施耐德培训讲义.ppt

目录 第一章低压电气装置配电系统简介第二章保护电器的选择第三章短路电流的计算第四章开关的选择性 限流和级联技术介绍第五章接地系统和接地装置简介第六章电击防护的措施第七章不同接地系统的特性 本次讲座重点 梳理低压配电系统的基本概念 低压元器件各种参数的意义 强调容易被忽视的参数和概念 低压断路器的各种基本曲线的解读 配电系统中上下级配合的选择性和施耐德级联技术 三大接地系统的分析 几种简化计算方法的介绍电动机保护的简便选型方法 二级配电系统中短路电流的简便计算方法 常用接地系统tn系统中开关灵敏度校验的方法 第一章低压电气装置配电系统简介 低压配电系统设计要点 负荷分级及供电要求供电电压的选择带电导体系统型式的选择低压系统配电方式的选择接地系统型式的选择供电的连续性要求 一级负荷中断供电将造成人身伤亡 或造成重大政治 经济损失的负荷应由两个独立电源供电特别重要负荷须增设应急电源二级负荷中断供电将造成较大政治 经济损失应由两回路供电 设两台变压器三级负荷不属于一 二级负荷者对供电无特殊要求 负荷分级及供电要求 蓄电池组 不间断电源 ups 适用于允许断电时间毫秒级的负荷eps应急电源适用于允许断电时间为0 25s以上的负荷带自投的独立专用供电线路适用于允许断电时间1 5s以上的负荷快速自起动发电机组适用于允许断电时间15s以上的供电 常用应急电源 三相用电设备的额定电压及系统标称电压36 42 220 380 380 660v三相供电设备的额定电压36 42 230 400 400 690v单相用电设备的额定电压6 12 24 36 48 127 220 380v单相供电设备的额定电压6 12 24 36 48 130 230 400v 低压电压的选择 电压降问题 电动机启动问题 单相两线制两相三线制 带电导体系统型式的选择 l1 l2 l1 l2 l1 n l2 注 带电导体是指正常通过工作电流的相线和中性线 包括pen线但不包括pe线 三相三线制三相四线制 带电导体系统型式的选择 续 l1 l2 l3 n pen l1 l2 l3 l1 l2 l3 l1 l2 l3 l1 l2 l3 n pen 供电可靠 接线简单 操作方便 具有灵活性配电层次不宜超过三级放射式配电树干式配电链式配电 低压系统配电方式 母线长电缆末端灵敏度 典型的低压配电系统 放射分支式配电 简单放射式配电 放射式与树干式混合配电 根据iec60364 312 2的定义 接地系统的分类 tnsystem tns s 保护线与中性线分开 tnc c 保护线与中性线合一pen 接地系统型式的选择 尊重当地或相关行业的规范和习惯例如 在欧洲一些国家中 tt系统用于家庭及学校 it系统用于个别的地区由于每种系统都有它的优缺点 故没有最佳系统 倘若遵照规则 它们都是非常良好的 没有超优的接地系统选择的一般原则持续供电的重要性维护人员的技能水平考虑某些负载的特性 电动机对大电流很敏感 某些负载具有低的绝缘水平 最后 考虑将几种接地系统组合的可能性 用一台lv lv变压器可使接地系统适合于负载的需要 配电柜的型式 低压配电柜按照使用场合分类低压总开关柜 mlvs 电动机控制中心 mcc 分配电柜终端配电盘低压配电柜按照工艺技术分类传统配电柜 开关及熔断器等都固定在箱内后部底板上 指示和控制电器 表计 按钮 灯 都安装在盘的正面 pgl柜 配电柜的型式 续 功能型配电柜 由功能模块组成 具有专用的功能 它包括开关装置及各种设备 连同安装及联接用附件 抽屉式 固定式功能单元可断开式功能单元可抽出式功能单元 形式1 形式2a 形式2b 按照iec60439 1的分隔形式 形式3a 形式3b 按照iec60439 1的分隔形式 形式4a 形式4b 按照iec60439 1的分隔形式 配电柜的标准 iec60439 1标准 gb7251 1997 iec60439 1涉及开关设备及控制设备的装配 制造和对整体设备的型式试验iec60439 1根据利用隔板或分成不同间隔的内部分隔等级 规定四种分隔 形式 分隔能达到 防触及相邻功能单元的带电部件的保护限制发生不测故障的可能性防外来固体从装置的一个单元进入相邻单元的保护 tta和ptta问题 母线槽的主要类型 变压器与低压总开关柜的连接配电柜之间的连接高层建筑电气竖井中的垂直干线车间厂房配电负荷中心供电大面积照明 变压器 主配电柜 配电柜 馈线式 插入式 负荷中心 施耐德电气母线槽产品 i lineii系列高电流母线ks系列中电流母线kb kdp照明母线 供电的连续性 可采用下述办法提高供电连续性 对用电装置做适当划分提供备用电源重要回路采用回路分和双回路供电采用适当的接地系统 如it系统 有选择性的保护系统 保护电器额定电流 低压配电保护设计流程 isc ib icu ics in 负荷计算 短路电流计算 选择保护电器 总需要容量 kva 系统短路容量mva 各回路计算电流 保护电器的短路分断能力 各级短路电流 设备分组 计算负荷 kw 根据敷设条件确定修正系数 根据规范和用电设备要求校验最大电压降 回路导体的截面 选择断路器或保护电器 校验电缆热稳定 it或tn系统 校验回路的电缆最大允许长度 确认电缆线路的截面积和选择它的电气保护 tt系统 确定导体的截面积 选定开关长延时 选定开关短延时 选定开关动作时间 