電氣安全第2章課件

第二章低壓配電系統(tǒng)第一節(jié)城市電網(wǎng)與低壓配電系統(tǒng)第二節(jié)低壓系統(tǒng)按接地形式和帶電導(dǎo)體形式分類第三節(jié)常用低壓配電電器第四節(jié)低壓系統(tǒng)短路電流計算第五節(jié)低壓配電線路的過電流保護第六節(jié)低壓配電線路帶電導(dǎo)體截面選擇第一節(jié)城市電網(wǎng)與低壓配電系統(tǒng)城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、電氣化鐵路網(wǎng)等都是負荷中心電網(wǎng)，具有受端網(wǎng)的特征。供配電系統(tǒng)是受端網(wǎng)的最末部分。本節(jié)在介紹城網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引出供配電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)的概念。從城網(wǎng)為出發(fā)，向上可深入到區(qū)域大電網(wǎng)，向下可延伸至用戶網(wǎng)，是理解電力系統(tǒng)的一個很好的切入點。一、城市電網(wǎng)簡介為城市送電和配電的各級電網(wǎng)的總稱，它服務(wù)于一座城市的市區(qū)及所屬（部分）郊區(qū)，簡稱城網(wǎng)。1、城網(wǎng)供電設(shè)施（1）城市變電所。指起變換電壓等級、并起集中和分配電能作用的供電設(shè)施。（2）開關(guān)站。起接受和分配電能作用的配電設(shè)施，又稱開閉所，不變換電壓等級。

2、城市電網(wǎng)的電源向城市電網(wǎng)提供電能的設(shè)施統(tǒng)稱為城市供電電源。（1）城市發(fā)電廠——生產(chǎn)電能。（2）電源變電所——接受域外輸入的電能，一般是輸變電系統(tǒng)的輸電線路從遠方大型發(fā)電廠輸送過來的。新技術(shù)動態(tài)：分布式發(fā)電技術(shù)，使得一些用戶自備發(fā)電站也成為城市電網(wǎng)電源。3、城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電壓層次

（1）送電網(wǎng)與樞紐變電所送電網(wǎng)是城網(wǎng)中電壓等級最高的電網(wǎng)，大城市多已達到500kV，一般城市為220kV。

送電網(wǎng)要求成環(huán)狀網(wǎng)，一般要求成雙環(huán)。送電網(wǎng)上功率（潮流）可雙向輸送，有調(diào)度作用。送電網(wǎng)上的城市變電所稱為樞紐變電所。樞紐變電所中，接受域外電能或城市發(fā)電廠電能的變電所稱為電源變電所。（3）中壓配電網(wǎng)從區(qū)域變電所二次出線，到公用或?qū)Ｓ米兣潆娝g的電網(wǎng)，叫中壓配電網(wǎng)。中壓配電網(wǎng)電壓一般為10kV，也有少數(shù)為35kV（電壓等級劃分屬于高壓，但從網(wǎng)絡(luò)中作用來說屬于中壓），現(xiàn)部分地區(qū)試運行20kV。

中壓配電網(wǎng)中通常設(shè)置有較多的10kV開閉所，起分級配電作用。中壓配電網(wǎng)功率只單向流動，不參與潮流調(diào)度。（4）低壓配電網(wǎng)

公用變電所二次出線至低壓用戶電表之間的電網(wǎng)，叫低壓配電網(wǎng)。專用變電所二次出線后的電網(wǎng)，以及低壓用戶自身的電網(wǎng)，技術(shù)上也屬于低壓配電網(wǎng)，但不屬于供電企業(yè)運行管理的范圍。二、供配電系統(tǒng)概念技術(shù)角度看：指區(qū)域變電所以下的電網(wǎng)，或一般情況下指110kV及以下電網(wǎng)。工程實際角度看：指電力用戶電網(wǎng)。特征：處于電力系統(tǒng)的最末端，以使用電能為主要任務(wù)，功率單向流動，不參與潮流調(diào)度。研究重點：配電、用電問題，部分涉及供電問題。學科背景：電氣工程技術(shù)，終端用戶技術(shù)。

低壓系統(tǒng)多線圖表示第二節(jié)低壓系統(tǒng)按接地形式和帶電導(dǎo)體形式分類一、術(shù)語解釋（1）系統(tǒng)中性點。系統(tǒng)中與各輸出端子間電壓絕對值相等的那一點。

