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摘要:配电系统会受到较长时间故障电流热应力和电动应力的损害。在采用区域选择性联锁技术后，短路故障由本级断路器瞬时或短延时脱扣保护，短延时时间仅为0．1～0．2s。
关键词:断路器；电流脱扣器；整定电流
Abstract: the distribution system would receive a long time fault current thermal stress and electric stress damage. The selective interlock area in technology, short-circuit fault by the circuit breaker instantaneous or the short time tripping the protection, the short time delay time of just 0.1 ~ 0.2 s.
Key words: breaker; Current tripping device; Setting current
中图分类号： TM561 文献标识码：A文章编号：
一、短路过电流脱扣器能选择性动作的可靠系数k2
上级断路器短路过电流脱扣器整定电流Iset．A不能小于下级断路器短路过电流脱扣器整定电流Iset．B，即Iset．A≥k2Iset．B(k2=1．5)。由于短路过电流脱扣器的脱扣电流值准确度为±20%，上下两级断路器误差叠加，在最为不利的情况下，上级断路器在短路过电流整定值为－20%时脱扣，下级断路器在+20%时脱扣，即
Iset．A×(1－20%)≥Iset．B×(1+20%)→
0．8Iset．A≥1．2Iset．B→Iset．A/Iset．B≥1．5
若以部分厂家短路过电流脱扣器具有电流整定值的脱扣电流值±15%的准确度计算:
Iset．A×(1－15%)≥Iset．B×(1+15%)→
Iset．A/Iset．B≥1．35
故上级断路器短路过电流整定值需要约1．5倍于下级断路器短路过电流整定值，才能保证选择性。该数据也得到了厂家数据的验证:施耐德NSE型塑壳断路器磁脱扣器的电流整定值(或电子脱扣器的短延时)之比大于1．5时，保护是选择性的。
二、瞬时短路过电流脱扣器整定电流Iset3的整定
在忽略导线连接点、开关设备和电器的接触电阻的情况下，两段导线LA和LB的短路电流曲线如图1所示。导线LB发生短路故障时，不引起断路器A瞬时脱扣，断路器A瞬时脱扣整定电流Iset3．A须不小于下级断路器B出线端短路电流Id3．BS的1．3倍，即Iset3．A≥1．3Id3．BS。
在不考虑脱扣器脱扣误差的情况下，导线LA的单相短路和三相短路分别在A1点和A2点后都得不到断路器瞬时脱扣器的保护。
图1Iset3．A选择性示意图
若为了使导线LA的各种短路故障都能得到保护，如图2所示，则导线LA末端最小的单相短路电流Id1．A不小于断路器A瞬时脱扣整定电流Iset3．A的1．3倍，即Id1．A≥1．3Iset3．A。导线LB在B1点和B2点之前的单相短路电流Id1．B和三相短路电流Id3．B都大于Iset3．A和Iset3．B。在这区间发生的短路故障选择性难以满足。无短延时脱扣器的A类断路器很难实现既对导线的短路故障完全保护、又与下级断路器具有选择性配合。
图2断路器选择性示意图(A类-A类)
三、短延时短路过电流脱扣器整定电流Iset2的整定
为使线路的各种短路故障均能受到保护，短延时过电流脱扣器必须满足对短路电流最小的单相金属性接地短路过电流进行保护，即Id1≥1．3Iset2。如图3所示，当下级断路器B的瞬时整定电流Iset3．B大于上级断路器A的短延时整定电流Iset2．A时，在不考虑脱扣器脱扣误差的情况下，在B1-B2和B3-B4间的单相短路和三相短路电流不会使断路器A瞬时动作，而断路器B会经短延时动作，选择性不能满足。因此，短延时过电流脱扣器要具有选择性，须满足条件Iset2．A≥1．5Iset3．B。同理，当下级设有短延时Iset2．B时，须满足Iset2．A≥1．5Iset2．B，Iset2．A整定时间需比Iset2．B延长0．1s以上。此时，Iset3．B的整定值可不受Iset2．A的约束。
图3 Iset2．A选择性示意图
