低壓配電系統(tǒng)故障防護和保護電器選擇講義

低壓配電系系統(tǒng)故障防防護和保護護電器選擇擇中國航空規(guī)規(guī)劃設計研研究總院任元會二0一六年五月十二日11、接地故障防防護的意義義配電系統(tǒng)的的核心問題題是保證用用電安全、、可靠和節(jié)節(jié)能三原則則；而故障障防護是關關系到用電電安全、供供電可靠的的重要因素素。低壓配電系系統(tǒng)故障有有三種：短短路、過負負荷、接地地故障。前兩種統(tǒng)稱稱為過電流流，其后果果是導致配配電線路和和電氣設備備的過熱，，使其溫度度急劇上升升（或緩慢慢上升），，如沒有正正確的防護護措施，將將導致導體體的過熱，，超過其最最終溫度（（極限溫度度），以致致?lián)p壞（主主要是絕緣緣損壞），，更嚴重的的后果是導導致電氣火火災。而接地故障障，除了能能產(chǎn)生上述述后果外，，還將使電電氣裝置的的外露可導導電部分帶帶電，可能能使操作人人員接觸危危險電壓而而觸電。此此乃我們面面臨的最值值得關注的的問題，也也是需要研研究的重點點。2歷史的回顧顧——名稱稱的演繹1983年《低壓配配電設計規(guī)規(guī)范》(GBJ84-83)稱為“單相相短路保護護”，顯然然是不恰當當?shù)模?995年《低壓配配電設計規(guī)規(guī)范》(GB50054-95)改稱為“接接地故障保保護”，是是重大進步步；2011年《低壓配配電設計規(guī)規(guī)范》(GB50054-2011))改稱為“間間接接觸防防護”，按按IEC的理念；2011年后GB16895.21-2011稱為“故障障防護”，，按IEC名詞。32、故障防護的的要求絕緣損壞或或失效，使使外露導電電部分帶電電，歸納起起來，應采采用兩大措措施。（1）在規(guī)定時間間內(nèi)自動切切斷電源1）依靠保護電電器（斷路路器或熔斷斷器）的合合理設置及及正確整定定。2）切斷時間不不應大于表表1的規(guī)定(交流)4（2）降低故障時時外露導電電部分的接接觸電壓1）防電擊類別別為Ⅰ類的的電氣設備備（實際上上絕大多數(shù)數(shù)為Ⅰ類）），其外露露導電部分分應連接PE線而接地。。當發(fā)生接接地故障時時，如果不不能按表1規(guī)定的時間間內(nèi)切斷電電源時，則則故障電流流在PE線上產(chǎn)生的的電壓降，，就是外露露導電部分分對地的接接觸電壓（（見圖1和圖2）通?？蛇_達的1/2（當=時）或1/3（當=1/2時）；=220V的系統(tǒng)，此此電壓接近近110V或147V，遠大于安安全特低壓壓電路（SELV）。2）措施是做等等電位聯(lián)接接，是降低低接觸電壓壓的有效辦辦法。注：是PE線的截面，，是相線的截截面。除此之外，，對于下列列情況，還還需要增設設附加防護護措施：1）電流小于和和等于20A的普通插座座；2）電流小于等等于32A的戶外移動動設備。附加防護采采用剩余電電流保護器器（RCD），其額定定剩余動作作電流≤30mA,而不能代替替其他基本本防護和故故障防護措措施。5673、低壓配電系系統(tǒng)的接地地型式及應應用（1）三種接地型型式1）TN接地型式：：按PE和N導體的分合合，又可分分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種。2）TT接地型式：：外露導電電部分的保保護接地和和電源的功功能接地完完全分開。。3）IT接地型式。。8（2）特點和故障障防護要求求1）TN系統(tǒng)故障電電流（）大，通常?？梢酝ㄟ^過電流保護護電器（斷斷路器、熔熔斷器）保保護。但遠遠離變電所所，線路截面不大（如如道路照明明），可能能較較小小，，過過電電流流保保護護電電器器難難以以滿滿足足動動作作要要求求，，需需要要采采用用RCD保護護，，見見圖圖2。2）TT系統(tǒng)統(tǒng)故故障障電電流流小小，，通通常常不不能能用用過過電電流流保保護護器器，，應應采采用用RCD作保保護護，，見見圖圖3。