需要系数 利用系数法计算 选定开关瞬动 安全可靠经济 第二章保护电器的选择 低压保护电器的功能与分类 保护财产及人身安全 保护设备和线路 防止过载及短路造成的损害防止由于绝缘故障引起的间接接触的危险要遵守的条件 按照iec60364 60473 1 1在各回路的首端 分支路出口 电流减小 保护电器的分类低压断路器低压熔断器剩余电流动作保护器 低压配电线路的保护类别 过负载保护 保护电器应在过负载电流引起的导体温升对导体的绝缘 接头 端子或导体周围的物质造成损害前分断该过负载电流 ic ir iz或者ic iset1 iz i2 1 45iz短路保护 保护电器应在短路电流对导体和连接件产生的热效应和机械力造成危害之前分断该短路电流 短路保护电器的分段能力不应小于保护电器安装处的预期短路电流 断路器厂家的产品资料应在短路电流使导体达到允许的极限温度之前分断该短路电流 t k s i 接地故障保护 当发生带电导体与外露可导电部分 装置外可导电部分 pe线 pen线 大地之间的接地故障时 保护电器必须自动切断该故障电路 以防止人身间接电击 电气火灾等事故 不同的接地系统有不同的保护要求 例外情况 低压配电线路保护的一般要求 针对三种配电线路故障 分断故障电流或发出故障报警信号 低压配电线路上下级保护电器的动作应该有选择性 低压配电线路的保护应与配电系统的特征及接地方式相适应 特殊的用电设备的保护 电动机起重机电焊机电阻炉整流器 等等 低压保护电器的几个问题 低压过负载保护电器安装位置 回路供电端和回路导体的截面 材料 附设方式等有变化的回路分支处 l 3m 校验上级保护电器的灵敏度 三相均设保护电器并联导线或电缆的过载保护n线上的保护电器tn s系统或tt系统中 当n线与相线同截面时 或已经能被相线上的保护电器所保护时 n线可以不装保护电器 当需要切断n线时 应装设同时切断相线和n线的保护电器 tn c系统中 不得装设断开pen线的保护电器 谐波对过载的影响 低压开关设备常用标准 标准住宅用设备工业及小型商业 1000v低压开关设备总则iec60947 1 gb14048 1低压断路器iec60898 gb10963iec60947 2 gb14048 2低压开关 隔离器iec60669 1 gb16915iec60947 3 gb14048 3接触器iec61095 gb17885iec60947 4 gb14048 4电动机起动器不带过电流保护的iec61008 gb16916剩余电流动作断路器带过电流保护的iec61009iec60755剩余电流动作断路器gb16917gb6829 低压断路器的分类 具有高短时耐受能力的空气断路器 acb 符合gb14048 2 idtiec60947 2 例如 masterpactmt mte电流范围630a至6300a icu ics icw 最高达150ka断路器可以实现时间选择性 低压断路器的分类 续 具有限流作用的塑壳断路器 mccb 符合gb14048 2 idtiec60947 2 例如 compactnsx nse电流范围16a至630aicu ics 最高可达150ka断路器适用于级联 并可实现电流和能量的选择性 低压断路器的分类 续 具有限流作用的微型断路器 mcb 符合gb10963 idtiec60898 例如 c120 c65电流范围1a至125a icu ics 25ka以下 断路器适用于级联 可以实现电流和能量的选择性 低压断路器选择的一般要求 按正常工作条件选择额定电压额定电流保护特性按短路工作条件选择短时耐受电流短路分断能力 按使用环境条件选择多尘环境腐蚀环境高原地区热带地区特殊场所 低压电器是用于额定电压交流1000v或直流1500v以下电路中起保护 控制 转换和通断作用的电器 低压断路器的电气特性 额定工作电压ue 额定电流in 额定绝缘电压ui 额定冲击耐压uimp 额定频率机械寿命 电气寿命延时时间 检测时间 分断时间 动作完成时间断路器壳架电流 脱扣器额定电流 电流互感器额定电流 脱扣电流 热脱扣ir 磁脱扣im 电子脱扣器整定值调整 额定短时耐受电流icw 在制造厂规定的试验条件下对断路器确定的短时耐受电流值 以短延时时间为试验时间 交流状况下为有效值 预期短路电流的交流分量在短延时时间内认为是恒定的 短延时时间不应小于0 05s 0 05 0 1 0 2 0 5 1 额定接通能力 icm 在制造厂规定的额定工作电压 频率 功率因素下 断路器的短路接通能力 最大预期峰值 额定极限短路分断能力 有效值 icu test o co额定运行短路分断能力 有效值 ics test o co co 短路分断试验装置 示意图 极限短路分断能力试验icu o t2 co 其中t2 3分钟运行短路分断能力试验ics o t2 co t2 co 之后测试温升及寿命试验 o 分闸试验 co 合 分试验 被测试的元件 已接通 合闸 分闸 分断 断开 已接通 断开 正在接通 分闸 分断 断开 to t1 to t1 t t 短路分断能力试验 低压断路器的分类 续 按照使用类别分 a类 在短路情况下 选择性保护无人为短延时 因而无icwb类 在短路情况下 选择性保护有人为短延时 可调节 有icw断路器整定值设置问题需要查询厂家样本资料 按照是否适合隔离分 适合隔离 在断开位置 