低压配电；短路保护；智能型断路器；接地故障保护

概述

低压配电线路遍布工业、农业、服务业的各个角落，同时也深入千家万户；不仅专业人员接触，也有众多非专业人员，以至普通老百姓都会触及，线路发生故障的几率大大增加。如设计、施工不当，将容易导致人身触电（间接接触），或线路损坏，甚至引起电气火灾。为此，在配电线路设计中，应严格执行《低压配电设计规范》（GB50054-2011）的各项规定，包括加强绝缘，妥善接地，做好等电位联结，但最根本和广泛应用的是做好配电线路保护，正确整定保护电器各项参数，保证在故障时能按要求切断电源，以策安全。

短路保护原理及存在的问题

目前，大、中型企业内部的配电系统多采用6—10kV电压等级，而中、小型企业内部的配电系统多采用 0.3 8 k V电压 等级。配电系统的接线方式多采用单回路放射式、单回路干线式，对重要负荷可采用双回路放射式、环式等。为了使其保护简单，对双回路放射式通常采取一回工作，一回备用，对环式采用开环运行方式。因此在工矿企业的配电系统中，其短路保护通常采用无方向元件的瞬时电流速断、 时限电流速断及定时限过流保护构成的三段式过流保护，其瞬时电流速断的动作值是按照躲过本级线路末端最大三相短路电流的原则来整定的，当配电线路较短( 被保护线路的阻抗相对较小) 时，瞬时电流速断的保护范围很小， 甚至没有保护范围。若按照躲过本级线路中流过的短时最大工作电流来整定，则下级线路发生短路故障时，可引起本级瞬时电流速断保护动作，造成越级跳闸，使停电面积扩大。目前解决这一技术难题的方法有三种。

(1)从配电系统接线方式上采取措施。其做法是从企业变电所的低压母线上直接配电至末端用电设备，使配电系统的级数降至最少。这样就可使两级短路速断保护的整定值相差较大，从而保证了上、下级速断保护的选择性。这种方法存在的问题是：当直配线路较短时，同样存在越级跳闸现象。另外，配电回路数大大增加，配电设备及配电级路的总长度亦大量增加造成设备及有色金属的极大浪费，在经济上是很不合理的。

(2)从短路保护的配置上采取措施。其做法是按正常要求采用多级配电系统，在各级线路的保护上采取除最末级线路外，其以上各级线路都装设只有限时短路保护及定时过流保护两种。限时短路保护的动作值按躲过本线路中短时最大工作电流整定，其动作时间是从系统末端向电源端按阶梯原则整定。配电系统短路保护的选择性是靠限时短路保护上、下级之间的时间差来保证的。这种做法虽然使配电系统结构设计比较合理，但也存在一个缺点，那就是除最末端线路保护外，其以上各级线路保护即使在本级保护范围内发生短路故障亦不能瞬时动作，而只能延时动作，且故障点距电源端愈近则短路电流愈大而动作时间愈长，特别在配电级数较多时，不但对设备的危害较大，还使配电设备及电缆选择困难，造成不应有的浪费。

(3) 从改变短路保护原理上采取措施。其做法是将高压输电系统中的纵联差动保护应用到中、低压配电系统中。它是通过比较线路首末端电流的大小及相位来判断故障点是在保护区内还是在保护区外，从而保证动作的选择性。因此它不需要与上、下级线路保护相配合，可实现短路时的瞬时速断保护，该方法需要敷设与主回路并列的信号回路。比较适合于配电距离较短( 2 k m以内) 且多采用电缆( 选有两条控制芯线的电缆) 供电的系统。

3、基于智能型断路器的短路保护新技术

随着电力电子、计算机及通信技术的迅猛发展，八十年代后期国际上推出了智能型断路器， 它采用先进的微机保护及通信技术，具备许多新功能，提高了断路器的技术性能。它能较好地解决线路上、下级间短路保护的选择性与快速性之间的矛盾，从而使中、低压配电系统设计得更加完善。下面介绍一种具有纵联闭锁智能保护功能的断路器在中低压配电系统中的应用， 其原理可用图1说明。

