1、低压电气装置的过负荷与短路保护【摘要】：低压电气装置以及配电线路安全可靠地运行，就必须对应设计相关的保护措施。本文围绕低压电器设备和装置的过负荷发生成因、短路保护措施进行具体的阐述和分析。 【关键词】：低压电气装置 过负荷 短路保护 措施 中图分类号： S219.033 文献标识码： A 文章编号： 一、低压电气装置及配电线路过负荷保护 配电线路过负荷保护的目的是保护电缆在允许的工作温度下长期运行，避免电缆因过负荷发热，损坏绝缘性能，降低电缆使用寿命。电气设备过负荷原因（以电力电容器为例） ，过负荷就是设备承受的负荷（功率）超过其额定值的现象。对于电气设备，其特点之一就是过电流。1、电气设备过
2、负荷原因 电容器在合闸投入电网时产生的合闸涌流。一般限制为正常工作电流的 68 倍，频率高，可以达到 2.53kHz。电压波形畸变引起电容器过电流。电网中由于大功率可控硅整流器等非线性设备投运及变压器铁芯的磁饱和等都会使电压波形发生畸变。由于容抗与频率的增加，谐波次数越高，对该次谐波表现出来的容抗越小，谐波电流就越大。当电容与电源及线路阻抗、串接电抗器阻抗形成谐振时，可能出现对某次谐波电流的放大现象。使得流过电容器的电流大大超过额定电流。如图所示为 h 次谐波电流分布图。图中电容器同一母线上有一谐波电流源，即 h次谐波恒流源，流入系统和电容器的 h 次谐波电流分别为：、 。对中低压系统的 h
3、次谐波阻抗，有：，即忽略电阻，由纯电抗组成，电容器组则一般串有电抗器， 。 系统的参数会随着系统结构和负荷状况而变化，因此在由并联无功补偿电容器的系统中要时刻注意避免谐波放大现象的发生。电容器运行中关于过电流的规定：电容器在额定频率和额定正弦波电压下，其有效值电流不大于 1.3 倍额定电流。很多人将其理解为：总的电流有效值不大于 1.3 倍额定值。 2、电气设备过负荷保护 过负荷对电气设备的影响主要是因为过高的温升而降低电气设备的使用寿命。因此，过负荷保护的原则就是防止电气设备过热。保护根据原理的不同，可以分为三类：1）温度保护；2）根据热累积的原理动作的保护；3）根据电流的大小来动作的保护。
4、 （1）温度保护 温度保护用于保护电机设备是随国外引进的设备进入国内的，其基本思想是：将温度敏感元件粘在或者埋设在被保护设备的最热部位，以此来实时监测设备的温度。当设备过热时切除电源，以达到保护设备的目的。这种保护方式能够较真实地反映设备温度，作为过负荷保护原理上讲是比较理想的。温度保护按照采用的温度敏感元件性质的不同又分为 2 类： 1）温敏元件为开关特性，如双金属片，温度达到一定程度，双金属片动作，断开设备电源。2）温敏元件输出为模拟信号，采用的温度敏感元件有：A）热敏电阻由金属氧化物、陶瓷半导体或炭化硅材料制成。PTC、NTC。B）热电阻由铜、镍、铂等金属材料制成（如最常见的铂电阻） ；
5、C）热电偶；D）PN 结。 优点： 保护的原理最简单、直接，能比较真实地反映设备温度，在一定程度上可以反映短路故障。 缺点：A）准确度的问题：设备在不同的工作条件下最热点可能不一样。有些设备的最热点可能不适合安装测温元件。B）信号的传输问题：被保护设备多为高电压、大电流设备，对弱电测量信号可能存在较强的干扰。在被保护设备故障时电压电流异常，干扰可能更加严重。保护装置的安装位置可能与被保护设备距离较远，可能几十米、上百米，这时就有弱信号的可靠传输与传输成本的问题。 （2）根据热累积的原理。 反映电流的热效应，电流产生的热量达到一定时，保护动作。有两类：1）熔断器；2）热继电器。 熔断器优点：简单
