低壓配電系統(tǒng)故障防護(hù)和保護(hù)電器選擇

低壓配電系統(tǒng)故障防護(hù)和保護(hù)電器選擇中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院任元會(huì)二0一六年五月十二日1編輯課件1、接地故障防護(hù)的意義配電系統(tǒng)的核心問題是保證用電平安、可靠和節(jié)能三原那么；而故障防護(hù)是關(guān)系到用電平安、供電可靠的重要因素。低壓配電系統(tǒng)故障有三種：短路、過負(fù)荷、接地故障。前兩種統(tǒng)稱為過電流，其后果是導(dǎo)致配電線路和電氣設(shè)備的過熱，使其溫度急劇上升〔或緩慢上升〕，如沒有正確的防護(hù)措施，將導(dǎo)致導(dǎo)體的過熱，超過其最終溫度〔極限溫度〕，以致?lián)p壞〔主要是絕緣損壞〕，更嚴(yán)重的后果是導(dǎo)致電氣火災(zāi)。而接地故障，除了能產(chǎn)生上述后果外，還將使電氣裝置的外露可導(dǎo)電局部帶電，可能使操作人員接觸危險(xiǎn)電壓而觸電。此乃我們面臨的最值得關(guān)注的問題，也是需要研究的重點(diǎn)。2編輯課件歷史的回憶——名稱的演繹1983年?低壓配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GBJ84-83)稱為“單相短路保護(hù)〞，顯然是不恰當(dāng)?shù)模?995年?低壓配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50054-95)改稱為“接地故障保護(hù)〞，是重大進(jìn)步；2021年?低壓配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50054-2021))改稱為“間接接觸防護(hù)〞，按IEC的理念；2021年后GB16895.21-2021稱為“故障防護(hù)〞，按IEC名詞。3編輯課件2、故障防護(hù)的要求絕緣損壞或失效，使外露導(dǎo)電局部帶電，歸納起來，應(yīng)采用兩大措施?！?〕在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷電源1〕依靠保護(hù)電器〔斷路器或熔斷器〕的合理設(shè)置及正確整定。2〕切斷時(shí)間不應(yīng)大于表1的規(guī)定(交流)

4編輯課件〔2〕降低故障時(shí)外露導(dǎo)電局部的接觸電壓1〕防電擊類別為Ⅰ類的電氣設(shè)備〔實(shí)際上絕大多數(shù)為Ⅰ類〕，其外露導(dǎo)電局部應(yīng)連接PE線而接地。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，如果不能按表1規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷電源時(shí)，那么故障電流在PE線上產(chǎn)生的電壓降，就是外露導(dǎo)電局部對(duì)地的接觸電壓〔見圖1和圖2〕通?？蛇_(dá)的1/2〔當(dāng)=時(shí)〕或1/3〔當(dāng)=1/2時(shí)〕；=220V的系統(tǒng)，此電壓接近110V或147V，遠(yuǎn)大于平安特低壓電路〔SELV〕。2〕措施是做等電位聯(lián)接，是降低接觸電壓的有效方法。注：是PE線的截面，是相線的截面。除此之外，對(duì)于以下情況，還需要增設(shè)附加防護(hù)措施：1〕電流小于和等于20A的普通插座；2〕電流小于等于32A的戶外移動(dòng)設(shè)備。附加防護(hù)采用剩余電流保護(hù)器〔RCD〕，其額定剩余動(dòng)作電流≤30mA,而不能代替其他根本防護(hù)和故障防護(hù)措施。