摘要：文章介绍了作为保护电器的低压熔断器和低压断路器的主要性能；论述了《低压配电设计规范》关于配电线路保护的主要规定，并介绍了对保护电器的正确选择和整定的概念和计算方法，以满足可靠切断故障电路和有选择性断开的要求。对配电设计人员、运行维护人员具有较强的实际应用价值。
关键词：保护电器 低压熔断器 低压断路器
１ 总论
保护电器在低压配电系统中占有重要地位，在配电线路发生故障时切断故障电路的器件主要是低压熔断器和低压断路器。如果设计中整定不正确，将导致不能在要求的时间内切断故障电路，从而损坏电线、电缆，甚至扩大事故，或者导致非选择性动作，扩大停电范围。
为了正确选择和整定电器参数，首先要了解保护电器的主要性能，同时要熟知国家标准——《低压配电设计规范》（ＧＢ ５００５４－９５）的有关规定，从而进一步知道按照配电系统的状况和计算的故障电流值（短路电流和接地故障电流等），正确整定保护电器的参数，以保证满足上述规范的规定，即在规定的时间之内可靠切断故障（或发出报警），同时要求有选择地切断故障，即只切断发生故障的一段电路，而不切断上级配电线路。
２ 保护电器的主要性能
２．１ 低压熔断器
配电系统中使用的熔断器应符合国家标准——《低压熔断器第１部：基本要求》（ＧＢ １３５３９．１－２００２）（等同采用ＩＥＣ ６０２６９－１：１９９８）和《低压熔断器 第２部分：专职人员使用的熔断器的补充要求》（ＧＢ／Ｔ １３５３９．２－２００２）（等同采用ＩＥＣ６０２６９．２之１９９５年１号及２００１年２号修正件）、《低压熔断器 第２部分：专职人员使用的熔断器的补充要求 第１～５篇：标准化熔断器示例》（ＧＢ／Ｔ １３５３９．６－２００２）（等同采用ＩＥＣ ６０２６９－２－１：２０００）。
低压熔断器的主要性能如下。
2.1.1 分断范围和使用类别
第一个字母表示分断范围。“ｇ”为全范围分断能力熔断体；“ａ”为部分范围分断能力熔断体；
第二个字母表示使用类别。
两字母组合的熔断体类别举例：
“ｇＧ”为一般用途全范围分断能力的熔断体；
“ｇＭ”为保护电动机电路全范围分断能力的熔断体；
“ａＭ”为保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体。
专职人员使用的熔断器，主要用于工业，有：刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器、圆筒形帽熔断器、偏置触刀熔断器等类型。
非熟练人员使用的熔断器，主要用于家用或类似用途。
2.1.2 时间—电流特性
对不同大小的故障电流决定熔断时间，是一种反时限特性曲线。制造厂应提供弧前和熔断时间——电流特性或时间—电流带。
2.1.3 约定时间和约定电流
反映熔断体过载的特性参数，其数值如表１所示。表１中的Ｉｎ小于１６Ａ的熔断，按ＧＢ／Ｔ １３５３９．６－２００２的约定电流值列于表２。
2.1.4 熔断体的分断能力
在规定的使用和性能条件下，熔断体在规定电压下能够分断的预期电流值，对交流熔断器，指交流分量有效值。
2.1.5 过电流选择性
两个或多个过电流保护电器之间的相关特性配合。当在给定范围内出现过电流时，指定的保护电器动作，而其他的不动作。标准规定，当弧前时间大于０．０１ｓ时额定电流之比为１．６∶１的两级熔断器之间的选择性可得到保证。
2.1.6 I2t（焦耳积分）特性
在规定的动作条件下作为预期电流函数的弧前或熔断Ｉ２ｔ曲线。制造厂应提供弧前时间小于０．１ｓ至相应于额定分断能力的弧前Ｉ２ｔ特性，以及以规定电压为参数的熔断Ｉ２ｔ特性，分别代表实际使用中可能遇到的作为预期电流函数的最小和最大值。
2.1.7 产品现状
自１９９２年发布ＧＢ １３５３９．１－９２标准以后，我国有一批熔断器按９２年标准生产，具有分断能力高、选择性好等特点。“ｇＧ”类型主要型号有ＲＴ１５、ＲＴ１６、ＲＴ１７、ＲＴ２０、ＲＴ３０以及ＲＬ６、ＲＬ７等，这些产品也符合２００２年熔断器新标准的要求。
但是，我国还没有符合标准的“ａＭ”类型产品。据了解，进入我国市场的奥地利埃姆·斯恩特公司和法国的溯高美公司都有这类产品。
２．２ 低压断路器
采用断路器应符合国家标准《低压开关设备和控制设备．低压断路器》（ＧＢ １４０４８．２－２００１），等同于ＩＥＣ ６０９４７∶１９９５同名称标准。
低压断路器的分类和主要特性介绍如下。
2.2.1 分类
（１）按使用类别分类
①Ａ类：在短路情况下，断路器无明确指出用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护；
②Ｂ类：在短路情况下，断路器明确串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，即在短路时，选择性保护有人为短延时（可调节）。
（２）按设计形式分，有万能式（开启式）、塑壳式；
（３）按分断介质分，有空气分断、真空分断、气体分断；
（４）按操作机构的控制方法分，有有关人力操作、无关人力操作、有关动力操作、无关动力操作、储能操作。而储能操作又有：储能方式（弹簧、重力等）、能量的来源（人力、电力等）、释能方式（人力、电力等）；
