电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB.docx

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电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB

电力装置的继电保护和自动装置设计规范

中华人民共和国国家标准

GB50062－92

条文说明

前言

根据国家计委计综[1986]2630号文的要求，由能源部东北电力设计院对《工业与民用电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GBJ62-83进行了修订，经建设部建标[1992]425号文批准发布。

名称改为《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB500062-92。

为便于广大设计、施工、科研、学校等有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，规范编订组根据国家计委关于编制规范条文说明的统一要求，按规范的章、节、条顺序编制了条文说明，供有关人员参考。

在使用中如遇有问题，请将意见和有关材料寄交能源部电力规划设计总院和东北电力设计院《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》修订组。

本条文说明仅供国内有关部门和单位执行本规范时使用，不得翻印。

1992年7月

第一章总则

第二章一般规定

第三章发电机的保护

第四章电力变压器的保护

第五章3～63KV中性点非直接接地电力网中线路的保护

第六章110kV中性点直接接地电力网中线路的保护

第七章母线的保护

第八章电力电容器的保护

第九章3KV及以上电动机的保护

第十章自动重合闸

第十一章备用电源和备用设备的自动投入装置

第十二章自动低频减载装置

第十三章同步并列及解列

第十四章二次回路

第一章总则

第1．0．1条说明制定本规范的目的。

本规范作为国家标准，是全国各地区、各部门共同遵守的准则和依据。

制定本规范的目的在于贯彻执行国家的技术经济政策，使继电保护和自动装置的设计，做到安全可靠、技术先进和经济合理。

就其内容来讲是关于设计要求方面的一些原则规定，考虑到实用的需要，一些条款规定的比较具体、比较详细。

第1．0．2条原规范适用于3－35kV电力设备和线路的继电保护和自动装置。

考虑到国民经济和电力建设的发展，许多工业企业及民用电力装置的电压等级已超过35kV，工矿企业自备电站也有很大发展。

因此要求规范提高电压适用的范围，增加发电机和变压器的有关内容。

这次规范修订包括3－110kV电力线路和设备，单机容量为25MW及以下的发电机，63MVA及以下电力变压器的继电保护和自动装置。

第1．0．3条本条说明工程设计不得选用未经过按国家规定鉴定合格的继电保护和自动装置产品。

这应当看作是保证继电保护和安全自动装置工程设计质量的重要环节，所以作此明确规定。

第1．0．4条这一条的规定是必要的。

继电保护和自动装置设计也涉及到其它专业的标准，如各种继电器的国家标准，因此也应当符合这些国家标准。

第二章一般规定

第2．0．1条本条规定了电力网中的电力设备和线路装设继电保护和安全自动装置的必要性和主要作用。

作用是应能尽快地动作切除短路故障；故障切除后靠自动装置来尽快地恢复供电，以保证电力网安全运行；限制故障设备损坏程度和减少停电范围。

第2．04条本条规定校验保护装置的灵敏系数，应根据不利正常运行方式和不利故障类型进行计算。

不利正常运行方式，系指正常情况下的不利运行方式和正常检修方式。

正常不利运行方式，通常指在非故障和检修方式下，电厂中因机组开启与停运等，引起继电保护装置灵敏系数降低的不利运行方式。

例如：

夏季丰水期水电大发，水电厂尽量多开机，而火电厂相应地减少开机。

这种方式下，安装在火电厂侧的保护装置的灵敏系数可能降低。

校验火电厂侧保护装置的灵敏系数应取这种不利的运行方式。

反之，在冬季枯水期，水电厂减少开机，火电厂相应地少留备用多开机。

这种情况下，安装在水电厂侧的保护装置的灵敏系数降低。

校验水电厂侧保护装置的灵敏系数应取这种不利的运行方式。

正常检修方式，系指一条线路或一台电力设备检修的运行方式。

继电保护的整定计算中，可不考虑两个及两个以上电力设备或线路同时检修的情况。

本条文又规定，校验保护装置灵敏系数，当必要时，应计及短路电流衰减的影响。

对低压电网，尤其是安装在发电厂附近的低压线路或电力设备的继电保护装置，如果保护动作时间长，在保护动作时，短路电流已经衰减，将会影响保护装置的灵敏系数。

对此，需要考虑短路电流衰减的影响。

第三章发电机的保护

第3．0．1条本条说明对发电机的哪些故障及异常运行方式应装设相应的保护。

对于发电机定子绕组相间短路，定子绕组匝间短路和发电机外部的短路故障，应分别装设主保护和后备保护，对于定子绕组接地、过电压、过负荷，发电机失磁和励磁回路一点及二点接地应装设异常运行保护，必要时还可以装设辅助保护。

