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低压电气装置同时出现两个故障及其防护措施 王厚余 中国航空规划建设发展有 限公 司 北 京市 1 0 0 1 2 0 Two S imul t a n e o u s Fa u lt s o f Lo w v o lt a g e El e ct r ica l Eq u ip me n t a n d I t s Pr o t e ct iv e M e a s u r e s Wa n g H o u y u C h in a A v ia t io n P la n n in g a n d C o n s t r u ct io n D e v e lo p me n t C o L t d B e i j i n g 1 0 0 1 2 0 C h i n a Abs t r a ct T h is p a p e r d e s cri b e s t h e I EC s t a n d a r d S f o cu s i n g o n t he r is k o f t wo f a u l t s wh i ch o ccu r s imu l t a n e o u s ly in lo w v o l t a g e e le ct r i ca l e q u ip me n t a n d t h e u n d e r s t a n d in g o f t h e t wo in d e p e n d e n t p r o t e ct iv e me a s u r e s a n d s t r e s s e s t h e imp o r t a n ce o f co r r e ct u n d e r s t a n d in g a n d i mp le me n t a t io n o f t h e I EC s t a n d a r d s t o e n s u r e p e r s o n a l a n d p r o p e rty s a f e t y Ke y wo r d s Two f a u l t s I n d e p e n d e n t p r o t e ct iv e me a s u r e s De t e r min a t io n o f t h e cr o s s s e ct i o n o f PE co n d u ct o r I T s y s t e m S e le c t i o n o f RCD 摘 要 阐述 I E C标准对低压 电气装 置 中同时 出 现 两个故 障危 险性 的 重视 和对 I E C标 准两个 独 立防 护措 施的理解 强调应正确理解和执行 I E C标准 以确 保人 身和财产安全 关键词 两个故 障 独立 防护措 施P E线截 面 积 确 定 I T系统 R CD选 用 建筑 电气 国际标准 I E C T C 6 4标准 十分 重视 对低压装 置中同时出现的两个故障 的防护 笔者 的拙 著 中不少提 及它 但语 焉不详 不时被 同行质询 不 惴浅 陋 本 文拟陈述一下对这一问题的认识 抛砖 引 玉 聊供 同行讨论 和批评 1 在 各 类接 地 系统 P E线 截 面积 的确 定 中 I E C全都考虑 了两个 故障的 同时 出现 为满足热稳定 要求 I E C标 准 中规 定 当 P E线 与 相线 材料 相 同时 为简化 设计 不论哪种 接地 系统 P E 线 的截 面积均可简捷地按表 1 确定 表 1 P E线最小截面积 Ta b 1 Minimu m cr o s s s e ct io n o f PE co n du ct o r 相线 截面 积 S mm2 P E线最小截 面积 mm 2 S 1 6 S 1 6 3 5 2 有 的 同 行 认为 此 表 只适 用 于 接 地 故 障 电 流 大 的 T N 系统 不 适 用于 接 地故 障 电流 小 的 T T系 统 和 I T系统 这两种 系统表 列截面 积偏大 怀疑 I E C 标准 中此表有误 这一观点显然不全 面 因它没 有考 虑 T T系统 内同时 出现两个接地 故障的可 能性 图 1 所示 的 T T系统 同时 出现 两个接地故 障 接地故 障电 流 并非 经 大地 而 是 全部 经 金属 性 通路 返 回 电源 其 值 为经 P E线 的线 间短路 电流 值 这里 I E C标 准 中的表列值是按 同时出现两个故 障来规定 的 I T系统在 出现一 个接地 故 障时 接 地故 障 电流 仅是两非故 障相 的对地 电容电流 的向量 和 其值更 L1 L2 L3 N 图 l T T系统 内出现两个接地故障时 故 障电流 经 金属性 通路返 回电源 F ig 1 Th e f a ult cur r e n t d r e t u r ns t o p o we r t h r o ug h t he me