低压电器系统集成总体解决方案关键技术探讨（2）

　

概要：套设备乃至整个配电系统动、热稳定性（包括短时耐受电流）要求较高。 ３.２过电流保护发展目标 随着低压电器分断能力、保护功能不断完善，已逐步具备实现全范围选择性保护的可能性，其发展总体目标是： （１）实现全电流范围选择性保护，即任何故障电流均应实现选择性保护。故障电流超过保护开关分断能力除外，该情况属选用保护电器不当。 （２）过电流故障选择性保护应覆盖整个低压电力系统，包括终端用电系统。 （３）实现选择性保护的时间控制在２００ｍｓ以内。 为实现上述总体目标，对承担过电流保护的低压断路器具体要求与发展目标如下：① 新一代万能式断路器首先实现全电流范围选择性保护；② 新一代塑料外壳式断路器实现限流选择性保护；③ 发展带短延时功能的小型断路器，使其具有选择性保护功能；④ 新一代低压断路器均应具有区域联锁功能，以大大缩短实现选择性保护的时间。 ３.３实现全范围选择性保护的主要技术关键 （１）进一步提高低压断路器分断性能，不仅提高极限短路分断能力犐ｃｕ，还要提高运行短路分断能力犐ｃｓ，使犐ｃｓ＝犐ｃｕ。尤其要大幅度提高万能式断路器短时耐受电流能力，达到犐ｃｗ ＝犐ｃｓ＝犐ｃｕ。这是低压配电系统实现全电流范围选择性保护的前提条件。 （２）研究并合理设计区域联锁模块动作逻辑程序，是提高选择性保护可靠

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　３　低压配电系统过电流保护技术

　　３.１　过电流保护现状

　　电力系统过电流保护一直是电器产品的主要任务，完善的过电流保护是过电流（包括短路、过载）故障级电器设备应快速可靠切除故障，而上级配电电器不应越级跳闸，使电力系统故障限制在最小范围内，这就是通常讲的选择性保护。但目前配电系统选择性保护不完善，主要表现在：

　　（１）选择性保护仅在一定电流范围，当故障点过电流达到前级保护电器瞬动值时，有可能出现故障级开关和前级开关同时跳闸或越级跳闸，造成故障区域无故扩大，这是不应该的。

　　（２）选择性保护没有覆盖整个配电系统，目前终端用电系统基本上没有选择性保护。其主要原因是终端用电系统保护用小型断路器目前均为限流瞬动型，没有短延时功能。

　　（３）目前配电系统实现选择性保护时间较长，最大会超过１ｓ，从而对低压电器、低压成套设备乃至整个配电系统动、热稳定性（包括短时耐受电流）要求较高。

　　３.２　过电流保护发展目标

　　随着低压电器分断能力、保护功能不断完善，已逐步具备实现全范围选择性保护的可能性，其发展总体目标是：

　　（１）实现全电流范围选择性保护，即任何故障电流均应实现选择性保护。故障电流超过保护开关分断能力除外，该情况属选用保护电器不当。

　　（２）过电流故障选择性保护应覆盖整个低压电力系统，包括终端用电系统。

　　（３）实现选择性保护的时间控制在２００ｍｓ以内。

　　为实现上述总体目标，对承担过电流保护的低压断路器具体要求与发展目标如下：① 新一代万能式断路器首先实现全电流范围选择性保护；② 新一代塑料外壳式断路器实现限流选择性保护；③ 发展带短延时功能的小型断路器，使其具有选择性保护功能；④ 新一代低压断路器均应具有区域联锁功能，以大大缩短实现选择性保护的时间。

　　３.３　实现全范围选择性保护的主要技术关键

　　（１）进一步提高低压断路器分断性能，不仅提高极限短路分断能力犐ｃｕ，还要提高运行短路分断能力犐ｃｓ，使犐ｃｓ＝犐ｃｕ。尤其要大幅度提高万能式断路器短时耐受电流能力，达到犐ｃｗ ＝犐ｃｓ＝犐ｃｕ。这是低压配电系统实现全电流范围选择性保护的前提条件。