（５）按是否适合隔离分，有适合隔离、不适合隔离；
（６）按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式；
（７）按外壳防护等级ＧＢ ４２０８－１９９３的ＩＰ代码分。
2.2.2 短路特性
（１）额定短路接通能力（Ｉｃｍ）：用最大预期峰值电流表示；
（２）额定短路分断能力，规定为：
①额定极限短路分断能力（Ｉｃｕ）用预期分断电流（ｋＡ）表示；交流用交流分量有效值表示；
②额定运行短路分断能力（Ｉｃｓ）用预期分断电流（ｋＡ）表示，相当于Ｉｃｕ的某一百分数，标准百分数规定为１００％Ｉｃｕ、７５％Ｉｃｕ、５０％Ｉｃｕ，对于Ａ类断路器，还可以为２５％Ｉｃｕ。
（３）交流断路器的短路接通和分断能力的关系：两者的比值应不小于１．５～２．２，按短路分断能力大小和不同功率因数决定；
（４）额定短时耐受电流（Ｉｃｗ）：对于交流，Ｉｃｗ为有效值，Ｉｃｗ值应不小于断路器额定电流Ｉｎ的１２倍，且不得小于５ｋＡ，最大不超过３０ｋＡ。与Ｉｃｗ相应的短延时不应小于０．０５ｓ，可选取０．０５ｓ、０．１ｓ、０．２５ｓ、０．５ｓ和１．０ｓ几档。
2.2.3 脱扣器
（１）脱扣器的形式
①分励脱扣器；
②过电流脱扣器；
③欠电压脱扣器；
④其他如使用很多接地故障保护的脱扣器。
（２）过电流脱扣器的种类
①瞬时；
②定时限，也就是短延时过电流脱扣器；
③反时限，通常称为长延时过电流脱扣器。
（３）过电流脱扣器的电流整定值：用电流值的倍数或直接用安培数表示；
（４）过电流脱扣器的脱扣时间整定值
①定时限的延时时间整定值用秒（ｓ）表示；
②反时限的应给出时间—电流特性曲线。
（５）反时限过电流脱扣器的断开动作特性。在基准温度下，所有相极通电至１．０５Ｉｎ，即约定不脱扣电流时，在约定时间（对Ｉｎ＞６３Ａ为２ｈ，Ｉｎ≤６３Ａ为１ｈ）内不应脱扣，使电流上升到１．３Ｉｎ，即约定脱扣电流时，应在小于约定时间内脱扣。
2.2.4 产品现状
（１）万能式断路器：由上海电器科学研究所组织研究设计的主要产品有：
①ＤＷ４５型是２０世纪９０年代新的智能型断路器，框架电流２０００～６３００Ａ，Ｉｃｕ达８０～１２０ｋＡ（４００Ｖ时），具有长延时、短延时、瞬时和接地故障保护功能，其整定电流和动作时间可在较大范围内方便调节，其价格较高；
②ＤＷ５０型是２１世纪初研制的智能型断路器，框架电流１０００Ａ，性能与ＤＷ４５基本相同；
③ＤＷ１５ＨＨ型是２０世纪９０年代末对原ＤＷ１５型的再开发产品，具有和ＤＷ４５相同的保护功能，但尺寸较小，价格适中；
④ＤＷ１６型：框架电流６３０～４０００Ａ，４００Ｖ时Ｉｃｕ达到３０～８０ｋＡ，具有长延时、瞬时和接地故障保护功能，但调节范围较小，没有短延时脱扣器，其价格较低。
此外，还有ＡＢＢ公司的Ｆ系列，施耐德公司的ＭＴ系列，框架电流达６３００Ａ，具有四段全保护功能，但价格较高。
（２）塑壳式断路器
①Ｓ系列（即ＤＺ４０型）：由上海电器科研所和全国十多个企业研制的新产品。壳架额定电流６３～８００Ａ，共６个等级；分断能力有４个等级，即Ｃ系列（普通型４００Ｖ时，Ｉｃｕ达１５～３５ｋＡ）、Ｙ系列（标准型，Ｉｃｕ达３０～５０ｋＡ）、Ｊ系列（较高型，Ｉｃｕ达５０～７０ｋＡ）、Ｇ系列（最高型，Ｉｃｕ达１００ｋＡ）；有配电保护用和电动机保护用（ＡＣ－３）两种；具有长延时和瞬时脱扣器。还有２个系列产品：一是Ｚ系列智能化断路器，具有短延时脱扣器，有多种调节功能，也可直接与计算机控制系统通讯；二是Ｌ系列剩余电流断路器，同时具有长延时、瞬时和剩余电流保护功能，壳架电流６３～２００Ａ，现又扩展到８００Ａ，这是一个功能多样，具有不同档次可供选用的好产品。
②另外，如ＡＢＢ公司Ｓ型（达３２００Ａ）、Ｅ型（达６３００Ａ），施耐德公司的ＮＳ型（达１２５０Ａ）等，有长延时、瞬时脱扣器，也有增加带短延时、接地故障保护等脱扣器的智能型断路器。
３ 规范关于配电线路保护的规定
现行《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４－９５）是１９９５年１２月发布、１９９６年６月实施的国家标准。其中低压配电线路的保护是最重要的内容之一，因为它涉及保障人身安全、用电可靠，防止电路故障造成重大损害，如，导致电气火灾所需要的防护措施等方面。
配电线路保护是要防止两方面的事故：一是防止因间接接触（区别于直接接触带电体）而导致电击；二是因电路故障导致过热造成损坏，甚至导致火灾。
配电线路应装设短路保护、过载保护和接地故障保护，并分别作了规定，分述如下。
３．１ 短路保护
要求在短路电流对导体和连接件的热作用造成危害之前切断短路故障电路，当短路持续时间不大于５ｓ时，绝缘导体的热稳定应按下式校验：
Ｓ≥（１）
式中：
Ｓ——绝缘导体的线芯截面（ｍｍ２）；
Ｉ——预期短路电流有效值（Ａ）；
ｔ——在已达到允许工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（ｓ）；
Ｋ——计算系数，按导体不同线芯材料和绝缘材料决定，其值如表３所示。
公式（１）只适用于短路持续时间不大于５ｓ的情况，因为该式未考虑其散热；当大于５ｓ时应计及散 热的影响。
