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低压配电系统的保护设计

一、概述低压配电系统的保护包括过电流保护（短路保护和过负

载保护）、断相保护、低电压保护（欠压和失压保护）、接地故障保护。

在不同的应用场合，应按规范要求装设不同的保护，比如，《低压配

电设计规范》gb50054-95规定，“配电线路应装设短路保护、过负载

保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号”；低压

配电系统的各个相关的低压电器之间应有良好的特性配合，以正确的

发挥各个低压电器的各种功能。比如，《低压配电设计规范》要求“配

电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性。”另外，完善

的保护，除了正确地装设和设置保护电器之外，还应使配电系统中相

关导体、连接件的安装、选型与保护电器相配合，满足各种状态下的

动热稳定要求。随着制造技术的不断发展，低压断路器的性能及功能

也越来越先进和完善。目前，在民用建筑的配电系统中，已经广泛地

应用低压断路器来实现配电系统的各种保护功能。所以，如何正确地

选用低压断路器对低压配电的设计至关重要。图一所示是一个民用建

筑中常用的配电系统实例。本文将以图一为例，讨论工程设计实践中

常见的有关低压配电系统保护的若干问题。

图一二、短路保护短路保护应在短路电流产生的热作用和机械作

用对被保护对象造成危害之前切断短路电流。在民用建筑的低压配电

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系统中，大多数的短路保护，均可以采用断路器来实现。采用断路器

来实现短路保护，首先应使断路器的短路分断能力≥线路的预期短路

电流。断路器一般有三个指标来表示其分断能力，即极限短路分断能

力、运行短路分断能力和短时耐受电流。各个指标的含义如下：极限

短路分断能力(icu)，是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因

数)条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此

通断后，不再继续承载其额定电流的分断能力。它的试验程序为o—

t(线上)—co(“o”为分断，t为间歇时间，一般为3min，“co”表示

接通后立即分断)。试验后要验证脱扣特性和工频耐压。运行短路分

断能力(ics)，是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数)条

件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，

还要继续承载其额定电流的分断能力，它的试验程序为o—t（线上）

—co—t(线上)co。短时耐受电流(icw),是指在一定的电压、短路电流、

功率因数下，耐受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的

能力，icw是在短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的

考核指标，它是针对b类断路器的，通常icw的最小值是：当in≤

2500a时，它为12in或5ka，而in＞2500a时，它为30ka。在某些场

合，希望一台断路器在分断线路最大的短路电流后不维护还可以继续

承载额定电流，那么，我们就应该按断路器的运行分断能力（ics）不

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小于线路的预期最大短路电流的条件来选择断路器。否则，可以按断

路器的极限分断能力来选择断路器。目前，市面上有许多ics=icu的断

路器，其适用性更广，当然，其制造成本也更高。对于安装于电源侧

的断路器，为实现保护选择性，往往采用具有短路短延时的b类断路

器，这时，就应该考虑断路器的短时耐受电流（icw）了。那么，如何

确定断路器的icw指标是否满足使用要求呢？因为时间很短，可以将

短路过程视为一个绝热过程，不考虑断路器散热条件的差异，所以可

以根据下式来校验：——（1）式中icw——短时耐受能力指定

的短路电流值t——短时耐受能力指定的通过短路电流的时

间id——实际发生的预期最大短路电流t1——短路电流

持续的时间，一般取断路器的短路短延时时限比如，图一的b点发生

三相短路，假设，变压器容量为1000kva，根据变压器的容量可以估

算出在b点的三相短路电流id=ie/δu%=1.443ka/0.06=24.0ka（假设变

压器的高压侧短路容量为无