《工业与民用配电设计手册》第三版第650页中认为Iset2．A≥1．2Iset3．B即可满足选择性要求。这1．2倍可靠系数的由来可能基于第624页所提到瞬时或定时限过电流脱扣器的整定值有±10%的准确度，则Iset．A×(1－10%)≥Iset．B×(1+10%)→Iset．A/Iset．B≥1．2。根据GB14048．2—2008第7．2．1．2．4条，在短路情况下断开的短路电流脱扣器具有电流整定值的脱扣电流值±20%的准确度;在过载情况下断开的瞬时或定时限过电流脱扣器的整定值为±10%的准确度。
四、断路器短路过电流脱扣器的选择性配合
(1)当断路器A和断路器B都为选择型断路器时，如图4所示，Iset3．A≥1．3Id3．BS、Id1．A≥1．3Iset2．A、Iset2．A≥1．5Iset2．B(Iset2．A整定时间需比Iset2．B延长0．1s以上)、Id1．B≥1．3Iset2．B，断路器A和断路器B既能对导线的各类短路故障进行保护，又能满足两者间的选择性要求。
(2)当断路器A为选择型断路器，断路器B为非选择型断路器时，如图7所示，Iset3．A≥1．3Id3．BS、Id1．A≥1．3Iset2．A、Iset2．A≥1．5Iset3．B、Id1．B≥1．3Iset3．B，断路器A和断路器B既能对导线的各类短路故障进行保护，又能满足两者间选择性要求。
(3)当断路器A和断路器B都为非选择型断路器时，Id1．A≥1．3Iset3．A、Id1．B≥1．3Iset3．B，断路器A和断路器B能对导线的各类短路故障进行保护。因Iset3．A整定电流值不能满足Iset3．A≥1．3Id3．BS，两者间难以满足选择性要求。
五、基于能量的选择性技术
当上下级间三相短路电流相差不大，整定电流值无法满足Iset3．A≥1．3Id3．BS或上下级间断路器均为非选择型断路器，不能满足选择性要求时，基于能量的选择性技术可增强短路器间的选择性。能量选择性是在大短路电流时对瞬时过电流脱扣器选择性的一种完善措施。能量选择性综合了电流与时间两个参数，以I2t(导通能量)作为判断动作与否的依据，可解决一部分瞬时过电流脱扣器的选择性问题。为保证能量选择性的顺利实现，一般下级断路器B选择限流型，利用限流作用使流经上级断路器A的短路电流大大降低，降低后的短路电流能量不足以驱动(或需更长时间驱动)断路器A能量选择脱扣机构，而确保由断路器B来切除故障，即下级断路器限流后的能量小于上级断路器脱扣的最小能量。能量选择性配合必须通过生产厂家的试验确定。需要按生产厂家的选择性配合表来选择以确保选择性。根据施耐德厂家数据，采用能量选择性技术的断路器额定电流(规格)之比大于2时，保护是选择性的。
六、区域选择性联锁
上下级断路器之间设置逻辑联锁。当本级断路器保护区发生故障，电流大于脱扣器整定值时，向上级断路器发出逻辑等待信号，在联锁整定的时间内，上级断路器被锁住不动作，而本级断路器立即脱扣跳闸，切除故障，即可保证各级间保护的选择性。如图1所示，当线路LB某点发生短路故障时，断路器A、B均检测到短路过载电流。断路器B向断路器A发出等待信号，断路器A被锁住不动作，断路器B则瞬时动作。当线路LA某点发生短路故障时，断路器A检测到短路过载电流。断路器A由于没有收到来自下一级断路器B的等待信号，则瞬时动作。
采用区域选择性联锁技术后能带来两大好处:
(1)当下级线路故障时，上级断路器收到下级断路器发出的信号后进入锁定状态，瞬时过电流脱扣器不會动作，不受Iset3．A≥1．3Id3．BS的条件限制，选择性更容易得到满足。
(2)普通选择性断路器配电级数每增加一级，第一级断路器短延时整定时间需延长0．1～0．2s以满足选择性。当第一级线路短路故障电流不足以使Iset3动作时，Iset2会经过较长的时间延迟动作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:断路器；电流脱扣器；整定电流
Abstract: the distribution system would receive a long time fault current thermal stress and electric stress damage. The selective interlock area in technology, short-circuit fault by the circuit breaker instantaneous or the short time tripping the protection, the short time delay time of just 0.1 ~ 0.2 s.
