如何选择适合的配电系统？

为了确定选择性，引用两个名词，按电器在电路中的位置有：

1）上级（或上游）电器，符号UD——连接到最靠近电源端的过电流保护电器。

2）下级（或下游）电器，符号DD——连接到上级电器之后至负载间电路的过电流保护电器。

选择性类型和相应的条款见表8-56。

表8-56 选择性类型和相应的条款

表中CB—断路器；MCB—微型断路器；CPS—控制与保护的开关电器；FU—熔断器；MOR—电动机过载继电器。

上级电器与下级电器有不同的配合要求，以达到两个串联的过电流保护装置之间的选择性。下面讨论确定两个串联过电流保护电器（OCPD）在系统中任何一点的选择性的方法。完善的协调研究要求把一些方法应用到所有的OCPD中，从电源到负载。在确定选择性极限电流时，必须考虑动作特性的应用误差。

为简化起见，在后面的图中用没有误差的特性带表示。在利用公布的时间-电流特性时，对下级电器需考虑最大动作时间曲线，对上级电器需考虑最小动作时间曲线。

为精确起见，热式过载装置应考虑动作温度及冷、热两种特性。实际上，在多数情况下，比较两条冷态特性或两条热态特性就足以得到满意的结果。

8.8.2.1 断路器作为上级电器

由断路器（MCB、MCCB、ACB）提供过电流保护特性：内部——热/磁式、电子式，仅MCCB、ACB；外部遥控——由MCCB或ACB组合的过电流保护继电器。

1.断路器之间的选择性

（1）断路器——在过载区域的选择性 在过载区域的选择性用比较时间-电流特性验证，如图8-126所示。图8-126b仅适用于MCCB和ACB。在过载区域内，特性的时间轴和电流轴离开，就能保证DD对相应的UD选择性动作。应考虑应用误差，按产品标准要求，制造商的数据应表示误差带或用其它方式表示应用误差。

图8-126 过载区域选择性的确定

a）在过载区域内的热/磁特性比较 b）在过载区域内的电子式特性比较

（2）断路器——在故障电流区域内的选择性 断路器之间的选择性在产品标准IEC60947-2附录A和IEC60898-1附录D中有详细描述，并规定了确定故障区域的选择性的试验方法。

由于基本结构原因，符合IEC60898-1的MCB一般对符合IEC60947-2的MCCB有高度选择性。

（3）断路器——用比较特性曲线法确定在故障区域内的选择性 根据特性曲线确定两台断路器在故障区域内的选择性仅限于有电子脱扣器提供的短延时功能的情况，如图8-127所示，使UD瞬时脱扣的故障电流的选择性，对电子式和电磁式脱扣器均须按制造商提供的试验数据确定。

图8-127 带延时短路脱扣器的断路器 在故障区域内的选择性举例

在UD是热/磁式断路器的情况下，如果没有专门的试验数据，两台断路器在故障电流区域的选择性的最低水平可按如下方法确定：

当DD的允通电流峰值低于UD的相应瞬时脱扣值的峰值时，就认为在故障电流区域有选择性。

例：UD=800AMCCB；I_瞬时=（8～12）kA（有效值）；DD=125AMCCB[即整定值（10±0.2）kA]。

UD的最小脱扣水平为8×1.414kA=11.3kA。由于DD的限流效应，从工厂数据得知，DD在15kA（有效值）的预期允通电流为11kA（峰值），因此系统至少在15kA预期电流时有选择性。

在此应该注意，按此方法得到的选择性极限电流在低端会有误差，按试验确定的实际选择性极限在多数情况下有明显提高。

（4）断路器在发生瞬时脱扣的故障电流区域内由试验确定选择性 对每种断路器组合，选择性极限电流由试验确定，制造商必须提供试验数据，一般用特性曲线形式提供，对不同情况，选择性可能是全选择性或局部选择性。

1）全选择性。即在短路分断能力以下的全部过电流，只有DD动作（至脱扣位置），在DD是限流断路器的情况下，由于电动斥力触头动作，可达到高于DD短路分断能力的全选择性。电动斥力触头动作指触头在电动力作用瞬间斥开一会儿（典型的为小于10ms）。

2）局部选择性。即在过电流低于DD的短路分断能力时的选择性。选择性极限电流由比较时间-电流特性得到，或在UD为瞬时脱扣的情况下，从制造商提供的试验数据中得到。在UD是限流断路器的情况下，可能发生斥力触头动作。

在某些应用中，电动斥力触头瞬间斥开一会儿可能不适用。在此情况下，选用不会发生触头斥开的断路器或把断路器整定在不发生触头斥开的水平，即上级电器须采用短延时。但是要正确估计由于短路故障造成的电压降低，与SCPD（熔断器或断路器）无关，即与故障电流大小和至故障点电路的感抗有关。