断路器所有极 包括中性极必须断开可见的分断或确实可靠的分断指示 可锁定不适合隔离 in io ir im ii isd 楼内配电间 公用电 低压配电系统与断路器选择 脱扣器的型式 有两种型式的脱扣器 热磁式脱扣器电子式脱扣器两种脱扣器用于相同的主要功能 构成过流保护使电流过载的回路断开 示意的热脱扣曲线 ir kxinir 热保护整定值k取决于断路器 int k1xir约定不脱扣电流k1 1 05 mccb 1 13 mcb 1小时in 63a2小时in 63a it k2xir约定脱扣电流k2 1 3 mccb 1 4 mcb 在过电流持续一段时间后双金属片的弯曲足以引起脱扣 必定不脱扣区域 可能脱扣区域 必定脱扣区域 ir int it 1h 双金属片原理 过载保护的脱扣曲线 t i mcbmccb imimntimt 固定k1 irk2 ir 固定或可调str 15 tmd 20 str 15 tmd 20 示意的磁脱扣曲线 利用电磁原理 认为电流是短路电流 im短路脱扣电流整定值imnt imt为动作精度 必定脱扣区域 可能脱扣区域 必定不脱扣区域 imnt im imt i time 短路保护的脱扣曲线 热磁脱扣器的脱扣曲线 nsx100至250tm80d 100d 热磁脱扣器的脱扣曲线 续 c65n c型曲线 电子式脱扣器的工作原理 在电子式断路器中 传统的热磁脱扣器由一个电子控制器所替代 电子式脱扣器的脱扣曲线 masterpactmtmicrologic5 0 6 0 7 0 电子式脱扣器的脱扣曲线 nsx100至250mic2 2250 reflex能量脱扣曲线 热磁式断路器保护特性曲线简图 电子式断路器保护特性曲线简图 ir 过载 热或长延时 继电器脱扣电流设定值im 短路 磁或短延时 继电器脱扣电流设定值ii 短路瞬动继电器脱扣电流设定值icu 分断能力 t s 两段保护 三段保护 热磁式和电子式保护曲线之间的差别 为什么要设置短延时 1 iec60898中定为20in 大部分欧洲制造商认为这一数值高得不切实际 m g 10 14in 2 对于工业用途 iec标准没有规定专门值 表中所列数值仅为通常使用值 低压断路器的保护脱扣电流 断路器的脱扣阈值取决于 家用及类似场所小型断路器的标准 iec60898 或者按照iec60947 2标准 制造厂对工业用断路器的标明 第一个字母 分断范围 g 全熔断范围的熔断器 a 后备熔断器第二个字母 使用类别规定时间 电流特性 熔断器的类别iec60269 第一个字母 型式 分断范围 g 全范围熔断器 分断在分断能力下的全部电流 a 后备熔断器 只从5in开始分断 第二个字母 使用类别 被保护回路 配电电动机控制 gggmam n n n 低压熔断器 iec60269规定的工业用熔断器用2个字母代号 见下表中说明 gg和gm熔断器的时间 电流带 am熔断器的时间 电流带 inf if 熔断器特性曲线 i 最小弧前时间曲线 t t 4ln xln 最小弧前时间曲线 熔断器特性曲线 i 熔断器的时间 电流特性曲线 iec60947 2iec60947 4iec60947 3 过载保护 短路保护 控制 隔离 m 电动机的保护与控制 电动机的保护和控制能用一 二个或三个电器完成 它们实现下列功能 低压配电 隔离 短路保护 过载保护 电动机控制 lr2 d lc1 lp1 d gv2 me rs 电动机的保护与控制 续 熔断器式隔离开关接触器热继电器 me型断路器接触器 ma型断路器接触器热继电器 电动机起动器 tesysu 电动机的保护与控制 续 四种保护型式 熔断器 am 热继电器的组合 断路器 ma 接触器 热继电器组合 电动机的保护 in 分断阻性负载工作电流 ac 1 2 5in 分断绕线电机起动电流 ac 2 6in 分断鼠笼电机正常运转电流 ac 3 6in 分断鼠笼电机起动电流 ac 4 控制负载的类别 热继电器的脱扣等级 iec标准对热继电器规定了四个脱扣等级 见下表 10和10a级最常用 20和30级一般用于起动困难的电动机 电动机回路中接触器和继电器的配合 1类配合 接触器和继电器的损伤是容许的 对使用者无危害除了接触器和继电器外无危害组合电器的分断能力必然就是短路保护电器的分断能力 2类配合 在容易清除的情况下 只允许接触器或起动器的触头熔焊 但不允许损坏 2型配合试验之后 该装置仍能保持正常的保护和控制功能 因而其分断能力由试验结果确定 电动机回路中元器件的配合 续 选择一种配合类型1类配合 合格的维护减少装置的体积和价格在更换故障电机的期间不要求持续供电2类配合 有限的维护人员规范要求2类配合 电动机直接启动时保护的简便选型方法 施耐德提供标准选型表选型表的使用方法配合类型保护形式轻载或重载电压等级电机功率 马力 电动机如何方便的选型 电动机在工业用途中常常是关键的设备 由于电气故障引起的停机会有严重的后果绝缘监视器设计用于防止上述事故电动机的大多数电气故障是当电动机冷态起动后发生的相对地绝缘故障绝缘性能新电机 1000兆欧已使用的电机 10 100兆欧最低工作值 5兆欧 断路器或接触器 闭合联锁 低压电动机的预防性保护 楼内配电间 公用电 低压断路器的保护整定 断路器正常工作时不应脱扣 isd 1 2 iq ib n 1 ii 1 2 iq ib n 