電源系統(tǒng)：發(fā)電機繞組、變壓器二次繞組等。

負載系統(tǒng)：電動機、硅整流裝置等。中性點是一個電氣上的點，與電路中的節(jié)點可能有對應(yīng)關(guān)系，也可能沒有。

（2）裝置外露導(dǎo)電部分：正常時不帶電，故障時可能帶電的設(shè)備或裝置的易觸及的金屬外殼。常簡稱設(shè)備金屬外殼，或簡稱外殼。對II類防電擊設(shè)備（后續(xù)介紹），不論外殼是否是金屬材料，均可認為無外露導(dǎo)電部分。（3）裝置外導(dǎo)電部分：指定場所中不屬于電氣裝置組成部分的導(dǎo)體。如：場所中的金屬水管，金屬掛架等。

（7）固定式設(shè)備：牢固固定在一定位置處的設(shè)備。如：空調(diào)機、吊扇等。（8）移動式設(shè)備：正常工作時需要移動、或接有電源時仍易于移動的設(shè)備。如：坐地電風扇、電熱油汀等。（9）手握式設(shè)備：工作時需要用手握住的移動式設(shè)備。如：電鉆、吸塵器等。

二、低壓系統(tǒng)按接地形式分類[1][2]系統(tǒng)。[1]——電源系統(tǒng)接地情況：

I——不接地；（拉丁文Isolation隔離)

T——直接接地。（拉丁文Terre大地）[2]——負載設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接地情況：

N——與電源系統(tǒng)接地點連接；（拉丁文Neutre中性）

T——直接接地，與電源系統(tǒng)地無人為電氣聯(lián)系。

有TN、TT、IT三種形式。1、TN系統(tǒng)又分為TN-S、TN-C、TN-C-S三種：-S——Spare：PE線與N線是分開的。-C——Combine：PE線與N線是合用的。-C-S——混合形式。電源側(cè)部分為TN-C，負荷側(cè)部分為TN-S。TN-C系統(tǒng)

PE線與N線功能合二為一，稱為PEN線TN-C-S系統(tǒng)：重復(fù)接地非必須重復(fù)接地

2、TT系統(tǒng)注意單獨接地和共同接地與TN系統(tǒng)區(qū)別要點：系統(tǒng)地與設(shè)備地之間有無人為電氣連接。三、低壓系統(tǒng)按帶電導(dǎo)體形式分類

與按接地形式分類辯異。

X相X線制系統(tǒng)?！癤相”指電源的相數(shù)，“X線”指正常工作情況下傳輸電能的導(dǎo)線數(shù)。

PE線正常情況下不傳輸電能，因此有N線的TN-S系統(tǒng)、TN-C都是三相四線制系統(tǒng)，或單相二線制系統(tǒng)。

IT系統(tǒng)一般不引出中性線，因此常為三相三線或單相二線制系統(tǒng)。

TT系統(tǒng)多為三相四線制或單相二線制系統(tǒng)。

第一行：兩相三線、單相三線，單相二線第二行：三相四線、三相四線，三相三線解釋兩繞組為什么是單相二、熔斷器1、熔斷器工作原理根據(jù)熔體受熱所產(chǎn)生的物態(tài)變化，可分為四個階段1）固態(tài)溫升。電流在熔體電阻上的損耗使熔體溫度上升到金屬熔化溫度。2）定溫熔化。從熔體開始熔化到全部熔化。3）液態(tài)溫升。熔融金屬液體溫度上升至汽化。4）燃弧熄弧。熔體汽化出現(xiàn)斷點，產(chǎn)生電弧，并最終熄弧。熔斷與熔化：熔體一旦“熔化”，便不可逆回，但須“熔斷”，保護才實現(xiàn)。熔化并不一定帶來熔斷。使熔體熔化的最小電流稱為熔化電流，使熔體熔斷的最小電流稱為熔斷電流。2、保護特性及主要參數(shù)（1）安－秒特性熔化時間——電流曲線弧前時間——電流曲線熔斷時間——電流曲線弧前時間與燃弧時間：通電至起弧稱為弧前時間，即t1～t3；起弧至熄弧稱為燃狐時間，即t3～t4。解釋分散性