5編輯課件6編輯課件7編輯課件3、低壓配電系統(tǒng)的接地型式及應(yīng)用〔1〕三種接地型式1〕TN接地型式：按PE和N導(dǎo)體的分合，又可分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種。2〕TT接地型式：外露導(dǎo)電局部的保護(hù)接地和電源的功能接地完全分開。3〕IT接地型式。8編輯課件〔2〕特點(diǎn)和故障防護(hù)要求1〕TN系統(tǒng)故障電流〔〕大，通?？梢酝ㄟ^電流保護(hù)電器〔斷路器、熔斷器〕保護(hù)。但遠(yuǎn)離變電所，線路截面不大〔如道路照明〕，可能較小，過電流保護(hù)電器難以滿足動(dòng)作要求，需要采用RCD保護(hù)，見圖2。2〕TT系統(tǒng)故障電流小，通常不能用過電流保護(hù)器，應(yīng)采用RCD作保護(hù)，見圖3。3〕IT系統(tǒng)故障電流更小，僅為毫安級(jí)，其接觸電壓也小，可以帶故障繼續(xù)運(yùn)行，而不切斷電源，但應(yīng)發(fā)出報(bào)警；萬一發(fā)生第二次接地故障〔異相〕，那么應(yīng)按TN系統(tǒng)〔外露導(dǎo)電局部共同接地時(shí)〕或TT系統(tǒng)〔各用電設(shè)備分別接地時(shí)〕切斷電源。9編輯課件10編輯課件〔3〕應(yīng)用場(chǎng)所1〕建筑物〔工業(yè)及民用〕內(nèi)一般用TN，并作等電位聯(lián)結(jié)，有變壓器的建筑物用TN-S，由建筑物外供電的，用TN-C-S，在等電位作用下，防電擊條件等同于TN-S，抗共模電壓干擾比TN-S更好。2〕TT系統(tǒng)不像TN系統(tǒng)那樣通長(zhǎng)的PE導(dǎo)體傳導(dǎo)故障電壓，TN依靠等電位降低接觸電壓，所以在難以作等電位聯(lián)結(jié)的戶外場(chǎng)所〔如道路照明、庭院燈、施工場(chǎng)地〕應(yīng)采用TT系統(tǒng)。3〕要求供電可靠，不能斷電的場(chǎng)所，適宜采用IT系統(tǒng)，如醫(yī)院手術(shù)室，消防用電，應(yīng)急系統(tǒng)，還有礦井、鋼鐵等重要生產(chǎn)場(chǎng)所。4〕變電所低壓側(cè)PE的連接變電所低壓側(cè)中性點(diǎn)不能直接接地；應(yīng)引出一條導(dǎo)體，實(shí)為PEN導(dǎo)體，連接到低壓配電屏，該P(yáng)EN導(dǎo)體必須對(duì)地絕緣；對(duì)于兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的變電所，各變壓器中性點(diǎn)引出的PEN導(dǎo)體應(yīng)在低壓屏上連接后，從PEN導(dǎo)體的一點(diǎn)接地，引出PE導(dǎo)體，該P(yáng)E導(dǎo)體可以多點(diǎn)接地，見圖<4>。11編輯課件12編輯課件〔4〕同一低壓配電系統(tǒng)不同接地型式的應(yīng)用1〕同一變電所的低壓配電系統(tǒng)可以采用多種接地型式。2〕變電所引出饋線可以分別用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT等方式，見圖1，但不能直接引出IT系統(tǒng)。3〕低壓饋線為TN-C，下面可以接出TN-S，也可接出局部TT，但反之那么不允許。TN-S的后面不能出現(xiàn)TN-C，TT后面不可能出現(xiàn)TN-C或TN-S。4〕低壓饋電線為TN時(shí)，后面可設(shè)置隔離變壓器，以形成局部IT系統(tǒng)，此隔離變壓器的二次側(cè)的任何帶電導(dǎo)體不允許接地，類似電源不接地的IT系統(tǒng)。5〕變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)引出的導(dǎo)體屬于PEN，一旦N導(dǎo)體別離后，必須對(duì)地絕緣，不允許和地〔包括大地、PE導(dǎo)體、設(shè)備的外露導(dǎo)電局部〕有任何連接，N線重復(fù)接地的做法是完全錯(cuò)誤的。