3）IT系統(tǒng)統(tǒng)故故障障電電流流更更小小，，僅僅為為毫毫安安級級，，其其接接觸觸電電壓壓也也小小，，可可以以帶帶故故障障繼繼續(xù)續(xù)運運行行，，而而不不切切斷斷電電源源，，但但應應發(fā)發(fā)出出報報警警；；萬萬一一發(fā)發(fā)生生第第二二次次接接地地故故障障（（異異相相）），，則則應應按按TN系統(tǒng)統(tǒng)（（外外露露導導電電部部分分共共同同接接地地時時））或或TT系統(tǒng)統(tǒng)（（各各用用電電設設備備分分別別接接地地時時））切切斷斷電電源源。。910（3）應用用場場所所1）建筑筑物物（（工工業(yè)業(yè)及及民民用用））內(nèi)內(nèi)一一般般用用TN，并并作作等等電電位位聯(lián)聯(lián)結結，，有有變變壓壓器器的的建建筑筑物物用用TN-S，由由建建筑筑物物外外供供電電的的，，用用TN-C-S，在在等等電電位位作作用用下下，，防防電電擊擊條條件件等等同同于于TN-S，抗抗共共模模電電壓壓干干擾擾比比TN-S更好好。。2）TT系統(tǒng)統(tǒng)不不像像TN系統(tǒng)統(tǒng)那那樣樣通通長長的的PE導體體傳傳導導故故障障電電壓壓，，TN依靠靠等等電電位位降降低低接接觸觸電電壓壓，，所所以以在在難難以以作作等等電電位位聯(lián)聯(lián)結結的的戶戶外外場場所所（（如如道道路路照照明明、、庭庭院院燈燈、、施施工工場場地地））應應采采用用TT系統(tǒng)統(tǒng)。。3）要求求供供電電可可靠靠，，不不能能斷斷電電的的場場所所，，適適宜宜采采用用IT系統(tǒng)統(tǒng)，，如如醫(yī)醫(yī)院院手手術術室室，，消消防防用用電電，，應應急急系系統(tǒng)統(tǒng)，，還還有有礦礦井井、、鋼鋼鐵鐵等等重重要要生生產(chǎn)產(chǎn)場場所所。。4）變電電所所低低壓壓側(cè)側(cè)PE的連連接接變電電所所低低壓壓側(cè)側(cè)中中性性點點不不能能直直接接接接地地；；應應引引出出一一條條導導體體，，實實為為PEN導體體，，連連接接到到低低壓壓配配電電屏屏，，該該PEN導體體必必須須對對地地絕絕緣緣；；對對于于兩兩臺臺或或多多臺臺變變壓壓器器的的變變電電所所，，各各變變壓壓器器中中性性點點引引出出的的PEN導體體應應在在低低壓壓屏屏上上連連接接后后，，從從PEN導體體的的一一點點接接地地，，引引出出PE導體體，，該該PE導體體可可以以多多點點接接地地，，見見圖圖<4>。1112（4）同一一低低壓壓配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)不不同同接接地地型型式式的的應應用用1）同一一變變電電所所的的低低壓壓配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)可可以以采采用用多多種種接接地地型型式式。。2）變電電所所引引出出饋饋線線可可以以分分別別用用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT等方方式式，，見見圖圖1，但但不不能能直直接接引引出出IT系統(tǒng)統(tǒng)。。3）低壓壓饋饋線線為為TN-C，下下面面可可以以接接出出TN-S，也也可可接接出出局局部部TT，但但反反之之則則不不允允許許。。TN-S的后后面面不不能能出出現(xiàn)現(xiàn)TN-C，TT后面面不不可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)TN-C或TN-S。4）低壓壓饋饋電電線線為為TN時，，后后面面可可設設置置隔隔離離變變壓壓器器，，以以形形成成局局部部IT系統(tǒng)統(tǒng)，，此此隔隔離離變變壓壓器器的的二二次次側(cè)側(cè)的的任任何何帶帶電電導導體體不不允允許許接接地地，，類類似似電電源源不不接接地地的的IT系統(tǒng)統(tǒng)。。5）變壓壓器器低低壓壓側(cè)側(cè)中中性性點點引引出出的的導導體體屬屬于于PEN，一一旦旦N導體體分分離離后后，，必必須須對對地地絕絕緣緣，，不不允允許許和和地地（（包包括括大大地地、、PE導體體、、設設備備的的外外露露導導電電部部分分））有有任任何何連連接接，，N線重重復復接接地地的的做做法法是是完完全全錯錯誤誤的的。。