一、 前言
民用建築中，設於屋頂消防的防排煙風機位於系統末端，其線路的保護斷路器整定，依據《低壓配電設計規範》(gb50054-2011)第6.3.6條「過負荷斷電將引起嚴重後果的線路，其過負荷保護不應切斷線路，可作用於訊號。」，保護斷路器採用單磁脫扣(不整定長延時，只整定瞬動值)，即過負荷不脫扣，只設短路保護；因此本級配電採用單磁脫扣，這點是比較明確的，設計師一般都是這麼執行的，然而其上一級斷路器是否也要採用單磁脫扣呢？很多設計師卻不清楚，下面我就針對風機在末端發生接地故障時，線路過電流保護電器能否在規定時間內切斷故障迴路進行分析，從而確定其上一級斷路器該如何整定。
二、單相接地短路電流的計算
1.防排煙風機的本級配電斷路器和上一級配電斷路器均採用單磁脫扣(即只整定瞬動，不設過負荷保護)
本次選用我設計的某住宅工程電氣設計案例進行計算，該工程由10幢22～28層高層住宅、商業用房、物業管理用房組成，總建築面積約為17.4萬m²；設一層地下室，地下車庫為ⅰ類汽車庫，在地下室設乙個物業專用變電所，供小區住宅和地下室公共負荷。
本工程3棟屋頂的消防加壓風機離物業專用變電所最遠，末端單相接地短路時，其短路電流最小，處於最不利點，其單相接地短路時如果能使保護斷路器可靠脫扣，那麼本工程其他棟消防加壓風機則能滿足要求。
下面就3棟屋頂消防加壓風機(額定電功率為11kw)進線計算其單相接地短路電流：
變電所至風機配電系統簡圖如下：
(1) 變壓器阻抗：
s=800kva，rt=1.90，xt=13.27;
(2) 變電所至單元總配電箱段電纜(nhyjv-1kv 4x95+1x50)相保阻抗：
l1=238m，r php1= r'php1 * l1=0.804x238=191mω，x1= x'php 1 * l1=0.186x238=44mω
(3) 單元配電箱至加壓風機控制箱段電纜(nhyjv-1kv 5x6)相保阻抗：
l2=85，r php2= r'php2 * l2=8.601x85=731mω，x2= x'php2 * l2=0.200x85=17 mω
(4) 加壓風機控制箱至風機末端(nhbv-1kv 4x10)相保阻抗：
l3=2，r php3= r'php3 * l3=5.262x2=10.5mω，x3= x'php3 * l3=0.188x2=0.376 mω
(5) 單相接地短路電流：
線路總電阻：r php = rt + r php1 + r php2 + r php3=1.90+191+731+10.5=934.4 (mω)
線路總電抗：x php = x phpt + x php1 + x php2 + x php3=13.27+44+17+0.376=74.6 (mω)
線路總阻抗：zphp = 937 (mω)
單相接地短路電流：i''k=u/zphp=220/937=0.235 (ka)
(6) 校驗：
3棟屋頂消防加壓風機末端斷路器只整定瞬動值為384a，其上一級斷路器也只整定瞬動值為384a，顯然單相接地電流(235a)小於本級和上一級斷路器瞬動整定值，使得末端單相接地時，風機控制箱內本級斷路器及其上一級斷路器均無法動作，不滿足《通用用電裝置配電設計規範》(gb50055-2011)第2.3.1條「交流電動機應裝設短路保護和接地故障的保護。」的要求，由此可以知道，對於線路供電距離較遠的風機，按常規選擇配電電纜時，其控制箱本級和上一級斷路器均採用單磁脫扣，是不能滿足《通用用電裝置配電設計規範》(gb50055-2011)第2.3.1條的要求。
而依據《低壓配電設計規範》(gb50054-2011)第5.2.13條，tn系統中，配電線路可採用過電流保護電器兼作間接接觸防護電器，5.2.13條的條文說明解釋：用一般的過電流保護器(熔斷器、斷路器)兼作間接接觸防護電器最為經濟簡單，應優先採用。對於採用過電流保護電器兼作間接接觸防護電器，低壓配電設計規範》(gb50054-2011)第5.2.9條規定：配電線路或僅供給固定式電氣裝置用電的末端線路，不宜大於5s；因此，我們可以考慮在風機上一級配電斷路器整定長延時和瞬動(設定過負荷和短路保護)，其中長延時如果能在5s內切斷末端單相接地短路的話，則上一級配電斷路器可兼作接地故障保護，也就能滿足《通用用電裝置配電設計規範》(gb50055-2011)第2.3.1條的要求。下面一節我們就此進行計算。
