1低压配电系统的线制和漏电保护1

低压配电系统的供电电制和漏电保护 低压配电系统的供电电制 低压配电系统的供电电制 也称配电线制 是指电源用几根导线向用户供电 一般是用原动机驱动发电机发电 输出电能 电力 作为电源 陆地低压配电系统都是通过变压器间接获得电源 船舶低压发电机直接向电力系统供电 通过变压器降压向照明系统供电 1000V以下的配电系统称为低压配电系统 三相电源与三相负载的连接 三相发电机的3个相绕组在空间相隔120 电度 布置 一端引出 另一端相连 这里3个电源端用U V W表示 相连的一端称为中性点或中点 用N表示 N 三相对称负载同样连接 用4根导线与电源相连 中性点的连线称为中性线 三相电流流过负载 都经中线回到中性点 中性线电流是三相电流之和 三相电流的向量和等于零 中性线电流等于零 不需要导线 三相对称负载只需3根导线 这种供电电制称为三相三线制 变压器的表示方法 变压器的表示方法 单相 一般习惯将原边 初级 画在左边或上面 副边 次级 画在右边或下面 单相变压器 三相变压器 星 三角连接组别 Y 三角 星连接组别 Y 星 星连接组别 Y Y 原边和副边的三相3个绕组可以连接成星形 Y 或三角形 副边星形连接可以引出中性线N 变压器工作原理 导线流过电流产生磁力线的方向由右手定则确定 电流方向从右到左 姆指指电流方向 4指卷曲方向为磁力线的方向 导线转过去看 电流方向穿入纸面 磁力线的方向顺时针 导线电流方向相反 磁力线方向逆时针 取1个变压器铁芯 穿入导线 导线电流方向穿入纸面 铁芯中产生磁力线 导线电流方向穿出纸面 磁力线方向相反 在铁芯上绕2组绕组A和B I1 绕组A两端施加交流电压U1流过交变电流I1 铁芯中产生交变磁场 绕组B两端感应出同频率的交流电势E2 低压配电系统的名词 先来讨论几个常用的名词 中性点几个元 器件连接的某一点 对外部相关的接线端的电压绝对值相等 这一点称为中性点 简称中点 例如 变压器副边绕组的中心抽头N 对两端的电压相等 N称为中性点 三相发电机的3个绕组 一端出线 另一端连接在一起 连接点N对三相端的电压相等 N称为中性点 三相变压器副边三相绕组按星形连接 内部三相绕组的连接点N 对三相端电压相等 N称为中性点 低压配电系统的名词 中性线从中性点引出作为电源的导线称为中性线 是输送电能的导线 N N 中性线从中性点N引出 也称为N线 保护线为了防止触电 将电气设备的金属外壳 外露可导电部分 电源接地点等连接在作为电气连接的导线上 这根导线 体 称为保护线 也称为PE线 N PE 保护中性线同时具有保护线和中性线功能的导线 称为保护中性线 也称PEN线 PEN 三相变压器的配电方式 三相变压器的3个相绕组分别安装在铁芯的3个柱上 示例图中原边 初级 高压按三角形连接 副边 次级 按星形连接 电路图有2种表示方法 原边 副边 副边中性点引出中性线 发电机三相电源向变压器原边供电 副边三相电压向量相隔120 单相负载 三相负载接三相线 接单相负载需引出中性线 电源引出中性线 三相电源的中性点引出线称为中性线或中线用N表示 中线引出后与地如何处理 涉及到电气安全的问题 我国低压电力系统三相采用50Hz 380V 线电压380V 电气安全包括电气设备和使用人员的安全 危害电气设备的主要原因是过电流 包括过载电流 短路电流和故障电流等 以及各种因素引起的火灾 造成人员伤亡的主要因素是触电 相电压即相线与中性点为220V 单相负载接相电压 电源中性点需引出线 这种供电电制称为 三相四线 制 地和接地 陆地上是将大地作为电气上的 地 大地作为 零 电位 地 电气上所谓的 地 是指可以用来作为参考电位的 且电容无穷大的物体 参考电位是一个基准 不会因其他扰动而变化 即使有变化 其程度可以忽略不计 可以作为参考电位物体 电容应无穷大 可以提供也可以接受任意多的电荷 自身的电位不会因此而变化 接地 钢质船舶则是以船体结构作为电气上的 地 电子系统中作为参考电位的地 不一定是大地 可能是自身工作电源的一极 将电气设备中带电或不带电部位与 地 连接 称为电气接地 将电气设备中带电部位与 地 连接 称为工作接地 将电气设备中不带电部位与 地 连接 称为保护或安全接地 人身触电 触电的形式 根据电气设备的状态 触电有直接接触触电和间接接触触电两种形式 直接接触触电是指电气设备在正常工作时 人体触及设备的带电部件引起的触电事故 间接接触触电是指电气设备在故障情况下 