Key words: breaker; Current tripping device; Setting current
中图分类号： TM561 文献标识码：A文章编号：
一、短路过电流脱扣器能选择性动作的可靠系数k2
上级断路器短路过电流脱扣器整定电流Iset．A不能小于下级断路器短路过电流脱扣器整定电流Iset．B，即Iset．A≥k2Iset．B(k2=1．5)。由于短路过电流脱扣器的脱扣电流值准确度为±20%，上下两级断路器误差叠加，在最为不利的情况下，上级断路器在短路过电流整定值为－20%时脱扣，下级断路器在+20%时脱扣，即
Iset．A×(1－20%)≥Iset．B×(1+20%)→
0．8Iset．A≥1．2Iset．B→Iset．A/Iset．B≥1．5
若以部分厂家短路过电流脱扣器具有电流整定值的脱扣电流值±15%的准确度计算:
Iset．A×(1－15%)≥Iset．B×(1+15%)→
Iset．A/Iset．B≥1．35
故上级断路器短路过电流整定值需要约1．5倍于下级断路器短路过电流整定值，才能保证选择性。该数据也得到了厂家数据的验证:施耐德NSE型塑壳断路器磁脱扣器的电流整定值(或电子脱扣器的短延时)之比大于1．5时，保护是选择性的。
二、瞬时短路过电流脱扣器整定电流Iset3的整定
在忽略导线连接点、开关设备和电器的接触电阻的情况下，两段导线LA和LB的短路电流曲线如图1所示。导线LB发生短路故障时，不引起断路器A瞬时脱扣，断路器A瞬时脱扣整定电流Iset3．A须不小于下级断路器B出线端短路电流Id3．BS的1．3倍，即Iset3．A≥1．3Id3．BS。
在不考虑脱扣器脱扣误差的情况下，导线LA的单相短路和三相短路分别在A1点和A2点后都得不到断路器瞬时脱扣器的保护。
图1Iset3．A选择性示意图
若为了使导线LA的各种短路故障都能得到保护，如图2所示，则导线LA末端最小的单相短路电流Id1．A不小于断路器A瞬时脱扣整定电流Iset3．A的1．3倍，即Id1．A≥1．3Iset3．A。导线LB在B1点和B2点之前的单相短路电流Id1．B和三相短路电流Id3．B都大于Iset3．A和Iset3．B。在这区间发生的短路故障选择性难以满足。无短延时脱扣器的A类断路器很难实现既对导线的短路故障完全保护、又与下级断路器具有选择性配合。
图2断路器选择性示意图(A类-A类)
三、短延时短路过电流脱扣器整定电流Iset2的整定
为使线路的各种短路故障均能受到保护，短延时过电流脱扣器必须满足对短路电流最小的单相金属性接地短路过电流进行保护，即Id1≥1．3Iset2。如图3所示，当下级断路器B的瞬时整定电流Iset3．B大于上级断路器A的短延时整定电流Iset2．A时，在不考虑脱扣器脱扣误差的情况下，在B1-B2和B3-B4间的单相短路和三相短路电流不会使断路器A瞬时动作，而断路器B会经短延时动作，选择性不能满足。因此，短延时过电流脱扣器要具有选择性，须满足条件Iset2．A≥1．5Iset3．B。同理，当下级设有短延时Iset2．B时，须满足Iset2．A≥1．5Iset2．B，Iset2．A整定时间需比Iset2．B延长0．1s以上。此时，Iset3．B的整定值可不受Iset2．A的约束。
图3 Iset2．A选择性示意图
《工业与民用配电设计手册》第三版第650页中认为Iset2．A≥1．2Iset3．B即可满足选择性要求。这1．2倍可靠系数的由来可能基于第624页所提到瞬时或定时限过电流脱扣器的整定值有±10%的准确度，则Iset．A×(1－10%)≥Iset．B×(1+10%)→Iset．A/Iset．B≥1．2。根据GB14048．2—2008第7．2．1．2．4条，在短路情况下断开的短路电流脱扣器具有电流整定值的脱扣电流值±20%的准确度;在过载情况下断开的瞬时或定时限过电流脱扣器的整定值为±10%的准确度。