13編輯課件4、TN系統(tǒng)的故障防護(hù)〔1〕TN系統(tǒng)中配電線路的故障防護(hù)電器的動(dòng)作特性應(yīng)符合〔1〕的要求：14編輯課件〔2〕設(shè)計(jì)實(shí)施1)采用斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器時(shí)，應(yīng)滿足式〔2〕的要求：2〕采用熔斷器保護(hù)時(shí)，應(yīng)滿足式(3)的要求：15編輯課件5、TT系統(tǒng)的故障防護(hù)1〕TT系統(tǒng)采用RCD作故障防護(hù)應(yīng)滿足式〔4〕的要求TT系統(tǒng)通常采用RCD作故障防護(hù)；除非故障回路阻抗特別小，也可用斷路器或熔斷器作故障防護(hù)，這樣是不經(jīng)濟(jì)的，也沒有必要。16編輯課件〔2〕設(shè)計(jì)實(shí)施1〕設(shè)計(jì)中確定值，應(yīng)保證正常運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生因正常泄漏電流導(dǎo)致的誤動(dòng)作，而發(fā)生故障時(shí)，一定要在表1規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可靠動(dòng)作。為到達(dá)上述兩項(xiàng)要求，應(yīng)符合以下兩式的規(guī)定：17編輯課件２〕外露導(dǎo)電局部接地電阻ＲＡ值得確定按ＴＴ系統(tǒng)的接線圖和等效電路圖〔見圖３〕。假設(shè)忽略相導(dǎo)線電阻Ｒｐｈ可得Ｉｄ的計(jì)算式：Ｕ０Ｉｄ＝〔７〕ＲA＋ＲＢ式中：ＲＢ變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)系統(tǒng)接地電阻〔?〕。將式〔７〕代入式〔６〕，經(jīng)整理后可得Ｕ０ＲA≦－ＲＢ〔８〕５Ｉ?ｎ當(dāng)確定Ｉ?ｎ后，按式〔８〕計(jì)算出ＲA的最大允許值。編輯課件請(qǐng)?jiān)诖溯斎肽臉?biāo)題設(shè)定Ｉ?ｎ為１００ｍＡ〔分四檔〕，計(jì)算得ＲA最大允許值于表２所列：編輯課件3〕外露導(dǎo)電局部接地電阻阻值確定按TT系統(tǒng)的接線圖和等效電路圖〔見圖3〕假設(shè)忽略相導(dǎo)體電阻，可得的計(jì)算式：20編輯課件21編輯課件設(shè)定

為100mA(分4檔)，計(jì)算的

的最大允許值列與表2，僅供計(jì)算參考。22編輯課件6、等電位聯(lián)結(jié)equipotentialbonding〔1〕作用和類別1〕等電位聯(lián)結(jié)可分為兩類，其作用如下：a〕保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)：為防電擊，保護(hù)人身平安的目的進(jìn)行的等電位聯(lián)結(jié)。b)功能等電位聯(lián)結(jié)：為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行而進(jìn)行的等電位聯(lián)結(jié)。2〕保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)究其作用范圍可分為3種：a〕總等電位聯(lián)結(jié)：將總保護(hù)導(dǎo)體、總接地導(dǎo)體和總接地端子，以及建筑物內(nèi)金屬構(gòu)件〔鋼樑、鋼柱、鋼筋等〕和金屬管道等可導(dǎo)電局部連接在一起，見圖5。b〕輔助等電位聯(lián)結(jié)：將可導(dǎo)電局部之間直接連通，使這些導(dǎo)電局部電位相等或接近。c〕局部等電位聯(lián)結(jié)：在局部范圍內(nèi)將各可導(dǎo)電局部連通，以進(jìn)一步降低接觸電壓。