外露可导电部件出现持续的危险电压 人体触及这些带电部件引起的触电事故 漏电保护 漏电保护在低压电路中作为 防止人体触电 防止漏电引起的火灾 设备烧坏和爆炸事故 主要功能是提供间接接触保护 漏电保护动作电流小于30ma 也可作为直接接触保护 漏电保护有电压型和电流型两类 电压型用于变压器中性点不接地的低压系统 漏电故障电流在接地装置产生较高的电压 继电器动作 分断电源开关 电流型用于变压器中性点接地的低压系统 发生漏电 零序电流互感器检测出漏电流 继电器动作 分断电源开关 目前主要使用电流型漏电保护 剩余电流检测 变压器中性点接地的低压系统多采用 剩余电流动作 原理 单相电源的2根导线往返的电流 数值相等 方向相反 代数和等于零 即无 剩余电流 电流互感器副边绕组接电流表 原边一根导线穿过 原边流过负载电流I1 磁通链接到副边绕组 电流表指示出副边电流I2 交流电流是正负2个方向 这里只表示单方向 如果2根导线都穿过电流互感器 则产生的磁通方向相反 相互抵消 副边无磁通链接 副边电流为零 现将电源一端接地 设备金属外壳接地 2根导线都穿过电流互感器 正常时 2根导线的电流的代数和等于零 磁通相互抵消 电流互感器副边电流为零 继电器不动作 设备内部对地绝缘破坏 外壳带电 电源一端经外壳 地回路 2根导线的电流的代数和不等于零 电流互感器内出现 剩余 电流 磁通链接到副边 使继电器动作 发出信号 剩余电流检测 剩余电流检测原理是用电流传感器 电流互感器 测量一个交流电源流出和流回电流之和 正常情况下应为零 在检测范围内出现 旁路 电流 电流之和不为零 测量出剩余电流 旁路电流 检测剩余电流是为了防止间接触电 为此必须提供 旁路 电流的通路 设备金属外壳接地 电源一端接地 电源一端就是三相电源的中点接地 旁路电流 剩余电流检测 如果三相变压器除了向三相负载供电外还要向单相负载供电 副边采用星形 Y 连接 中性点引出中性线N 中性点接地 与地电位为零 称为零线 零点 设备外壳接地 电流互感器套入三相电源线 合上电源开关 三相电流的向量和等于零 铁芯中的磁通相互抵消 IA IB IC 0 IA IB IC 0 一相碰外壳 三相电流之和不等于零 铁芯中产生的磁通匝链到副边 产生I2 电磁机构动作 切断开关 漏电保护和线制 三相电源同时向三相和单相负载配电 引出中线并接地 即三相四线制 中线N又用于接地保护PE 这根线称为PEN线 单相负载 电源通过Q1向配电线路供电 Q2设置漏电保护 负载某相碰外壳 对地电流使开关跳闸 Q1设置漏电保护 单相负载工作 Q1流过一相电流 漏电保护动作 跳闸 因此 中线必须穿入漏电保护 PEN 另外引出接地保护线PE PE N 这就是通常称的三相五线制 Q3设置漏电保护 接地分开 漏电保护和线制 配电线路 变压器副边引出的中线接地 既是中线N 又是保护接地线PE 即PEN线 配电电源1 电源输出接三相和单相负载 连接接地保护线 Q1设置漏电保护 中线穿过漏电保护 接入备用配电电源 配电电源1运行 接入单相负载 电流可能从另一侧中线回路 Q1漏电保护动作 跳闸 中线必须作为电源一极引入开关 采用四极开关 地 电源和设备的接地状态 电气设备通电工作 器件绝缘故障使金属外壳带电 会引起人体间接接触触电 设备 金属外壳 土壤不是良好的导体 引出中性线 外壳接中性线 为防止人体间接接触触电 电气设备的金属外壳应接地 与地等电位 变压器中性点不接地 人体触电电流是通过变压器 线路等的对地分布电容产生的 变压器中性点接地 外壳接地电流经地回到中性点 低压电力系统的接地形式 根据电源和设备的接地状态 配电系统分为3种形式 即IT系统 TT系统和TN系统 前字母表示电源的接地状态 后字母表示设备的接地状态 字母是法文单词的第一个字母 T Terre 是大地 I Isolation 是隔离 N Neutre 是中性 TN系统有3种类型 TN S系统 TN C系统 TN C S系统 S Separe 是分开 即N与PE分开 C Combine 是结合 即N和PE结合在一起 IT系统 电源中性点与地隔离 或经高阻抗接地 可以认为对地绝缘 海船规范称为 三线绝缘系统 重要设施和船舶低压电力系统普遍采用IT系统 优点是 发生一相对地绝缘故障 系统仍可以继续运行 但需尽快查出 排除 IT系统 电源 中性点与地隔离 或经高阻抗接地 用 I 表示 设备 外壳就地接地 用 T I 地 TT系统 TT系统 