低压断路器如何正确设计选型

低压断路器如何正确设计选型

低压断路器设计选型是低压电气设计人员在设计中需熟练掌握的一项基本的技术技能(www.80488.cn)。低压断路器按使用类别分为A、B两类。A类为非选择性;B类为选择性(带短功能)。按设计形式分为开启式(原万能式或框架式)和塑料外壳式或模压外壳式。按动作速度分为一般型和快速型(限流型断路器),按用途可分为配电用、电动机保护用、漏电型断路器等。低压断路器在低压配电系统中占有重要地位,随着供电系统的安全性和可靠性问题日益成为人们关注的焦点,如何合理地选择、使用低压断路器一直是电气设计人员关注的问题。

一、关于低压断路器的选择与整定原则

断路器的选型和整定原则,对于广大的电气设计人员来说应当是很清楚的,概要来说就是:

(1)断路器应根据配电线路不同故障类别和具体工程要求设过负荷保护、短路保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护等;

(2)断路器的额定电流不应小于所在回路的计算电流;断路器应能满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求;用于断开短路电流的断路器,应考虑其在短路条件下的分断能力(有极限分断、运行分断),短时耐受电流等因素,以满足能承受系统中可能出现的短路电流;

(3)对于配电系统中上下级断路器的配合,短路电流倍数以及短路短的选择整定等;

(4)要根据不同负荷性质来选择不同类型的断路器,如:配电型的、电动机型的、照明类的、发电机型的、直流型的等;

(5)断路器应适应所在场所的环境条件;特殊环境条件下(如:多尘、强腐蚀、火灾、爆炸、湿热、高海拔、盐雾等场所)应选择能满足环境使用要求的断路器;

(6)断路器的附件:如辅助触点、欠/失压、分励线圈、乃至操作方式(电动、手动)操作手柄、安装方式(固定/插拔/抽屉)等也应与使用要求相适应

(7)还有断路器的级数选择问题,特别是在三相四线TN-S、TT系统中四级断路器的选择应满足行业规范的要求。

按照规范中所要求的原则来整定断路器,理论上没有问题,但往往在实际运行中可能会出现一些问题。此时,要根据具体情况具体处理。

例如:对于存在正常启动设备的保护回路,断路器的脱扣整定值应能躲过短时出现的尖峰电流,但对于故障电流则要求断路器能快速脱扣来切断故障电流;对于选择型断路器而言,瞬时脱扣整定电流需躲过下一级开关所保护线路的故障电流;非选择型断路器瞬时脱扣整定电流在要求能躲过出现的尖峰电流的条件下又要尽量将整定值整定得小一些等等,所以在实际应用中就要协调好相互之间的关系,这对系统的可靠性非常重要。

另外对于上下级保护都采用非选择型断路器时,按整定原则:上一级断路器长脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长脱扣整定电流的2倍,而实际操作中有时会看到一些非重要的、停电范围影响较少的回路并非完全按整定原则整定,因为加大上下级断路器级差造成了线缆截面的增大;有时也有可能出现即使按整定原则加大了上下断路器级差也无法保证达到有效的选择性保护配合的现象。

二、关于断路器的选择性配合

一般选择性保护主要通过断路器的电流选择性、时间选择性、区域选择性联锁、能量选择性等方式来实现。

电流选择性是依靠上下级脱扣器不同的动作值来实现,电流选择性一般可查阅断路器选择性表格;时间选择性要保证上下级断路器的短路保护(短路短/瞬动)在跳闸时间上有一定的时间差;区域选择性联锁主要用在配电级数较多配电系统中,特别是在时间选择级数不够的情况下使用,可减少脱扣时间,有利于选择性配合;能量选择性是指下级断路器的限流使短路电流能量被限制,且不足以使上级断路器脱扣装置动作。

快速的限流作用能通过迅速清除故障电流,限制系统中的热应力、电应力。能量选择性能大大简化选择性跳闸的研究,并以较低的价格实现各级线路间的选择性配合。

三、进行具体的设计选型

如何合理地选择断路器:

(1)为方便上下级配合,变压器出线断路器应采用选择型断路器(IEC标准和我国国家标准按使用类别把该断路器称B类),配有过载长、短路短保护,可不设短路瞬时保护。第二级配出保护、母线联络保护断路器也宜配置选择型断路器;当两台上下级串联的断路器实现过电流保护时,实现选择性保护基本要求是:在规定的条件下,下级断路器动作时不会引起上级断路器动作。