（2）I

2t特性。對極快速熔斷的限流式熔斷器，不考慮散熱，是否熔化、熔斷只與熱脈沖I

2t有關(guān)。分最小弧前I

2t和最大熔斷I

2t。

因限流熔斷器熔化與起弧幾乎同時出現(xiàn)，故最小弧前I

2t即最小熔化I

2t。（3）熔體額定電流Ir。指熔體允許長期通過的最大電流。（4）約定時間內(nèi)的約定熔斷/不熔斷電流。熔體額定電流Ir（A）刀型觸頭熔斷器圓筒帽型熔斷器螺栓聯(lián)接熔斷器偏置觸刀熔斷器Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）4～16（不含）1.5Ir1.9Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir1.6Ir4及以下1.5Ir2.1Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir2.1IrgG熔體，約定時間均為1hInf：約定時間內(nèi)的約定不熔斷電流。

If：約定時間內(nèi)的約定熔斷電流。

舉例：Ir=5A的螺栓聯(lián)接熔斷器，若通過熔體的實際電流小于1.25Ir，則肯定不會在1小時內(nèi)熔斷；若通過熔斷器的實際電流大于1.6Ir，則肯定會在1小時內(nèi)熔斷。約定時間和電流值是生產(chǎn)廠家按標準取定、并在產(chǎn)品特性上體現(xiàn)出來的。gG和gM熔斷體的約定時間和約定電流熔體額定電流Ir（A）約定時間（h）約定電流（A）InfIf16≤Ir≤6311.25Ir1.6Ir63＜Ir≤1602160＜Ir≤4003400＜Ir4Inf：約定不熔斷電流；If：約定熔斷電流。（5）額定開斷電流Icr。指熔斷器能夠開斷的最大短路電流有效值。（6）額定最小開斷電流Icr·min。指熔斷器能夠開斷的最小短路電流有效。熔斷器除了有最大開斷能力限制外，還有最小開斷能力限制，也就是說故障電流太小也不能使熔斷器可靠開斷，這主要是因為若故障電流不夠大，其產(chǎn)生的熱量就不足以蒸發(fā)足夠多的熔融液態(tài)熔體金屬使熔體可靠斷開。（7）過電流選擇比。上、下級熔體選擇性動作所需最小熔體額定電流比值，一般為1.6。即：若上級熔體額定電流為下級的1.6倍以上，則下級短路時，能保證下級熔體熔斷時，上級熔體尚未熔化。3、熔斷器類型簡介按結(jié)構(gòu)分：專職人員用，非熟練人員用。按分斷范圍分：g熔體（全范圍），a熔體（部分范圍）。按使用類別分：G類（一般用途），M類（保護電動機），Tr（保護變壓器）。如gG類，aM類、gM類等。三、低壓斷路器開關(guān)電器＋保護電器的組合電器。1、結(jié)構(gòu)殼架＋脫扣器殼架：純斷路器功能部分。過電流脫扣器：過電流保護部分。失壓脫扣器：欠電壓保護部分。分離脫扣器：提供遠動控制功能。2、工作原理3、過電流脫扣器過電流保護特性長延時脫扣器為反時限特性；短延時脫扣器為固定時限特性，時限可調(diào)；瞬時脫扣器為無時限特性。長延時脫扣器瞬時脫扣器長延時脫扣器短延時脫扣器瞬時脫扣器非選擇型選擇型4、主要參數(shù)（1）殼架等級額定電流IrQ。指斷路器殼架部分的額定電流，包括接線端子、主觸頭系統(tǒng)、連接導(dǎo)體等。舊稱斷路器殼架等級電流，記為Imn。

（2）脫扣器額定電流IrR（或Irt）。指裝于殼架內(nèi)的過電流脫扣器（Release或trip）。

舊稱斷路器額定電流，記為In。

相互關(guān)系：運行電流須通過殼架才能流過脫扣器，因此脫扣器額定電流不可能大于殼架額定電流，即：IrR≤IrQ。（3）長延時脫扣器動作電流（Iop1）整定范圍。長延時脫扣器作過負荷保護用，其動作值整定范圍是脫扣器額定電流IrR的函數(shù)。典型情況為：

Iop1＝（0.6～1.0）IrR

在以上范圍內(nèi)根據(jù)保護計算結(jié)果確定動作值，可無級或有級調(diào)整。（4）短延時脫扣器動作電流（Iop2）整定范圍。短延時脫扣器作與下級選擇性配合的短路保護用，其動作值整定范圍典型情況為：

