低压配电系统故障防护和保护电器选择讲解

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1、低压配电系统故障防护和保护电器选择 中国航空规划设计研究总院 任元会 二0一六年五月十二日,1,1、接地故障防护的意义 配电系统的核心问题是保证用电安全、可靠和节能三原则；而故障防护是关系到用电安全、供电可靠的重要因素。 低压配电系统故障有三种：短路、过负荷、接地故障。 前两种统称为过电流，其后果是导致配电线路和电气设备的过热，使其温度急剧上升（或缓慢上升），如没有正确的防护措施，将导致导体的过热，超过其最终温度（极限温度），以致损坏（主要是绝缘损坏），更严重的后果是导致电气火灾。 而接地故障，除了能产生上述后果外，还将使电气装置的外露可导电部分带电，可能使操作人员接触危险电压而触电。此乃我们

2、面临的最值得关注的问题，也是需要研究的重点。,2,历史的回顾名称的演绎 1983年低压配电设计规范(GBJ84-83)称为“单相短路保护”，显然是不恰当的； 1995年低压配电设计规范(GB50054-95)改称为“接地故障保护”，是重大进步； 2011年低压配电设计规范(GB50054-2011) )改称为“间接接触防护”，按IEC的理念； 2011年后GB16895.21-2011称为“故障防护”，按IEC名词。,3,2、故障防护的要求 绝缘损坏或失效，使外露导电部分带电，归纳起来，应采用两大措施。 （1）在规定时间内自动切断电源 1）依靠保护电器（断路器或熔断器）的合理设置及正确整定。

3、2）切断时间不应大于表1的规定(交流),4,（2）降低故障时外露导电部分的接触电压 1）防电击类别为类的电气设备（实际上绝大多数为类），其外露导电部分应连接PE线而接地。当发生接地故障时，如果不能按表1规定的时间内切断电源时，则故障电流在PE线上产生的电压降，就是外露导电部分对地的接触电压（见图1和图2）通常可达 的1/2 （当 = 时）或1/3 （当 =1/2 时）； =220V的系统，此电压接近110V或147V，远大于安全特低压电路（SELV）。 2）措施是做等电位联接，是降低接触电压的有效办法。 注： 是PE线的截面， 是相线的截面。 除此之外，对于下列情况，还需要增设附加防护措施：

4、1）电流小于和等于20A的普通插座； 2）电流小于等于32A的户外移动设备。 附加防护采用剩余电流保护器（RCD），其额定剩余动作电流 30mA,而不能代替其他基本防护和故障防护措施。,5,6,7,3、低压配电系统的接地型式及应用 （1）三种接地型式 1）TN接地型式：按PE和N导体的分合，又可分为TN-C、 TN-S 和TN-C-S三种。 2）TT接地型式：外露导电部分的保护接地和电源的功能接地完全分开。 3）IT接地型式。,8,（2）特点和故障防护要求 1）TN系统故障电流（ ）大，通常可以通过电流保护电器（断路器、熔断器）保护。但远离变电所，线路截面不大（如道路照明）， 可能较小，过电流

5、保护电器难以满足动作要求，需要采用RCD保护，见图2。 2）TT系统故障电流小，通常不能用过电流保护器，应采用RCD作保护，见图3。 3）IT系统故障电流更小，仅为毫安级，其接触电压也小，可以带故障继续运行，而不切断电源，但应发出报警；万一发生第二次接地故障（异相），则应按TN系统（外露导电部分共同接地时）或TT系统（各用电设备分别接地时）切断电源。,9,10,（3）应用场所 1）建筑物（工业及民用）内一般用TN，并作等电位联结，有变压器的建筑物用TN-S，由建筑物外供电的，用TN-C-S，在等电位作用下，防电击条件等同于TN-S，抗共模电压干扰比TN-S更好。 2）TT系统不像TN系统那样通