对于发电机匝间短路按本规范第3．0．5条规定，在有条件装设横联差动保护的发电机应装设横联差动保护，以保护匝间短路，对于没有条件装设横联差动保护的发电机不要求装设专用匝间短路保护。

按目前国产发电机设计情况，定子绕组为星形接线，有并联分支，在中性点有分支引出端子发电机有QF-3-2、QFK－3－2、QFG－3-2，TOC-6075／2、QFz－25－2、QF－25-2、TOG－25－2等多种机型，有装设横联差动保护的条件。

另外，匝间短路危害严重，统计表明在中小机组上发生匝间短路的频次也多，而横联差动保护构成简单，保护动作的安全可靠性好，可有效地保护发电机匝间短路和定子绕组断线故障，故规定在有条件时应装设横联差动保护。

本条之八，对励滋电流异常下降或消失称为失磁故障，符合习惯叫法，其保护继电器国内外都称作失磁保护，即要求失磁保护既保护发电机完全失去励磁，又保护部分失去励磁的故障。

关于逆功率保护。

对于大型机组需要装设逆功率保护，而对于小型机组我国多年来的作法是，当主汽门关闭时，在主控制室给出声光信号。

由运行值班员根据实际情况，做出判断处理，或重新挂闸送汽恢复运行，或跳开发电机主开关。

也有一些工程采用主汽门掉闸联跳发电机主开关的作法。

中小型机组这样处理方式一般说是合适的，并未发现造成某种严重后果，因此不必规定装设逆功率保护。

另外应当说明。

按规范的编写方式，对于有特殊要求的发电机。

并未排除，即不禁止装设诸如逆功率或其它保护装置。

自然，如无“特殊”可言，则应当按标准办事。

第3．0．2条本条说明保护出口动作方式。

其中，“解列”适用于发电机外部短路故障保护和某些异常运行方式如失磁保护，保护出口动作于发电机断路器或母联（分段）断路器，不动作于灭磁开关，这样汽轮发电机组在运行中甩掉了基本负荷，但还可以带厂用电在额定频率、额定电压下稳定运行，如果需要可以随时并网恢复供电。

而“停机”不仅要断开发电机断路器，并且要动作于灭磁开关，还要停原动机。

在发电机内部发生短路故障时，保护应动作于停机。

在实际工程设计中，有时两种保护出口方式并存，有时只用一种。

本章条文中有具体规定。

第3．0．3条本条说明对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障应装设的保护装置。

作为发电机的主保护，对不同类型和特点的发电机应配置相应的保护装置。

对于1MW以上的发电机，规定应装设纵联差动保护；对于1Mw及以下的发电机，根据不同情况选择下列保护中的一种：

过电流、低电压、电流速断、低压过流、纵联差动保护等。

第3．0．4条关于发电机定子绕组单相接地的条文。

关于发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值，本规范定为4A。

如果电机制造厂家给出了这个数值，则以制造厂数据为准，鉴于一般情况下，制造厂未规定发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值，所以参照原水电部标准《继电保护和安全自动装置规程》SDJ6－S3表2．2．4，按发电机额定电压力6kV考虑接地电流允许值为4A。

发电机中性点有不接地、经消孤线圈接地或经电阻接地等接地方式，讨论发电机是否装设有选择性的接地保护，不考虑消弧线圈的补偿作用，因为消弧线圈有退出运行的可能，应按实际运行可能出现的单相接地电流值是否大于允许值确定。