1 micrologic保护电流的整定 ib 系统最大工作电流id 最小接地故障电流 isd 4 6 ir ii 15inoroff 1 3ig id ir ib micrologic延时时间的整定 tr 4 12s tsd 0 4s i2toff tg 0 4s i2toff 注意与下级断路器的动作时间配合 t 0 1 0 2s nsx热磁脱扣单元的保护整定 两段式保护热保护ib ir iz磁保护1 3im id注意验证与下级断路器的选择性配合 三段式保护 mic5 0 五个值可调 长延时保护ib ir iz tr 4or8s短路短延时保护isd 4 6 ir tsd 0 1 0 3s短路瞬时保护1 3ii id注意验证与下级断路器的选择性配合 nsx电子脱扣单元的保护设定 控制单元的整定练习 ib 2500a 工作电流 要求 当过载1 5倍时 500s内脱扣 当短路电流isc 8500a时 0 3s脱扣 当isc 22ka时瞬动 请给出保护整定值 mt32h1 mic5 0a scb10 2000 10 0 4kv 控制单元的整定练习答案 第三章短路电流的计算 短路的两类情况 金属性短路 短路点被熔焊 短路点阻抗可以忽略不计 短路电流一般在线路额定电流的几百倍甚至上千倍通过设定保护电器的短延时和瞬动可以很好的保护线路 电弧性短路短路点建立电弧 短路点呈现大阻抗的弧电阻 电弧的形成与电压无关故障电流很小保护电器不能动作或不能及时动作来切断电源分成两种形式 相线之间或相线和n线之间的电弧性短路 相线或n线与地之间的接地故障形成的电弧性短路 火灾隐患极大 金属性短路保护 根据iec60364 434 2和iec60364 533 2条文中的规定 必须计算在电路电源点的预期最大短路电流和电路末端的预期最小短路电流 预期最大短路电流确定 断路器的选择 断路器的额定运行分断能力 ics 应大于或等于预期最大短路电流isc 负荷开关的选择 开关的额定接通能力 icm 和额定短时耐受电流 icw 是否满足回路短路预期电流要求 电气线路和开关装置的热稳定性和动稳定性预期最小短路电流确定 开关灵敏度校验imin 1 3iset当下列情况时 选择脱扣器 曲线 和熔断器 人身保护取决于所选的脱扣器和熔断器 tn it系统 电缆很长时电源阻抗大 发电机组 时在所有情况下 保护装置应与电缆的热效应 i2dt k2s2相适应 分断能力校验 断路器分断能力应不小于预期最大短路电流icu ics iscmaxicu 断路器极限短路分断能力ics 断路器运行短路分断能力iscmax 安装点预期最大短路电流 电缆热稳定校验 当短路持续时间不大于5s时 绝缘导体的热稳定应按下式校验 s ts 绝缘导体的线芯截面 mm2 i 短路电流有效值 a t 导体内短路电流持续作用的时间 s k 不同绝缘的计算系数 ik t如何取值 绝缘材料的k值 供计算短路电流热效应用导体材质绝缘材料 限定起始限定最终k温度 c温度 c铜pvc70160 140115 10360 c橡胶6020014185 c橡胶8522013490 c热凝固的90250143油浸纸80160108矿物质 导体70160115 中间接头盒及密封剂105250135铝 pvc70160 14076 6860 c橡胶602009385 c橡胶852208990 c热凝固的9025094油浸纸8016071注 表中对限定最终温度和k列出二个值 较低的值用于截面积大于300mm2的电缆 电缆热稳定校验 高压 低压变压器额定值 负荷额定值 功率因数 同时系数 暂载率 预见的增长系数 导体特性 母线 长度 宽度 厚度 电缆 绝缘材料 单芯或多芯 长度 截面 环境 环境温度 敷设方式 并列敷设回路数 上方侧短路容量ssc usc 在变压器出线端isc 总配电柜引出线isc 二次配电柜的首端isc 末端配电柜的首端isc 最终引出线末端的isc 馈电线 额定电流 电压降 分断能力瞬时脱扣设定 主断路器 总配电柜出线断路器 二级配电断路器 分断能力瞬时脱扣设定 分断能力瞬时脱扣设定 分断能力瞬时脱扣设定 末端配电断路器 短路电流计算步骤 zi u a zt x zi u a b zt x isc3 u zt u r2 x2 zt r 2 x 2 短路电流的定义 短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之间 发生一起阻抗极小的故障而引起的过电流 三相故障相间故障 zl zl zl zsc v i sc2 u 2 zsc i sc3 u 3 zsc 不同的短路电流 相对中性线故障相对地故障 isc 0 u 3 zsc z 0 isc1 u 3 zsc z ln 不同的短路电流 续 阻抗法 用于计算三相系统中任一点的短路电流 该方法具有高的计算精度isck u20 变压器二次侧空载线电压zk 故障点电源侧每相总阻抗 u20rk2 xk2 3 3 u20zk 短路电流的计算方法 阻抗法计算短路电流 合成法 当不掌握电源参数时 可以根据回路首端已知的短路电流 计算回路末端的短路电流iscb iscaisca 上级短路电流iscb 线路末端短路电流zc 回路阻抗 uu zcisca uu isca zc 短路电流的计算方法 续 适用范围 合成法短路电流速查表 传统法 