2防排煙風機的本級配電斷路器採用單磁脫扣，而上一級配電斷路器整定長延時和瞬動，設過負荷保護和短路保護
3棟屋頂加壓風機末端單相接地短路電流的計算同上，
加壓風機額定功率為11kw，其額定電流為：i=22a
末端斷路器只整定瞬動值為384a，其上一級斷路器也是整定長延時為32a，整定瞬動值為384a，則末端單相接地短路時，短路電流ik=235a，為上一級斷路器長延時的235/32=7.3倍，查斷路器脫扣曲線(圖1)可以得知，在7.3倍過電流下，上一級斷路器會在0.4s~4s內脫扣(圖中藍色箭頭所示區域)，使得末端單相接地故障時，在5s內能切斷電源，同時過載保護整定值設定使消防風機在(斷路器整定電流/消防風機額定電流=32a/22a=1.45)倍過載時不動作，可以滿足風機各種情況下過載執行需要，這種情況下，風機控制箱的上一級斷路器過載保護兼做了接地故障的保護，既滿足《低壓配電設計規範》(gb50054-2011)第5.2.9、第6.3.6條，又滿足了《通用用電裝置配電設計規範》(gb50055-2011)第2.3.1條的要求。
3. 加大截面後單相接地短路電流的計算
由以上的計算可知，風機配電的整段線路中，單元配電箱至加壓風機控制箱段電纜(nhyjv-1kv 5x6)相保阻抗最大，現在將這段電纜介面加大為(nhyjv-1kv 5x10)進行重新計算：
(1) 變壓器阻抗：
s=800kva，rt=1.90，xt=13.27;
(2) 變電所至單元總配電箱段電纜(nhyjv-1kv 4x95+1x50)相保阻抗：
l1=238m，r php1= r'php1 * l1=0.804x238=191mω，x1= x'php1 * l1=0.186x238=44mω
(3) 單元配電箱至加壓風機控制箱段電纜(nhyjv-1kv 5x10)相保阻抗：
l2=85，r php2= r'php2 * l2=5.262x85=447mω，x2= x'php2 * l2=0.188x85=16 mω
(4) 加壓風機控制箱至風機末端(nhbv-1kv 4x10)相保阻抗：
l3=2，r php3= r'php3 * l3=5.262x2=10.5mω，x3= x'php3 * l3=0.188x2=0.376 mω
(5) 單相接地短路電流：
線路總電阻：r php = rt + r php1 + r php2 + r php3=1.90+191+447+10.5=650.4 (mω)
線路總電抗：x php = x phpt + x php1 + x php2 + x php3=13.27+44+16+0.376=73.6 (mω)
線路總阻抗：zphp=654.6 (mω)
單相接地短路電流：i''k=u/zphp=220/654.6=0.336 (ka)
(6) 校驗：
由以上計算結果可以看出，在加大電纜截面後，加壓風機末端單相接地短路電流仍然小於斷路器的瞬動值384a，因此其上一級斷路器若是只整定瞬動值，不整定長延時的話，仍然不滿足規範要求，再者盲目增大截面，也會增加工程造價，造成浪費。
三、 總結
在設計消防風機配電系統時，為滿足《低壓配電設計規範》(gb50054-2011)第6.3.6條要求，本級配電斷路器採用單磁脫扣(即不設過負荷、只設短路保護)，上一級保護斷路器不能再採用單磁脫扣，而需設定過負荷保護和短路保護，這樣把接地故障時需要斷電交予上一級設定的過負荷保護來動作，這種設計方式是比較合理的。
以上是對室消防風機保護斷路器整定的簡單分析，希望對大家對消防風機保護斷路器的整定加深下了解，不當之處敬請指正，謝謝！
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