Iop2＝（3～8）IrR

短延時脫扣器動作延時也有一定的調(diào)整范圍。（5）瞬時脫扣器動作電流（Iop3）整定范圍。瞬時脫扣器作短路保護用，其動作值整定范圍典型情況為：

Iop3＝（5～10）IrR——配電用

Iop3＝（8～15）IrR——保護電動機用（6）長延時脫扣器約定時間的約定電流。約定時間：IrR≤63A時，1h；IrR>63A時，2h。

約定不脫扣電流：1.05Iop1

。

約定脫扣電流：1.30Iop1

。

約定時間內(nèi)的約定脫扣/不脫扣電流含義與熔斷器類同。產(chǎn)品銘牌參數(shù)識讀示例5、類型第四節(jié)低壓系統(tǒng)短路電流計算一、低壓系統(tǒng)短路電流計算特點 （1）低壓系統(tǒng)一般只有一個電壓等級，采用有名值法計算更為直接方便。 （2）低壓系統(tǒng)線纜阻抗中電阻所占比重較大，因此應(yīng)采用短路阻抗進行計算，不能忽略電阻。（3）因短路阻抗數(shù)值較小，應(yīng)計入包括母線在內(nèi)的各種元件的阻抗值，但導(dǎo)線連接點接觸電阻、開關(guān)觸頭接觸電阻、短路點電弧阻抗等可忽略不計。（4）電阻計算要考慮溫度的影響。計算系統(tǒng)首端（電源端）三相短路電流，以保守的態(tài)度取20℃時的電阻值進行計算；計算末端單相短路電流，以保守的態(tài)度估算，一般以20℃時電阻值的1.5倍進行短路電流計算。（5）變壓器一次側(cè)系統(tǒng)阻抗可只以電抗計入，或按電阻等于電抗的10%估算，這時電抗等于系統(tǒng)阻抗的99.5%。（6）計算380/220V系統(tǒng)的短路電流時，三相短路時計算電壓取平均電壓，即400/230V，單相短路時取標稱電壓，即380/220V。二、三相及兩相短路電流計算三相短路電流兩相短路電流式中Ik——三相穩(wěn)態(tài)短路電流有效值（kA）；

——兩相穩(wěn)態(tài)短路電流有效值（kA）；

Uav——電源平均線電壓（V）；

zk——短路回路阻抗（mΩ）；

rk——短路回路電阻（mΩ）；

xk——短路回路電抗（mΩ）。三、單相短路電流計算在低壓系統(tǒng)設(shè)計中，單相短路電流不僅涉及到系統(tǒng)本身的問題，還涉及到電擊防護安全性、電氣火災(zāi)預(yù)防等公共安全性問題，應(yīng)高度重視。單相短路是一種不對稱短路，因此應(yīng)采用對稱分量法進行計算。但工程上還根據(jù)對稱分量法發(fā)展出一些更簡便的方法，如相中（或相保）阻抗法等。以下以TN系統(tǒng)相線與保護線之間的短路為例，介紹單相短路電流計算方法。相線與中性線間短路電流計算方法類同。1、原理性的序阻抗計算法根據(jù)對稱分量法推導(dǎo)，得出單相短路電流的序阻抗計算法公式如下：式中短路回路的正、負、零序阻抗包括四個部分，即變壓器一次側(cè)系統(tǒng)阻抗、變壓器阻抗、母線阻抗和線路阻抗。正、負序阻抗總是相等的。一次側(cè)系統(tǒng)零序阻抗與變壓器連接組有關(guān)；變壓器零序阻抗可查表求得；母線、線路的零序阻抗，除相線外，還包括保護線（或中性線）的零序阻抗。2、工程實用的相保（中）阻抗法以相線與保護線短路為例式中ZφP——短路回路總相保阻抗（mΩ）；

