斷路器長延時、瞬時整定值和接地故障保護的理解

在電氣工程領域的電器按電壓分有高壓電器，低壓電器；這里的高壓與低壓的界限就是交流1kV，不大于交流1kV的電器就是低壓電器。嚴格意義上的低壓電器的定義：用于額定電壓交流1000V或直流1500V以下回路中起保護﹑控制﹑調節﹑轉換和通斷作用的電器。

這里我們主要討論低壓電器中起保護作用的低壓電器。

低壓配電線路的保護：在電氣線路故障情況下，為防止因間接接觸帶電而導致人身電擊和導致過熱造成損壞，甚至導致電氣火災，低壓配電線路應當按照國家標準《低壓配電設計規范》GB50054-2011第6節的規定裝設過負荷保護﹑短路保護和故障防護（間接接觸防護），用以分斷故障電流或發出故障報警信號。

從以上的描述中，可以看出低壓斷路器應該具有過負荷保護﹑短路保護及間接接觸保護三種功能。

1. 低壓斷路器的過負荷保護：過負荷保護在低壓斷路器的參數名稱叫做長延時整定值，也叫Iset1。

低壓斷路器應在流經回路導體的過負荷電流引起導體的溫升對絕緣﹑接頭﹑端子及導體周圍的物質造成損壞前，切斷過負荷電流。過負荷導致突然斷電會引起嚴重后果，所以消防水泵﹑消防風機等在過負荷時應作用于信號，而不切斷電源。

如何確定長延時整定值呢？首先我們要按照負荷計算的方法將配電線路上的計算電流計算出來，如何進行負荷計算不在這里敘述，那是另外一部分獨立的內容。

低壓斷路器過負荷保護的動作特性應滿足以下條件：

回路負荷計算電流≤低壓斷路器的長延時整定值（Iset1）≤電纜運行的載流量（此公式非常重要，是選擇斷路器和電纜的依據）

低壓斷路器中的空氣絕緣類一般有框架斷路器（簡稱ACB）、塑殼斷路器（簡稱MCCB）和微型斷路器（簡稱MCB）。

圖中的殼架等級額定電流是指這種框架斷路器最大的長延時整定值可以達到的電流值，額定電流就是長延時整定值（Iset1）。

2. 低壓斷路器的短路保護：低壓斷路器應在短路電流對導體及連接處產生的熱效應和機械力造成危險之前分斷短路電流。

在這里我們首先要確定該斷路器所保護的回路中的短路電流是多大，也被稱為預期短路電流。低壓回路的短路電流計算可參考《工業與民用供配電設計手冊》第四版上冊第4.6節實用法計算短路電流的方法。

在低壓斷路器的參數中有一個短路分斷能力（Iset3），也叫斷路器的瞬時整定值。

低壓斷路器應滿足以下兩個條件：

(1) 低壓斷路器的短路分斷能力（Iset3）應＞該回路中的預期短路電流；

(2) 在回路中任一點短路引起的電流，使導體達到允許極限溫度之前應分斷電路，這是對斷路器分斷時間的要求。

對于短路時間不超過5s的短路，即0.1s＜t≤5s；

允許的短路持續時間tset（斷路器整定時間）＞實際的短路持續時間；

實際的短路持續時間=（計算系數*導體截面積/實際的短路電流）*（計算系數*導體截面積/實際的短路電流）

對于短路時間小于0.1s的短路，即t≤0.1s；

應計入短路電流非周期分量對熱作用的影響。

按照國家標準《供配電系統設計規范》GB50052-2009第4.0.6條的規定：供配電系統應簡單可靠，同一電壓等級的配電級數高壓不易多于兩級；低壓不易多于三級。

低壓配電的三級：總配電柜為第一級，中間配電柜（箱）為第二級，終端配電柜（箱）為第三級。

第一級的斷路器一般為框架式（ACB）或塑殼式（MCCB），第二級的斷路器一般為塑殼式（MCCB），第三級的斷路器一般為微型斷路器（MCB）。

要實現上述三級短路保護的選擇性，就必須引入新的一個概念就是短延時保護（Iset2），一般框架式斷路器都具有這個功能，塑殼斷路器具有此功能的廠家不多，不具有短延時保護功能的斷路器與第三級的微型斷路器無法達到選擇性保護，所以當第三級的配電回路出現短路電流較大時，會造成第二級的無短延時保護功能的塑殼斷路器跳閘，破壞了配電回路的穩定性，造成短路故障的擴大化。

短延時的時間設置應遵循上述時間要求。

3.低壓斷路器的間接接觸保護：

直接接觸：人或動物與帶電部分電接觸，即直接觸摸帶電導體。

直接接觸防護與斷路器有關系的是RCD，RCD的全名叫剩余電流動作保護器，它是直接接觸防護的附加防護，按照國家標準《低壓配電設計規范》GB50054-2011第5.1.12的規定：額定剩余動作電流不超過30mA的剩余電流動作保護器，可作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，但不能單獨作為直接接觸防護措施。

其他的直接接觸防護有將帶電部分絕緣﹑采用遮攔或外護物﹑采用阻擋物及置于伸臂范圍之外。（以上具體規定見GB50054-2011第5.1節）

間接接觸：人或動物與故障狀態下帶電的外露可導電部分的電接觸，即當發生單相對地短路時，電氣設備的外殼帶電，造成人或動物觸電的情況。

間接接觸產生的原因：由于單相對地短路的故障電流比較小，達不到斷路器切斷回路的短路分段能力（Iset3），所以故障電流和故障電壓就一直存在。但是低壓系統又是通過PE線把所有用電器的金屬外殼連接在一起的，PE線不會傳導故障電流，但會把故障電壓傳導到接觸金屬外殼的人或動物，此故障電壓大于交流50V時就會對人或動物造成傷害。

間接接觸防護的措施：采用Ⅱ類設備（如臺燈）﹑采用電氣分割措施﹑采用特低電壓供電﹑將電氣設備安裝在非導電場所內﹑設置不接地的等電位聯結及自動切斷電流。

做等電位聯結的方法達到自動切斷電源的作用：

在建筑物內做等電位聯結，總等電位聯結，輔助等電位聯結和局部等電位聯結。

TN系統配電線路間接接觸防護電器的動作特性，應符合下式要求：

（接地故障回路相線電阻+PE線的電阻）*1.3Iset3≤220V

TT系統配電線路間接接觸防護電器的動作特性，應符合下式要求：

（電氣設備金屬外殼接地電阻+PE線的電阻）*1.3Iset3≤50V

以上是計算原理，但計算較為復雜，在實際的設計及施工工作中往往不進行相關的計算，可通過以下表格判斷在什么情況下要做等電位等措施：（以下表格來源于《低壓配電設計解析》任元會編著）

總結：斷路器的長延時和瞬時整定值比較好理解，但接地故障保護就比較難理解了，這也是注冊電氣工程師專業考試的考核內容，每年都會有一組題，分數在10分，掌握這部分的計算方法，不僅能在專業考試中得到高分，也能在實際的設計工作中達到設計要求，提高防觸電的水平。

來源：網絡

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