134、TN系統(tǒng)統(tǒng)的的故故障障防防護護（1）TN系統(tǒng)統(tǒng)中中配配電電線線路路的的故故障障防防護護電電器器的的動動作作特特性性應應符符合合（（1）的的要要求求：：14（2）設計計實實施施1)采用用斷斷路路器器的的瞬瞬時時過過電電流流脫脫扣扣器器時時，，應應滿滿足足式式（（2）的的要要求求：：2）采采用用熔熔斷斷器器保保護護時時，，應應滿滿足足式式(3)的要要求求：：155、TT系統(tǒng)統(tǒng)的的故故障障防防護護1）TT系統(tǒng)統(tǒng)采采用用RCD作故故障障防防護護應應滿滿足足式式（（4）的的要要求求TT系統(tǒng)統(tǒng)通通常常采采用用RCD作故故障障防防護護；；除除非非故故障障回回路路阻阻抗抗特特別別小小，，也也可可用用斷斷路路器器或或熔熔斷斷器器作作故故障障防防護護，，這這樣樣是是不不經(jīng)經(jīng)濟濟的的，，也也沒沒有有必必要要。。16（2）設計計實實施施1）設計計中中確確定定值，，應應保保證證正正常常運運行行中中不不會會發(fā)發(fā)生生因因正正常常泄漏漏電流流導導致致的的誤誤動動作作，，而而發(fā)發(fā)生生故故障障時時，，一一定定要要在在表表1規(guī)定定的的時時間間內(nèi)內(nèi)可可靠靠動動作作。。為達達到到上上述述兩兩項項要要求求，，應應符符合合下下列列兩兩式式的的規(guī)規(guī)定定：：17２））外外露露導導電電部部分分接接地地電電阻阻ＲＲＡ值得得確確定定按ＴＴＴＴ系系統(tǒng)統(tǒng)的的接接線線圖圖和和等等效效電電路路圖圖（（見見圖圖３３））。。若若忽忽略略相相導導線線電電阻阻ＲＲｐｈｈ可得得ＩＩｄ的計計算算式式：：Ｕ０Ｉｄ＝（７７））ＲA＋ＲＲＢ式中中：：ＲＢ變變壓壓器器低低壓壓側(cè)側(cè)中中性性點點系系統(tǒng)統(tǒng)接接地地電電阻阻（（?）。。將式式（７７））代代入入式式（（６６）），，經(jīng)經(jīng)整整理理后后可可得得Ｕ０ＲA≦－ＲＲＢ（８８））５ＩＩ?ｎ當確確定定Ｉ?ｎ后后，，按按式式（（８８））計計算算出出ＲA的最最大大允允許許值值。。請在在此此輸輸入入您您的的標標題題設定定Ｉ?ｎ為１１００００ｍｍＡＡ（（分分四四檔檔）），，計計算算得得ＲA最大允許值于于表２所列：：3）外露導電部分分接地電阻阻值確定按TT系統(tǒng)的接線圖圖和等效電路路圖（見圖3）若忽略相導體體電阻，可得的計算式：2021設定為100mA(分4檔)，計算的的最大允許值值列與表2，僅供計算參參考。226、等電位聯(lián)結equipotentialbonding（1）作用和類別1）等電位聯(lián)結可可分為兩類，，其作用如下下：a）保護等電位聯(lián)聯(lián)結：為防電電擊，保護人人身安全的目目的進行的等等電位聯(lián)結。。b)功能等電位聯(lián)聯(lián)結：為保證證系統(tǒng)正常運運行而進行的的等電位聯(lián)結結。2）保護等電位聯(lián)聯(lián)結究其作用用范圍可分為為3種：a）總等電位聯(lián)結結：將總保護護導體、總接地導體和總接地地端子，以及及建筑物內(nèi)金金屬構件（鋼鋼樑、鋼柱、、鋼筋等）和和金屬管道等等可導電部分分連接在一起起，見圖5。b）輔助等電位聯(lián)聯(lián)結：將可導導電部分之間間直接連通，，使這些導電電部分電位相相等或接近。。c）局部等電位聯(lián)聯(lián)結：在局部部范圍內(nèi)將各各可導電部分分連通，以進進一步降低接接觸電壓。2324（2）等電位聯(lián)結結和接地的關關系就防電擊而言言等電位聯(lián)結結和接地是兩種保證電氣氣安全的措施施，而等電位位聯(lián)結更為有有效；但就泄泄放電流和凈凈電荷，則必必須接地。等電位聯(lián)結是是使可觸及的的各可導電部部分之間的電電位相同或接接近，并不一一定要接地，，比如飛機上上是有很好的的等電位聯(lián)結結，但沒有接接地，防電擊十分有效效。