低压配电保护讲稿PPT课件

1 2 中国寰球工程公司 低压配电设计中的保护问题 3 一 几个基本概念 电气系统ElectricalPowersystemIEC50 601 01 01 Allinstallationandplantprovidedforthepurposeofgenerating transmittinganddistributingelectricity 所有的发电 输电 配电 用电 为目的的装置和工厂的组合 电工 由发电 输电 变电 配电和用电等环节组成的电能生产和消费系统 它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能 再经输电变电 和配电将电能供应到各用户 狭义的 偏重 电网 601 01 02 电工 电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分 它包括输电 变电和配电3个环节 用于输电和配电的变电站 电线电缆和专门的装置如 华北电网330KV110KV电网等 4 一 几个基本概念 输电 transmissionofelectricity IEC50601 01 09 Thetransferinbulkofelectricity fromgeneratingstationstoareasofconsumption 从发电厂到用电地区的大量的电的输送配电 distributionofelectricity IEC50601 01 10Thetransferofelectricitytoconsumerswithinanareaofconsumption 在用电区内 把电力输送给电力用户 电工 电力系统中直接与用户相连 并向用户分配电能的环节 配电系统由配电变电所 高压配电线路 配电变压器 低压配电线路及相应的控制保护设备组成 发电 变电 和电力变换 略 5 电网 6 一 几个基本概念 低压 LV 小于等于1000VAC IEC50 601 01 26 小于等于1500VAC IEC60364 1 11 2不是定义 仅是适用范围 高压 HV 大于LV输电网上的较高的值 中压 MV UK和Australianotused 介于高压和中压之间 国内一般指3 66KV并与高压有交迭 一般30 100KV 为交迭区 7 二 低压配电系统的主要元件 组成 电源 变压器 开关和控制设备 导体 用电设备电源 变压器 UPS DC盘 发电机开关和控制设备 控制 测量 保护 调节器件及外壳 支架等附件 是执行隔离 分合 保护 控制中的一项或多项功能的设备 MCC应属控制设备导线 母线 导线 电缆 用电设备 电动机 照明灯具 电热器 插座 家用电器等 8 二 低压配电系统的主要元件 组成 电气设计的任务就是合理的选择 组合系统中的每一个元件 并指出安装方法和安装位置 本节重点介绍 开关和控制设备中的隔离和保护功能 及电缆相关问题 9 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 定义 IEC862 08 01因为安全原因而将整个装置或其单个部分从各受电点分离的功能 中心意思为带电导体的电气隔离 隔离的功能是在执行工作维修 故障测定或更换设备之前 为人提供安全 机械检修 不接触 和电气检修 接触带电体 均要求或保证电气装置正常工作的需要 10 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 规范要求 低配 2 1 3条 当维护 测试和检修设备需要断开电源时 应设置隔离电气2 1 4条 隔离电器应使所在回路与带电部分隔离 包括相线 N线 但不包括PEN线 IEC462 1每个电路都应与每根带电的供电导线相隔离 但461 2条所述者除外 如果运行条件允许 可以采取一种共用装置将成组电路隔离 11 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 对规范的理解 PEN不得隔离1 隔离是必须的 N线不需要隔离可以成组隔离2 四极 双极 开关不能滥用IEC461 2 在TN C系统中 PEN不得被隔离或开关在TN S系统中 N不需要隔离或开关对危险1区 要求同时断开相线和N线 对危险2区 没要求 但检修时最好也断开N线在TT系统中 应为电修设四极开关 在IT系统中 不存在N时 三极 12 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 建议 总进线及母联开关 带漏电保护时用四极 否则用三极MCC及配电柜进线四极隔离开关出线回路用三极开关或单极 但对危险1区用4极或2极开关问题 IT系统当N引出时 因电气维修安全是否要装四极开关 13 