陈勇坤
佛山市南海区建筑工程质量监督站，广东佛山，528000
摘要：本文对低压配电系统保护的类型、特点进行了阐述，分析了低压保护装置的选择与应用，重点对低压配电系统保护的选择性进行了探讨。
关键词：低压配电系统；保护装置；选择性；应用
传统上电力系统分发电、输电、配电三大环节。低压配电系统就是把电力负荷分配给终端用户的环节，通常电压为380V、220V。由于与末端用户设备联系最为密切，低压配电系统的安全性、可靠性就显得尤为重要。但是很长时间以来，我国电力系统都是更重视上游的发电、输电环节，下游配电系统尤其是建筑低压配电系统不够重视，这也直接导致低压配电系统的技术水平与国际水平差距较大，电气保护观念落后，系统运行可靠性较差，电气事故较多[1]。因此，提高对低压配电系统保护概念的认识，加强低压配电系统保护装置的研究和交流是非常必要和重要的。
1 低压配电系统的保护
1.1 低压配电系统的保护类型
低压配电系统的保护主要包括过电流保护、剩余电流保护、过电压保护、欠电压保护等几种类型。其中过负荷和短路都会引起过电流——超过导体的额定载流量。短路是指电气线路外绝缘损坏，电位不相等的导体经阻抗可忽略的故障点而导通的现象。过负荷是指电气回路负载过多或被供电设备过载。过负荷与短路的区别就在于电气回路的绝缘是否损坏，损坏了的称为短路，没有损坏的称为过负荷。剩余电流主要是由线路接地故障引起的，也是造成电气火灾的重要因由。因此，按照GB 50054-2011《低压配电设计规范》规定，低压配电系统必须装设短路保护、过负荷保护和配电线路电气火灾防护（即剩余电流保护）。过电压一般是由雷电或大功率电气设备投切而引发的，前者称为雷电过电压，后者称为操作过电压。过电压可能引起设备绝缘损坏、供电中断乃至引发火灾、电击事故等，尤其对计算机信息技术设备的干扰和破坏很大，需要防范和重视。
1.2 过电流保护装置
过电流保护就是当线路电流超过设定电流最大值时自动切断电源的保护装置。其保护装置主要有熔断器、断路器和热继电器等。熔断器价格较低，但是出现过电流故障后，熔断器本身已经损坏，必须更换相同规格的熔断本体才能恢复供电，而断路器在排除故障后可即刻合闸供电，然而价格较高。热继电器多用于电动机的过负荷保护，复位后可继续运行。
1.3 剩余电流保护装置
剩余电流保护装置采用剩余电流保护器（RCD）作为核心部件。RCD过去曾称为漏电保护器，现在规范中已不再采用这个术语。其原理为：正常回路中正反方向电流的矢量和为零，当发生接地故障后因为存在泄漏电流，矢量和不再为零；当该数值超过一定标准值，就切断电源。目前，RCD都是基于故障电流动作的，早期曾开发基于故障电压动作的保护器，但并未成功。RCD类型很多，按动作原理可分为电磁式和电子式两种，按功能类型分有断路器式、继电器式、插座式和移动式等类型。
1.4 过电压保护装置
为避免过电压所带来的危害，除了采取接地、分流、屏蔽和等电位联结等措施以外，还有就是在线路上装设电涌保护器（SPD）。SPD的类型也较多，按原理分为电压开关型、电压限制型、分流型、扼流型等；按用途则分成电源型和信号型。但由于SPD价格不菲，不像前面两类保护器应用普遍，实际上SPD维护也相对复杂，因为SPD会随着使用时间延长而失效，若不及时维护或更换，反而会招致电击、火灾等事故。
2 低压配电系统保护装置应用分析
2.1低压配电保护的选择性
