低压断路器脱扣电流的整定计算-最新文档

1、低压断路器脱扣电流的整定计算低压断路器具有体积小、机构紧凑、安装方便等特点，被广 泛应用于配电线路及电动机保护领域。随着电气技术的不断发 展，低压断路器性能也得到日益完善和提高， 现已逐步实现智能 化、模块化和小型化，与此同时，低压断路器的可靠性和安全性 均得到很大提高。 但在使用低压断路器的过程中应合理选型， 避 免因断路器选型不当造成其不能发挥应有的保护作用， 使配电系 统在运行中存在一定安全隐患， 对使用人员的人身安全构成一定 威胁。1 低压断路器简介低压断路器分类 低压断路器（以下简称断路器）按使用类别可分为 A 类（非 选择型）和 B 类（选择型）；按设计型式可分为万能式（或框架 式

2、）断路器、塑料外壳式断路器及微型断路器；按用途可分为配 电用断路器、 电动机保护用断路器和漏电断路器， 其他分类不再 列举。断路器过电流脱扣器断路器过电流脱扣器主要包括长延时脱扣器 （反时限 特性）、短延时脱扣器（根据不同的动作电流，呈现反时限和定 时限特性）、瞬动脱扣器。反时限过电流断开脱扣器在基准温度下， 在约定不脱 扣电流， 即电流整定值的 1.05 倍时，脱扣器的各相极同时通电， 断路器从冷态开始， 在小于约定时间内不应发生脱扣； 在约定时 间结束后， 立即使电流上升至电流整定值的 1.3 倍，即达到约定 脱扣电流，断路器在小于约定时间内脱扣。瞬时或定时限过电流脱扣器在达到电流整定值时

3、应 瞬时（固有动作时间）或在规定时间内动作。其电流脱扣器整定 值有 10%的准确度。断路器的选择应符合的要求断路器的额定电压应与所在回路的标称电压相适应； 断路器 的额定频率应与所在回路的标称频率相适应； 断路器的额定电流 不应小于所在回路的负荷计算电流； 断路器应满足短路条件下的 动、热稳定要求，用于分断短路电流时，应满足在短路条件下分 断能力的要求。断路器的选择性配合 各级保护电器之间的动作选择性分为以下三种：完全选择性。 故障点的所有故障电流值， 从过载到金 属性短路故障电流，均由故障点最近的上一级断路器切断。部分选择性。 在全短路故障电流情况下， 不能满足完 全选择性，但可能在某一较低

4、故障值（选择性极限值）以下具有 选择性。无选择性。当故障发生时，无法实现选择性，可能出 现越级跳闸或同时动作。 低压配电设计规范规定，配电线路 采用的上下级保护电器， 其动作应具有选择性； 各级之间应能协 调配合。但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性跳闸。2 各种过电流脱扣器的整定计算 断路器的实际动作时间还可以根据厂家提供的时间 - 电流特 性曲线直接查取。 确定实际动作时间非常重要， 可以实现正常工 作时不动作、躲过尖峰电流、完成热稳定校验、满足断路器动作 的选择性等用途。2.1.5 消防配电线路的过负荷保护。 根据民用建筑电气设 计规范 （JGJ16-2008）规定，消防配电线路应

5、设过负荷及短路 保护，其过负荷保护应动作于信号， 不动作于脱扣。 工程设计中， 消防配电线路采用电磁脱扣器（仅有瞬动脱扣器），其过负荷保 护功能应借助其他设备实现：（ 1）采用过载时只报警不脱扣的 特殊断路器， 在过载时可提供一个无源信号触点， 从而驱动报警 装置；（ 2）利用数显表的报警功能，在实际电流超过设定电流 时提供报警信号。此时应采用三相表并配合三相CT。如使用单相表，无法检测另外两相的故障；（ 3）电动机可使用热继电器 提供过载保护，通过其过载信号触点驱动报警装置。2.2 短延时脱扣器的短路保护整定计算案例分析： 某低压配电房发生短路事故， 短路点位于分支母 线处，即分支回路断路器