t a llic p a t h wh e n t w o g r o u n d f a u lt s o ccu r in t h e T T s y s t e m 作 者 信 息 王厚余 男 中国航空规划建设发展有限公司 研究员 电话 0 1 0 6 2 0 3 9 0 7 1 宅 3 曼皇 气莓曼凰时 堕 个尊 基堕塑熊夔 曼叁 一 l 43 5 建 电丢 一 I鹃 l l 0 2口 1 1年 第 8 期l l l 小 但 如两 台设备 同时 出现 接地故 障 异相 故 障 电流 也 流经 P E线而形成相问短路 情况和上述相 同 不 多赘述 2 l T系统为 防同时 出现 的两 个接地 故障 要 求装设绝缘监测器 I T系统 电源设 备的星形结点 中性点 不 接地 当发生 一个 接地 故 障时 如 图 2所 示 故 障 电流 仅 为两 非故 障相 的对 地 电容 电流的 向量 和 其 值甚 小 既不 电击伤人 也不跳 闸停电 凶此在发达 国家 它被大量应用在对供 电连续性要求高 的重要工业与 民 用 电气装置 中 I T系统如果 出现两个接地故 障 如 图 3 所 简示 它将成 为线 间短路而 不得不跳 闸 从而失 去不问断供 电的优越性 为此 I E C标准规 定存 I T系统 中必须装 设 冈示 绝缘监测 器 以便在 出现第一 个故 障时报警 赶在未 现第二个故 障前排除故障 避免 同时 出现两 个故 障对重要 负荷引起供 电中断 的严重事故 从这里 我们也 可以看 I E C标准对 同时出现两个故 障的危 害 和对其采取防范措施 的重视 图 2 I T系统发生第一次接地故障时 故障 电流 f 仅为微小 的对地 电容电流 Fig 2 The f a u t cu r r e n t lfI is o nly a s ma ll ca p a cit iv e e a r t h cu r r e n t wh e n t h e f ir s t g r o un d f a u lt o ccu r s in t h e I T s y s t e m 图 3 I T系统 内的两个接地故障引发 中断供 电 F ig 3 P o we r s u p p ly in t e n u p t io n ca u s e d b y t w o g r o u n d f a u lt s in t he I T s y s t e m 4 A u g 2 0 1 1 v 0 1 3 8 4 3 6 3 I E C对 同时 出现 两个 故 障的两 个独 立 防 护措施的规定 防电击是个 复杂的电气安令措施 对 电气装 干 电气 设 备 都 通用 的 罔际 标 准 I E C 6 1 1 4 0 P r t t i 小 a g a i n s t e l e ct r i c s h o ck C O in I n 0 T 1 a s p e ct s J o r i n s t d l a t i o n a n d e q u i p m e n t 第 4 2 1条 对 两 个故 障 的 个 防护措施有严格 和具体 的规定 觇 译求如 卜 4 2 1 两个独立防护措施 的防护 两个独立 的防护措施 中的每一 一 个措施应 没计僻使 这两个 防护措施在有关技 术委 员会 的规定条件 卜郁小 易于失效 两个独立 的防护措施应 互相影响 这样 中之 一失效 时不致 降低另一独立 的防护措施 的效能 两个独立 的防护措施 同时失效是不太 n f 能 的 而通 常不需要予 以考虑 这时藉另一个仍继续保持有 效的独立 防护措施来实现 防护 事关电气安 全 笔者外 义水平不 高 恐 有译误 为慎重起 见 将原 文也摘 录如下 以便 同行市 4 2 1 Pr o t e e t i o n b y t wo i n d e p e n d e n t p r o t e c t i v e pr O V lS lU ns Ea ch o f t h e t wo in d e p e n d e n t p r o t e c t iv e p r o v i s io n s s h a ll b e d e s ig n e d S O t h a t a f a i lu r e is un 1 ik e ly u n d e r c o n d it io n s s p e cifi e d b y t h e r e le v a n t t e ch n ica l mmit t e e Th e t wo i n d e p e n d e n t p r o t e c t i v e p r o v i s io n s s h a l I h a v e n o i n f lu e n ce o n e a ch o t h e r s n e h t h a t a f a it ur e o f o n e o f t h e p r o t e ct iv e p r o v is i o n s e o u h