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 3 隔离电器 隔离开关 隔离插头 插座与插头 连接片板 熔断器 具有隔离功能的断路器条件 A在断开时 冲击耐受电压达标B 断开触头间漏电流 新的为0 5mA 寿命期前为6mAC 隔离距离 明显可见 并用 分 合 标示D 防意外合闸E 能承受短路电流 14 三 隔离 isolation 与分合 switchon off 分合 定义没有找到用途 在正常运行中使装置的任何元件通电或断电 除上面外 接触器 继电器 包括半导体继电器 都是分合设备问题 隔离与分合有何不同 有何联系 15 四 配电线路保护的要求 低配 4 1 1条 配电线路应设短路保护 过负荷保护和接地故障保护 作用于切断供电电源或发出报警信号4 1 2条 配电线路采用的上下级保护电器 其动作应具有选择性 各级之间应能协调配合 但对于非重要负荷的保护电器 可采用无选择性切断4 1 3条 对电动机 电焊机等用电设备的配电线路的保护 除应符合本章要求外 尚应符合现行国家标准 通用用电设备配电设计规范 GB50055 94 的规定 16 四 配电线路保护的要求 通用用电设备配电设计规范 GB50055 94 第四节低压电动机的保护第2 4 1条交流电动机应装设短路保护和接地故障保护 并应根据具体情况分别装设过载保护 断相保护和低电压保护 同步电动机尚应装设失步保护 17 四 配电线路保护的要求 过电流 任何超过额定值的电流短路 shortcircuitGB2900 1 82通过一个比较低的电阻或阻抗 偶然的或有意的对一个电路中正常情况下处于不同电压下的两个或几个点之间的连接短路电流 正常操作条件下 由于具有不同电位的带电导体之间出现阻抗可忽略不计的故障而引起的过电流后果 火灾及巨大机械力 18 四 配电线路保护的要求 过负荷电流 电路在非电气故障条件下的过电流例如 堵转 欠电压 缺相 及过热等 后果 绝缘老化加速 寿命缩短接地故障 earthfault groundfault 4 4 1条文解释中 接地故障是指相线对地或与地有联系的导体之间的短路 它包括相线与大地 PE线 PEN线 外壳等等 IEC195 04 14考虑中 工民手册 P746中 也有问题 电动机电压偏离额定值时 电流如何变化 19 四 配电线路保护的要求 20 五 过负荷保护 1 保护电器 熔断器或带过载脱扣器的断路器 2 保护要求 第4 3 4条 过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件 IB IN IZI2 1 45IZ式中IB 线路计算负载电流 A IN 熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流 A IZ 导体允许持续载流量 A I2 保证保护电器可靠动作的电流 A 当保护电器为低压断路器时 I2为约定内的约定动作电流 当为熔断器时 I2为约定内的约定熔断电流 21 22 五 过负荷保护 I2 约定时间内的熔断电流对g1熔断器 约定时间1小时 熔断电流1 6In对g2熔断器 约定时间1小时 熔断电流1 6InX0 9对断路器 约定时间1小时 脱扣动作电流1 3IN 23 24 五 过负荷保护 例 照明末端电路 计算电流13A 选3X2 5mm2电线 载流量Iz 20A 选g1熔断器In 16AI2 1 6XIn 25 6 1 45Iz 29 通过选g1熔断器In 20AI2 1 6XIn 32 1 45I2 29 不通过选断路器20AI2 1 3XIn 26 1 45I2 29 通过 25 五 过负荷保护 问题 计算电流13A 选3X2 5mm2电线 载流量I2 16A 选断路器16A 能否通过过负荷校验 26 五 过负荷保护 3 过载保护电器的安装位置回路的供电端和回路分支处FITF2 27 五 过负荷保护 4 过载保护的免装 防爆区有要求者除外 通设 2 4 6条 功率小于等于3KW连续运行 次重要的 断电导致的损失比过载更大时 短时工作或断续周期工作的电动机 典型用户 轴流风机 28 五 过负荷保护 4 过载保护的免装 防爆区有要求者除外 不可能过负荷的线路 如电热水器分支变化 但上级防护电器仍能有效防范其过载回路电源的容量很小 不可能输出导致过载的电流从安全原因建议 例激磁回路 CT二次回路吊运铁件的线圈等 29 五 过负荷保护 过载保护可采用 热继电器 要区别脱扣等级 10 10A 20 30 在7 2倍IN下脱扣时间小于XXs反时限特性脱扣器反时限电流继电器温度或其他适当的保护整定值略大于或等于电动机额定电流 30 六 短路保护 后果 能直接引起各种电气危险和灾害 金属性短路 短路点阻抗小 可忽略不计电弧性短路 短路点阻抗大 