ZφP·S——一次側(cè)系統(tǒng)相保阻抗（mΩ）；

ZφP·T——變壓器相保阻抗（mΩ）；

ZφP·B——母線相保阻抗（mΩ）；

ZφP·WL——線路相保阻抗（mΩ）。3、短路回路各部分相保阻抗的求取。（1）高壓側(cè)系統(tǒng)（S）相保阻抗。對于最常用的Dyn11和Yyn0配電變壓器，高壓側(cè)線電流中不可能有零序電流，故不計入高壓側(cè)零序阻抗；又因為高壓側(cè)本無PE線，相保阻抗就等于相計算阻抗，即：（2）變壓器（T）相保阻抗。忽略變壓器中性點接地母排上中性點與PE線連接點間的那一段線路阻抗，變壓器相保阻抗也只有相阻抗，因此：式中、——變壓器短路阻抗（mΩ）； 、——變壓器零序短路阻抗（mΩ），與變壓器連接組有關(guān)，查變壓器產(chǎn)品樣本或設(shè)計手冊可得。（3）母線（B）相保阻抗。包括相計算阻抗和保護線計算阻抗。很多設(shè)計手冊直接給出了各種規(guī)格母線單位長度的RφP和XφP，可直接引用，只是要特別注意給出RφP的溫度，若為20℃，應(yīng)乘以1.5進行修正。電抗不進行溫度修正。（4）線路（WL）相保阻抗。與母線相同，依據(jù)是單位長度的序阻抗值，電阻同樣要進行溫度校正。同樣，很多設(shè)計手冊直接給出了各種規(guī)格線路單位長度的RφP和XφP，可直接引用，但應(yīng)注意電阻的溫度校正。第五節(jié)低壓配電線路的過電流保護一、過電流及保護原則超過線路允許載流量的電流都叫過電流，有兩種情況，一種是過負荷，另一種就是短路。1、過電流及其危害（1）過負荷。輕度：至百分之二～三十，縮短線路壽命；重度：百分之百至少數(shù)幾倍，短時間軟化絕緣，引發(fā)漏電、短路等故障。（2）短路。短路電流大線路允許載流量的幾倍至幾十倍，甚至上百倍。其危害已如前述。2、過電流保護原則保護裝置應(yīng)先于被保護元件被過電流效應(yīng)損壞而動作。二、低壓配電線路的短路保護1、短路保護的基本要求 （1）短路保護電器的開斷電流應(yīng)不小于其安裝處的最大預(yù)期短路電流，但當上級保護電器能有效開斷該電流時例外。 （2）應(yīng)保證被保護線路的短路熱穩(wěn)定性，即在導(dǎo)體溫度上升到允許限值前切斷電源。即：二、由低壓斷路器實施的短路保護由低斷的瞬時或短延時脫扣器實施短路保護。（1）瞬時脫扣器動作值整定。按不誤動整定。對動力類線路：對照明類線路：解釋以上公式的含義。（2）短延時脫扣器動作值整定短延時脫扣器做短路保護時，一般不涉及單純的照明線路。1）動作電流整定。解釋電動機啟動電流選取與瞬時脫扣器時的不同。2）動作時間整定。按選擇性原則，與下一級的短延時脫扣器或熔斷器配合。（3）靈敏性校驗要求末端最小短路時，不小于1.3。三、由熔斷器實施的短路保護（1）動作值整定動力類線路：照明類線路：（2）上、下級選擇性配合上、下級熔斷器熔體額定電流之比大于過電流選擇比，該比值典型值為1.6。（3）靈敏性校驗只要最大熔斷時間滿足線路熱穩(wěn)定要求即可。三、低壓配電線路過負荷保護1、對過負荷保護的基本要求（1）保護電器應(yīng)在過負荷電流引起的導(dǎo)體溫升對絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍物質(zhì)造成損害之前分斷電路。（2）對突然斷電比過負荷造成的損失更大的線路，過負荷保護只動作于信號。第一個公式：保證不誤動。第二個公式：滿足以上要求（1）。

I2——保護電器在約定時間內(nèi)的約定動作電流。

Iop——保護電器動作電流。

IC——被保護線路計算電流。

Icon——保護線路允許載流量。2、由低壓斷路器實施的過負荷保護由低斷的長延時脫扣器實施過負荷保護。

根據(jù)低壓斷路器的產(chǎn)品標準和試驗方法，I2與長延時脫扣器動作電流Iop1的關(guān)系為I2＝1.3Iop1，I2≤1.45Icon等效為Iop1≤1.16Icon，取保守的估算，得長延時脫扣器動作值為：3、由熔斷器實施的過負荷保護只有部分類型的熔體有可用的參數(shù)，見本章第三節(jié)。還有很多類型的熔體缺乏相關(guān)的參數(shù)，無法進行校驗。（1）動作值整定動力類線路：照明類線路：（2）上、下級選擇性配合上、下級熔斷器熔體額定電流之比大于過電流選擇比，該比值一般為1.6。（3）靈敏性校驗