6、电源侧。 断路器智能控制器保留的技术 数据：分断电流 18.67kA ，动作时间 0.5s 。断路器出厂数据：型 号 CW2-2500/3P，In=2500A ；额定极限短路分断能力Icu=85kA/AC400V；额定运行短路分断能力 Ics=85kA/AC400V ； 额定短时耐受电流 Icw=65kA/AC400V；长延时脱扣器 Ir1=1.0In ， t1=15s ；短延时脱扣器 Ir2=8.0In ，t2=0.4s ，瞬动脱扣器 Ir3=12Ir1 ，接地故障保护位于 OFF位置。要求判断该断路器是 否在规定时间内切除故障线路。额定极限短路分断能力 IcuIk 。首先计算动作电流倍数：

7、 18.67*1000/2500=7.468 倍，未达到预设的短延时脱扣电流倍数 （8倍），查产品样本，应根据 I2T2= （ 8Ir1 ）2t2 校验。 T2= （8*1*2500 ） 2*0.4/ （18.67*1000 ） 2=0.459s 。根据厂家样本， 动作时间允差为 15%， 则断路器允许动作时间为 （0.459*1.15 ） s=0.528s 。本案例断路器动作时间 0.5s 在此时间范围内切除故 障线路。I stM1线路中最大一台电动机的全启动电流， A，包括 周期分量和非周期分量， 其值可取电动机启动电流 IstM1 的 2 倍Ijs （n-1 ）除启动电流最大的一台电动机

8、以外的线路计 算负载电流， A如果没有人为的延时环节， 瞬动脱扣器一旦启动， 必将触发 后继动作，分闸在所难免。启动冲击电流在1/4 周期（ 0.005s ）即达峰值， 瞬动原件是否启动仅取决于电磁力的大小， 与后继的 断路器机械动作固有时间无关。 因此， 为防止断路器在电动机启 动时误动作， 其瞬动脱扣器的动作电流应躲过启动电流峰值或至 少高于第一半波有效值。 2.3.3 瞬动脱扣器用于电动机的短路保护。第一，断路器瞬动脱扣器动作电流与长延时脱扣器动作电流 之比（以下简称瞬动电流倍数） 宜为 14 倍左右或 1020 倍可调。第二，仅用于短路保护时，即在另行装设过载保护电器（如 热继电器等）

9、 的常见情况下， 宜采用只带瞬动脱扣器的断路器或 把长延时脱扣器作为后备过电流保护。第三，兼作过载保护时， 即在没有其他过载保护电器的情况 下，断路器应设瞬动脱扣器和长延时脱扣器， 且必须为电动机保 护型。第四，兼作低电压保护时， 即不另装接触器或起动器的情况 下，断路器应装有低电压脱扣器。第五，断路器的各种附件应根据电动机的控制要求装设。第六，瞬动脱扣器的整定电流应为电动机启动电流的 2 2.5 倍，本文取 2.2 倍。第七，长延时脱扣器用作后备保护时， 其整定电流应按满足 相应的瞬动脱扣整定电流为电动机起动电流 2.2 倍的条件确定。第八，长延时脱扣器用作电动机过载保护时， 其整定电流应

10、接近但不小于电动机的额定电流， 且在 7.2 倍整定电流下的动作 时间应大于电动机的启动时间。 同时， 相应的瞬动脱扣器应满足 第六条的要求， 否则应另设过载保护电器， 而不得随意加大长延 时脱扣器的整定电流。断路器接地故障保护的整定计算低压配电设计规范规定，相线对地标称电压为 220V 的TN系统配电线路的接地故障保护，其切断故障回路的时间应符 合下列规定：（ 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）供给手握式电气设备和移动式设备 的末端线路或插座回路，不应大于 0.4s 。以下介绍 TN、TT 及 IT 系统发生接地故障时断路器脱扣器的 选择及整定方法。