另外，公式（１）也不适用于短路持续时间小于０．１ｓ的情况，当小于０．１ｓ时，应计入短路电流初始非周期分量的影响。
３．２ 过负载保护
配电线路过负载保护，应在过载电流引起导体温升对导体绝缘、接头、端子及周围物质造成损害前能切断过载电流，但对突然切断电路会导致更大损失时，应发出报警而不切断电路。
过负载保护的保护电器的整定电流和动作特性应符合下列两式的要求：
ＩＢ≤Ｉｎ≤ＩＺ（２Ａ）
Ｉ２≤１．４５ＩＺ（２Ｂ）
式中：
ＩＢ——线路计算电流（Ａ）；
Ｉｎ——熔断器熔体额定电流或断路器长延时脱扣器整定电流（Ａ）：
ＩＺ——导体允许持续载流量（Ａ）；
Ｉ２——保证保护电器可靠动作的电流，对断路器，Ｉ２为约定时间的约定动作电流，对熔断器，Ｉ２为约定时间的约定熔断电流。
使用断路器时，按标准ＧＢ１４０４８．２－２００１规定，约定动作电流为１．３Ｉｎ，只要满足Ｉｎ≤ＩＺ，即符合式（２Ｂ）要求。
Ｉｎ就是断路器长延时整定电流Ｉｚｄ１，也就是要求：
Ｉｚｄ１≤ＩＺ或Ｉｚｄ１／ＩＺ≤１（３）
３．３ 接地故障保护
为防止人身间接电击以及线路损坏，甚至引起电气火灾等事故，最重要的措施是设置接地故障保护。
接地故障保护适用于Ｉ类电气设备，所在场所为正常环境，人身电击安全电压限值（ＵＬ）不超过５０Ｖ。
采用接地故障保护的同时，建筑物内各种导电体应作等电位联结。
接地故障保护对配电系统的不同接地形式作了规定。
3.3.1 TN系统的接地故障保护
（１）ＴＮ系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：
ＺＳ·Ｉａ≤ＵＯ（４）
式中：
ＺＳ——接地故障回路的阻抗（Ω）
Ｉａ——保证保护电器在规定时间内切断故障回路的电流（Ａ）
ＵＯ——相线对地标称电压（Ｖ）。
ＵＯ＝２２０Ｖ的配电线路，其切断故障回路的时间规定如下：
①配电干线和供固定用电设备的末端回路，不大于５ｓ；
②供手握式或移动式用电设备的末端回路，以及插座回路，不大于０．４ｓ。
（２）当采用熔断器兼作接地故障保护时，为了执行方便，规定了接地故障电流（Ｉｄ）与熔断体额定电流（Ｉｒ）之比不小于表４或表５值，即认为符合式（４）的规定。
（３）当采用断路器作接地故障保护时，接地故障电流（Ｉｄ）不应小于断路器的瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的１．３倍。
3.3.2 TT系统的接地故障保护
ＴＴ系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下列要求：
ＲＡ·Ｉａ≤５０Ｖ（５）
式中：
ＲＡ——外露可导电部分的接地电阻与ＰＥ线电阻和（Ω）；
Ｉａ——保证保护电器切断故障回路的动作电流（Ａ）。当采用反时限特性过流保护电器时，Ｉａ为５ｓ内切断的电流；采用瞬时动作特性的过流保护电路时，Ｉａ为瞬时整定电流；当采用漏电保护器时，Ｉａ为其额定动作电流Ｉ△ｎ。
3.3.3 IT系统的接地故障保护
当ＩＴ系统配电线路发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出报警信号，其动作电流应符合下式要求：
ＲＡ·Ｉｄ≤５０Ｖ（６）
式中：
ＲＡ——外露可导电部分的接地极电阻（Ω）；
Ｉｄ——第一次接地故障电流（Ａ）。
当ＩＴ系统的配电线路发生第二次异相接地故障时，应切断故障电路，并符合下列要求：
（１）当ＩＴ系统不引出Ｎ线，应在０．４ｓ内切断故障回路，并符合下列要求：
ＺＳ·Ｉａ≤·ＵＯ（７）
式中：
ＺＳ——相线和ＰＥ线故障回路阻抗（Ω）；
Ｉａ——保护电器切断故障回路的动作电流（Ａ）；
当ＩＴ系统引出Ｎ线，应在０．８ｓ内切断故障回路，并符合下式要求：
ＺＳ·Ｉａ≤０．５·ＵＯ（８）
式中ＺＳ——包括相线、Ｎ线和ＰＥ线在内故障回路阻抗（Ω）。
建议ＩＴ系统不引出Ｎ线。
４ 保护电器选择的通用要求
低压配电线路保护电器选择应考虑以下要求：
（１）保护电器必须是符合国家标准的产品。断路器和熔断器的国标是新世纪后修订的，等同采用ＩＥＣ标准，符合当今国际先进水平；
（２）保护电器的额定电压应与所在配电回路的标称电压相适应；
（３）保护电器的额定电流不应小于该配电回路的计算电流；
（４）保护电器的额定频率应与配电系统的频率相适应；
（５）保护电器要切断短路故障电流，应满足短路条件下的动稳定和热稳定要求，还必须具备足够的通断能力。分断能力应按保护电器出线端位置发生的预期三相短路电流有效值进行校核。当今，我国的保护电器产品具有国际先进水平，其通断能力足以满足配电系统的要求；但是，保护电器的通断能力具有不同等级产品，所以，在配电设计中，应进行校验，重点是当配电变压器容量较大，而安装在靠近变压器的保护电器容量又较小时，更应作计算和校验；
（６）考虑保护电器安装场所的环境条件，以选择相适应防护等级（ＩＰ等级）的产品。
此外，在高海拔地区（如海拔超过２０００ｍ）应选用高海拔用的产品，或者采取必要的技术措施。在靠近海边的地方，应使用防盐雾的产品。
５ 保护电器保护特性的选型
５．１ 选型原则
（１）配电线路在正常使用中和用电设备正常起动时，保护电器不会动作；