t i mp a ir t h e o t h e S imu lt a n e o us f a i lu r e o f t h e t wo i n d e p e n d e n t p r o t e ct iv e p r o v is io n s is u n lik e lY a n d n e e d n o n r ma ll y b e t a k e n in t o co n s id e r a t i o n Re lia n c e is p la ce d o n o n e o f t h e p r o t e ct i v e pr o v is io n s r e ma in in g e f f e t iv e 对于 I E C标 停这一条的规定 笔 的肤 浅胛 f 用罔 4来说明 冈 巾的 T N C S系统 以导体 的绝缘 作基本 保 护 当绝缘 损坏 发生 冈 卡 H 线接 l 火地 故 障 时 闪受故 障点接地 电阻 R 和变 电所系统接 地 的接 地电阻 R 的限制 故 障电流 小 足以使 f 1 l路 过流 防 护 电器动作 来切 断电源 这将 使接 大地 故障和 持 续存在 如 果 在 尺 上产 生的 电压 降 R 大 于接 触 电压 限值 千燥 场所 为5 0 V 潮 湿 场所 为 2 5 V 由于 经图中 P E N线 和 P E线 的传 将使 接触设备 A的人遭受电击 为避免 这 种 电击 危 险 在 巾 一川 电i 殳备 B L f I 一 1 N rY r n 尺 j u 厂 IL 图 4带 电导体对地绝缘和 电气分 隔是两个独立 的防护措施 F ig 4 I n s u la t io n o f liv e co n d u ct o r s t o g r o u n d a n d e le ct r ica l s e pa r a t io n ar e t wo in de p en d e nt p r o t e ct iv e me a s ur e s 的 回 路 上 串 人 一 变 比 为 1 1的 隔 离 变 压 器 T i s o la t in g t r a n s f o r m e r 来 实 现 电 气 分 隔 e l e ct r ica l s e p a r a t io n 由于回路被分隔 无路 由传导至设备 B 上 引发 电击事 故 因隔离变 压器具 有高度 的耐压水平 能通过 3 7 5 0 V于 压 1 mi n的耐压试 验 不必 考虑 在 电气装置 出现接 大地故 障时隔离变压器受影响绝缘 被击穿 而导致 电击事 故 所 以图 4中带 电导体的绝缘 防护措施 和设 备 B回路 上 的电气分 隔措 施 是互 不影 响的两个独立 的防护措施 笔 者 举 此 例 只 冀 说 明 I E C 6 1 1 4 0 标 准 4 2 1条规定 的只是对类 似这 种两个 互不影 响 的独立 的 i n d e p e n d e n t 防护措施 才 可不考 虑 其 同时失效 而并非笼 统地泛指 任何两个 防护 措施都 可不考 虑其 同时失效 4防 断零 措施和装用 电子式 R CD 并非 两个 独立的防护措施 大 家 知 道 当配 电 回路 内发 生 中性 线 断 线 俗称 断零 故 障时 回路 内装用 的动作 功 能 与 电 源 电 压 有 关 的 电子 式 RC D将 因 失 电源 电压 为 0 V 而 拒 动 失去 电击 防护 功 能 其 理从图 5所示便 知 图中电气装置 只作 了总等 电位 联结 ME B 如 果发 生 图示接 地 故 障时接触 电压 大于 而 电子式 R C D失效 拒 动 将 导致 电击 事 故 在 此 情 况 下 加 强 P E N线 和中性线 机械强度等 防 断零 措 施的 失效非 但能烧 坏用电设备 它也能直 接影 响电 专家论 I 坛 动这两个非独立防护措施 的同时失效招致的电击危险 笔 者举此例 并非 否定 电子式 R C D的应 用 笔 者 只是想 说明这 时应采 用其他 的独立 的防护措施 来弥补 电子式 R C D依赖 电源 电压 能量来动作 的缺 点 以保 障 人 身安 全 这可 用 图 6来 举 例说 明 罔 中的电气 装 置 除 总 等 电 位 联 结 外 还 按 防 电击 国 际 电 T 标 准 I EC 6 0 3 6 4 4 41 L o w v o lt a g e e le ct r i c a l in s t a ll a t io n s 一 4 4 1 P r o t e ct io n f o r a f e t y P r o t e ct i o n a g a i n s t e l e ct r ic s h o c 2 0 0 5年版 第 4 1 5 2条 规定 设 置 了 局部 辅助 等 电位联结 L E B 来作 独立 的附加 防 护 a d d i t io n a l D r o t e ct i o n 虽然 电子式 RC D 大 1 断零 