23編輯課件24編輯課件〔2〕等電位聯(lián)結(jié)和接地的關(guān)系就防電擊而言等電位聯(lián)結(jié)和接地是兩種保證電氣平安的措施，而等電位聯(lián)結(jié)更為有效；但就泄放電流和凈電荷，那么必須接地。等電位聯(lián)結(jié)是使可觸及的各可導(dǎo)電局部之間的電位相同或接近，并不一定要接地，比方飛機(jī)上是有很好的等電位聯(lián)結(jié)，但沒有接地，防電擊十分有效。事實(shí)上，在建筑物內(nèi)的等電位聯(lián)結(jié)，由于和建筑物金屬結(jié)構(gòu)體、根底鋼筋連接，必然是接地的，不一定專設(shè)人工接地極。至于還有一種故障防護(hù)措施，是采用在非導(dǎo)電場(chǎng)所內(nèi)，要求設(shè)置“不接地的等電位聯(lián)結(jié)〞，這種情況下，就不允許接地了，當(dāng)然，就不能和建筑物金屬構(gòu)連接了。25編輯課件〔3〕等電位聯(lián)結(jié)的措施1〕可導(dǎo)電局部劃分為兩類：a〕外露導(dǎo)電局部——應(yīng)為“電氣裝置的外露導(dǎo)電局部〞；b〕外部導(dǎo)電局部，或“裝置外可導(dǎo)電局部〞，指金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件、水暖管道等。2〕外露導(dǎo)電局部的連接：通過PE導(dǎo)體將所有Ⅰ類的電氣設(shè)備〔配電箱、控制箱等〕和用電設(shè)備連接在一起，不需要任何其他措施。見圖5。3〕外部導(dǎo)電局部的連接：所有外部等電位局部均連接到“總等電位連接〞母排上，此母排應(yīng)和總配電箱內(nèi)的PE母排相連接，見圖5。4〕所有建筑物〔工業(yè)、公共和居住建筑〕均應(yīng)在引入處就近的地點(diǎn)做總等電位連接。26編輯課件5〕屬于以下情況之一的，應(yīng)再做局部等電位聯(lián)結(jié)或輔助等電位聯(lián)結(jié)：a〕發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)電器不能滿足自動(dòng)切斷電源要求的；b〕配電箱或配電回路同時(shí)給固定式或手持式、移動(dòng)式用電設(shè)備供電時(shí)，當(dāng)不能滿足式9要求的。c〕特殊危險(xiǎn)場(chǎng)所，對(duì)防電擊有更高要求的，如浴室、家庭及賓館的洗浴室，醫(yī)院的1、2類場(chǎng)所，和有火災(zāi)危險(xiǎn)和爆炸危險(xiǎn)環(huán)境等。27編輯課件〔4〕PE導(dǎo)線的要求1〕可以作為PE導(dǎo)線的有a)和相導(dǎo)體穿在同一套管內(nèi)的導(dǎo)線；b)多芯電纜中的一根芯線；c〕單獨(dú)固定敷設(shè)的裸導(dǎo)體或絕緣導(dǎo)體〔應(yīng)與相導(dǎo)體靠近〕〔注〕d〕連接可靠滿足截面要求的穿線鋼管、電纜金屬護(hù)套、電纜鎧裝、電纜屏蔽層，以及金屬槽盒。(注)2〕以下金屬局部不允許作為PE導(dǎo)體或保護(hù)聯(lián)結(jié)導(dǎo)體。a)金屬水管；b)正常承受機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件；c)柔性或可彎曲的金屬導(dǎo)管；d)含可燃材料的金屬管e)柔性的金屬部件f)電纜托盤、電纜梯架。28編輯課件〔5〕PE導(dǎo)體的截面1〕簡(jiǎn)易法：29編輯課件〔2〕截面較大時(shí)，按簡(jiǎn)易法確定往往偏大，應(yīng)按式〔10〕計(jì)算。30編輯課件3〕不與相導(dǎo)體共處于同一外護(hù)物內(nèi)的PE導(dǎo)體的截面積不應(yīng)小于：a)有機(jī)械損傷防護(hù)時(shí)：銅2.5mm2，鋁16mm2；b〕無機(jī)械損傷防護(hù)時(shí)：銅4mm2，鋁16mm2；4〕TT系統(tǒng)的PE導(dǎo)體截面不超過銅25mm2，鋁35mm2。