当不掌握给定回路电源侧的阻抗或短路电流时 可用这种方法计算线路末端的最小短路电流iscmin或单相对地故障电流id具体方法将在tn系统的分析中详细介绍 短路电流的计算方法 续 两台变压器并联时的情况 思考 两台同容量变压器并联运行 变压器低压侧短路电流为25ka确定三台断路器的分断能力 第四章开关的选择性 限流和级联技术介绍 限流断路器 为什么要限制短路电流 限流断路器能明显地将装置中短路电流产生的不良效应减小降低电缆的发热 而延长电缆的寿命降低电动力 因而能使电气触头的变形或损坏减轻对邻近电路的测量设备的影响减小这一级联技术为下方侧的电器使用低的额定值 而使设备 外壳和设计获得很大的节约 开关的选择性和级联性能的物理基础是开关的触头结构 e47952 静触头 封闭小室 气体产生部分 灭弧栅 灭弧栅 气体产生部分 旋转触头 磁屏蔽u 静触头 分断单元结构 compactnsx采用的限流技术 触头表面的组成 触头的重量 触头的厚度 触头的压力 开孔 磁屏蔽u 气体产生部分 注入或压挤聚酯外壳 e41131 旋转触头的优点 compactnsx采用的限流技术 小而轻的触头可以尽早斥开 快速分断 旋转 双斥力 双灭弧栅 低阻力 快速 并且 高效 e37954 reflex能量脱扣机构 compactnsx采用的限流技术 独立 快速分断从压力产生1ms 完全分断时间2ms 斥力产生阈值 25in e41126 nsx断路器的限流特性 限制尖峰电流 ka峰值 这是通过断路器预期电流的一部分 断路器性能越好限制电流值越低 限制通过能量i2dt通过断路器的能量 尖峰电流分断时间 峰值限流曲线 nsx断路器的限流特性 热应力限制曲线 nsx断路器的限流特性 选择性的定义 无论什么故障条件 过载 短路绝缘故障 只能由最靠近故障点的上级断路器脱扣 非故障回路保持闭合 持续供电 其他出线回路的供电不受影响 cb1 只有cb2脱扣 cb2 各种选择性技术 电流选择性 基于保护设备电流设定值的不同 时间选择性 基于保护响应时间设定值的不同 逻辑选择性 根据故障位置 紧靠故障的上级断路器 故障检测 向其上级断路器发送不脱扣信号 能量选择性 此原理基于保护设备特殊限流能力和灵敏反映断路器中短路所产生的能量的脱扣 当两个断路器检测到大电流时 下级断路器限流非常快 上级断路器产生的能量不足以使其脱扣 选择性区间 电流选择性 b类断路器 保护延时时间不同 时间选择性 短路分断能力icu ics icw icw icu ics 短路保护设备之间的动作时间差 t s t2 t1 i a 完全的时间选择性 具有很强电动力承受能力的断路器 masterpact断路器 在下级断路器分断能力以下 延时可以保证完全选择性 脱扣曲线 不脱扣能量曲线 能量选择性 下级断路器的限流曲线 上级断路器的不脱扣能量曲线 能量选择性 iec60947 2定义了计算选择性的方法 比较运行曲线的能量 上级断路器的不脱扣能量曲线 部分选择性 下级断路器的限流曲线 能量选择性的极限 iis下级断路器限流后的能量超过上级断路器脱扣的最小能量 不具有选择性 nsx开关满足自然选择性的条件 上级是mt框架式断路器 下级是nsx塑壳断路器nsx和 40a的微型断路器之间满足完全选择性上下级断路器的in ir isd之间是2 5倍的关系施耐德提供的 nsx应用指南 上罗列的完全选择性关系 选择性表 zsi zsi 逻辑选择性 通过区域选择性联锁 zsi 安装在b的保护系统检测并传送信号给a 安装在a的保护系统接收b的信号 断路器b消除故障断路器a保持闭合 zsi区域选择性连锁 cb2 无级联 有级联 icu icu isc 下级断路器使用低分断能力值 cb1 isc 什么是级联 级联是利用断路器的限流技术 在下级给定点允许安装低分断能力的断路器 因而降低成本 级联的原理 原理 上一级的断路器对短路电流相当于一阻挡物 因而允许下级断路器的分断能力可低于预期短路电流 级联的原理在gb14048 2 附录a中被称为后备保护级联只能由实验室试验来检验 并且可能的组合只能由断路器制造商来规定 级联表 e41148 两个断路器的限流特性可以把下级断路器的分断能力提升 级联和增强的选择性 级联增强的选择性 由级联增强的分断能力 ka 由级联增强的选择性极限 ka 50 50 级联和增强的选择性表 第五章接地系统和接地装置简介 一般规则 符合一般的标准例如 在欧洲一些国家中 tt系统用于家庭及学校 it系统用于个别的地区由于每种系统都有它的优缺点 故没有最佳系统 倘若遵照规则 它们都是非常良好的 没有超优的接地系统特别注意持续供电的重要性维护人员的技能水平考虑某些负载的特性 电动机对大电流很敏感 某些负载具有低的绝缘水平 最后 考虑将几种接地系统组合的可能性 用一台lv lv变压器可使接地系统适合于负载的需要 s 保护功能由一根与中性导体或接地导体相独立的导体提供c 中性导体和保护功能组合在一根导体 pen 中 tti 第1个字母 第2个字母 tnt 电源系统对地的关系 t 一点直接接地i 所有带电部分与地隔离 或一点经阻抗接地 装置的外露可导电部分与地的关系 t 与地直接电气连接 独立于电源系统的任一接地点n 与电源系统的接地点直接电气连接 交流系统中 该点通常是中性点 补充的字母 iec60364的定义 系统接地的类型 