拒动 但 L大 J L E B降低 了 P E线上的电 降 也 即 降低 了接触 电压 使 小 于接 触 电压 限 值 所 以人体 仍然是安全 的 需要说 明 L E B和 R C D是两 个互不 影 响的独立 的防护措施 而 L E B的设置 不过 是寥寥几根导体 的敷设 所费无几而作用很大 这正 是发达 国 家重视在 高层建 筑各 楼层 内设置 L EB作独 子式 R C D的动作功能 所以这两个 防护措施是 6回路 断零 电子式 R cD失 巨 动 用 L E B作附加保护 彼 此 影 响而 并 非独 立 的 防护 措施 不 能 引 用 仍满足 I E C间接接触防护要求 I Ec 6 1 1 4 0内4 2 1条 用两个独立 防护措施 ig l T h d e ci h i s n eut r a b R c D lo os e g s an I llalI unc t lons Wlt n m e I or a 1 Oluon Dr ot e t 1 on m eet l L r D al c n 规定来 否定发生 断零 和 电子式 R C D欠压拒t h e in d i r e ct co n t a ct p r o t e ct io n r e q u i r e m e n t s o f I E C 5 f眺 曼 篓景司 刚 厦 謦熙 墨基 堕 摸施 王 争 一 4 j 7 建 虢电乞 一 麓 l n l 2口 1 1年 第8 期I 嚣 l鬻 一 立的附加防护措 施的原 因 5 电磁 式 R CD不存 在 因失压而 出现两个 防护 措施同时失效的危险性 同是 RC D 电磁 式 RC D可不 必考虑在 出现 断 零 故 障的 同时又出现 R C D失压拒 动的危 险性 多 年前笔者读 美 国电气杂 志一篇文章 明 白了这一道理 文章内提及在美国检修人 员使用 电击危 险大 的手持式 电动工具 时 为保护 自己免受 电击在现场随身都带 一 便 携式供 电动工 具用电的 R C D插座盒 如 图 7所示 因其电源拖线很 长 在检修现场地面上拖拽 易受机 械 损伤使电源拖线 断零 为保证安全 此 R C D不得 采用 电子式 R C D而必须 采用电磁式 R C D以确保其 有 效动作 因电磁式 R C D藉 故 障电流 的能量 动作 与 R C D电源 电压 无关 不存 在发生 两个 防护 措施 同 时失效的危险性 笔者读美 国电气杂 志该文后不禁 嗟 叹我国与发达国家相 比 在电气安全 上以人 为本 的差 距之大 要知道在我国电气事 故频发 但 除非群亡事 故 媒体 是很 少报道的 电气 安全 的实际情 况十分严 峻 只是 我们不 知道 而已 上文 以 R C D 的选用 为例说 明独立 的和 非独立 的 两种 防护措施 的差异 有 关 RC D的选用 问题 笔者 在 建 筑 电气 2 0 1 0年第 2期 3 中 已作陈 述 不 重叙 本文只求说明在低压电气装置中两个故障的多发及 独 立的和非独立的两种防护措施 的区分 需注 意的是电 子式 R C D需藉 电源 电压提 供 的能 量来动作 是客观 存 在 的固有 的 i n h e r e n t 缺 陷 必要 时需 视具 体情 况 按 I EC标准为 电子式 RC D采取 附加 防护措施 作弥补 不能认为 电子式 R C D在 电源 电压 降低 到 5 0 V还能动 作就万无一失 不然 I E C防电击标准何 以每版都经表 决 大多 数成 员 国投 赞 成票通 过来 重复 规定 电子 式 R C D而非 电磁式 R C D应用 的前 提要求 呢 发达 国家 图 7 电磁式便携 R C D不考虑两个故障的问题 P o r t a b l e e l e ct r o ma g ne t i c RCD d o n t co n s id e r t wo f a u lt s 6 1 j 一 曼 4 8 又何必 生产 复杂而 又价 昂的 电磁 式 R C D呢 如果 对 I E C标准 中两个独立 防护措 施的规定断章取 义 以偏 概全 在 电气装 置设计 中回避 区分 两种 R C D的不 同 性能和使用要求 又不 采取 弥补措施 恐是 有失严谨 和有欠安全的 6 结束 语 笔者 四 十年来 参加 编制 过多 个 电气规 范 限 于 水平 编制 中错 误不 少 愧 对 同行 七 t年代 曾受 命 脱 产 三 年 跑 遍 半 个 中 国 参 加 编 制 的第 一 版 工 业与 民用供 电系统设 计规 范 当时因 受前苏 联 规 范不 重视 电气 安全 片 面追 求节 约投 资 的影 响 规范 内有 不少不妥处 其 中第 3 0 2条就 存在不 妥 该 条规定 在设计 供 配 电系统 时 不 应考 虑一 电 源 检修或 故 障的 同时 另一 电源 又发生 故 障 但 有 特殊 要求 的 一级 负荷 除外 这 一规 定 当 时主要 是 对 工业企 业 的高压 供 电电源选 用 而言 的 限于篇 幅 本 文不拟 分 析该条 本身 的不 妥处 现 时令人 担心 的 是 这一不 妥