5〕兩個(gè)或多個(gè)回路敷設(shè)在一起時(shí)，可共用一個(gè)PE導(dǎo)體，其截面應(yīng)按最大一回路的要求確定。31編輯課件6〕永久連接的用電設(shè)備的PE導(dǎo)體預(yù)期電流超過10mA時(shí)，PE導(dǎo)體截面應(yīng)符合以下條件之一:a)銅導(dǎo)體不應(yīng)小于10mm2，鋁不應(yīng)小于16mm2；b)不滿足a)項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)為該用電設(shè)備敷設(shè)第二根PE導(dǎo)體，和第一根PE同截面，并連接到單獨(dú)的接線端子；c〕采用銅芯PE導(dǎo)體和銅芯相導(dǎo)體在一根多芯電纜中時(shí)，電纜中銅導(dǎo)體截面積總和不應(yīng)小于10mm2；d〕PE導(dǎo)體穿金屬管，并與金屬導(dǎo)管并接時(shí)，其截面不應(yīng)小于2.5mm2。7〕PEN導(dǎo)體要求：a〕PEN導(dǎo)體截面不應(yīng)小于：銅10mm2，鋁16mm2。b)外部可導(dǎo)電局部不允許并作PEN導(dǎo)體。32編輯課件〔6〕PE導(dǎo)體施工及其他要求1〕應(yīng)采用連接器或螺栓連接。2〕PE導(dǎo)體及PEN導(dǎo)體中，不應(yīng)插入任何開關(guān)器件、隔離器。33編輯課件7、保護(hù)電氣的選擇與整定前面論述了故障保護(hù)的要求，還有過電流保護(hù)要求，都應(yīng)落實(shí)到配電系統(tǒng)的保護(hù)電器〔斷路器、熔斷器〕的選擇和參數(shù)的整定，以及線路導(dǎo)體截面確實(shí)定。保護(hù)電器的選擇，除符合電壓、頻率和環(huán)境條件等根本要求外，應(yīng)符合以下六項(xiàng)要求?！?〕故障防護(hù)1〕采用斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器時(shí)，按式〔2〕確定；2〕采用熔斷器時(shí)，按式〔3〕確定；3〕采用RCD時(shí)，按式〔4〕及式〔5〕或〔6〕確定。34編輯課件〔2〕設(shè)計(jì)實(shí)施1)采用斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器時(shí)，應(yīng)滿足式〔2〕的要求：2〕采用熔斷器保護(hù)時(shí)，應(yīng)滿足式(3)的要求：35編輯課件5、TT系統(tǒng)的故障防護(hù)1〕TT系統(tǒng)采用RCD作故障防護(hù)應(yīng)滿足式〔4〕的要求〔4〕TT系統(tǒng)通常采用RCD作故障防護(hù)；除非故障回路阻抗特別小，也可用斷路器或熔斷器作故障防護(hù)，這樣是不經(jīng)濟(jì)的，也沒有必要。36編輯課件〔2〕設(shè)計(jì)實(shí)施1〕設(shè)計(jì)中確定值，應(yīng)保證正常運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生因正常泄漏電流導(dǎo)致的誤動(dòng)作，而發(fā)生故障時(shí)，一定要在表1規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可靠動(dòng)作。為到達(dá)上述兩項(xiàng)要求，應(yīng)符合以下兩式的規(guī)定：37編輯課件〔2〕短路保護(hù)1〕應(yīng)符合式〔11〕的要求：注：式〔11〕與式〔10〕相同，式〔10〕用于PE導(dǎo)體熱穩(wěn)定計(jì)算，式〔11〕用于相導(dǎo)體熱穩(wěn)定計(jì)算，其區(qū)別在于K值不同，因兩種導(dǎo)體的初始溫度不一樣。