建筑低压配电设计的探讨

        (倪修康1
        (肖利亚2

摘要：随着我国国民经济的飞速发展，新上用户配电所越来越多，用电要求也越来越高。对电气设计人员来说，低压断路器是直接面向广大电力用户的重要设备，低压断路器如何选用的安全、经济、合理显得尤为重要。本文主要探讨了当前建筑低压配电的设计。
关键词：建筑；低压配电设计；断路器
Abstract: with the rapid development of China's national economy, the new user distribution place more and more, electricity requirement more and more is also high. To the electric design workers, low voltage circuit breaker is directly facing the power users important equipment, low voltage circuit breaker, how to choose the security, economic and reasonable is particularly important. This paper mainly discussed the current architecture of low voltage distribution design.
Keywords: architecture; Low voltage distribution design; Circuit breaker

中图分类号： TM642+.2      文献标识码：A         文章编号：
0 前言
在供配电线路中，对于保护电器必须达到“三性”——选择性、快速性、灵敏性。快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关，而选择性则与上下级保护电器之间的配合有关，配合恰当，则能有选择地将事故回路切除，保证供电系统的其他部分继续正常运行，反之，则影响供电的可靠性。断路器作为一种非常重要的保护电器元件，人们往往是根据负载性质的不同进行选用的。最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用照明三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。对配电型断路器而言，有选择性与非选择性之分。所谓选择性是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性；对于电动机保护型断路器，只要有过载长延时和短路瞬时的两段保护性能就够了，也就是说可选用非选择性断路器(包括塑壳式和万能式)；家用和类似场所的保护也是一种额定电流在63 A以下的小型非选择性断路器。低压断路器具有断路保护，过载保护、控制和隔离的功能，适用于工业与民用建筑终端低压配电系统，在低压配电系统中广泛采用。低压断路器在配电系统中若设计不当，就会影响供电回路的正常工作。笔者借此谈一下低压断路器，在低压配电系统设计中应注意的一些问题。
1选用原则
1)由线路的计算电流来决定断路器的额定电流；2)断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电流；3)按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力；4)按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性，即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的1．3倍；5)按照线路上的短路冲击电流(即短路全电流最大瞬时值)来校验断路器的额定短路接通能力(最大电流预期峰值)，即后者应大于前者。
2低压断路器的选择性分析
为了保证低压配电系统的可靠性，低压断路器的选择性成为终端低压配电系统设计的一项重要内容。在断路器所保护的配电系统中，当发生电气故障时，距故障点最近的断路器：Qn动作将故障切除，而其他各级断路器不动作，从而将故障所造成断电限制在最小范围内，使其他无故障供电回路仍能保持正常供电，这就是对低压断路器所要求的选择性。非选择性低压断路器，是指当发生电气故障时，距故障点最近的低压断路器QF3动作将故障切除，而其他各级断路器Qn、QF2、QF4和QF5动作，均处于打开状态。不能保证使其他无故障回路正常供电。低压断路器的选择性在低压配电系统的设计中占有十分重要的位置，它可以给用户带来便利。并能保证供电回路工作的连续性。所以，家用电器在无选择性保护下，一旦发生电气故障，配电回路的连续性就不能得到保证，使家用电器如电冰箱、排油烟机等处于停机待启动状态，影响了用户的日常生活。
在低压配电系统中用的低压断路器按其保护性能可分为，选择性和非选择性两类。选择性低压断路器，有两段保护和三段保护两种。其中瞬时特性和短延时特性适用于短路动作，而长延时特性适用于过载保护。非选择性低压断路器，一般为瞬时动作，只做短路保护用。也有的为长延时动作，只做过负荷保护用。
在低压配电系统中，如果上一级断路器采用选择性断路器。下一级断路器采用非选择性断路器或选择性断路器，主要是利用短延时脱扣器的延时动作或延时动作时间的不同，以获得选择性。通过上一级断路器的延时动作时，请注意以下几点问题：