电源 中性点接地 T 引出中性线N 设备 外壳就地接地 T 系统设备接入电源 地是土壤 接地有电阻存在 设备发生绝缘故障 接地电流流过接地电阻 产生电压降 设备对地存在一定的电压 人体触及设备外壳 可能触电 TN C系统 TN系统TN C系统 N 电源 中性点接地 T 引出中性线N 零线 设备 外壳通过保护线与电源接地的中性点直接连接 N 中性点的引出线既作中性线N又作保护线PE 因此称为保护中性线PEN 用黄绿相间色表示 PEN 保护线与中性线组合在一起 C 这种系统用TN C表示 这种系统称为三相四线制 设备接PEN线也称为 接零 设备发生对箱壳的绝缘故障 故障电流从电阻很小的接地导线流回中性点 金属外壳对地没有电压 避免了人体间接接触触电 N C TN S系统 TN系统TN S系统 电源 中性点接地 T 从中性点引出中性线N 设备 外壳通过保护线与电源接地的中性点直接连接 N 中性点引出中性线N 用淡蓝色表示 和保护线PE 用黄绿相间色表示 N 保护线与中性线分开 S 这种系统用TN S表示 这种系统习惯上称为三相五线制 配电线制是指电源用几根导线向用户供电 有电源的只有4根线 PE不是电源 实际仍是三相四线 PE 从中性点引出保护线PE N S TN S系统是目前我国应用最广的系统 TN C S系统 TN系统TN C S系统 电源 中性点接地 T 设备外壳接保护中线 PEN N N 设备1的电源的中性线接公用的PEN线 属于TN C系统 C 设备2的电源的中性线需要接中性线N 在PEN线上分出N线 属于TN C S系统 N PE S C S C 表示PE和N结合在一起 S 表示还可以分开来 但是分开的PE和N不允许再结合起来 即可以C S 不可以倒过来S C 配电系统 电源中性点不出线 包括经高阻抗接地 的绝缘 IT 系统只有重要设施包括船舶采用 一般民用建筑都采用中性点接地并出线的TN系统 引出电源线 TN C 电源中性点接地 连接配电1 连接配电1母线 连接三相负载 单相负载 向下一级配电 连接负载 配电1加漏电保护 单相负载接入 漏电保护动作 跳闸 不能用漏电保护 配电系统 中性点接地并出线的TN C S系统 电源中性点接地 引出电源 TN C 连接配电2 TN C S 连接配电2母线 连接三相负载 连接单相负载 向下级配电 接单相负载需引入中性线 接地导线的截面 保护线PE的最小截面积 相线芯线截面 mm2 PE线最小截面 mm2 S 16S16 S 3516S 35S 2 保护线PE的最小截面积不小于2 5mm2 接地导线的截面 CCS对接地的规定 1 3 4接地1 3 4 1电气设备的带电部件以外的所有可接近的金属部分均应接地 关于接地导线的截面 与陆地的要求相似 即 固定敷设电缆中的连续接地导体 相关的载流导线 例如该设备的电源线 的截面S 16mm2的 接地导线最小截面Q应与S相等 S 16mm2的 Q应为S的1 2 一半 但不小于16mm2 最小不小于1 5mm2 单独固定的接地导体 S 2 5mm2 Q S 2 但不小于1 5mm22 5 S 120mm2 Q S 2 但不小于4mm2S 120mm2 Q 70mm2电缆金属护套用金属夹箍夹住 再用导线引出接地 接地导体的截面QS 25mm2 Q 1 5mm2S 25mm2 Q 4mm2 电涌和电涌保护 电涌是超过系统正常电压很多倍 时间很短的电压脉冲 持续时间很短 电压很高 也称为瞬时过电压 瞬时过电压会干扰设备的正常工作 甚至损坏电气设备 特别是电子器件 抑制和防止电涌危害的设备 器件 在中 高压系统中称为 避雷器 在低压系统中称为 电涌保护器 或 浪涌保护器 或 电源防雷模块 等 电涌保护器简称 SPD 是英文SurgeProtectionDevice的第一个字母 过电压 过电压 雷电过电压的能量来自外部 内部过电压的能量来自系统本身 过电压的幅值与系统的额定电压有关 过电压倍数用过电压的幅值与系统正常的最大相电压幅值之比来表示 操作过电压 切除空载变压 空载电动机或电感性负载等设备会在被切除的设备上和切除它的开关设备上产生过电压 开关设备 先讨论电感器件在直流电路中的通 断情况 合上开关S i 流过电流i L两端电压为U L中储存了电能i2L 2 切断开关S L中储存了电能产生反电势E 企图维持原来的电流i 开关触头之间的电阻为无穷大 反电势E要维持原来的电流i 其值E i 反电势E击穿触头间的介质