學點開關電器知識——斷路器的基本原理之7-2

我們看下圖：

我們已經知道二級配電總開關QF121的額定電流是500A，實際電流是430.6A。

我們從圖中看到，一級配電系統饋電開關QF11與二級配電系統進線開關QF121之間有一條電纜。

我們假定這條電纜在地面上敷設，長度50米。我們首先要確定電纜的截面參數。查閱《電氣工程師實務手冊》，120平方的銅芯電纜載流量是485A，我們就用120平方來作為我們的設計對象。

我們要做的第一件事，就是確定電纜在正常運行條件下的壓降。

在《工業與民用配電設計手冊》第九章表9-63中，有一個計算公式，如下：

查《工業與民用配電設計手冊》第九章表9-78，得知1kV聚氯乙烯絕緣120平方電力電纜用於三相380V系統的每1千米1A的電壓損失為：

我們知道，當電動機正常運行時，它的功率因數為0.8，因此有：

把計算值乘以380V電壓，得到：

看起來導線的壓降並不大。但是我們能這樣計算嗎？要知道，一級配電系統的母線以及電力變壓器連接到低壓進線的母線槽或者電纜也會有壓降的。

一般地，一級配電系統的總壓降為6V。我們從電力變壓器的低壓側開始計算系統壓降。

我們已經知道，變壓器低壓側的電壓是400V，運行電流是2012A，一級配電系統的壓降是6V。於是一級配電系統饋電出口處（QF11的下口電纜接線端子處）的電壓為：

於是二級配電系統進線處也即QF121進線處的電壓為：

我們忽略掉二級配電母線和饋電電纜的壓降，認為二級配電進線的電壓就是電動機接線端子上的電壓。

於是從變壓器低壓側到電動機接線盒處的線路壓降與變壓器低壓側額定電壓之比為：

對於電動機來說，K值不得超過6%。顯然，此處的K=3.3%是滿足要求的。

現在我們來看看電動機起動時的情況：

第一步：確定電動機的起動電流

設電動機的起動係數Km=6，也即電動機的起動電流等於6倍額定電流。於是55kW電動機的起動電流為6x130.6=783.6A。

第二步：確定一級配電系統的總壓降和饋電出線埠的壓降

我們來計算一級配電系統的總壓降：

注意此分子中用了5乘以電動機的額定電流，不是錯誤。因為變壓器的額定電流中已經包括了55kW電機的運行電流，因此分子中只需再加上5倍電動機額定電流。

我們看到當55kW電動機起動時，一級配電系統的總壓降為7.95V。於是一級配電系統饋電出口處（QF11的下口電纜接線端子處）的電壓為：

。

第三步：確定電纜壓降

我們設電動機起動時的功率因數為0.5，查表得到： ，於是有：

第四步：確定電纜終端電壓（電動機接線盒處的電壓）

第五步：計算系統總壓降百分位數

我們看到，系統總壓降百分位數5.8%小於6%，故電纜選擇的合理。

值得注意的是：電纜還需要校核它的短路發熱情況。由於電纜短路發熱與本貼主題無關，故忽略。

電纜校核完了，我們就可以來確定QF11斷路器的參數了。

選配QF11的額定電流

QF11的額定電流可以參照QF121，只是要比QF121大一些。為何要大一些？見下文。

我們已經知道QF121的額定電流是500A，實際電流是440.6A。查看斷路器的額定電流參數值，再往上就是630A了。所以QF121的額定電流為630A。

選配QF11的極限短路分斷能力

QF11是一級配電系統的饋電迴路。雖然短路電流在一級配電系統中會降低一些（約30%），但我們一般還是按系統短路容量來選取。因此，QF11的極限短路分斷能力Icu=50kA。

選配QF11的脫扣器保護類型

注意到QF11需要和下級二級配電系統的進線開關QF121進行選擇性保護配合，因此選QF11的脫扣器為LSI三段保護類型。

QF11的長延時保護L參數的設定

QF11與下級斷路器QF121之間存在選擇性保護關係。

在我的書《低壓成套開關設備的原理及其控制技術》第三版中，我們在4.3.1節」饋電斷路器的保護選擇性「中能看到如下內容：

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1．通過L參數、S參數和I參數實現選擇性

在圖4-10的左圖中，斷路器B的最大短路電流ISB被完全地限制在A斷路器的短路S參數反時限脫扣電流I2A的範圍之內，當斷路器B出現了短路後，只有B斷路器跳閘而A斷路器不會跳閘，系統具有完全選擇性。

在圖4-10的右圖中，斷路器B的最大短路電流ISB超過了I2A的範圍，則系統具有局部選擇性。當斷路器B出現了短路後，則有可能斷路器B和斷路器A均跳閘。

1）方法之1——通過L參數實現過載電流的後備保護方案（如圖4-11所示）

若上下級斷路器的過載反時限脫扣器L參數之比大於2，即： ，則可在上下級斷路器之間實現過載電流的後備保護。

這裡所指後備保護的意義是：當下級斷路器發生過載時，若下級斷路器（低整定值）因為某種原因未進行有效的保護跳閘，則可由上級斷路器（高整定值）實現後備的過載保護跳閘。

上下級斷路器的過載電流後備保護只能在兩台級連的斷路器之間實現。

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我們已經知道，二級配電系統的電流是430.6A，將它除以QF121的額定電流500A，得到0.8612。

我們知道，QF121是塑殼開關，它的長延時L參數I1整定範圍是0.7~1倍的In。我們設QF121的長延時整定值為0.9In，也即QF121的長延時脫扣電流

注意到電機額定電流130.6的6倍是783.6A。設55kW電機的起動時間是20秒，則長延時脫扣時間t1要大於20秒，故設QF121長延時脫扣時間為25秒。

到目前為止，QF121已經確認了它的額定電流Ie=500A、長延時L參數整定電流I1=0.9Ie和長延時L參數脫扣時間t1=25s。

我們把QF121的長延時整定值乘以2倍，也即2X450A=900A，再除以630A，得到1.43。我們看到，這個值超過了QF12的長延時整定範圍，因此QF11的額定電流必須提高。為此，修改QF11的額定電流為800A。

我們把450A除以800A，得到0.5626，在乘以1.5，得到0.84375。故選擇QF12的參數如下：

QF11的額定電流Ie=800A，長延時L參數整定值I1=8Ie，長延時L參數的脫扣整定時間必須至少長於QF121的L參數脫扣整定時間70毫秒，故取值為26s。

QF11和QF121的額定電流及長延時參數選擇完畢，再下來要選擇它們的短路保護參數。並且還要確定QF121的極限短路分斷能力。這些參數的選擇與電纜始端和終端的短路電流值有關。

由於本篇文章內容已經很多，這部分的內容在「學點開關電器知識——斷路器的基本原理之7-3」來講解。

「學點開關電器知識——斷路器的基本原理之7-3」將會著重探討極限短路分斷能力Icu與運行短路分斷能力Ics的關係問題。

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