四、断路器短路过电流脱扣器的选择性配合
(1)当断路器A和断路器B都为选择型断路器时，如图4所示，Iset3．A≥1．3Id3．BS、Id1．A≥1．3Iset2．A、Iset2．A≥1．5Iset2．B(Iset2．A整定时间需比Iset2．B延长0．1s以上)、Id1．B≥1．3Iset2．B，断路器A和断路器B既能对导线的各类短路故障进行保护，又能满足两者间的选择性要求。
(2)当断路器A为选择型断路器，断路器B为非选择型断路器时，如图7所示，Iset3．A≥1．3Id3．BS、Id1．A≥1．3Iset2．A、Iset2．A≥1．5Iset3．B、Id1．B≥1．3Iset3．B，断路器A和断路器B既能对导线的各类短路故障进行保护，又能满足两者间选择性要求。
(3)当断路器A和断路器B都为非选择型断路器时，Id1．A≥1．3Iset3．A、Id1．B≥1．3Iset3．B，断路器A和断路器B能对导线的各类短路故障进行保护。因Iset3．A整定电流值不能满足Iset3．A≥1．3Id3．BS，两者间难以满足选择性要求。
五、基于能量的选择性技术
当上下级间三相短路电流相差不大，整定电流值无法满足Iset3．A≥1．3Id3．BS或上下级间断路器均为非选择型断路器，不能满足选择性要求时，基于能量的选择性技术可增强短路器间的选择性。能量选择性是在大短路电流时对瞬时过电流脱扣器选择性的一种完善措施。能量选择性综合了电流与时间两个参数，以I2t(导通能量)作为判断动作与否的依据，可解决一部分瞬时过电流脱扣器的选择性问题。为保证能量选择性的顺利实现，一般下级断路器B选择限流型，利用限流作用使流经上级断路器A的短路电流大大降低，降低后的短路电流能量不足以驱动(或需更长时间驱动)断路器A能量选择脱扣机构，而确保由断路器B来切除故障，即下级断路器限流后的能量小于上级断路器脱扣的最小能量。能量选择性配合必须通过生产厂家的试验确定。需要按生产厂家的选择性配合表来选择以确保选择性。根据施耐德厂家数据，采用能量选择性技术的断路器额定电流(规格)之比大于2时，保护是选择性的。
六、区域选择性联锁
上下级断路器之间设置逻辑联锁。当本级断路器保护区发生故障，电流大于脱扣器整定值时，向上级断路器发出逻辑等待信号，在联锁整定的时间内，上级断路器被锁住不动作，而本级断路器立即脱扣跳闸，切除故障，即可保证各级间保护的选择性。如图1所示，当线路LB某点发生短路故障时，断路器A、B均检测到短路过载电流。断路器B向断路器A发出等待信号，断路器A被锁住不动作，断路器B则瞬时动作。当线路LA某点发生短路故障时，断路器A检测到短路过载电流。断路器A由于没有收到来自下一级断路器B的等待信号，则瞬时动作。
采用区域选择性联锁技术后能带来两大好处:
(1)当下级线路故障时，上级断路器收到下级断路器发出的信号后进入锁定状态，瞬时过电流脱扣器不會动作，不受Iset3．A≥1．3Id3．BS的条件限制，选择性更容易得到满足。
(2)普通选择性断路器配电级数每增加一级，第一级断路器短延时整定时间需延长0．1～0．2s以满足选择性。当第一级线路短路故障电流不足以使Iset3动作时，Iset2会经过较长的时间延迟动作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。