tn系统 t terra大地 i isolate隔离 n neutral中性点 s separate分开 c combine合并 中性导体 n 保护导体 pe 保护和中性线合一 pen 中性导体与保护导体的标注方法 按照iec60617 11字母的解释 l1 l2 l3 n pe 系统接地点 外露可导电部分 l1 l2 l3 pe 外露可导电部分 系统接地点 不同的接地系统类型 tt系统 电源系统有一点直接接地 装置的外露可导电部分通过接地极接地 该接地极在电气上独立于电源系统的接地极 l1 l2 l3 pen 系统接地点 外露可导电部分 不同的接地系统类型 tn c系统 在整个系统中 中性导体的和保护导体的功能组合在一根导体中 l1 l2 l3 pe 系统接地点 外露可导电部分 l1 l2 l3 pe 系统接地点 外露可导电部分 n 不同的接地系统类型 tn s系统 在整个系统中 使用一根独立的中性导体和保护导体 l1 l2 l3 pe 系统接地点 外露可导电部分 pen n 不同的接地系统类型 tn c s系统 在系统的某一部分中 中性导体的和保护的功能组合在一根导体中 1 系统可以对地隔离中性线可以以配出或不配出 l1 l2 l3 系统接地点 外露可导电部分 pe 阻抗1 l1 l2 l3 pe 阻抗1 系统接地点 外露可导电部分 n 不同的接地系统类型 it系统 电源系统中所有带电部分与地隔离或者一点通过阻抗接地 电气装置的外露可导电部分或独立或集中地接地或与系统的接地点相连 详见 iec60364 4 442 mv lv变电所内的接地装置 高压系统接地故障时对低压系统的转移电位高压架空线系统 高压电缆埋地敷设系统 mv lv变电所内的接地装置 小电阻接地系统中 高压系统的接地故障能在低压设备上产生危险电压 低压用户 和变电所操作人员 通过下列措施能够防止这一危险 最佳方案是将高压设备的外露可导电部分的接地极与低压中性线的接地极分开 中性点串接电阻或电抗接地系统 提高回路阻抗 限制高压接地故障电流的幅值减小变电所的接地电阻到可能的最低值在变电所及在用户的装置方面形成等电位的条件对接地及连接设备的接地装置需要仔细地综合考虑 特别要重视当高压系统发生对地短路时低压用户的安全 难点低压电气系统设计和高压输变电设计往往不是同一单位 有协调问题 1 2 3 n lv mv it r b rs mv lv变电所内的接地装置 情况a及b在这些情况中 对于rs无特定的电阻值限制 情况c及drs 式中uw 用户装置中低压设备的额定标称频率下的耐压uo 用户装置中相对中性点的电压im 高压接地故障电流最大值 uw uoim 即 uw im rs u0 mv lv变电所内的接地装置 q在e及f情况 低压保护导线 联结外露的可导电部分 q就变电所通过变电所接地极进行接地而言 因而只有变电所的低压设备会承受过电压 mv lv变电所内的接地装置 情况e及frs 式中uws 在变电所内低压设备的额定标称频率下的耐压 因为这些设备的外露可导电部分通过rs接地 u 对于tt s 系统是变电所内相对中性点的电压 但是对于it s 系统是相对相电压im 高压接地故障电流的最大值 uw uim 即 uw im rs u 参见国标gb16895 11 2001 说明 r 表示在变电所hv 高压 及lv 低压 和用户设备上的外露可导电部分与变压器中性点一起均通过变电所的接地极系统接地 n 表示在变电所的hv及lv外露可导电部分 与变压器中性点一起均通过变电所的接地极系统接地 s 表示变压器的lv中性点是在变电所接地极的影响区域以外单独接地 uw和uws 通常由iec60364 4 442给定的值uo是有关lv系统额定相对中性点电压 接地装置 建筑物的接地连接将建筑物的所有金属部分和电气设备的外露可导电部分均与接地极相连接 可防止任意可同时触及的两金属部分间出现危险电压 接地装置 不同型式的外露可导电部分和外部可导电部分 i 故障电流t 开断电器的动作时间 单位为秒 k 系数取决于 导体材料 绝缘材料 起始和最终温度 保护线的截面积 按照iec60364 543 1 1附加条款计算的截面积 保护线的截面积应按照iec60364 543 1 2附加条款表54f或iec60364 543 1 3进行选择 543 1 2 表54f s 161635 s16s2 装置的相导线截面积s mm2 相应保护线的最小截面积 spe mm2 表54f中的数值 只在保护线的材质与相线相同时才有效 否则 保护线截面的确定要使其得出的电导与表54f所得的结果相当 保护线的截面积 543 1 3不是供电电缆或电缆外护物组成部分的每根保护线 在任何情况下 其截面都必须不小于以下值 有机械防护时2 5mm2 无机械防护时4 0mm2 sls 金属结构管道 管网 m1 spe1 sls spe 2 sls spe1 spe2 在一外露可导电部分与一金属的结构之间的联结线 如果spe1 spe2则sls spe1 对于有机械防护的联结线最小2 5mm2对于无机械防护的联结线用与4mm2铜等效的导线 保护线的截面积 总等电位联结线 364 5 547 1 1 6mm2 spe 25mm2 cu 辅助等电位联结线 364 5 547 1 2 在两个外露可导电部分之间的联结线 第六章电击防护的措施 