31 六 短路保护 1 绝缘导体的热稳定校验条件0 1 t 5t短路电流的持续作用时间 短路切除时间取值 断路器 工民手册 P173 表5 7t tb tgu thutb主保护动作时间tgu固有分闸时间NS 25 30msIsomaxS 3 5 22msthu燃弧持续时间0 01 0 02秒一般来说 对HV断路器 馈电回路取 0 15S 进线取 0 5S对LV断路器 馈电回路取 0 1S 馈电回路带短延时取 0 3S 总进线取 1S熔断体通常在0 01s内熔断 32 六 短路保护 对配电线路 如果已知K t S则可求IF max KS t1 2Lmin对电动机回路可不校验 一级负荷需校验 通设 2 5 4条 33 六 短路保护 2 按短路电流校验低压断路器动作的灵敏性线路末端短路Ikmin KiIzdKi 1 3TN为相 中或相保短路TT为相 中线短路IT两相 34 六 短路保护 3 用断路器做电动机短路保护选电动机保护型瞬动脱扣器整定电流应取电动机起动电流的2 2 5倍电动机额定电流Ied 起动倍数5 8倍 峰值约2 2 5倍起动电流断路器瞬动 一般10 14倍固定NS80H MA 6 14 InIsomaxS 13倍固定 4 12 倍 35 六 短路保护 36 六 短路保护 37 七 接地故障保护 不同于接地短路 短路电流较小 可能长时间存在 存在范围大 后果 间接电击 火灾 线路损坏 1 规范要求 低压配电 第4 4 1条接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾 线路损坏等事故 接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地型式 移动式 手握式或固定式电气设备的区别 以及导体截面等因素经技术经济比较确定 保护目的 防止人身间接电击 电气火灾及线路损坏等 38 七 接地故障保护 直接电击 电气装置没有发生故障 正常工作时人体触及带电部分的电击事故 防护措施 略 间接接触 IEC826 03 08人或家畜与在故障状态下已带电的外露可导电部分相接触 当电气装置因绝缘破坏发生接地故障 原本不带电的外露可导电部分因此带对地故障电压时 人体接触此故障电压而引起的电击 称为间接电击 移动式 手握式电气设备IEC826 07 04 07不可移动式设备 固定 没有手柄 18公斤以上 39 七 接地故障保护 2 间接电击的保护措施 电气设备产品设计和制造中予以配置电气设计中予以补充 不切断电源 切断电源不切断电源 第4 4 2条防止人身间接电击的保护采用下列措施之一时 可不采用本规范第4 4 1条规定的接地故障保护 一 采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备 II类设备 二 采取电气隔离措施 三 采用安全超低压 四 将电气设备安装在非导电场所内 五 设置不接地的等电位联结 注 I类设备的定义应符合 电气和电子设备按防触电保护的分类 GB T12501 92 的规定 40 七 接地故障保护 电工电子设备防触电保护分类 GB T12501 1990O类 只有基本绝缘 没有接地 保护 线 例台灯 电风扇 已渐趋淘汰 类 有基本绝缘外还有经PE线接地的分段 类 有基本绝缘外还有第二绝缘 形成双重或加强绝缘不采用保护接地 例电视机 洗衣机等 类 依靠特低电压供电 50VAC 120VDC 组合防护措施见下表 41 42 七 接地故障保护 3 配电系统接地型式配电系统型式的两个特征 带电导体系统的型式 AC系统包括 单相二线 单相三线 二相三线 二相五线 三相三线 三相四线 DC系统包括 二线制 三线制系统接地型式的定义 略 各类接地型式的特点分析TN小约1欧以下从接地回路阻抗的观点看 TT中约1 10欧IT大约千欧IT接地电流很小 不会产生危险接触电压接地后外壳带电情况 TT产生危险的接触电压 但不会蔓延TN产生危险的接触电压 而且沿PE线蔓延 石化系统选择接地型式的思考 另见拙文 43 七 接地故障保护 各类系统的保护方法是针对其特点进行的TT系统 切断电源的条件ZSIa 50V 总等电位联结 采用电击防护电器剩余电流动作保护电器 RCD residualcurrentdevice 过电流防护电器 如采用RCD则TT系统中性线不应重复接地 44 七 接地故障保护 IT系统 切断电源的条件ZSIa 50V 绝缘监视器 采用电击防护电器过电流防护电器剩余电流动作保护电器 RCD residualcurrentdevice IEC强烈建议三相IT系统不出中性线N 45 七 接地故障保护 问题 PE线与N线分开后 形成TN S系统后 为什么不能再合并 变电所设计中的直流系统是哪一类系统化工系统中仪表系统采用哪一类接地系统为好 