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屠奕骏（上海轻工业工程设计研究院有限公司，上海 200023）
由于工厂园我类项目单体较多，存在个别单体用电负荷距离变电所较远的情况，长距离供电因其故障短路电流较小，容易产生断路器灵敏度不足的问题，从而使得故障防护失效，危及人身安全。设计人员在设计中往往十分注重电压损失校验，而灵敏度因其校验步骤繁琐往往被忽视。任元会先生曾在《低压配电设计解析》（以下简称《解析》）一书中化繁为简，提供了快速校验方法。笔者以项目实践为例，分析此类问题在设计中的快速校验的方法及当灵敏度不能满足要求时的解决方案。
本项目为某汽车生产厂房，变电所位于主厂房内。变电所内设置两台 1 600 kVA 干式变压器（Dyn 11，Uk=6%）。低压配电系统接地型式采用 TN-S 系统。
距离主厂房变电所外 155 m 外，设有一处生活水泵房。其用电负荷为：3 台 11 kW 生活水泵（两用一备），一台 2.2 kW 排风机，泵房照明及插座等负荷用电共计 0.8 kW，总计 Pj=25 kW，Ij=47 A。
变电所低压柜配出回路断路器参数为 MCCB-160-63A/3P，脱扣方式为热磁脱扣。供电电缆相截面积为 16 mm2。以埋地穿管方式由主厂房变电所低压柜引入泵房动力箱内，线缆载流量修正系数取 0.7。
2.1 电压损失的校验
根据《工业与民用供电电设计手册第四版》（以下简称《配四》）电压降计算公式校验线路电压损失，计算公式见式（1）。
l—线路长度，km；
P—有功功率，kW。
由于生活泵房内就地设置生活泵房配电箱，末端负荷与配电箱距离在 5 m 以内，在设计中为了方便计算，近似认为 为 160 m。供电电缆相截面积为 16 mm2，查《配四》表9.4-19 得其电阻=1.248 Ω/km，感抗= 0.102 Ω/km，代入式（1）计算得 ∆u%=3.669%＜5%，故电压损失满足要求。
2.2 断路器灵敏度的校验
当采用断路器的瞬时过电流脱扣器做故障防护时，TN系统故障防护电气动作特性应满足式（2）。
式中：Iset3—断路器瞬时脱扣整定电流。
式中：L—被保护配电线路最大允许长度；
km
Sph—被保护配电线路相导体截面积，mm2；
SPE—被保护配电线路 PE 导体截面积；
Unom—相导体对地标称电压，V；
ρ—导体温度为 20° 电阻率；
1.5—增大系数；
Id·min—预期接地故障电流最小允许值，1.3 Iset3；
K—忽略线路电抗时的校正系数，Sph≤ 95 mm2取1， 为 Sph为 120 mm2和 150 mm2取 0.96，Sph≥185 mm2取 0.92；
KS—忽略电源阻抗时的校正系数，取 0.8～1.0。通过计算整理，得出采用断路器瞬时脱扣作为故障防护线路最大允许长度表，见表 1。
表1 采用断路器瞬时脱扣作为故障防护线路最大允许长度表
当线路存在二级及以上，且长度难以忽略不计时，需考虑多级线路应考虑折算系数。根据现有条件，变电所低压柜内生活水泵房配出回路断路器参数为 MCCB-160-63A/3P，热磁脱扣，整定值 In为 63 A，其短路瞬时保护值为 Iset3=10 In=630 A，供电电缆相导体截面积 16 mm2。查表1得，最大允许长度为 94 m，94＜160 m，故不满足灵敏度要求。
（1）通过观察表 1 可知，当保持相导体为 16 mm2不变，随着 Iset3减小，对应最大允许长度逐渐增大。当 Iset3为 320 A，即 Iset3≈5 In时，线路最大允许长度为 188 m＞160 m，即可满足灵敏要求。