电流在人体中的效应直接接触的危险与防护措施间接接触的危险与防护措施 交流电流通过人体的效应 电流感知阈 肌肉反应阈 心室纤颤阈 交流电流通过人体的效应 续 0 5ma 有感知 没有身体反应 10ma 20ma 肌肉收缩 没有生理损伤 人体组织灼伤 呼吸系统麻痹 30ma 严重伤害 心室纤维性颤动 1a 心脏停止跳动 感觉不适 但无实质危险 人体的电阻抗 人体的电阻抗在700到6100w之间 取决于 电流通路皮肤潮湿程度接触面积接触电压电流频率 25 50 230 400 uc v 干燥皮肤 潮湿皮肤 湿润的皮肤 有水的皮肤 r kw 电流频率的影响 人体在50 60hz时最为敏感 接触电压与允许持续的时间 最大安全电压 电气接触的危险 直接接触 直接接触的定义 人体与正常带电导体的接触 直接接触的防护措施 采用阻挡物或置于伸臂范围之外 将带电部分加绝缘 遮拦或外护物具备ip2x或ipxxb的防护等级 采用安全超低压 25v 做为补充防护措施 安装 30ma剩余电流保护器 电气接触的危险 间接接触 间接接触的定义 人体与正常时不带电 但由于绝缘损坏或其他事故原因可能带电部分的接触 间接接触的防护措施 自动切断所接电气设备的电源所有外露及外部可导电部分必须相互连接并可靠接地当设备出现绝缘故障时 必须自动断开设备中的故障部分 接触电压越高 切断电源的速度要求越快 以防产生人身触电危险不同交流接触电压下的最大允许持续时间 s 自动切断电源的防护措施当保护装置部件发生危险的绝缘故障时 此保护装置自动断电保护装置必须在一定时间内动作 防止间接接触的保护 不自动切断电源的间接接触防护 采用安全性特低电压 selv un 50v安全隔离变压器不得接地采用保护性特低电压 pelv un 25v 兼做直接接触防护时 安全隔离变压器二次回路可一点接地采用功能性特低电压 felv un 50v普通低压变压器需要接地 采用 类设备除基本绝缘外还有附加绝缘可导电部分不与保护线相连接置于伸臂范围之外或插入阻挡物不接触地的等电位房间回路的电气分隔例如采用隔离变压器 不自动切断电源的间接接触防护 续 类设备的符号 电气设备的所有外露可导电部分和所有可触及的装置外可导电部分均应接地 等电位联结 两个可同时触及的外露可导电部分应连接到同一个接地极上 等电位联结 总等电位联结 接地装置 不同型式的外露可导电部分和外部可导电部分 i 故障电流t 开断电器的动作时间 单位为秒 k 系数取决于 导体材料 绝缘材料 起始和最终温度 保护线的截面积 按照iec60364 543 1 1附加条款计算的截面积 保护线的截面积应按照iec60364 543 1 2附加条款表54f或iec60364 543 1 3进行选择 543 1 2 表54f s 161635 s16s2 装置的相导线截面积s mm2 相应保护线的最小截面积 spe mm2 表54f中的数值 只在保护线的材质与相线相同时才有效 否则 保护线截面的确定要使其得出的电导与表54f所得的结果相当 保护线的截面积 543 1 3不是供电电缆或电缆外护物组成部分的每根保护线 在任何情况下 其截面都必须不小于以下值 有机械防护时2 5mm2 无机械防护时4 0mm2 sls 金属结构管道 管网 m1 spe1 sls spe 2 sls spe1 spe2 在一外露可导电部分与一金属的结构之间的联结线 如果spe1 spe2则sls spe1 对于有机械防护的联结线最小2 5mm2对于无机械防护的联结线用与4mm2铜等效的导线 保护线的截面积 总等电位联结线 364 5 547 1 1 6mm2 spe 25mm2 cu 辅助等电位联结线 364 5 547 1 2 在两个外露可导电部分之间的联结线 局部等电位联结 第七章不同接地系统的特性 tt系统接地故障与保护tn系统接地故障与保护it系统接地故障与保护接地系统的选择 低压变压器中性点直接与接地极相连接设备的外露可导电部分 外壳 连接到一个独立的接地电极上 tt系统 故障电流值if uo rn ru 220 10 10 11a故障电压值uf ru if 10 11 110v ul 50v 故障电流产生危险接触电压断路器通常不适合消除这类故障uo 相线对地标称电压 220vul 安全电压限值 50v tt系统的接地故障分析 装设剩余电流保护器 rcd 用于间接接触防护脱扣条件接触电压 安全电压ru i n ul即 i n ul ru举例 图中 i n ul ru 50 10 5ai n可取1a 或3a ru 外露可导电部分的接地电阻i n rcd额定剩余动作电流 tt系统的间接接触防护 tt系统接地故障分析本例中ul 50v故障电流值if多大 故障电压值uf多大 rcd额定剩余动作电流应如何设定 if 220 4 6 22auf 22x6 132vrcd额定剩余动作电流 i n ul ru 50 6 8 3a取1a 或3a tt系统应用习题 rcd residualcurrentdevice 剩余电流动作保护器 俗称漏电保护器rcd的主要功能 什么是rcd 剩余电流的检测原理 传感器检测相线与中线电流的矢量和 无故障 有故障 rcd的工作原理 通过安装于所有带电导体之上的电流互感器 检测故障电流测量并计算电流瞬时值的矢量和通过磁线圈或继电器令保护装置脱扣 将故障回路断开 