38編輯課件2)當(dāng)t＜0.1s時(shí)，應(yīng)計(jì)入非周期分量的影響，為此，應(yīng)該式(12)計(jì)算：39編輯課件(2)過負(fù)荷保護(hù)1〕過負(fù)荷保護(hù)電器的動(dòng)作特性，應(yīng)符合式〔13〕或式〔14〕的要求：40編輯課件2〕實(shí)施：鑒于I2值是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)，工程應(yīng)用不方便，作如下變換。a采用斷路器時(shí)，按國(guó)標(biāo)GB14048.2-2021按國(guó)標(biāo)GB10963經(jīng)代入式〔14〕后，結(jié)果式〔14〕已包含在式〔13〕中，即滿足式〔13〕即已滿足式〔14〕。b采用熔斷器時(shí)，按國(guó)標(biāo)GB13539.1-2021〔10〕，當(dāng)≥16A時(shí)，=1.6。按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果是≥16A時(shí)，符合式〔13〕即滿足式〔14〕規(guī)定，僅適用gG型熔斷器。注：—熔斷器熔體額定電流〔A〕。2021-05-1241編輯課件〔4〕用電設(shè)備啟動(dòng)要求以籠型電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)為代表，選擇要求如下：1〕采用斷路器時(shí)，應(yīng)符合式〔15〕要求：42編輯課件2〕采用熔斷器時(shí)a〕宜選用“局部范圍分段電動(dòng)機(jī)專用〞的aM型熔斷器，應(yīng)符合式〔16〕要求：b〕中選用“全范圍分段一般用途〞的gG型熔斷器時(shí)，宜按式〔17〕選擇：注：aM型熔斷器不能作過負(fù)荷保護(hù)；而電動(dòng)機(jī)終端回路的過負(fù)荷保護(hù)時(shí)依靠熱繼電器實(shí)施。43編輯課件〔4〕選擇性動(dòng)作為提高供電可靠性，便于維修，故障時(shí)應(yīng)縮小停電范圍，要求配電線路的上下級(jí)保護(hù)電器的動(dòng)作特性應(yīng)具有選擇性。1〕采用熔斷器：gG和gM型熔斷器；當(dāng)弧前時(shí)間大于0.01s時(shí)，額定電流之比為1.6:1可保證選擇性。例如16-25-40-63-100-160-250-400A之間;20-32-50-80-125-200-315-500A之間。2〕采用斷路器：非選擇型斷路器〔具有反時(shí)限和瞬時(shí)動(dòng)作脫扣器〕：僅具有局部選擇性；b)選擇型斷路器〔具有反時(shí)限、定時(shí)限和瞬時(shí)動(dòng)作脫扣器〕：依靠定時(shí)限〔短延時(shí)〕脫扣器的正確整定，可保證選擇性，但應(yīng)符合式(18)要求。44編輯課件

上級(jí)斷路器除符合式〔18〕要求外，其瞬時(shí)過電流脫扣器的整定電流還應(yīng)大于下級(jí)斷路器出線端的最大短路電流，以防止破壞選擇性。如有裝有兩級(jí)選擇型斷路器時(shí)，上級(jí)定時(shí)限脫扣器之比下級(jí)大1.3倍外，其延時(shí)時(shí)間也應(yīng)比下級(jí)的延時(shí)大至少0.15s。45編輯課件3)采用RCD上級(jí)RCD的額定剩余動(dòng)作電流至少應(yīng)比下級(jí)RCD的大3倍，末端回路的RCD應(yīng)為瞬時(shí)動(dòng)作〔當(dāng)故障電流大于5時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間不超過0.04s〕，而上級(jí)RCD應(yīng)選用延時(shí)型，延時(shí)時(shí)間宜為0.1~0.15s。46編