按照GB 50054-2011的要求，低压配电线路上下级保护电器的动作应具有选择性，并且各级保护之间应能够相互配合动作。选择性保护是为了将电气故障的影响控制在最小范围，通俗地说就是发生故障时只切断故障有关的部分，不能切断故障回路的上一级，以此来提高供电的可靠性[2]。保护的选择性是一个比较复杂的问题，因为保护电器的选型和整定面临矛盾的选择：由于电动机一类设备的启动电流是比较大的，作为保护电器的熔断器或断路器的整定电流不能太小，以免设备无法启动；但整定电流又不能太大，不然真正出现故障时不能动作或动作太迟。另一方面是时间选择性上的矛盾，出现故障时故障范围的保护电器必须尽快切断，以免故障加重；但又不能太快，因为上级保护要等待下级保护动作之后再进行选择性的切断，否则上级保护提前动作就扩大了事故的影响范围（越级跳闸）。目前常用的选择性策略有电流选择性、时间选择性和区域联锁选择性等。图1是几种保护选择性方案。
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图1 低压配电系统保护选择性方案
图3（a）是短路保护动作曲线，当短路电流在区间时，断路器Q1不会动作，而断路器Q2可以动作并进行短路保护。图3（b）是时间选择性保护动作曲线，从图中可见由于断路器Q1、Q2延时时间不同，仍可实现Q2动作而Q1不动作，因为Q2的动作时间比Q1动作时间短。图3（c）是智能断路器区域联锁选择性保护原理图，由图可见A点短路时，QF4即刻动作。与此同时，QF3也检测到短路电流，并经由联锁信号线传到QF2和QF1（同理QF2也将信号传给QF1），使QF2和QF1受到联锁而不能动作，QF3受到自锁也不能动作，0.1s时间足以保证与QF4间的选择性。当B点短路时，QF2和QF1受到联锁而QF3受到自锁，延时0.1s后动作。当C点短路时，QF1受到联锁，QF2没有自锁，可立即动作。当D点短路时，由于QF1无法接收到上级断路器的联锁信号，可以瞬时动作。可以看到在A点、B点和C点分别短路时，由于延时非常短不必考虑热效应而加大导体截面，同时保护的选择性也不需要增加回路数量，这体现了智能断路器的优势。
2.2熔断器的选择和应用
熔断器的保护选择性优于断路器，只要产品符合标准，上下级熔断器过电流能力的比值为1.6倍，就能满足上下级保护之间的可选择性，然而断路器无法实现这一点。但是不应选择那些已淘汰的类型，如瓷插熔断器RC1型或者胶盖闸刀开关熔断器，这些熔断器接触面小，工作不可靠，应采用刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器和圆筒帽形熔断器等，并按照时间-电流特性曲线和应用场合进行选择计算。
2.3断路器的选择和应用
断路器切断性可靠，不会出现熔断器保护缺相的问题。其型式主要有非选择型（A类）和选择型（B类）之分，A类难以实现上下级之间选择性切断，故有选择性保护要求时应选用B类熔断器。选用断路器不仅要满足其通用原则，还应考虑其脱扣特性、上下级之间的选择配合及在接地保护类型中的配合性，甚至还要注意环境因素、外形与安装尺寸的影响[3]。
3 结语
低压配电系统保护装置广泛应用于工业与民用建筑，其高效性、稳定性、可靠性和安全运行性对于国计民生具有非常重要的价值，也能大大改善末端用户的使用感受。由于一些落后观念的长期影响，兼之国际IEC/TC64标准落实缓慢，我国低压配电系统的可靠性与国际水平有相当差距。作为建筑电气人员深感责任重大，唯有虚心学习和研究，以不断提高低压配电系统的质量和水平。
参考文献：
[1] 王厚余. 低压电气装置的设计安装和检验[M]. 北京：中国电力出版社，2007.
[2] 刘东泽. 低压配电系统选择性保护[J]. 机房技术与管理，2013(4)：21-23.
[3] 曾其权，王莉，王永年，等. 运营电厂低压断路器的选型和应用[J]. 低压电器，2013(7)：53-57.