　　（２）研究并合理设计区域联锁模块动作逻辑程序，是提高选择性保护可靠性、缩短实现选择性保护时间的重要保证。区域联锁模块在过电流保护中的功能有：① 正确判定短路故障点位置，对故障级断路器，一旦确定短路故障发生在本断路器保护区间，断路器应立即实现瞬动跳闸；② 向上级或前级断路器发出信号（使上级断路器能正确判定短路故障并非发生在本断路器保护区间），同时立即闭锁上级断路器过电流脱扣器短延时动作；③ 当故障级断路器分断失败（判定分断失败的全分断时间一般以５０ｍｓ为宜，特殊情况下也可设定为１００ｍｓ），上级断路器过电流脱扣器应立即解锁，并实现瞬动跳闸。

　　（３）为了实现低压配电系统全范围选择性保护，对低压断路器有更多的选择，新一代塑料外壳式断路器应实现限流选择性保护。为此目标，新一代小容量塑料外壳式断路器应进一步提高限流性能，使其实际最大分断电流下降并低于上级塑料外壳式断路器触头斥开电流。同时，新一代塑料外壳式断路器全系列应配置区域联锁模块。对新一代中、大容量塑料外壳式断路器应有一定短时耐受电流能力。短时耐受电流时间为１００～２００ｍｓ为宜。

　　（４）开发具有短延时功能的小型断路器，最大短路分断能力以１５～２５ｋＡ 为宜，其关键技术是辅助延时回路设计研究，提高该类断路器分断能力及小型化研究等。

　　３.４　过电流保护新技术推广前景

　　在极短时间内实现全范围全电流选择性保护是低压配电系统过电流保护技术的一次重大飞跃，其意义十分深远，并会带来明显的经济效益和社会效益。具体表现在：

　　（１）有效避免配电系统越级跳闸，使短路故障带来的损害限制在最小范围，大大提高配电系统运行可靠性、安全性。

　　（２）使低压配电系统实现选择性保护全过程时间从１ｓ缩短至０．２ｓ，从而降低了整个配电系统导电回路包括低压电器和低压成套设备动、热稳定要求。对实现低压电器和低压成套设备小型化、产品节材、节能具有十分重要意义。

　　（３）本项技术若推广至中、高压配电系统，其意义将更为巨大。

　４　低压配电系统过电压保护技术

　　传统低压配电系统选用的电器设备以及以照明为主的终端用电设备对暂态过电压不敏感，因此，上世纪９０年代前，对低压配电系统雷击过电压以及其他浪涌过电压未进行深入研究。随着电子技术、微电子技术在低压电力系统及相应电器设备中大量应用，特别是计算机网络系统及各类信息系统的大量使用，由于这些系统及其设备很容易受到雷击过电压和其他浪涌过电压伤害，故低压配电系统过电压保护技术显得越发重要。

　　据初步统计，在过电压引起的电器设备损坏中，从电源渠道侵入的浪涌过电压占８０％，因此现阶段电源用浪涌保护器（ＳＰＤ）用量最多。由于过电压及其保护是一门新兴的专有技术，涉及的研究内容及关键技术很多，本文只能就配电系统过电压保护主要关键技术进行初步探索。

　　４.１　低压配电系统ＳＰＤ 配置研究

　　雷电有可能直接从建筑物入口，即从变压器次级到低压配电系统主保护开关之间侵入，由于雷电直接侵入时能量很大，用一级雷电保护难以吸收其全部能量，另外，直接雷产生的巨大放电电流极有可能在低压配电系统引起很高的感应电压。为此，在低压配电系统中需要安装几级ＳＰＤ逐级吸收能量，使浪涌过电压限制在电器设备能承受的范围内。ＳＰＤ 一般分为３ 个级别产品：Ⅰ 级ＳＰＤ 安装于防雷区ＬＰＺ６０／ＬＰＺ１ 界面上，它可能传导一部份直接雷电流。Ⅱ 级ＳＰＤ 安装于防雷区ＬＰＺ１／ＬＰＺ２ 界面上，这里雷电强度较Ｉ级区弱，这些部位不会有直接雷电流，但雷电冲击尚未得到足够抑制。Ⅲ 级ＳＰＤ 一般安装于防雷区ＬＰＺ２或ＬＰＺ２ 后续部位，这些部位的上级ＳＰＤ 已经将浪涌能量和电压限制到一定水平，其主要任务是将过电压限制在更低水平，以确保低压配单系统终端负载不受雷电损害。

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