事實上，在建建筑物內(nèi)的等等電位聯(lián)結，，由于和建筑筑物金屬結構構體、基礎鋼鋼筋連接，必必然是接地的的，不一定專專設人工接地地極。至于還有一種種故障防護措措施，是采用用在非導電場場所內(nèi)，要求求設置“不接接地的等電位位聯(lián)結”，這這種情況下，，就不允許接接地了，當然然，就不能和和建筑物金屬屬構連接了。。25（3）等電位聯(lián)結的的措施1）可導電部分劃劃分為兩類：：a）外露導電部分分——應為““電氣裝置的的外露導電部部分”；b）外部導電部分分，或“裝置置外可導電部部分”，指金金屬結構構件件、水暖管道道等。2）外露導電部分分的連接：通通過PE導體將所有ⅠⅠ類的電氣設設備（配電箱箱、控制箱等等）和用電設設備連接在一一起，不需要要任何其他措措施。見圖5。3）外部導電部分分的連接：所所有外部等電電位部分均連連接到“總等等電位連接””母排上，此此母排應和總總配電箱內(nèi)的的PE母排相連接，，見圖5。4）所有建筑物（（工業(yè)、公共共和居住建筑筑）均應在引引入處就近的的地點做總等等電位連接。。265）屬于下列情況況之一的，應應再做局部等等電位聯(lián)結或或輔助等電位位聯(lián)結：a）發(fā)生故障時，，保護電器不不能滿足自動動切斷電源要要求的；b）配電箱或配電電回路同時給固定式或手手持式、移動動式用電設備備供電時，當當不能滿足式式9要求的。c）特殊危險場所所，對防電擊擊有更高要求求的，如浴室室、家庭及賓館的洗浴浴室，醫(yī)院的的1、2類場所，和有有火災危險和和爆炸危險環(huán)環(huán)境等。27（4）PE導線的要求1）可以作為PE導線的有a)和相導體穿在在同一套管內(nèi)內(nèi)的導線；b)多芯電纜中的的一根芯線；；c）單獨固定敷敷設的裸導體體或絕緣導體體（應與相導導體靠近）（注）d）連接可靠滿滿足截面要求的穿線鋼鋼管、電纜金金屬護套、電電纜鎧裝、電電纜屏蔽層，，以及金屬槽槽盒。(注)2）以下金屬部部分不允許作作為PE導體或保護聯(lián)聯(lián)結導體。a)金屬水管；b)正常承受機械械應力的結構件；c)柔性或可彎曲曲的金屬導管管；d)含可燃材料的的金屬管e)柔性的金屬部部件f)電纜托盤、電纜梯梯架。28（5）PE導體的截面1）簡易法：29（2）截面較大時，，按簡易法確確定往往偏大，應應按式（10）計算。30《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50303-2002）

相導線截S(mm2)保護導體(PE)截面(mm2)S≤16S16<S≤351635<S>400S/2400<S>8002003）不與相導體共處于同一外護物內(nèi)內(nèi)的PE導體的截面積積不應小于：：a)有機械損傷防防護時：銅2.5mm2，鋁16mm2；b）無機械損傷傷防護時：銅銅4mm2，鋁16mm2；4）TT系統(tǒng)的PE導體截面不超超過銅25mm2，鋁35mm2。5）兩個或多個個回路敷設在在一起時，可可共用一個PE導體，其截面面應按最大一一回路的要求求確定。316）永久連接的的用電設備的的PE導體預期電流流超過10mA時，PE導體截面應符符合下列條件件之一:a)銅導體不應小小于10mm2，鋁不應小于于16mm2；b)不滿足足a)項要求求時，，應為為該用用電設設備敷敷設第第二根根PE導體，，和第第一根根PE同截面面，并并連接接到單單獨的的接線線端子子；c）采用用銅芯芯PE導體和和銅芯芯相導導體在在一根根多芯芯電纜纜中時時，電電纜中中銅導導體截截面積積總和不應小小于10mm2；d）PE導體穿穿金屬屬管，，并與與金屬屬導管管并接接時，，其截截面不不應小小于2.5mm2。7）PEN導體要要求：：a）PEN導體截截面不不應小小于：：銅10mm2，鋁16mm2。b)外部可可導電電部分分不允允許并并作PEN導體。。32（6）PE導體施施工及及其他他要求求1）應采采用連連接器器或螺螺栓連連接。。2）PE導體及及PEN導體中中，不不應插插入任任何開開關器器件、、隔離離器。。337、保護護電氣的選擇擇與整整定前面論論述了了故障障保護護的要要求，，還有有過電電流保保護要要求，，都應應落實實到配配電系系統(tǒng)的的保護護電器器（斷斷路器器、熔熔斷器器）的的選擇擇和參參數(shù)的的整定定，以以及線線路導導體截截面的的確定定。