rcd的工作原理 续 三种不同类型用于检测不同的故障电流 ac类 只用于检测ac剩余电流 multi9系列 multi9系列vigirex系列vigicompactnsx系列 a类 用于检测ac型及脉动直流型剩余电流 b类 用于检测ac及a以及平滑直流型剩余电流 rcd的不同类型 rcd的动作灵敏度 根据iec61008 61009 755 60947 2等标准 分为 rcd用于防电气火灾 过热 污染以及意外的损伤都会导致线路绝缘的失效随着线路对地泄漏电流的增大 可能产生电弧 进而引起火灾危险 研究表明 有70 80 的电气火灾与电气线路的绝缘故障有关 300ma额定动作值的rcd可以有效地检测到危险的泄漏电流 防止电气火灾的发生 垂直选择性剩余动作电流的设定 i n1 2 i n2延时时间的设定 t1 t2 total 水平选择性 rcd间的配合 选择性 人身保护危险的故障电流故障电流不足以启动短路保护装置保护几乎必须瞬动由经过计算选择的rcd提供保护防电气火灾限制故障电流用于保护人身的rcd可兼做防电气火灾供电连续性通过rcd之间选择性获得 tt系统的主要特点 低压变压器中性点直接与接地极相连接保护接地线pe和中性线n合并成一根pen线常采用重复接地的措施 tn c系统 低压变压器中性点直接与接地极相连装置的外露可导电部分都用pe线连接到同一个接地电极上pe和中性线分离 l1l2l3npe rn tn s系统 在tn c s系统中上游部分是tn c下游部分是tn s注意 禁止在tn c系统的上游使用tn s系统当铜芯电缆的截面积小于10mm2 铝芯电缆 和软电缆 的截面积小于16mm2时 应使用tn s系统重复接地的作用 tn c s系统 故障电流等于相线对pe线短路电流故障电流产生危险的接触电压电源电压降至0 8uo当pe线和相线尺寸相同 接触电压是uf 0 8 uo 2 88v ul 50v 断路器脱扣 tn系统的接地故障分析 计算接地故障时的短路电流if 0 8uo rpe rph 其中rpe l sperph l sph令m sph spe短路电流计算式为 if 0 8 uo sph 1 m l 断路器脱扣的条件 if imt l lmax tn系统的间接接触防护 校验断路器脱扣条件0 8 uo sphlmax 1 m imtu0 相电压 220v 正常温度条件下的电阻率imt 断路器瞬时动作脱扣电流m sph spe当脱扣条件不满足时减少磁脱扣设定值零序保护配置rcd tn系统的间接接触防护 续 校正系数表 tn系统回路最大长度表 通用型断路器保护的回路 multi9断路器c型曲线 multi9断路器d型曲线 tn系统回路最大长度表 续 380v 220v l1l2l3npe rn sph 95mmspe 50mml 50m 外露可导电部分 故障 nsx250nmic2 2250 cu 22 5m mm2 m tn系统接地故障习题 pen 保护导线和中性线pen线的保护功能优先于中性线 即pen线必须总是先连接到用电设备的 接地 端子 然后再与中性端子作跨接pen必须不被切断 要确保pen的可靠连接 tn c系统中的保护中性线pen 根据iec防火标准 对于tn s系统 如有火灾危险建议使用一个300ma剩余电流保护装置由rcd提供保护对if无限制与tt系统相同提供rcdrcd保护设备的选择性与tt系统相同剩余动作电流i n的设定延时的设定 tn s系统的附加保护 人身防护故障电流是危险的故障电流通常大到足以被短路保护装置切断脱扣必须是瞬时的如断路器本身的保护条件不能满足要求 可用rcd提供保护防火故障电流大必须用附加的rcd来处理供电连续性通过短路保护装置之间的选择性来实现 tn s系统的特点 人身防护故障电流是危险的故障电流通常大到足以被短路保护装置切断脱扣必须是瞬时的不能用rcd提供保护防火保护不能提供防火漏电监控系统的应用供电连续性通过短路保护装置之间选则性实现 同tn s tn c系统的特点 低压变压器中性点不与接地极相连接负载的外露可导电部分都用pe导线连接到一个公共接地极上 形成一个等电位联结 it系统 低压变压器中性点不与接地极相连接负载的外露可导电部分都用pe导线连接各自独立的接地极上 it系统 续 对于1km长的电缆 r1 r2 r3 10m c1 c2 c3 0 3 f50hz时1km长的电缆 it系统泄漏阻抗 it系统第一次接地故障分析 计算示例ru 10 rf 0 zeq 3540 以1km长电缆为例 if u0 rn ru rf zeq 220 3540 62mauf ruxif 0 062x10 0 62v 电流并不危险 但是必须报警 系统泄漏阻抗接触电压不危险无火灾危险故障不引起脱扣但必须报警 it系统第一次接地故障分析 续 持续工作的绝缘监测装置 pim 监测原理 中性点与大地之间施加一电压 产生注入系统的电流信号 iinj 低频交流发生器或直流发生器测量绝缘电阻ir注入的电流信号 直流 直接测量ir交流低频 2 5hz 计算ir远程报警 pim 首次绝缘故障的定位 故障定位装置 ftd 工作原理 检测故障电流通过环形电路互感器检测并指示故障回路ftd的类型 手动故障定位仪固定安装的自动故障定位仪 ftd it系统第二次接地故障分析 如果设备共用接地极原理同tn s系统 校验回路最大长度