“对发电机变压器组应装设保护区不小于90％的定子接地保扩”的规定，电力系统各部门多年来都是按此执行的。

第3．0．5条关于发电机匝间短路装设横联差动保护的规定。

如第3．0．1条的说明所述，发电机横联差动保护构成简单，动作安全可靠，在有条件的时候应装设横联差动保护。

当没有条件装设横联差动保护时，主要是指发电机中性点侧没有并联分支引出线，规范不要求装设其它专用发电机匝间短路保护。

第3．0．6条对发电机后备保护配置和定值整定作了规定。

所提出的三个后备保护方案，一般说满足了小型发电机各种接线方式或系统参数情况下对后备保护的要求，不需要装设距离保护作为后备保护。

具体工程设计选择方案时，应首先考虑相对地最简单的过电流保护，其次是低电压起动的过电流保护，或者复合电压起动的过电流保护。

后备保护宜带二段时限，首先跳母联或分段断路器，之后以第二个时限动作于停机。

这个保护出口跳闸方案在小型电厂或变电所是适用的，首先将母线解列，使没有故障的系统立即恢复正常运行，可以有效地避免跳开所有的发电机。

对于自并励发电机，考虑到发电机及引出线上的短路故障在持续一段时间如一秒钟左右，发电机短路电流会有不同程度的下降，不宜用一般的过电流保护作为后备，可采用低电压保护的过电流保护作为后备保护。

第3．0．7条本条规定发电机应装设定子绕组过负荷保护。

关于过负荷，发电机有几种情况，用词应予以区别。

习惯上称发电机过负荷系指发电机出力超过额定值；发电机定子绕组对称过负荷系指发电机正序电流值超过额定值；发电机定子表层过负荷系指发电机定子绕组负序电流超过允许值；还有发电机励磁绕组过负荷。

应当说明的是发电机过负荷可能是由于发电机定子绕组过电流产生的，也可能不完全是由过电流引起的，而是由于电流、电压或功率因数升高综合作用的结果。

本条所谓发电机定子绕组过负荷系指发电机定子绕组电流超过额定值的情况。

从继电保护方面看，为保护定子绕组对称过负荷，保护装置接一相电流即可。

各相电流的不对称性用负序电流的大小来衡量，容量较大的发电机才需单独装设负序过负荷保护。

第3.0.8条本条规定对水轮发电机应装设定子绕组过电压保护。

而对汽轮发电机规范不规定装设定子绕组过电压保护。

第3.0.9条对发电机励磁回路接地故障，规范规定根据不同情况应装设一点或二点接地故障保护装置或定期检测装置。

励磁回路保护，对于汽轮发电机和水轮发电机的要求是不一样的。

汽轮发电机可装设绝缘检查电压表，作为一点接地故障定期检测装置；对两点接地故障应装设二点接地保护装置。

而对于水轮发电机，由于水轮发电机都是多极机，一旦励磁回路发生二点接地故障，除了励磁绕组被短路将产生很大的短路电流之外，还有一个更为严重的问题就是产生强烈的振动，因此一般只装设一点接地保护，保护动作于信号。

发生励磁回路一点接地后，值班员应尽快安排停机，避免发生第二点接地短路。

对于1MW及以下的水轮发电机可只装设一点接地故障定期检测装置。

第3.0．10条对发电机的失磁故障应装设失磁保护的规定。

所谓失磁故障一般理解为励磁电流异常下降或完全消失的故障。

规定当采用自并激式半导体励磁系统时，而且发电机是不允许失磁运行或根据电力系统稳定条件不允许异步运行时则应装设专用的失磁保护。

规范不要求对采用自复激式、谐波励磁方式等励磁系统装设专用的失磁保护。

当发电机采用直流励磁机励磁时，应有灭磁开关联跳发电机断路器的接线，不要求装设专用的失磁保护。

第四章电力变压器的保护

第4．0．1条本条列举电力变压器的故障类型及异常运行方式，以便装设相应的保护。

第4．0．4条本条对变压器的纵联差动保护提出了具体要求。

一、关于差动保护的整定值问题。

过去变压器采用带速饱和差动保护装置，整定值要躲开电流互感器二次回路断线、励磁涌流和外部故障不平衡电流值，一般灵敏系数较低。

特别是变压器匝间短路（这是常见的故障）时灵敏系数更低。

目前晶体管纵联差动保护对变压器各侧均有制动，如不考虑电流互感器二次回路断线情况，整定值可以降低，以提高灵敏性。

但当整定值小于额定电流时，应尽量不在差动回路内连接其它元件，以减少或防止电流互感器二次回路故障的可能性。

二、关于差动保护使用变压器套管电流互感器的问题。

变压器高压侧使用套管电流互感器而不另装互感器，具有很大的经济价值，按电力变压器国家标准规定，在63kv和110kV级容量分别为8000kVA和16000kVA及以上的变压器才供给套管型电流互感器。