保護電電器的的選擇擇，除除符合合電壓壓、頻頻率和和環(huán)境境條件件等基基本要要求外外，應應符合合下列列六項項要求求。（1）故障防防護1）采用斷斷路器的瞬瞬時過過電流流脫扣扣器時時，按按式（（2）確定定；2）采用熔熔斷器器時，，按式式（3）確定定；3）采用RCD時，按按式（（4）及式（（5）或（6）確定。。34（2）設計實施施1)采用斷路路器的瞬瞬時過電電流脫扣扣器時，，應滿足足式（2）的要求求：2）采用熔斷斷器保護護時，應應滿足式式(3)的要求：：355、TT系統(tǒng)的故故障防護護1）TT系統(tǒng)采用用RCD作故障防防護應滿滿足式（（4）的要求求（4）TT系統(tǒng)通常常采用RCD作故障防防護；除除非故障障回路阻阻抗特別別小，也也可用斷斷路器或或熔斷器器作故障障防護，，這樣是是不經(jīng)濟濟的，也也沒有必必要。36（2）設計實施施1）設計中確確定值，應保保證正常常運行中中不會發(fā)發(fā)生因正正常泄漏電流導致致的誤動動作，而而發(fā)生故故障時，，一定要要在表1規(guī)定的時時間內(nèi)可可靠動作作。為達到上上述兩項項要求，，應符合合下列兩兩式的規(guī)規(guī)定：37（2）短路保護護1）應符合式式（11）的要求求：注：式（（11）與式（（10）相同，，式（10）用于PE導體熱穩(wěn)穩(wěn)定計算算，式（（11）用于相相導體熱熱穩(wěn)定計計算，其其區(qū)別在在于K值不同，，因兩種種導體的的初始溫溫度不一一樣。382)當t＜0.1s時，應計計入非周周期分量量的影響響，為此此，應該該式(12)計算：39(2)過負荷保保護1）過負荷保保護電器器的動作作特性，，應符合合式（13）或式（（14）的要求求：402）實施：鑒鑒于I2值是產(chǎn)品品標準規(guī)規(guī)定的參參數(shù)，工工程應用用不方便便，作如如下變換換。a采用斷路器時，按按國標GB14048.2-2008按國標GB10963經(jīng)代入式式（14）后，結結果式（（14）已包含含在式（（13）中，即即滿足式式（13）即已滿足式（（14）。b采用熔斷斷器時，，按國標標GB13539.1-2008（10），當≥16A時，=1.6。按標準準實驗分分析，結結果是≥16A時，符合合式（13）即滿足足式（14）規(guī)定，，僅適用用gG型熔斷器器。注：—熔斷器器熔體額額定電流流（A）。2015-05-1241（4）用電設備備啟動要要求以籠型電電動機直直接啟動動為代表表，選擇擇要求如如下：1）采用斷路路器時，，應符合合式（15）要求：：422）采用熔斷斷器時a）宜選用““部分范范圍分段段電動機機專用””的aM型熔斷器器，應符符合式（（16）要求：：b）當選用用“全范范圍分段段一般用用途”的的gG型熔斷器器時，宜宜按式（（17）選擇：：注：aM型熔斷器器不能作作過負荷荷保護；；而電動動機終端端回路的的過負荷荷保護時時依靠熱熱繼電器器實施。。43（4）選擇性動動作為提高供供電可靠靠性，便便于維修修，故障障時應縮縮小停電電范圍，，要求配配電線路路的上下下級保護護電器的的動作特特性應具具有選擇擇性。1）采用熔斷斷器：gG和gM型熔斷器器；當弧弧前時間間大于0.01s時，額定定電流之之比為1.6:1可保證選選擇性。。例如16-25-40-63-100-160-250-400A之間;20-32-50-80-125-200-315-500A之間。2）采用斷路路器：非選擇型型斷路器器（具有有反時限限和瞬時時動作脫脫扣器））：僅具具有局部部選擇性性；b)選擇型斷斷路器（（具有反反時限、、定時限限和瞬時時動作脫脫扣器））：依靠靠定時限限（短延延時）脫脫扣器的的正確整整定，可可保證選選擇性，，但應符符合式(18)要求。44上級斷路路器除符合式（（18）要求外外，其瞬瞬時過電電流脫扣扣器的整整定電流流還應大大于下級級斷路器器出線端端的最大大短路電電流，以以避免破破壞選擇擇性。如有裝有有兩級選擇型斷路器器時，上上級定時時限脫扣扣器之比下級大大1.3倍外，