11、案例分析： 某回路由低配室放射供电， 变压器容量 1000kVA， Uk=6%，出线开关 QF1（ Ir1=50A ），配线 YJV-5x16，线路末端下 级断路器采用 A 类微断 QF2（MCB-C32/1P， Ir1=32A ， Ir3=10Ir1=320A ）。设 QF2前端 A 点发生接地故障， QF2后端 B 点发生接地故障，试对 QF1进行接地故障保护整定计算。第一种情况：线路长 100m，A 点发生单相接地故障时，查得 Id=0.61kA ，则根据式 （9），Ir3 （0.61*1000 ）Ir1/ （1.3*50 ） =9.38Ir1 ，取整后 Ir3=9 ，则 Ir3=9*5

12、0A=450A 。第二种情况：线路长 100m，B 点发生单相接地故障时，由于 A、B 点仅相隔 QF2，其阻抗可忽略不计，则 QF1整定计算同上。此两种情况下， QF1的 Ir3=450A ，QF2的 Ir3=320A ， 450/320=1.406 倍，可满足选择性要求的 1.3 或 1.4 倍。第三种情况，线路长 140m，查得 Id=0.44kA ，则根据式（9）， Ir3 （ 0.44*1000 ）Ir1/ （1.3*50 ）=6.77Ir1 ，取整后 Ir3=6 ， 则 Ir3=6*50A=300A 。此时若 B 点发生单相接地故障，上下级断路器已不具选择性。第四种情况：条件同第三

13、种情况，但 QF2所保护的设备为 15kW鼠笼式电动机。按电动机保护整定计算，Ir3 2.2*7*15/0.8/0.38/1.732A=438.72A ， QF2选用 D 型断路 器，即 Ir1=32A ，Ir3=14Ir1=14*32A=448A ，而 QF1的 Ir3=300A 。 此时电动机启动，必将越级跳闸。第二，提高 TN系统接地故障电流 Id 的措施：选用 D，yn11 变压器，其零序阻抗比 Y，yn0 变压器小很多， Id 明显增大；增 大电缆截面以降低阻抗， 此方案不适用于裸干线及架空线等电抗 较大的线路； 改变线路结构， 如改裸干线及架空线为封闭母线或 电缆，以降低阻抗。当变

14、压器容量较小时， 配电线路较长而保护电器的整定电流 不能满足灵敏度系数的要求时， 可减少配电级数， 以减小整定电 流。第三，当采用短路保护兼做接地故障保护， 不能满足其灵敏 度要求或不能满足选择性要求时， 还可采用带接地故障保护的断 路器。零序电流保护： 检测零序电流通常在断路器后三个相线上各 装设一只电流互感器（也可在中性线上安装一个零序互感器）， 取 3 只互感器的矢量和乘以变比， 即零序电流： IN=IL1+IL2+IL3 。剩余电流保护： 检测剩余电流通常在断路器后三个相线及中 性线上各装设一只电流互感器（或采用专用剩余电流互感器）， 取 4 只互感器二次侧电流的向量和乘以变比，即剩余

15、电流： IPE=IN+IL1+IL2+IL3 。为避免误动作， 断路器采用剩余电流保护 时，其接地故障电流整定值应躲过正常运行时线路和设备的泄露 电流，通常取泄露电流总和的 2.54 倍。剩余电流保护整定值 可在满足 Id 1.3Ir4 的前提下尽可能选大一些，甚至可选断路 器允许的 I n最大值。剩余电流保护适用于 TN-S系统，但不适 用于 TN-C 系统。2.4.2 TT系统。 TT接地系统常用于工业与民用建筑的照明、 动力混合供电的三相四线配电系统， 三相不平衡电流较大。 发生 单相接地时， Id 回路阻抗包括相线阻抗、 PE线阻抗、负载侧接 地电阻、电源侧接地电阻、接触阻抗等。由于负载侧接地电阻和 电源侧接地电阻值一般均比较大， TT 系统的故障环路阻抗大， 产生的单相接地故障电流远小于不平衡电流，所以 TT 系统不能 采用短路保护兼做接地故障保护， 也不能采用零序电流保护。 TT 系统采用剩余电流保护的整定计算同 TN系统。2.4.3 IT 系统。三种系统中， IT 系统接地故障电流最小， 用于对供电可靠性要求较高、 对单相接地不需要立即切断的供电 回路。发生接地故障时，需发出绝缘破坏信号。目前最典型的 IT 系统就是 10kV 配电