6、、成本低。缺点：准确度低，温升特性与被保护设备存在差异，保护动作后需更换，较麻烦。 热继电器电流流过继电器中的发热元件，元件发热，使双金属片受热动作。 优点：构造简单，价格低廉，使用方便，广泛应用于电动机的过载和断相保护。不存在熔断器那样的更换问题。 缺点：A）同样由于被保护设备（主要是电动机）与热继电器不是一体的，温升特性与被保护设备也存在差异。用热继电器很难反映不同型式和容量的电机的温升；当电机负荷变动大时，保护的困难更多；B）影响热继电器动作的因素众多，如环境温度、安装方向都会影响其动作时间；C）精度太低，同型误差可达到 20%； （3）根据电流的大小来动作的保护 A）定时限：大于某一电
7、流值（如过电流倍数：） ，经过过一定的延时后断开。 B)阶越时限：过负荷倍数在之间时允许时间为，在时，允许时间为。C)反时限：保护的完全按照设备的过负荷特性曲线来设定动作时间。D)可变时限：用电流来模拟热累积效应，是反时限的一种。 二、低压电气配电线路的短路保护 1、低压配电线路短路保护的装设要求 所有的低压配电线路都应装设短路保护装置。短路保护装置的装设，应保证线路末端发生短路时，保护装置能可靠动作。短路保护装置应能避开线路中短时间过负荷的影响，如大容量异步电动机的启动瞬间等，同时又能可靠地保护线路。低压配电线路的短路保护，通常采用熔断器或低压断路器来完成。 2、短路保护用熔断器熔体电流的确
8、定 当采用电缆或穿管绝缘导线配电时，熔断器熔体的额定电流应小于或等于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的 2.5 倍。当采用明敷绝缘导线配电时，熔断器熔体的额定电流应小于或等于导线允许载流量的 1.5 倍，这是由于明敷绝缘导线的绝缘等级偏低，绝缘容易老化的缘故。当熔断器用来保护配电线路末端的短路事故时，熔断器熔体的额定电流应小于或等于线路末端发生单相接地短路或两相短路时短路电流的 1/4 倍。 3、低压电网短路电流计算的特点 在低压电网中运行的变压器低压侧发生短路时可以认为变压器的高压侧端电压不变和低压侧短路电流不衰减。也就是说，变压器高压侧电源可视为无穷大。理论上，变压器低压侧的所有低压元件，包括
9、母线和电缆、电流互感器的一次线圈、断路器和刀闸触头的接触电阻等，对低压短路电流都有影响，但为了简化计算，使计算出的短路电流值又偏于安全，容许不考虑占回路总阻抗不超过 10%的元件。低压电网一般以三相短路电流为最大，并与中性点是否接地无关。在低压电网中，一般不允许忽略电阻，因此短路电流非周期分量比高压电网衰减快得多，故短路电流最大有效值及短路冲击电流与周期分量比值一般不太大。 三、总结 低压电气装置设备以及配电线路常见过负荷、短路故障，是影响低压电气装置正常运行的主要故障因素。因此，为了保护低压电气以及配电线路，在发生上述故障时及时应及时切断电源，确保人身和财产的安全，或使这类故障产生的危害最小化。就要确保了解有关的保护原理和应用必要的方法解除和减少故障带来的危害和影响。 【参考文献】： 1童晓鸣.低压电动机的容量、保护及保护配置的选择J.安徽建筑，2011，18(1)：130-131.DOI：10.3969/j.issn.1007-7359.2011.01.062. 2岳贞波.浅谈低压保护电器的安全保护特性的选型J.科技信息，2010，(32)：773.DOI：10.3969/j.issn.1001-9960.2010.32.676. 3侯文豹.630KVA 变电站无功功率集中补偿分组投切装置的设计J.企业文化(中旬刊)，2012，(5)：108.