但当差动保护使用变压器套管电流互感器时，则变压器该侧套管或引线故障相当于母线故障，将切除较多的系统元件或使切断的时间过长。

而目前国内变压器高压侧套管引线的故障，在变压器总故障次数中所占比例还是不少的；另外，套管电流互感器的组数是三组，安排起来比较紧：

差动保护用一组，母线保护用一组，后备保护就要和仪表共用一组。

一组互感器上连接元件过多，不仅负担可能过大而且降低了可靠性。

此外变压器电流互感器试验时也存在一些困难，例如无法通入大电流做变比试验。

根据上述情况，条文规定差动保护范围一般包括套管及其引出线，即一般不使用变压器套管电流互感器构成差动保护。

仅在某些情况下，例如63KV和110KV电压等级的终端变电所和分支变电所；63KV和110KV变压器高压侧未装断路器的线路变压器组，其变压器容量分别为8000kVA和16000kVA及以上时，才利用变压器套管电流互感器构成差动保护。

此外，当变压器回路的一次设备由于检修或其它原因退出运行而用旁路回路代替时，作为临时性措施，差动保护亦可利用变压器套管电流互感器。

第4．0．5条本条对由外部相间短路引起的变压器过电流应装设的保护装置作了规定。

过电流保护装置的整定值应考虑变压器区外故障时可能出现的过负荷。

而不能按避越变压器的额定电流来整定。

第4．0．6条～第4．0．7条目前运行的双线圈变压器和三线圈变压器的外部短路过电流保护一般比较复杂，设计和运行单位普遍提出应该加以简化。

但在具体工程设计时，由于对一些很少机会出现的故障情况考虑过多，往往还是得不到简化。

因此条文中集中各地的意见和经验提出了简化原则和保护的具体配置原则。

第4．0．8条本条是直接接地电力网中关于中性点直接接地变压器零序电流保护的规定。

指出双线圈及三线圈变压器的零序电流保护应接于中性点引出线的电流互感器上，这种方式在变压器外部和内部发生单相接地短路时均能起保护作用。

第4．0．9条本条对经常不接地运行的变压器采取的特殊保护措施作了明确规定。

110kv直接接地电力网中低压侧有电源的变压器，中性点可能直接接地运行，也可能不接地运行。

对这类变压器，应当装设反应单相按地的零序电流保护，用以在中性点接地运行时切除故障；还应当装设专门的零序电流电压保护，用以在中性点不接地运行时切除故障。

保护方式对不同类型的变压器又有所不同，下面分别予以说明。

一、全绝缘的变压器

当变压器低压侧有电源且中性点可能不接地运行时，还应增设零序过电压保护。

全绝缘变压器为什么还要装设零序过电压保护？

根据《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ7－79，对于直接接地系统的全绝缘变压器，内过电压计算一般为3Uxg（Uxg---最高运行相电压）。

当电力网中失去接地中性点并且发生弧光接地时，过电压值可达到3．0Uxg，因此一般不会使变压器中性点绝缘受到损害；但在个别情况下，弧光接地过电压值可达到3．5Uxg，如持续时间过长，仍有损坏变压器的危险。

由于一分钟工频耐压大于等于3．0Uxg，所以在3．5Uxg电压下仍允许一定时间，装设零序过电压保护经0．5s延时切除变压器，可以防止变压器遭受弧光接地过电压的损害。