（２）保护电器必须按规范规定的时间内切断故障电路，这是实施规范的最基本目标，也是保护电器的根本任务；
（３）配电系统各级保护电器的动作特性应能彼此协调配合，要求有选择性动作，即发生故障时，应使靠近故障点的保护电器切断，而其上一级和上几级（靠电源侧方向为上）保护电器不动作，使断电范围限制到最小。如图１所示，如Ｙ点短路，应使ＲＤ４断开，如Ｘ点短路，应使ＲＤ３断开。如果选择性难以得到完全保证，应该使低压主干线的保护电器（图１中的ＣＢ１）不会越级断开，宁可牺牲下级配电线路保护的选择性（如Ｙ点短路，ＲＤ３越级断开），其影响范围相对较小。
低压配电用保护电器包括断路器和熔断器两种，而断路器又有非选择型和选择型两类。配电系统有树干式、放射式和混合式等几种。保护的级数多少也不同，少至一、二级，多至六、七级。下面以图１所示意的配电系统说明不同位置保护电器选型。
（１）配电干线首端保护电器（图１中的ＣＢ１）：为了保证干线首端可靠切断故障和动作选择性，应选用选择型断路器，如ＤＷ４５型或ＤＷ１５ＨＨ型。
当此干线供电范围不大，其计算负载电流较小（如３００Ａ以下）时，也可选用熔断器。当从此处（变电所低压配电盘）直接给单台用电设备配电的线路，可选用非选择型断路器；
（２）配电干线第二级保护电器（图１中ＲＤ２）：一般宜用熔断器。当此段干线供电范围较大，负载较重要，计算负载电流较大（如４００Ａ以上）时，可用选择型断路器，如ＤＺ４０型；
（３）末端电路，即直接接至用电设备的线路保护电路（如图１中的ＣＢ４），通常使用非选择型断路器，必要时，也可用熔断器（如ＲＤ４），这里接笼型电动机，最好用ａＭ型熔断器；
（４）末端电路的上一级线路保护电器（图１中的ＲＤ３）：使用熔断器为好。当所供电的用电设备不多，突然断电影响不大时，也可使用非选择型断路器；
（５）为保证选择性动作，多级配电线路的中间各级（图１中的ＲＤ２、ＲＤ３）最好选用熔断器。
综上所述，配电线路各级保护电器比较合理的选型是：
选择型断路器（首端）→熔断器→熔断器→非选择型断路器（末端）。
５．３ 保护电器设置和选型的几个问题
5.3.1 配电变压器低压侧总开关的设置和选型
低压侧应设总开关（图１中Ｋ１），有两种选型：一是设隔离开关，二是设有隔离功能的断路器，或隔离开关加断路器。随着用电可靠性要求和安全保护要求的提高，越来越趋向装设断路器。其主要优点是可以遥控合闸，可以带负载断开，具有保护功能，事实上也有隔离开关具有断开负载和遥控合闸功能。
设置断路器时的保护功能呢？鉴于该断路器与各出线的保护电器都装在低压配电柜内，距离不过一米至几米，在此范围内发生短路和接地故障的机率很小，所以不必设置保护功能。如果该断路器（图１的Ｋ１位）再带瞬时过电流保护，则难以与各出线（图１之ＣＢ１）保护协调动作，无法实现主干线的选择性，是不可取的；但是，Ｋ１处装设长延时保护，作为过载保护用是可以的；
5.3.2 各配电箱内的进线开关设置和选型
此进线开关作隔离和断开负载电流用，可以用隔离开关，也可用断路器，需要遥控者，选用电动操作断路器。不设置保护，必要时可带长延时做过载保护，但不应装设瞬时动作保护；
5.3.3 接用电设备的末端回路保护电器及控制电器（图1之CB4或RD4）的设置
末端回路应设短路和接地故障保护，装设在末端回路前端的保护电器（图１之ＣＢ４或ＲＤ４）必须具备这项功能，通常装非选择型断路器或漏电断路器，而末端回路的末端则不必再设短路保护，而是根据所接用电设备需要，装设控制电器（如接触器）。按需要，还应装用电设备的过载保护电器。对于笼型电动机，宜用ａＭ型熔断器（图１之ＲＤ４）；
5.3.4 断路器和熔断器的比较
这两种保护电器各有其特点，应根据需要选用。有一种观点认为，断路器先进而熔断器是落后产品，这种看法是不全面的。断路器具有遥控功能（带电动操作）、完善的保护功能，调整方便（智能型）、故障断开后可以恢复等诸多优点，特别是智能型断路器更是熔断器所不可比拟的。但熔断器却以它良好的选择、配合性能和较低廉的价格而占有自己的地位，适合于配电系统的中间各级。
６ 保护电器的整定
６．１ 整定的基本要求
上节所述选型的三条原则，更需要在整定值中来实施，即：
（１）正常工作和正常起动时，不应切断电路；
（２）线路故障时，应可靠切断故障电路；
（３）线路故障时，各级保护电器应有选择性地切断电路。
这三项要求常常是相互矛盾的，配电系统设计的任务就是要合理地选择保护电器，正确整定其参数，如保护电器额定电流或整定电流大小受到第１和第２项的限定，而动作时间的快慢又受到第２和第３项的制约，必须仔细计算、校验，协调矛盾，实现对立的统一，以符合规范的要求。
６．２ 在正常工作和起动时保护电器不动作
正常工作时，保护电器不动作，应符合前述公式（２Ａ）的条件，即ＩＢ≤Ｉｎ。
关于起动时，保护电器不动作，以具有代表性的笼型电动机为例，分别按以下要求进行计算和校验。
6.2.1 使用熔断器
熔体额定电流Ｉｒ应符合下式要求。
Ｉｒ≥Ｋｒ［ＩＭ１＋ＩＢ（ｎ－１）］（９）
式中：
ＩＭ１——线路中所接的最大一台笼型电动机的额定电流（Ａ）
ＩＢ（ｎ－１）——除最大一台电动机外的线路计算电流（Ａ）；