图1智能型断路器的工作原理

线路末端上的断路器( QF1、QF2、QF3)是带有过载长延时及短路瞬动的一般断路器，而其上各级断路器(QF4、QF6)是带有过载长延时( 作后备保护用)、短路延时及短路瞬动的智能保护功能的断路器。当K1点发生短路故障时，由QF1的瞬动元件动作，而QF4及QF6的智能保护元件亦可检测出短路电流，但QF4通过信号线给QF6发出闭锁信号，同时亦将自己闭锁，使QF4及QF6的瞬动元件均不动作，而QF4只有0.2s的短延时可能动作，一方面保证QF1及QF4之间的选择性，另一方面作为QF1的后备保护。当K2点发生短路故障时,与K1点故障时的情况相同，此时只有QF4的0.2s的短延时动作。由于该级短路电流不是很大，对设备及电缆截面选择影响不大。当K3点发生短路故障时，因QF4(或QF5)不发出闭锁信号，故QF6可瞬时动作，并向上一级的智能断路器发出闭锁信号。以上这种保护方案不仅可以保证各级短路保护的选择性、速断保护无死区，而且设备及电缆选择经

济合理，不受配电级数的限制。它的缺点是在QF4,至QF1(或QF2、QF3)之间发生短路时，QF4无瞬时速断保护，只有0.2s的短延时保护。克服这一缺点的方法就是将系统末端的普通断路器( QF1、QF2、QF3) 均换成与QF4相同的具有智能保护功能的断路器，但这也会造成系统投资显著增加( 因系统末端的断路器数量最多)。

4、接地故障保护

接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损害等事故。这要求保护电器不仅要能切断接地故障电流，而且应在规定的时间内切断。《低压配电设计规范》第4.4.7条对切断接地故障回路的时间提出了要求：

（1）配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；

（2）供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路不应大于0.4s。

对于TN配电系统，当发生金属性接地故障时，故障电流比较大，可以启动过电流保护装置的瞬动元件，一般比较容易满足切断故障的时间要求，在这种情况下可以利用过电流保护装置兼作接地故障保护。对于TN配电系统的非金属性接地故障或TT配电系统及IT配电系统的接地故障，由于接地故障电流值一般较小，有时无法启动断路器的瞬动元件，而由反时限脱扣器来保护，这时切断故障电流的时间可能较长，无法满足规范的要求，就应采用零序保护或漏电电流动作保护。

在实际工程中，那些直接从低压母线配出线路，其保护电器往往采用不具有漏电保护的塑壳断路器，这时，断路器的过流保护兼作接地故障保护。这种情况下，就应该注意，如果线路太长，可能会无法保证接地故障保护的灵敏度以及满足《低压配电设计规范》第4.4.7条的要求。

假设QF3长延时电流IN整定为100A，（一般塑壳断路器出厂的瞬时动作电流整定为10IN左右），L1回路采用VV-3x35+2x16，长100m，经计算，在末端单相接地短路故障电流仅为659A，这时，无法启动QF3的瞬动元件，其长延时过电流脱扣器无法满足接地故障保护的灵敏度以及《低压配电设计规范》第4.4.7条的要求。如果变压器容量变小，供电半径将更小。所以，当这样的供电半径满足不了使用要求时，要么放大电缆截面，要么采用具有接地故障保护功能的断路器。近年来，民用建筑的规模越来越大，上述的问题也就越显得突出，所以，在工程设计中应特别注意。

5、结语

智能型断路器在国外是一项应用相当普遍的先进技术，在国内配电系统中应用较少。这主要是对这项技术了解不够，另外，系统改造时设备更换数量庞大，短期投资效益较差也是一个重要原因。但是它的应用可以大量减少配电回路数及电缆截面， 并且能有效地避免因无选择性跳闸引起大面积停电而造成巨大经济损失。在一些大中型企业及较重要负荷的供配电系统中，应用这项新技术大有益处。

参考文献：

[1]《低压配电设计规范》GB50054-2011.中国计划出版社.1996年6月

[2]《全国民用建筑工程设计技术措施——电气部分》. 中国计划出版社.2003年2月

[3] 连理枝《低压断路器设计与制造》.中国电力出版社.2003年7月