其次，在非直接接地电力网中，切除单相接

地空载线路产生的操作过电压，可能达到4．0Uxg及以上。

电力网中失去接地中性点且单相接地时，以0．5s延时迅速切除低压侧有电源的变压器，还可以在某些情况下避免电力设备遭受上述操作过电压的袭击。

此外，当电力网中电容电流较大时，如不及时切除单相接地故障，有发展成相间短路的可能，因此，装设零序过电压保护也是需要的。

在电力网存在接地中性点且发生单相接地时，零序过电压保护不应动作。

动作值应按这一条件整定。

当接地系数X0/X1≤3时。

故障点零序电压小于等于0．6Uxg，因此，一般可取动作电压力180V。

当实际系统中X0/X1＜3时，也可取与实际X。

／X1值相对应的低于180V的整定值。

二、分级绝缘的变压器。

对于中性点可能接地或不接地运行的变压器，中性点有两种接地方式：

装设放电间隙和不装设放电间隙。

这两种接地方式的变压器，其零序保护也有所不同。

1．中性点装设放电间隙。

放电间隙的选择条件是：

在一定的X0/X1值下，躲过单相接地暂态电压。

一般X0／X1≤3，此时，按躲过单相接地暂态电压整定的间隙值，能够保护变压器中性点绝缘免遭内过电压的损害，当电力网中失去接地中性点且单相接地时，间隙放电。

对于中性点装设放电间隙的变压器，要按本规范4．0．9条的规定装设零序电流保护，用于在中性点接地运行时切除故障。

此外，还应当装设零序电流电压保护，用于在间隙放电时及时切除变压器，并作为间隙的后备，当间隙拒动时用以切除变压器。

零序电流电压保护由电压和电流元件组成，当间隙放电时，电流元件动作；拒动放电时，电压元件动作。

电流或电压元件动作后，经0．5s时限切除变压器。

零序电压元件的动作值的整定与本条第一款零序过电压保护相同。

零序电流元件按间隙放电最小电流整定，一般取一次动作电流为100A。

采用上述零序电流保护和零序电流电压保护时，首先切除中性点接地变压器，当电力网中失去接地中性点时，靠间隙放电保护变压器中性点绝缘，经0.5s延时再由零序电流电压保护切除中性点不接地的变压器。

采用这种保护方式，好处是比较简单，但当间隙拒动时，则靠零序电流电压保护变压器，在0．5s期间内，变压器要承受内过电压，如系间歇电弧接地，一般过电压值可达3．0Uxg，个别情况下可达3．5Uxg，变压器有遭受损害的可能性。

2．中性点不装设放电间隙。

对于中性点不装设放电间隙的变压器，零序保护应首先切除中性点不接地变压器。

此时，可能有两种不同的运行方式：

一是任一组母线上至少有一台中性点接地变压器，二是一组母线上只有中性点不接地变压器。

对这两种运行方式，保护方式也有所不同。

当任一组母线上至少有一台中性点接地变压器时，零序电流保护也是由两段组成，与本规范4．0．8条的不同之处，是Ⅰ段只带一个时限，仅动作于断开母线联络断路器；Ⅱ段设置两个时限，较短者动作于断开母线联络断路器，较长者动作于切除中性点接地的变压器，这点仍与本规范4．0．8条相同。

此外，还要装设零序电流电压保护，它在中性点接地变压器有零序电流、中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零序电压的条件下动作，经延时动作子切除中性点不接地的变压器，零序电流电压保护的时限与零序电流保护Ⅱ段的两个时限相配合，以保证先切除中性点不接地变压器，后切除中性点接地变压器。

零序电流Ⅰ段只设置一个时限，而不设置两个时限，是为了避免与零序电流电压保护的时限配合使接线复杂化。

当一组母线上只有中性点不接地变压器时。

为保护首先切除中性点不接地运行的变压器，则不能用上述首先断开母线联络断路器的方法。

在条文中规定，采用比较简单的办法：

反应中性点接地变压器有零序电流；中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零序电压的零序电流电压保护，其动作时限与相邻元件单相接地保护配合；零序电流保护只设置一段，带一个时限，时限与零序电流电压保护配合，以保证首先切除中性点不接地变压器。

当一组母线上只有中性点不接地变压器时，为了尽快缩小故障影响范围，减少全停的机会，若也采用首先断开母线联络断路器保护方式，则将在约0．5s的时间内，使中性点不接地变压器遭受内过电压袭击，这与中性点装设放电间隙而间隙拒动的情况类似（只是后者机率小一些）。

