学习《低压配电设计规范》(GB50054-2011)中的低压配电线路过负荷保护问题
摘要:大量的中小型企业、民用建筑物设计配置的用电设备和生活用电的家用电器,大多数采用低压220/380V系统供电。为了更加合理设计和选择配电系统中的电气设备和导线,需要根据用电设备有关的电力负荷进行统计计算,所得到的负荷为计算负荷……
1 前言
大量的中小型企业、民用建筑物设计配置的用电设备和生活用电的家用电器,大多数采用低压220/380V系统供电。为了更加合理设计和选择配电系统中的电气设备和导线,需要根据用电设备有关的电力负荷进行统计计算,所得到的负荷为计算负荷。按照联接在电力网络上一切用电设备所需要的功率,统称用户的用电负荷;按照所消耗功率的性质,用电负荷又分为有功负荷[单位以千瓦(kW)表示]和无功负荷[单位以千乏(kVar)表示]。在低压配电线路中又分为干线配电和分支线配电。
在低压配电干线系统中,干线的用电负荷电流一般不是固定不变的,是周期性变化的。当配电线路通过短时少量的过负荷电流时,保护断路器不应动作,在过负荷电流引起的导线温升对导线的绝缘、接头、接线端子或导线周围的物质造成损害前,断路器应可靠动作(在此说明一下,导线接头过热在运行过程中常有发生,其原因是常因氧化、腐蚀、裂痕等原因而造成接触不良,使接头处的电阻远远大于同长度导线电阻,当电流通过时,由于电流的热效应使接头处导线的温度升高,造成接头处过热)。为此,《低压配电设计规范》(GB50054-2011)规定了断路器过电流脱扣器与被保护线路在相关电流参数上的配合关系,断路器额定电流、脱扣器整定电流过负荷保护的两个公式。笔者在校审设计图纸中常发现,有的设计人员没有完全理解两个公式中的电流参数及其配合关系,在选用线缆截面时也未能进行保护效验。本文就学习国标GB50054-2011中关于配电线路过负荷保护两个公式中的电流参数及其配合关系简短发表看法。
2 过负荷保护的两个公式
《低压配电设计规范》(GB50054-2011)第6.3.3条规定,过负荷保护电器的动作特性应符合下列公式的要求:
Iβ≤In≤IZ(1)
I2≤1.45IZ(2)
式中:Iβ—回路计算电流(A);
In—断路器或熔断器额定电流或整定电流(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(A).
当保护电器为断路器时,IZ为约定时间内的约定动作电流;当为熔断器时,I2为约定时间内的约定熔断电流。使用断路器按标准GB14048.2-94规定,约定动作电流为1.3In,只要满足In≤IZ,即符合公式(2)要求。In也就是断路器脱扣器长延时整定电流Izd1,也就是要求满足公式:
IZd1≤IZ或IZd1/IZ≤I2(3)
用这两个公式说明过负荷保护电器与被保护回路的线缆须作如下步骤相配合。即由计算电流IB→额定电流或整定电流In→线缆载流量IZ→约定动作电流I2(保护回路不同参数电流I)→达到线缆的限值1.45IZ.
配电线路过载保护的断路器及线缆截面的选择,不是根据配电干线瞬时或短时的最大负荷值,而是根据配电干线的计算负荷并按公式(1)、(2)的要求来确定。正确计算配电干线的计算负荷(或计算电流IB),用以确定断路器的额定电流或整定电流In来选择线缆截面的。配电干线的计算负荷是用电设备组从供电系统取用半小时平均负荷的最大值(P30),一般来说,线缆通过电流达到稳定的时间约为3~4τ(τ=10min),也就是载流导体的热效应约在30min的时间可达到稳定的温升值。所以,配电设计中通常采用30min作为最大平均负荷(P30),按发热条件来选择配电变压器、线缆和电器电流的依据。因此,不考虑时间很短的高峰负荷会造成线缆的最高温升,因为线缆高负荷电流还来不及将温升升到高温之前,高负荷电流就已经消失了。只有持续时间在30min以上的负荷值,才有可能使线缆的温度升到最大温度。如果计算负荷值准确、实际运行时也不会有负荷增加,按公式(1)确定的配电线路就不会过负荷,也不存在用公式(2)来校验保护是否有效的问题。如果计算负荷偏小或变化后设备负荷有所增加,可能导致配电线路过负荷。当过负荷电流达到线缆载流量的限值1.45IZ,保护电器必须在约定时间内可靠动作,也就是公式(2)规定约定动作电流I2不大于线缆允许持续载流量的1.45倍,它是通过生产厂家产品试验的结果。
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