2．1 无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器，上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍;
2．2如果下一级是非选择性断路器，为防止在下一级断路器所保护回路发生短路电流时，因这一级瞬时动作灵敏度不够，而使上一级短延时过电流脱扣器首先动作，使其失去选择性。一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍；
2．3如果下一级也是选择性断路器．为保证选择性。上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1s。
3低压断路器的级联保护性
在低压配电系统的设计中，低压断路器的上下两级之间的选择性配合，必须具有“选择性、快速性和灵敏性”。选择性则与上下两级低压断路器之间的配合有关，而快速性和灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关．上下两级断路器配合得当，则能有选择地将故障回路切除，保证配电系统的其它无故障回路继续正常工作。反之，则影响配电系统的可靠性。级联保护是断路器限流特性的具体应用，其主要原理是利用上级断路器的限流作用，在选择下级断路器时，可选择分断能力较低的断路器，以达到降低成本节约费用的目的。上级的限流型断路器QF1能分断其安装处的最大预期短路电流。由于低压配电系统中上下级的低压断路器为串联安装，当下级，低压断路器QF2出口处发生短路时，该短路电流由于上级低压断路器QF1的限流作用而使其实际值远小于该处的预期短路电流，也就是说，下级低压断路器QF2的分断能力在上级低压断路器QF1帮助下大大增强，超过了其额定分断能力。这种级联保护也是有一定的条件，譬如邻近的回路不能有重要负载(因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电)，同时QF1的瞬动整定值与QF2的瞬动整定值也要匹配得当等。级联数据只能由实验测定，上下级低压断路器的配合选择也只能由低压断路器制造商提供确定。
4低压断路器的灵敏度研究
为了保证低压断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统最小运行方式下，在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠动作。低压断路器保护的灵敏度必须满足《低压配电设计规范》(CB50054-95)规定其灵敏度应不小于1.3，即SP=lk.min／IOP≥1.3。式中IOP瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流。IKmin一断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流或两相短路电流，SP低压断路器的灵敏度。在选用低压断路器时，还应注意对其灵敏度的校验，对于同时具有短延时和瞬时过电流脱扣器的选择性断路器，只需要校验短延时过电流脱扣器的动作灵敏度，不需要校验瞬时过电流脱扣器动作的灵敏度。
5低压断路器的环境温度
低压断路器的过载保护依靠热脱扣器来完成，通常低压断路器的热脱扣器额定电流是制造商依据IEC898标准，在基准温度为30℃(2条件下整定的。热脱扣器是由一组双金属片制成，当线路发生过载。过载电流流过加热电阻缝而使双金属片发热变形弯曲，将搭钩顶开，使低压断路器触点断开。低压断路器的热脱扣器与环境温度是有直接的关系，若环境温度发生变化就会导致低压断路器的额定电流值发生变化。
低压断路器一般是排列有序地固定在配电盘上，再安装在配电箱内。配电箱的安装方式分为明装和暗装两种，明装配电箱的散热效果优于暗装配电箱，暗装配电箱内的空气不宜对流，其散热效果较差。造成配电箱内因低压断路器的温升使周围环境的空气温度上升。所以，低压断路器的实际工作温度比周围环境的温度高出1O℃～15℃左右。因此当环境温度大于或小于校准温度值时，我们必须根据制造商提供的温度与载流能力修正系数表，来修正低压断路器的额定电流值。以C65N／H为例，如果低压断路器C65N／H单个安装，其周围环境为30℃，C65N／H的额定电流20A，则其实际工作电流为20A：如果低压断路器C65Nm单个安装，其周围环境为40℃，C65N／H的额定电流20A，则其实际工作电流为18.97A：如果多个C65N／H安装在配电箱内，其周围环境为30℃，C65N／H的额定电流20A，则其实际工作电流为16A；如果多个C65N／H安装在配电箱内，其周围环境为40℃，C65N／H的额定电流20A，则其实际工作电流为15.18A。由此我们可以看出，不同的环境温度和不同的安装方式对于低压断路器的实际工作电流值是有一定的影响。
6 结语
在设计低压配电系统时，应注意低压断路器的选择性和级联保护性；对低压断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定。确保过电流脱扣器动作的灵敏度；当环境温度大于或小于校准温度值时，应根据制造商提供的温度与载流能力修正系数来调整低压断路器的额定电流值。在低压断路器选择时，级间配合问题成为广大设计者经常容易忽视的问题，因此，正确使用断路器可以有效地提高低压配电系统的运行性能，尤其对于那些停电对生产影响较大的企业，更应该注意断路器的科学选型及电流参数的合理整定，保证低压配电系统的稳定运行。