为设备安全计，在条文中没有推荐采用这种保护方式。

测量母线零序电压的电压元件，一般应比零序电流元件灵敏，但应躲过可能出现的最大不平衡电压，一般可取5V。

为了测量中性点接地变压器的零序电流，各变压器的零序电流电压保护之间有横向联系，这降低了可靠性，已有导致误动作的事例。

为消除这一横向联系，可以测量不接地变压器负序电流的负序元件，代替测量接地变压器零序电流的方式，但这种方式尚无采用者，故在修改条文中没有列入。

第4．0．14条按电力变压器国家标准GB1094－71第20条“强迫油循环风冷，强迫油循环水冷的变压器，当发生事故切除冷却系统时（对强油循环风冷的，指停止风扇及油泵，强油循环水冷的，指停止水及油循环）；在额定负荷下允许的运行时间：

当容量为125MVA及以下时为20分钟，以上时为10分钟。

”按上述规定，油面温度尚未到达75℃时，允许上升到75℃，在允许的时间内保护装置动作应作用于信号；当超过允许的时间时，保护装置动作应作用于跳闸，将变压器断开。

按电力变压器国家标准GB6541－86规定，800kVA及以上的变压器，应装有压力释放装置，当内部压力达到0．5标准大气压时，应可靠释放压力。

当厂家配套供应压力释放装置并有接点引出时，应增加压力释放装置作用于信号或动作于跳闸的保护。

第五章3～63kV中性点非直接接地电力网中线路的保护

第5.0.5条本条系对3－63kV中性点非直接接地电力网中的单相接地故障，继电保护配置原则的具体规定。

一款规定在发电厂和变电所母线，应装设单相接地监视信号装置。

一旦电网中发生单相接地故障，信号装置动作告警，以便通告运行人员及时处理及寻找故障点。

二款规定“宜在线路上装设有选择性的单相接地保护”。

对有零序电流互感器的线路，或者不能安装零序电流互感器，而单相接地保护能够躲过电流回路中不平衡电流的影响，也可将保护装置接于三相电流互感器构成的零序回路中。

三款的规定，是指在出线回路数不多，线路又不是特别重要，或装设接地保护也难保证有选择性时，可以采取依次断开线路的方法，寻找单相接地在哪条线路。

有时为了快速恢复对完好线路的供电，断开后如无故障，靠自动重合闸恢复供电。

第六章110kV中性点直接接地电力网中线路的保护

第6．0．2条规定110kv线路保护宜采用远后备方式。

此条规定一是可简化保护，二是因为一般110KV线路断路器不专门设置失灵保护，也需要线路保护实现远后备方式。

三是对一般电网中的110KV线路，远后备保护装置具有足够灵敏度，实现远后备方式亦能满足要求。

第6．0．5条规定110KV线路需要装设全线速动保护的条件。

作本条规定，是因为在110kv线路上一般可不装设全线路速动保护，但在下列条件下需要设置全线路速动主保护：

一是系统稳定要求必须装设。

对复杂电网中的110kV线路，尤其是110kV短线路，当线路上发生故障时，如果线路保护带时间动作切除故障，将会引起电网稳定破坏事故。

这种情况，应该在110kV线路上，配置全线速动主保护装置。

二是当线路发生三相短路时，使厂用电母线或重要用户母线电压下降到低于额定电压的60％，若继电保护不能快速动作切除故障，就会造成大面积停电，或甩掉大量重要用户，也需要配置全线速动主保护装置，用以快速切除短路故障，保证重要用户供电。

第七章母线的保护

第7．0．1条本条分两款具体现定发电厂和变电所需要装设专用母线保护的条件。

对于不装设专用母线保护情况，可由发电机和变压器的后备保护来实现对母线的后备。

第7．0．5条关于旁路断路器、母联兼旁路断路器及专用母联断路器，应装设继电保护的具体规定。

本条内容本不属于母线保护，但由于条文简单，不必要专设一章节。

同时。

这些设备都属母线公用设备范围，故列为本章的一条。

第八章电力电容器的保护

第8．0．1条目的是规定并联电容器组的故障类型，以便装设相应的保护。

第8．0．2条是按照前一条列举的故障类型而提出的保护方式。

第二款明确提出熔丝的额定电流的选择原则。

条文强调每台电容器装设专用的熔断器进行保护。