Ｋｒ——计算系数，通常取１．０～１．５，取决于ＩＭ１／ＩＢ值大小及最大一台电动机起动状况，一般说，ＩＭ１／ＩＢ值为０．２５～０．４时，Ｋｒ取１．０～１．１，ＩＭ１／ＩＢ为０．５～０．６时，Ｋｒ可取１．２～１．３；ＩＭ１／ＩＢ为０．７～０．８时，Ｋｒ可取１．４～１．５；对于轻载起动的电动机，当ＩＭ１／ＩＢ＜０．２５时，一般可不考虑其起动之影响。
6.2.2 使用断路器
（１）断路器的长延时脱扣器整定电流Ｉｚｄ１，一般可不考虑电动机起动的影响；
（２）短延时脱扣器整定电流Ｉｚｄ２应躲开最大一台电动机的起动电流，用下式计算：
Ｉｚｄ２≥Ｋ［ＩｑＭ１＋ＩＢ（ｎ－１）］ （１０）
式中：
ＩｑＭ１——线路中所接最大一台笼型电动机的起动电流（Ａ）；
Ｋ——可靠系数可取１．２。
（３）瞬时脱扣器整定电流Ｉｚｄ３应躲过最大一台电动机的全起动电流，用下式计算：
Ｉｚｄ３≥ＫＩｑ＇Ｍ１＋ＩＢ（ｎ－１） （１１）
式中：
Ｉｑ＇Ｍ１——线路中所接最大一台笼型电动机的全起动电流，包括周期分量和非周期分量，其值为该电动机起动电流（ＩｑＭ１）的１．７～２．１倍；
Ｋ——可靠系数，可取１．２。
６．３ 短路保护
线路在正常运行中，导体产生温升而达到允许最高工作温度（这是计算的工作温度）。发生故障时，导体温度急剧上升，超过允许工作温度，应该在达到导体允许的极限温度之前切断故障电路，以避免导线绝缘损坏，甚至引起火灾，用公式（１）进行热稳定检验，分述如下。
（１）使用熔断器时，因为它具有反时限特性，使用公式（１）验算时较麻烦，要计算出预期短路电流，按选择的熔体电流值，再查熔断器特性曲线找出相应的全熔断时间ｔ，代入（１）式。为了使用方便，可从表６所列数据，按导体截面和敷设方式查出熔体电流的最大允许值。
（２）使用断路器时，通常是利用其瞬时或短延时脱扣器作短路保护，瞬时脱扣器的全分断时间（包括灭弧时间）极短，一般为１０～２０ｍｓ，甚至更小，虽然短路电流很大，一般都能符合式（１）要求。但应注意，当配电变压器容量很大，从变压器低压配电盘上直接引出截面很小的馈线时，难以满足热稳定要求，应按式（１）作校验。
采用短延时脱扣器断开短路电流时，短路电流持续时间将达０．１～０．６ｓ，根据经验，选用带短延时脱扣器的断路器所保护的配电干线截面不会太小，一般能满足式（１）要求，可不作校验。
６．４ 过载保护
（１）用断路器的长延时作过载保护，如前述，只要符合式（３），即满足规范规定的式（２Ａ）、（２Ｂ）之要求。
（２）用熔断器保护时，也应满足式（２Ａ）、（２Ｂ）要求。但式（２Ｂ）中有约定熔断电流Ｉ２，使用不方便，应作如下变换。
按熔断器国标，１６Ａ及以上的ｇＧ和ｇＭ熔断体的约定熔断电流Ｉｒ＝１．６Ｉｎ（见表１），又按ＧＢ５００５４－９５的条文说明第４．３．４条中指出，因熔断器产品标准测试设备的热容量比实际使用的大许多，即测试所得的熔断时间较实际使用中的熔断时间为长，这时Ｉ２应乘以０．９的系数，Ｉ２＝０．９×１．６Ｉｎ，此式代入式（２Ｂ）得１．４４Ｉｎ≤１．４５ＩＺ近似认为：
Ｉｎ≤ＩＺ或ＩＺ≤Ｉｎ （１２）
对于小于１６Ａ的熔断器，按表２所数据：镙栓连接熔断器的Ｉｆ＝１．６Ｉｎ；而刀型触头熔断器和圆筒形帽型熔断器，则有Ｉｆ＝１．９Ｉｎ（当１６Ａ＞Ｉｎ＞４Ａ）和Ｉｆ＝２．１Ｉｎ（当Ｉｎ≤４Ａ）。按以上同样方法计算结果列于表７。
６．５ 接地故障时，应在规定时间内切断电路
6.5.1 接地故障保护要求
对ＴＮ接地系统来说，应符合公式（４）的规定。
（１）采用熔断器时，应分别满足表（３）或表（４）规定的Ｉｄ／Ｉｒ值；
（２）采用断路器时，如只带长延时和瞬时脱扣器的，应利用瞬时脱扣器作接地故障保护，瞬时脱扣器的整定电流Ｉｚｄ３应符合下式要求：
Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ３（１３）
式中，系数１．３是规范规定的可靠系数。
6.5.2 满足规范要求存在的问题和措施
当配电线路较长，往往难以满足表（３）、（４）或式（１３）的要求，接地故障电流Ｉｄ较小，不足以使保护电路动作。为此，必须昼降低熔体电流Ｉｒ或断路器瞬时整定值Ｉｚｄ３，但将受到很多因素的制约；另一方面应力求提高Ｉｄ值。具体措施如下：
（１）配电变压器选用Ｄ，ｙｎ１１接线，不用Ｙ，Ｙｎｏ接线，对于靠变压器较近的故障点的Ｉｄ１值有明显增大；
（２）加大相导体及接地线导体截面，对于截面较小的电缆和穿管绝缘线有较大影响，而对于较大截面的裸干线或架空线，由于其电抗较大，加大截面作用很小；
（３）改变线路结构，如裸干线改用紧凑型封闭母线，架空线改电缆，可以降低电抗，但增加投资，有时是不可行的。
如果以上措施还是满足不了表（３）、（４）或式（１３）要求，就应该改变保护电器。
6.5.3 采用带短延时保护的断路器
前述用熔断器或断路器的瞬时脱扣器不能满足接地故障要求，第一级（或第二级）配电干线，容量较大时，可采用带短延时脱扣器的断路器作接地故障保护，短延时整定电流值Ｉｚｄ２应符合下式要求：
Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ２（１４）