需要注意的是：

1）在引起断路器瞬时脱扣的故障电流区域内的选择性极限电流数据由试验得到，并需对每种装置的形式做规定，不同制造商的电器替换无判别方法。

2）处理各个制造商提供的时间-电流数据，可利用确定选择性的专利软件系统。

3）在故障电流大于DD的短时分断能力时，取决于后备保护的电动斥力触头动作，不适用于DD输入侧有电感负载（例如电动机）反馈巨大短路电流的情况。

如果过电流保护电器装有由电源线电压供电的欠电压脱扣器时，可能由于上级电器的动作（因短路引起电压降低）而影响选择性。为了提高选择性，欠电压脱扣器应有一定的延时。

2.断路器（UD）与熔断器（DD）间的选择性

（1）断路器和熔断器——在过载区域内的选择性 在过载区域内的选择性由比较时间-电流特性曲线确定，如图8-128所示。

图8-128 断路器（UD）和熔断器（DD）之间的在过载区域内的选择性

（2）断路器和熔断器——在故障区域内的选择性 在断路器带短路延时脱扣器的情况下，由比较时间-电流特性曲线可确定故障区域内的选择性。在断路器不带短路延时脱扣器的情况下，在瞬时脱扣区域内，选择性极限电流必须由制造商提供的试验数据确定。

当UD是热/磁式断路器又没有专门的试验数据时，断路器和熔断器在故障电流区域内的选择性按下述方法确定：DD在故障电流的峰值允通电流低于相应于UD瞬时脱扣水平的峰值时，认为有选择性。

用此方法确定的选择性极限在低端会有误差，在多数情况下，按试验确定的实际水平有明显提高。

3.断路器（UD）和控制与保护电器（DD）之间的选择性

一般控制与保护电器（CPS，符合GB14048.9）是一种终端电器，即电动机控制器，由于它有内置过电流继电器，又有高短路分断能力，所以可用像断路器一样的方法确定选择性。

4.断路器（UD）和电动机保护过电流继电器（DD）之间的选择性

在电动机起动器中的电动机过载保护继电器或起动器适合提供电动机和电路导线的过载保护。作为UD的断路器需对电路导线和起动器本身提供短路保护。过电流继电器和断路器之间的配合按GB 14048.4—2010中附录B.4以及GB 14048.6—2008中附录C试验确定。不论是1型还是2型组合的确定，都要保证电动机起动电流的选择性。具有过载和故障电流保护功能的断路器可用于此目的，如图8-129所示。但仅有瞬时脱扣功能的断路器也需要和瞬动断路器（ICB，符合GB 14048.2—2008附录O）一样应特别指明适用于此目的，如图8-130所示。

图8-129 继电器与电动机过载保护继电器之间的选择性

符合GB 10963.1的断路器具有规定的过载特性，按瞬时脱扣水平分档有规定的误差范围。因此，在过载区域的选择性可参考B、C、D型特性。一般D型适用，因为可避过电动机冲击电流。B型瞬时动作范围为（3～5）I_n；C型瞬时动作范围为（5～10）I_n；D型瞬时动作范围为（10～20）I_n。

8.8.2.2 熔断器作为上级电器

IEC 60269-5中提供了低压熔断器的详细应用导则，以及熔断器与接触器/电动机起动器之间配合的详细应用指南。(www.xing528.com)

图8-130　瞬动断路器（ICB）与过载保护继电器之间的选择性

1.熔断器和断路器——符合GB 13539.1的熔断器（UD）与断路器（DD）之间的选择性

配电装置一般以断路器或熔断器为主，但除用电端外，往往在特别高的预期电流时出现熔断器作断路器后备保护的特殊情况。

（1）熔断器和断路器——在过载区域内的选择性　在过载区域内的选择性由比较时间-电流特性曲线确定，如图8-131所示。

图8-131　验证熔断器和断路器之间的选择性（过载区域内的动作时间对熔断器t≥0.1s）

（2）熔断器和断路器在故障电流区域内的选择性　在故障电流区域内的选择性由I²t特性曲线确定。

选择性极限电流为断路器的允通I²t超过熔断器弧前I²t处的值，如图8-132所示。

图8-132　验证熔断器和断路器之间的选择性（动作时间t＜0.1s）

2.熔断器（UD）和熔断器（DD）之间的选择性

（1）熔断器（UD）和熔断器（DD）——过载区域内的选择性　过载区域内的选择性由比较时间-电流特性确定，如图8-133所示。

图8-133　熔断器之间选择性确定（动作时间t≥0.1s）

（2）熔断器（UD）和熔断器（DD）——在故障电流区域内的选择性　故障电流区域内的选择性由I²t特性确定。选择性极限电流为下级熔断器（FU/DD）的全动作I²t超过上级熔断器（FU/UD）弧前I²t处的值。实际建议容许一个动作范围，即DDI²t≤80%UD弧前I²t。

在故障电流（短路）区域内熔断器的I²t为恒定（为选择性目的），因此可从制造商提供的表格数据中确定选择性。弧前I²t与（此区域内）电压和电流无关。但是电弧I²t与系统电压有关，因此有效全动作时间在中性线接地（TN）情况下，FU/DD的全动作I²t取系统的相对中性点电压。