6、长的PE导体传导故障电压，TN依靠等电位降低接触电压，所以在难以作等电位联结的户外场所（如道路照明、庭院灯、施工场地）应采用TT系统。 3）要求供电可靠，不能断电的场所，适宜采用IT系统，如医院手术室，消防用电，应急系统，还有矿井、钢铁等重要生产场所。 4）变电所低压侧PE的连接 变电所低压侧中性点不能直接接地；应引出一条导体，实为PEN导体，连接到低压配电屏，该PEN导体必须对地绝缘；对于两台或多台变压器的变电所，各变压器中性点引出的PEN导体应在低压屏上连接后，从PEN导体的一点接地，引出PE导体，该PE导体可以多点接地，见图。,11,12,（4）同一低压配电系统不同接地型式的应用 1）同

7、一变电所的低压配电系统可以采用多种接地型式。 2）变电所引出馈线可以分别用TN-C、TN-S 、TN-C-S、TT等方式，见图1，但不能直接引出IT系统。 3）低压馈线为TN-C，下面可以接出TN- S，也可接出局部TT，但反之则不允许。TN-S的后面不能出现TN-C，TT后面不可能出现TN-C或TN-S。 4）低压馈电线为TN时，后面可设置隔离变压器，以形成局部IT系统，此隔离变压器的二次侧的任何带电导体不允许接地，类似电源不接地的IT系统。 5）变压器低压侧中性点引出的导体属于PEN，一旦N导体分离后，必须对地绝缘，不允许和地（包括大地、PE导体、设备的外露导电部分）有任何连接，N线重复接

8、地的做法是完全错误的。,13,4、TN系统的故障防护 （1）TN系统中配电线路的故障防护电器的动作特性应符合（1）的要求：,14,（2）设计实施 1)采用断路器的瞬时过电流脱扣器时，应满足式（2）的要求： 2）采用熔断器保护时，应满足式(3)的要求：,15,5、TT系统的故障防护 1）TT系统采用RCD作故障防护应满足式（4）的要求 TT系统通常采用RCD作故障防护；除非故障回路阻抗特别小，也可用断路器或熔断器作故障防护，这样是不经济的，也没有必要。,16,（2）设计实施 1）设计中确定 值，应保证正常运行中不会发生因正常泄漏电流导致的误动作，而发生故障时，一定要在表1规定的时间内可靠动作。

9、为达到上述两项要求，应符合下列两式的规定：,17,）外露导电部分接地电阻值得确定,按系统的接线图和等效电路图（见图）。若忽略相导线电阻可得的计算式： （） A 式中：变压器低压侧中性点系统接地电阻（）。 将式（）代入式（），经整理后可得 A （） 当确定后，按式（）计算出A的最大允许值。,请在此输入您的标题,设定为（分四档），计算得A最大允许值于表所列：,3）外露导电部分接地电阻 阻值确定 按TT系统的接线图和等效电路图（见图3） 若忽略相导体电阻 ，可得 的计算式：,20,21,设定 为100mA(分4档)，计算的 的最大允许值列与表2，仅供计算参考。,22,6、等电位联结 equipote

10、ntial bonding （1）作用和类别 1）等电位联结可分为两类，其作用如下： a）保护等电位联结：为防电击，保护人身安全的目的进行的等电位联结。 b) 功能等电位联结：为保证系统正常运行而进行的等电位联结。 2）保护等电位联结究其作用范围可分为3种： a）总等电位联结：将总保护导体、总接地导体和总接地端子，以及建筑物内金属构件（钢樑、钢柱、钢筋等）和金属管道等可导电部分连接在一起，见图5。 b）辅助等电位联结：将可导电部分之间直接连通，使这些导电部分电位相等或接近。 c）局部等电位联结：在局部范围内将各可导电部分连通，以进一步降低接触电压。,23,24,（2）等电位联结和接地的关系 就

11、防电击而言等电位联结和接地是两种保证电气安全的措施，而等电位联结更为有效；但就泄放电流和净电荷，则必须接地。 等电位联结是使可触及的各可导电部分之间的电位相同或接近，并不一定要接地，比如飞机上是有很好的等电位联结，但没有接地，防电击十分有效。 事实上，在建筑物内的等电位联结，由于和建筑物金属结构体、基础钢筋连接，必然是接地的，不一定专设人工接地极。 至于还有一种故障防护措施，是采用在非导电场所内，要求设置“不接地的等电位联结”，这种情况下，就不允许接地了，当然，就不能和建筑物金属构连接了。,25,（3）等电位联结的措施 1）可导电部分划分为两类： a）外露导电部分应为“电气装置的外露导电部分”