式（１４）和式（１３）相同，只有Ｉｚｄ２取代Ｉｚｄ３。同一断路器，短延时整定电流Ｉｚｄ２通常只有瞬时整定电流Ｉｚｄ３的１／５～１／３左右。所以满足不了式（１３），但容易满足式（１４）要求，即短延时保护大大提高了动作灵敏性。
6.5.4 采用带接地故障保护的断路器作接地故障保护
如果还满足不了式（１４），则采用此方案，必将成若干倍地提高动作灵敏性。
接地故障又分两种方式，即零序电流保护和剩余电流动作保护。
（１）零序电流保护：三相四线制配电线路正常运行时，如果三相负载完全平衡，则流过中性线（Ｎ）的电流为０，即ＩＮ＝０；如果三相负载不平均，则产生不平衡电流，ＩＮ≠０；如果发生某一相接地故障时，ＩＮ将大大增加，达到ＩＮ（ｄ）。因此，利用检测ＩＮ值发生的变化，以取得接地故障的信号；
检测零序电流，通常是在断路器后三相线（或母线）各装一只电流互感器（Ｃ．Ｔ），取３只Ｃ．Ｔ次级电流矢量和乘以变比，即Ｎ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ。
断路器的零序电流保护的整定值ＩＺｄＯ如何确定？要求在正常运行中可能出现的最大不平衡电流时不会动作，而在发生接地故障时必须动作，建议ＩＺｄＯ的整定值应符合下列两式的要求：
ＩＺｄＯ≥（１．５～２．０）ＩＮ （１５）
１．３ＩＺｄＯ≤ＩＮ（ｄ） （１６）
式中，ＩＮ（ｄ）为发生接地故障时电流，包括接地故障电流和不平衡电流。
一般说，配电干线正常运行时的ＩＮ值不超过计算电流ＩＢ的２０％～２５％，所以，通常ＩＺｄＯ可整定在断路器长延时脱扣器电流ＩＺｄ１的３０％～６０％为宜，但必须符合式（１６）之规定。
可见，零序电流保护整定值ＩＺｄＯ比短延时整定值ＩＺｄ２小得多，满足式（１６）规定比满足式（１４）又容易得多。动作灵敏性可得到保证。
零序电流保护可用于ＴＮ－Ｃ、ＴＮ－Ｓ等接地系统。
零序电流保护可选用ＤＷ１６、ＤＷ１５ＨＨ、ＤＷ４５、ＤＷ５０等断路器实现，各自特点本文第二章已叙述。
（２）剩余电流保护：和零序电流保护不同的是：剩余电流保护是检测三相电流加中性线电流的矢量和，即Ｏ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｎ。
当三相四线配电线路正常运行时，三相负载不平衡，忽略线路泄漏电流，则ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ之矢量和总是等于零；当某一相发生接地故障时，则检测的三相电流加中性电流的矢量和不为零，而等于接地故障电流ＩＯ（ｄ）。
检测方法是在断路器后三相线和中性线上各装一只Ｃ．Ｔ。取４只Ｃ．Ｔ次级电流矢量和，乘以变化，即为接地故障电流ＩＯ（ｄ）。
断路器的接地故障保护的整定值ＩｚｄＧ应符合下式要求：
ＩＯ（ｄ）≥１．３ＩｚｄＧ（１７）
应注意，为避免误动作，整定值ＩｚｄＧ应大于正常运行时线路和设备的泄漏电流总和的５～１０倍。
可见，采用剩余电流保护比零序电流保护的动作灵敏度更高得多。
剩余电流保护适用于ＴＴ、ＴＮ－Ｓ接地系统，但不能用于ＴＮ－Ｃ接地系统，剩余电流保护宜选用ＤＷ１５ＨＨ、ＤＷ４５和ＤＷ５０等断路器实现，一般说，使用这些断路器，额定电流比较大，常常在１０００Ａ以上，所以，作为剩余电流保护的整定值不可能很小。如ＤＷ４５型２０００Ａ断路器，其接地故障电流最小整定值为１６０Ａ。
对于住宅和中小型建筑，作为引入配电干线总保护的断路器，容量较小时，可以用漏电断路器，或漏电保护器，其整定值最好不大于０．５Ａ，并在０．４ｓ或以上延时，作为防止电弧性接地故障引起火灾的保护措施是很有效的。
６．６ 线路故障时，应有选择性切断电路
线路故障时，要保证可靠切断电路，又要尽可能缩小断电范围，即有选择性地切断，这就对配电设计提出了更高的要求，要求有合理的配电系统统计，准确的计算数据，恰当的选择保护电器，正确整定保护电器的额定电流、动作电流和动作时间，才能达到预期的目的。
下面具体分析上下级保护电器的选择性。
（１）上级用熔断器，下级也用熔断器
熔断器之间的选择性在国标ＧＢ１３５３９．１－２００２中已有规定，也就是说，产品本身已经给予了保证。标准规定了过电流选择性，即当弧前时间大于０．１ｓ时，熔断体的过电流选择性用“弧前时间—电流”特性校验，弧前时间小于０．１ｓ时，其过电流选择性则以Ｉ２ｔ特性校验。当上级熔断体的弧前Ｉ２ｔｍｉｎ值大于下级熔断体的熔断Ｉ２ｔｍａｘ值时，可认为在弧前时间大于０．０１ｓ时，上下级熔断体间的选择性可得到保证。标准规定额定电流１６Ａ及以上的串联熔断体的过电流选择比为１．６：１也就实现有选择性熔断。标准规定熔断体额定电流值也是近似按这个比例制定的，如２５、４０、６３、１００、１６０、２５０Ａ以及３２、５０、８０、１２５、２００、３１５Ａ等。
（２）上级用熔断器，下级用非选择型熔断器
由于熔断器的反时限特性和断路器的长延时脱扣器的反时限特性能较好配合，在整定电流值合理的条件下，具有良好的选择性动作，条件是熔断体的额定电流比长延时脱扣器的整定电流要大一定的数值。当故障电流超过断路器的瞬时脱扣器整定电流时，则下级瞬时脱扣，而上级熔断器不会熔断。
（３）上级用非选择型熔断器，下级用熔断器