根据笔者查阅国内外主流热磁脱扣断路器产品，国外一线品牌有 Iset3为 5～10 断路器型号可供选择。而国内主流品牌，当壳架电流为 160 A 或 125 A 时，其热磁脱扣整定值Iset3多为 10 In不可调。壳架电流为 250 A 以上的断路器，其热磁脱扣整定值 Iset3为 5～10 In范围内可调。可见并不是所有热磁脱扣断路器可以通过调整 Iset3来满足灵敏度要求。如继续想通过调小 来满足灵敏度要求，可将热磁脱扣断路器更换为电子式脱扣断路器，其值国内外主流品牌多为1～10 In可调。但是，如果为了满足灵敏度而一味的减小整定值，使得整定值过小，将会大大增加配电回路误动作的可能性，在设计中应谨慎选取。
（2）继续通过观察表 1 可知，当保持 Iset3不变时，随着相导体截面积增大，对应最大允许长度也相应增大，当相导体截面积取 70 mm2时，线路最大允许长度为 218 m＞160 m，满足灵敏要求。可见增加截面长度可以提高断路器灵敏度。但电缆截面积从原 16 mm2增加到 70 mm2，对经济性产生了不小影响。并且当截面积为 120 mm2及以上时，通过增加相导体截面来提高灵敏度的收益开始逐渐减小，金属资源浪费及施工困难等问题开始凸显，非首选方案。
（3）使用带接地故障保护功能的断路器可提高故障防护的灵敏度。接地故障保护分为三相不平衡电流保护，及剩余电流保护。三相不平衡电流通过三相导体上安装的电流互感器，取二次电流向量和乘以变比，即 In＝Iu＋Iv＋Iw，当某一相发生接地故障时，In大大增加，则断路器动作。而剩余电流保护检测的是三相电流加中性导体电流的向量和，即IPE＝Iu＋Iv＋Iw＋In，当某一相发生接地故障时，向量和不为0，则断路器动作。显然，三相不平衡电流当处于谐波电流较大的线路中，会因谐波电流造成误动作，剩余电流保护的灵敏度则要更高。随着科技的进步，国内外主流低压保护产品，都拥有含接地故障保护功能的电子脱扣断路器，是一良好的提高灵敏度的手段。
（4）通过接地故障保护的原理可知，普通断路器增加剩余电流保护 RCD 做为故障防护时，也可达到同等效果，多适用于二级配电箱的进行断路器。但不适用于消防负荷回路，因消防回路为保证火灾时运行的可靠性，不得装设剩余电流保护。对于消防负荷回路可采取使用带接地故障保护功能的断路器，关闭过载跳闸功能，并将接地故障保护功能选择只报警不跳闸。为了同时满足人身安全，在其末端设置辅助等电位联结，使故障接触电压减低至 50 V 以下。值得注意的时，设置辅助等电位联结适用于任何负荷的情况下，即配电回路已通过其他手段满足了灵敏度，也可在末端设置辅助等电位联结作为补充措施保障人身安全。
通过比对各种提高灵敏度的方案，发现使用带接地故障保护功能的断路器适用面广，是可靠性较高的方法。而增加电缆相导体截面的方案则需观察其经济性指标。如遇到放大 3～4 倍以上的截面，或其本身相导体截面过大时，通常因其经济性较差，不予考虑。同样，通过调小 整定值的方法，受限于不同产品断路器本身参数性能的原因，需要根据实际情况进行复核。断路器加装 RCD 的方法与利用剩余电流保护为检测手段的接地故障保护原理相类似，适用于二级配电的回路，但无法适用于消防回路。无论对于采取何种提高灵敏度手段的方法，都可在末端增设辅助等电位联结作为补充措施，降低故障接触电压减低至 50 V 以下，以此来保障人身安全。
本文通过工程实际案例，分析了工业厂我长距离供电导致断路器灵敏度不满足的问题及其解决方法。在设计中，对于长距离供电的配电回路，设计及校审人员往往过于关注电压损失问题，而忽视了灵敏度的校验，为日后使用埋下了安全隐患，值得引起重视。
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