低压断路器如何正确设计选型

(2)选择保护有全选择保护、局部选择保护,全选择保护是指当故障电流达到下级断路器故障电流时都能实现选择性,而局部选择性只是当下级断路器在规定的故障电流下才能实现选择性保护,因而局部选择性就存在一个选择性的电流交接值,在此值以下,局部选择性保护可保证选择性,而在此值以上,则不能保证选择性。

另外还有一点要说明一下,就是短时耐受电流Icw,一般只有当断路器的Icw=Icu=Ics时才能有效的实现全选择保护,如果达不到这个要求,上下级匹配还是局部的。

(3)对于选择型断路器,上级断路器的过载长、短路短的整定电流不宜小于下级断路器的1.3倍,以保证上下级之间的动作选择性。为保证选择性,上一级断路器的短动作时间至少比下一级断路器的短动作时间长0.1S。

一般来说,要保证上下两级低压断路器之间选择性动作,上一级断路器宜选择带短的过流脱扣器,而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上。

(4)对于上级保护是选择型断路器,下级保护是非选择型断路器时,应符合:上级断路器的短路短脱扣整定电流不应小于下级断路器短路瞬时脱扣整定电流的1.3倍。

(5)对于上下级都是非选择型断路器时,应加大上下级之间断路器脱扣整定电流的级差。一般上一级断路器长脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长脱扣整定电流的2倍:上一级断路器瞬时脱扣整定电流不应小于下一级断路器瞬时脱扣整定电流的1.4倍。

(6)当上下级断路器出线端处预期短路电流有较大差别时,并且上下级断路器均设有瞬时脱扣器,则上级断路器的瞬时脱扣整定电流应大于下级的预期短路电流,以保证有选择性保护。

(7)当上下级断路器距离很近,出线端处预期短路电流差别很小,则上级断路器宜选用短脱扣器,使之动作,以保证有选择性配合。

(8)当下一级断路器出线端短路电流大于上一级断路器的瞬时脱扣整定电流时,下级断路器宜选用限流型断路器,以保证选择性要求。

低压断路器如何正确设计选型

另外有条件时选择断路器可按照断路器制造厂提供的选择性表格来选择,一般断路器制造厂提供的表格通常是较为经济的方案,而且这些方案都经过断路器制造厂实验室的认证,是相对合理可靠的。

还可使用断路器制造厂提供的脱扣曲线模拟软件来辅助选型,当上下级开关电流脱扣曲线完全不重合,则具有完全选择性。

四、如何合理有效地选择断路器

达到安全可靠又经济合理:

(1)要准确计算短路电流,选用合适分断能力的断路器;分断能力选得太高没有必要;有时适当应用级联技术可进一步降低成本,因为下一级断路器可以用更低的分断能力来达到计算所要的高分断要求。

(2)要合理运用选择性。并非所有上下级都需要完全选择性,可以部分选择性甚至可以没有选择性,如果一味追求整个系统都完全选择性,则断路器会选得都非常大,电缆截面也会加粗,造成资源浪费,有时是没必要的,甚至是难以实现的。

选择性的选用原则与负载的重要性及越级跳闸所造成停电范围或扩大的停电范围所造成的损失有关,一般如无扩大停电范围可以没有选择性,如部分扩大停电范围但无由于停电而造成更大损失则可以采用部分选择性。

目前,选择性保护在变压器以上的配电应用的已经非常广泛,设计院在变压器以上及低压侧总开关一般都会选用选择性保护的断路器。但在低压配电终端的配电系统应用全选择性保护的就不太多,一般只有在局部系统或一些负荷等级要求较高的回路会应用。

关于终端配电系统是否应用全选择性保护,主要可考虑以下两个因素:

(1)必要性。重要的负荷和比较重要的负荷配电上下级要考虑做选择性保护;或者不属于重要负荷,但在所带回路比较多,容量较大,如果发生故障,影响面比较大的情况,或为了避免影响其他回路,要考虑做选择性保护。

有的系统可靠性要求不是很高,停电影响也不是很大,系统故障对整个系统的可靠性影响也不大,也可不做选择性。

(2)经济性。要合理运用选择性。

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