当故障电流大于非选择型断路器的瞬时脱扣器整定电流Ｉｚｄ３通常整定为该断路器长延时整定电流Ｉｚｄ１的６～１０倍时，则上级断路器瞬时脱扣，因此，当故障电流小于Ｉｚｄ３时，下级Ｉ熔断器先熔断，具有部分选择性，整体说属没有选择性，这种方案不可取。
（４）上级用非选择型断路器，下级也用非选择型断路器
上级断路器Ａ和下级断路器Ｂ的长延时整定值Ｉｚｄ１和瞬时整定值Ｉｚｄ３列于图２。
当断路器Ｂ后任一点（如Ｘ点）发生故障，若故障电流Ｉｄ＜１００Ａ时，断路器Ａ、Ｂ均不能瞬时动作，不符合保护灵敏性要求；当１０００Ａ＜Ｉｄ＜２０００Ａ时，则Ｂ动作，Ａ不动作，有选择性；当Ｉｄ＞２０００Ａ时，Ａ、Ｂ均动作，无选择性，见图３。因此，这种方式没有选择性。
（５）上级用选择型断路器，下级用熔断器
由于上级断路器具有短延时功能，一般能实现选择性动作，但必须整定正确，不仅短延时脱扣整定电流（Ｉｚｄ２）及延时时间要合适，而且还要正确整定其瞬时脱扣电流值（Ｉｚｄ３）。确定这些参数的原则是：
①下级熔断器额定电流（Ｉｒ）不宜太大；
②上级断路器Ｉｚｄ２值不宜太小，在满足式（１４）的前提下宜整定大些，如Ｉｒ为２００Ａ时，Ｉｚｄ２至少应取２５００～３０００Ａ；
③短延时时间应整定大一些，如０．４～０．８ｓ。
④Ｉｚｄ３在满足动作灵敏度条件下，尽量整定大一些，以免破坏选择性。
具体方法是：在多个下级熔断器中找出额定电流最大的，最值为Ｉｒ，短延时整定值为Ｉｚｄ２；假设熔断器后发生的故障电流等于或略大于Ｉｚｄ２时，在熔断体的“时间—电流”特性曲线上查出其熔断时间为ｔ；再使短延时时间比ｔ值在０．１５～０．２ｓ。如不符合要求，应重新选定Ｉｚｄ２值。
（６）上级用选择型断路器，下级用非选择型断路器
这种配合，应该具有良好的选择性，但必须正确整定各项参数，以图４为例，若下级断路器Ｂ的长延时整定值Ｉｚｄ１．Ｂ＝３００Ａ，瞬时整定值Ｉｚｄ３．Ｂ＝３０００Ａ；上级断路器Ａ的Ｉｚｄ１．Ａ通常比Ｉｚｄ１．Ｂ大很多，根据其计算电流和线路载流量确定，设Ｉｚｄ１．Ａ＝１０００Ａ，其Ｉｚｄ２．Ａ及Ｉｚｄ３．Ａ整定原则如下：
①Ｉｚｄ２．Ａ整定值应符合下式要求：
Ｉｚｄ２．Ａ≥１．２Ｉｚｄ３．Ｂ（１８）
具体原因是，若Ｉｚｄ２．Ａ＜Ｉｚｄ３．Ｂ，当故障电流达到Ｉｚｄ２．Ａ值，而小于Ｉｚｄ３．Ｂ时，则断路器Ｂ不能瞬时动作，而断路器Ａ经短延时动作，破坏了选择性。１．２是可靠系数，是脱扣器动作误差的需要。
②短延时的时间没有特别要求，主要是按下级熔断器要求整定。
③Ｉｚｄ３．Ａ应在满足动作灵敏性前提下，尽量整定大些，以免在故障电流很大时导致Ａ、Ｂ均瞬时动作，破坏选择性。
（７）上级用带接地故障保护的断路器
①用零序保护方式：零序保护整定电流ＩＺｄ０一般为ＩＺｄ１的２０％～１００％，多为几百到一千安培，与下级熔断器和一般断路器很难有选择性。只有后者的额定电流很小（如几十安培）时，才有可能。
使用零序保护时，在满足动作灵敏性要求的前提下，ＩＺｄ０应整定得大一些，延时时间尽量长一些。
②剩余电流保护方式：这种方式的整定电流更小，在发生接地故障时，和下级熔断器、断路器之间没有选择性。这种保护只能要求和下级漏电电流动作保护器之间具有良好的选择性，这种方式多用于安全防护要求高的场所，所以，应在末端电路装设漏电电流动作保护器，以避免非选择性切断电路。
对为了防止接地故障引起电气火灾而设置的漏电电流动作保护器，其整定电流小到０．５Ａ，应是延时动作，同时，末端电路必须设有漏电电流动作保护器。如有条件时（如有专人值班维护的工业场所），前者可不切断电路而发出报警信号。
现在的智能断路器（如ＤＷ４５型），具有“保护区域选择连锁”的功能，这是利用微电子技术使保护更为完善，保证了动作灵敏性和选择性。
７ 应用示例
为使设计人员有一个实际完整的概念，以便在设计中具体应用，用一个实例说明（见图５）。
例：某变电站，变压器为１０００ｋＶＡ，１０／０．４ｋＶ，Ｄｙｎ１１接线，１０ｋＶ侧系统容量３００ＭＶＡ，从低压屏引出的裸母干线长１６５ｍ，变压器至主断路器母线长１０ｍ，干线计算电流ＩＢ＝１０５０Ａ，接地方式为ＴＮ－Ｓ，干线分支连接１０个配电箱，其中最大熔断器Ｉｒ＝３００Ａ，最大的断路器Ｉｚｄ１＝３００Ａ，Ｉｚｄ３＝３００Ａ。要求选择主保护电器类型，整定各项参数，并决定母干线截面。
设计步骤如下。
（１）确定母干线截面。要求Ｉｚ＞ＩＢ，考虑母干线配电范围大并考虑发展，应留较大裕量，拟采用铝母排ＬＭＹ－３（１００×１０）＋２（６０×８）。其Ｉｚ＝１６００Ａ（环境温度３５℃时）；
（２）计算三相短路电流Ｉｄ３和接地故障电流Ｉｄ１值：取有代表性的几个点计算出Ｉｄ３和Ｉｄ１值，标记在图５中；
（３）主保护电器选型：考虑到该生产车间的重要性，这种较大的树干式配电系统保护的复杂性，选用一台智能型断路器ＤＷ４５型，框架电流２０００Ａ，也可用ＤＷ１５ＨＨ－２０００型，可以得到良好的保护性能。两断路器的分断能力都远大于最大的Ｉｄ３值；
（４）主断路器参数整定：
Ｉｚｄ１整定：按过载保护要求，应符合ＩＢ≤Ｉｚｄ１≤Ｉｚ即Ｉｚｄ１应大于１０５０Ａ，小１６００Ａ，取Ｉｚｄ１＝１２００Ａ，也可取１４００Ａ。