（3）熔断器（UD）和熔断器（DD）——额定电流比率　对于同一型式（例如gG型）、额定电流超过16A的符合GB/T 13539.2的熔断器来说，如果上下级熔断器的额定电流的比值等于或大于1.6∶1，则可以实现全选择性。

3.熔断器（UD）和控制与保护电器（DD）之间的选择性

通常符合GB 14048.9的控制与保护电器是终端电器，即电动机控制器，因为它既有内置过电流脱扣器，又有短路分断能力，为选择性目的，它可以用像断路器的同样方法处理（见7.2.2.1节）。

4.熔断器（UD）和电动机过载保护继电器（DD）之间的选择性

在电动机起动器内的过载保护继电器可作为电动机和电路导线的过载保护，作为UD的熔断器需要对电路导线和起动器本身提供短路保护，过载继电器和熔断器之间的选择性按GB 14048.4—2010中B.4（起动器和SCPD之间的交接电流协调）或按IEC 60947-4-2中附录C（过载保护电器与SCPD之间的选择性）试验确定。符合GB 14048.6—2008的gG型熔断器可用于此目的。但是因为只需故障电流（短路）保护，需要为此目的专门指定熔断器。符合GB13539.1的gM、gD和aM型熔断器是小尺寸熔断器，可用于电动机电路。gM和gD型在过载区域内有延时，aM型只在故障电流区域内动作，在每一种情况下，都要有承受电动机冲击电流的能力。

在有符合GB 14048.6的半导体电动机起动器的情况下，当规定是2型配合的时候，需要符合GB 13539.4的半导体熔断器。

按GB 14048.4—2010中B.4的协调确定，不论是1型还是2型均要保证规定的电动机电流以下的选择性。

8.8.2.3 选择性举例

过电流保护装置之间选择性举例，适用于断路器选择性分级举例，断路器配合如图8-134所示。

图8-134 断路器配合（50kA/9kA故障水平）

图8-135 时间-电流曲线

【例8-1】 全选择性。

在图8-134中，UD为MCCB，I_n=100A，I_cu=65kA；DD为MCB，I_n=32A，I_cn=10kA。

在F点发生任何过载或故障电流MCB/DD将脱扣，对UD有全选择性，UD在S点不会中断电源。其理由是：在最大可能故障电流9kA（有效值）以下，DD电流和允通能量低于MCCB/UD的脱扣动作值。在此例中UD不必作DD的后备保护。

【例8-2】 局部选择性。

在图8-134中，UD为MCCB，I_n=100A，I_cu=65kA；DD为MCB，I_n=63A，I_cu=10kA。

在F点发生任何过载或故障电流MCB/DD将脱扣。在过载范围及7kA故障电流以下范围有选择性。在此配合中，7kA是选择性极限电流，达到了局部选择性，在7～9kA之间（最大可能）的故障电流，DD脱扣，UD也会脱扣。其理由是：7kA以上，DD的电流和（或）允通能量大于MC-CB/UD的脱扣整定值，如图8-135和图8-136所示。在此例中，UD不必作DD的后备保护。其中，在过载区域中，A和B对C具有全选择性。

图8-136 在故障电流区域内的动作

其中，对于确定选择性，允通能量不允许低于临界值，必须由试验确定。

【例8-3】 在斥力触头动作情况下的全选择性。

在图8-134中，UD为MCCB，I_n=100A，I_cu=65kA；DD为MCB，I_n=63A，I_cn=10kA。此处MCCB是限流断路器，与例8-1、例8-2中的结构有所不同。

MCB/DD在F点出现任何过载电流或故障电流将脱扣，UD不会脱扣。对故障电流超过7kA时，UD的斥力触头会短暂断开一会儿（几毫秒），保证了选择性。

在此例中，UD不必作为DD的后备保护。

【例8-4】 在作为后备保护的斥力触头动作的情况下的全选择性。

图8-137中，UD为MCCB，I_n=100A，I_cn=65kA；DD为MCB，I_n=63A，I_cn=10kA。其中，MCCB是限流断路器，与例8-1、例8-2中的结构有所不同。

图8-137 断路器配合（50kA/20kA故障水平）

在此情况下，S点的故障电流超过MCB/DD的额定分断能力（I_cn），因为MCCB/UD作为DD的后备保护。

MCB/DD在F点出现任何过载电流或故障电流时将脱扣。对7kA以上的故障电流，MCCB/UD的触头可能会短暂断开一会儿（几毫秒）。此特性像后备保护一样帮助清除故障，在20kA以下的所有故障电流选择性得到保护。

例8-3和例8-4的区别在于设定的系统容量不同。例8-3中因F点短路电流为9kA，DD的分断能力足够分断此电流，不需要UD作为后备保护。但是超过了UD的电动斥力的斥开电流，所以UD会瞬时动作一会儿。在例8-4中F点的短路电流容量为20kA，DD的分断能力小于短路电路，不能分断短路电流，需要UD帮助DD分断，故UD担负了后备保护功能，但它短时动作一会儿后又会闭合，继续向其它部分供电，故又有全选择性。