12、； b）外部导电部分，或“装置外可导电部分”，指金属结构构件、水暖管道等。 2）外露导电部分的连接：通过PE导体将所有类的电气设备（配电箱、控制箱等）和用电设备连接在一起，不需要任何其他措施。见图5。 3）外部导电部分的连接：所有外部等电位部分均连接到“总等电位连接”母排上，此母排应和总配电箱内的PE母排相连接，见图5。 4）所有建筑物（工业、公共和居住建筑）均应在引入处就近的地点做总等电位连接。,26,5）属于下列情况之一的，应再做局部等电位联结或辅助等电位联结： a）发生故障时，保护电器不能满足自动切断电源要求的； b）配电箱或配电回路同时给固定式或手持式、移动式用电设备供电时，当不能满足

13、式9要求的。 c）特殊危险场所，对防电击有更高要求的，如浴室、家庭及宾馆的洗浴室，医院的1、2类场所，和有火灾危险和爆炸危险环境等。,27,（4）PE导线的要求 1）可以作为PE导线的有 a)和相导体穿在同一套管内的导线； b)多芯电缆中的一根芯线； c）单独固定敷设的裸导体或绝缘导体（应与相导体靠近）（注） d）连接可靠满足截面要求的穿线钢管、电缆金属护套、电缆铠装、电缆屏蔽层，以及金属槽盒。(注) 2）以下金属部分不允许作为PE导体或保护联结导体。 a)金属水管； b)正常承受机械应力的结构件； c)柔性或可弯曲的金属导管； d)含可燃材料的金属管 e)柔性的金属部件 f)电缆托盘、电缆梯

14、架。,28,（5）PE导体的截面 1）简易法：,29,（2）截面较大时，按简易法确定 往往偏大，应按式（10）计算。,30,3）不与相导体共处于同一外护物内的PE导体的截面积不应小于： a) 有机械损伤防护时：铜2.5 mm2，铝16 mm2 ； b）无机械损伤防护时：铜4 mm2 ，铝16 mm2 ； 4）TT系统的PE导体截面不超过铜25 mm2 ，铝35 mm2 。 5）两个或多个回路敷设在一起时，可共用一个PE导体，其截面应按最大一回路的要求确定。,31,6）永久连接的用电设备的PE导体预期电流超过10mA时，PE导体截面应符合下列条件之一: a) 铜导体不应小于10mm2 ，铝不应小

15、于16mm2 ； b)不满足a)项要求时，应为该用电设备敷设第二根PE导体，和第一根PE同截面，并连接到单独的接线端子； c）采用铜芯PE导体和铜芯相导体在一根多芯电缆中时，电缆中铜导体截面积总和不应小于10mm2 ； d）PE导体穿金属管，并与金属导管并接时，其截面不应小于2.5mm2 。 7）PEN导体要求： a）PEN导体截面不应小于：铜10 mm2 ，铝16 mm2。 b) 外部可导电部分不允许并作PEN导体。,32,（6）PE导体施工及其他要求 1）应采用连接器或螺栓连接。 2）PE导体及PEN导体中，不应插入任何开关器件、隔离器。,33,7、保护电气的选择与整定 前面论述了故障保护

16、的要求，还有过电流保护要求，都应落实到配电系统的保护电器（断路器、熔断器）的选择和参数的整定，以及线路导体截面的确定。 保护电器的选择，除符合电压、频率和环境条件等基本要求外，应符合下列六项要求。 （1）故障防护 1）采用断路器的瞬时过电流脱扣器时，按式（2）确定； 2）采用熔断器时，按式（3）确定； 3）采用RCD时，按式（4）及式（5）或（6）确定。,34,（2）设计实施 1) 采用断路器的瞬时过电流脱扣器时，应满足式（2）的要求： 2）采用熔断器保护时，应满足式(3)的要求：,35,5、TT系统的故障防护 1）TT系统采用RCD作故障防护应满足式（4）的要求 （4） TT系统通常采用RCD作故障防护；除非故障回路阻抗特别小，也可用