Ｉｚｄ２及短延时时间整定：为保证可靠动作，应符合Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ２要求，鉴于ＤＷ４５断路器有接地故障保护，则符合末端相间短路电流Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ２即可，即Ｉｚｄ２≤６０００Ａ／１．３＝４６１５Ａ取Ｉｚｄ２＝３×Ｉｚｄ１＝３６００Ａ。
Ｉｚｄ２整定值是否与下面保护电器具有选择性？
①下级最大断路器的Ｉｚｄ３＝３０００Ａ，上级的Ｉｚｄ２整定为３６００Ａ，此值为下级Ｉｚｄ３的１．２倍，符合选择性要求；
②下级最大熔断器的Ｉｒ＝３００Ａ，而上级Ｉｚｄ２值为３００Ａ的１２倍，应能符合选择性要求，主要取决于短延时时间整定值。
短延时时间整定：假定下级最大熔断器后发生故障电流足以使上级短延时动作，即故障电流为３６００Ａ（Ｉｚｄ２值）或略大一些，此时３００Ａ熔断体的熔断时间约为０．２２ｓ，因此，短延时时间应整定为０．４ｓ。
注意：若主断路器不带接地保护，则Ｉｚｄ２值必须要保证末端的Ｉｄ１能可靠动作，即Ｉｄ１≥１．３Ｉｚｄ２，即Ｉｚｄ２应小于２．１５ｋＡ，取Ｉｚｄ２＝１．５Ａ，Ｉｚｄ１＝１８００Ａ。其延时时间就要大得多，否则无法保证与下级熔断器的选择性。
Ｉｚｄ２整定：由于有短延时保护，并根据运行经验，这种安装在厂房屋架上的母干线相间短路极少，为了保证更好的选择性，Ｉｚｄ３值可以整定得大一些，如Ｉｚｄ１的１５倍，则Ｉｚｄ３＝１５×１２００Ａ＝１８ｋＡ，这样，当最近一个配电箱母线处产生接地故障时，不致瞬时脱扣。
（４）热稳定校验：应按式（１）校验，由于干线是裸导体，不必进行校验。
（５）接地故障保护整定：
①采用零序电流保护：其动作整定值Ｉｚｄ０应符合公式（１５）及（１６）要求，设该干线正常运行时的三相不平衡电流为２００Ａ，而最小接地故障电流为２．８ｋＡ，为此，取Ｉｚｄ０＝０．６Ｉｚｄ１＝０．６×１２００Ａ＝７２０Ａ，能满足式（１５）、（１６）的要求。
由于Ｉｚｄ０整定值很小，和下级３００Ａ熔断器和Ｉｚｄ３＝３０００Ａ的断路器之间没有选择性，但与更小的断路器（Ｉｚｄ３≤６００Ａ）和熔断器（Ｉｒ≤６３Ａ）之间可以有选择性。零序电流保护应有延时，至少为０．４ｓ或更长。
②采用剩余电流保护：其动作电流整定值ＩｚｄＧ应符合式（１７）的要求。因此，可取ＩｚｄＧ＝０．２Ｉｚｄ１＝０．２×１２００Ａ＝２４０Ａ。动作时间不小于０．４ｓ，这样更难以和下级断路器、熔断器有选择性。
对于以上两种接地故障保护，应有以下要求：第一，必须延时动作，延时不小于０．４ｓ；第二，应在所有末端回路均设有漏电电流保护，这样可以在末端回路发生接地故障（在所有故障中机率最大）时，动作具有选择性。
８ 低压配电线路保护要点和总结
８．１ 配电线路保护要点
工业和民用建筑的低压配电每一段线路（除ＧＢ５００５４－９５规定的个别情况外）都要装设保护电器。设计时，应从下（靠用电设备侧）而上逐段线路按以下三种保护要求进行整定和校验。
８．２ 短路保护
（１）短路持续时间不大于５ｓ时，绝缘导体应按式（１）进行热稳定校验；
（２）当采用熔断器时，Ｉｒ值与绝缘导体截面符合表５，即满足式（１）的要求；
（３）短路持续时间小于０．１ｓ时，式（１）转化为下式：
Ｋ２·Ｓ２≥Ｉ２ｔ （１９）
式（１９）中的Ｉ２ｔ为保护电器的焦耳积分值，从产品资料或标准中查价。
（４）要点提示
①导体截面较大（如大于７０ｍｍ２铜线）时，一般能满足式（１）要求；
②导体截面很小（如１０ｍｍ２以下铜线），又离容量很大的变压器（如１０００ｋＶＡ）很近（如变电所低压盘引下馈线），通常不能满足式（１）要求。
８．３ 过负载保护
（１）用断路器时，满足Ｉｚｄ１≤Ｉｚ。
（２）用熔断器时，满足Ｉｒ≤Ｉｚ。
对Ｉｒ＜１６时，注意按表７的要求，但应用甚少。
８．４ 接地故障保护
（１）ＴＮ接地系统：应满足Ｚｓ·Ｉａ≤２２０Ｖ
①对熔断器，要求Ｉｄ／Ｉｒ≥Ｋｉ（Ｋｉ值符合表４、表５）。
②对断路器瞬时脱扣器：Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ３；
短延时脱扣器：Ｉｄ≥１．３Ｉｚｄ２
（２）ＴＴ接地系统应满足ＲＡ·Ｉａ≤５０Ｖ
末端回路用剩余电流保护断路器，不必作校验。
８．５ 选择性
（１）首级干线宜用选择型断路器（电流较小者可用熔断器）重点考虑两点：
①短延时整定电流Ｉｚｄ２≥下级断路器Ｉｚｄ３的１．２倍；
②短延时时间应大于下级熔断体熔断时间０．１５～０．２ｓ。
（２）中间各级宜用熔断器，按１．６：１选择。
（３）末端回路可用非选择断路器，对笼型电动机可用ａＭ型熔断器。＆
参考文献
１ 《低压配电设计规范》ＧＢ ５００５４－９５
２ 《低压熔断器 基本要求》ＧＢ １３５３９．１－２００２
３ 《低压熔断器 专职人员使用的熔断器的补充要求》ＧＢ ／Ｔ１３５３９．２－２００２
４ 《低压熔断器 第２部分：专职人员使用的熔断器的补充要求，第１～５篇：标准化熔断器示例》ＧＢ／Ｔ １３５３９．６－２００２
５ 《低压开关设备和控制设备 低压断路器》ＧＢ １４０４８．２－２００１
６ 中国航空工业规划设计研究院．《工业与民用配电设计手册》（第二版） 电力出版社 １９９４；１２
减小字体
增大字体