讨论题 220V单相TT系统中 电源侧的接地电阻RB为4欧时 设备侧的接地电阻RA为多少 才能使设备外壳带电时对地电压低于50V 46 七 接地故障保护 4 TN系统接地故障保护的基本条件 分断电源方法 接地 总等电位联结 第4 4 4条 目前设计中未体现较多 应该加强 补充 具体作法见 等电位联结安装 图册 01D501 2 47 48 49 50 七 接地故障保护 5 TN系统的接地故障保护第4 4 6条TN系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式要求 ZSIa U0 ZS 接地故障回路阻抗Ia保证保护电器在规定时间内自动切断故障回路的电流 A 熔体的熔断电流或脱扣器动作电流 或漏电动作电流的若干倍规定时间对固定式设备 5S 对手握式 移动式末端或插座0 4S不宜大于5S 这一要求并非十分严格 也考虑了防火的要求 U0相对地电压值得注意 目前IEC工程建设标准没有看到关于一般环境中的插座要求用剩余电流保护器保护条文 中国工程建议国家标准也没有 51 52 七 接地故障保护 熔断器电击防护电器 过电流防护电器断路器RCD 53 七 接地故障保护 分断电源方法 利用短路保护兼不用剩余电流原理利用中性线 N 中的电流 即零序电流3相4线适用接地故障保护三相电流矢量和剩余电流原理三相 N线电流矢量和PE线电流漏电保护单元 不带过流保护 RCCB漏电保护断路器RCBO漏电保护继电器电动机智能保护器 54 55 56 七 接地故障保护 用断路器实现 Ia取瞬动或短延时整定电流的1 3倍 P749系统阻抗折算到母线的变压器线路及保护低压侧的电阻值电阻电阻回路的电阻意义与上对应 57 八 回路阻抗 系统阻抗 58 八 回路阻抗 变压器阻抗 正序阻抗 表4 2 P90 负序阻抗 正序阻抗零序 与变压器的连接组别有关Y yn0 R0 10 14 R 一般由制造厂通过测试提供 D yn11 R0 RX0 X见P129 P130 59 八 回路阻抗 母线阻抗 P133表4 33电缆阻抗 以单位长阻抗给出正序 R Kjp KLjR0P420 式 9 6 P419 式 9 4 P422 式 9 12 60 八 回路阻抗 负序 正序相线零序零序电阻 计算同上 正序 零序零序电抗 计算同上 但Dj改为D 保护线零序零序电阻 计算同上 正序 零序电抗 计算同上 但Dj改为D 回路的零序阻抗R0 R0 3R0pX0 X0 3X0p可查表直接得 R X 值得注意 表4 34中的R X 包含了一米长的相线和一米长的保护线 61 八 回路阻抗 简化 一般说来 系统阻抗经折算较小 可省略 母线阻抗也较小 可省略 变压器电阻较电抗为小 可省略RT 只计XT电缆较细 小于等于70mm2 时 电抗较电阻为小 省略XL 62 八 回路阻抗 用此公式 进一步 如果XT较小 略去 但引进系数Kv 0 95 63 九 电缆截面选择 1 安装条件降容系数 A温度核正B敷设方式C危险区系数2 电压降 A正常工作期间B启动期间3 热稳定 短路条件下4 与保护电器保证配合的要求 64 回路阻抗特别高的情况 如果因不可避免的高回路阻抗而使接地故障电流小造成不能满足过电流保护电器分断的条件 则可研究下列的可能性 建议一 装一个瞬时分断设定值低的断路器这一解决方法是为较长回路提供人身保护 然而 必须注意被保护设备 变压器 电动机 不会由于励磁涌流而使保护电器误动 建议二 在回路的前端装一个RCD在故障电流狠大的情况下 允许使用低灵敏度的RCD 1 30A 建议三 增大导线截面相线 PE PEN 或同时增大 直到满足要求 65 回路阻抗特别高的情况 建议四 做辅助等电位联结既减小了接地回路阻抗 同时增强了接触电压保护措施 规范要求 低压配电 第4 4 5条当电气装置或电气装置某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时 尚应在局部范围内作辅助等电位联结 国标BG T14821 1 1993 等效IEC60364 4 41 建筑物电气装置电击防护7 1 2 2条辅助等电位联结如果一个装置内或装置的一部分内 第7 1 1 1条规定的自动切断电源条件不能满足 则应按7 1 6条规定实施辅助等电位联结 7 1 3 6如果采用过电流保护器不能满足7 1 3 3 7 1 3 4 7 1 3 5条时可第7 1 2 2条和7 1 6条实行辅助等电位联结 也可采用剩余电流保护器实行保护 66 十 例 1 变电所中低压配电系统采用TN S接地形式 一电动机额定电压为380V 用3 50 1 25mm2电缆供电 已知该电缆单位长度的相保电阻为RL 1 59 km 当发生A相碰壳短路时 计算电动机外壳上的对地电位 忽略系统及变压器阻抗 忽略电缆感