低压配电系统故障防护和保护电器选择PPT课件

1、低压配电系统故障防护与保护电器选择中国航空规划设计研究总院任元会于2016年5月12日、2、1、接地防护意义配电系统的核心问题是电气安全、可靠与节能三项原则故障防护是关系到电气安全、供电可靠性的重要因素。 低压配电系统故障有短路、过载、接地三大类。 前两个总称为过电流，结果引起配电线和电气设备过热，使其温度急剧上升(或缓慢上升)，如果没有正确的防护措施，就会导致导体过热，超过其最终温度(极限温度)，导致破坏(主要是绝缘破坏)，更严重的结果会导致电气火灾。 另外，接地故障除了上述结果外，还会使电气装置的露出导电性部分带电，作业人员可能会接触到危险的电压而触电。 这是我们面临的最值得关注的问题，也是研究的重点。 3、历史回顾名演绎1983年低压配电设计规范 (GBJ84-83 )被称为“单相短路保护”，明显不合适的1995年低压配电设计规范 (GB50054-95 )改称为“接地保护”，是一项重大进步2011年低压配电设计规范 (GB50054-2011 ) 改称为“间接接触防护”，遵从IEC理念的2011年以后，GB16895.21-2011被称为“故障防护”，遵从IEC名词。 4、2、故障防护要求绝缘破坏或故障，使露出的导电部分带电，总结起来，必须采取两大措施。 (1)在规定时间内自动切断电源1 )依赖于保护电器(断路器或保险丝)的合理设置和正确的调整。 2 )切断时间为表1的规定(交流)、5、(2)降低故障时露出的导电部分的接触电压1 )防止触电的种类为I类电气设备(实际上几乎都是I类)，露出的导电部分必须与PE线连接接地。 在发生接地故障的情况下，如果无法在表1规定的时间内切断电源，则在PE线上发生故障电流的电压降通常是露出的导电部分的接地故障电压(参照图1及图2 )能够实现的1/2 (时=时)或1/3 (时=1/2时) . 2 )对策是等电位联结，是降低接触电压的有效方法。 注：是PE线的截面，是相线的截面。 另外，1 )必须添加具有不大于20安全电流的普通插座2 )具有不大于32安全电流的户外移动设备。 附加保护采用残馀电流保护器(RCD )，其额定残馀工作电流为30mA，不能取代其他基本保护和故障保护措施。6、7、8、3、低压配电系统的接地图案和应用(1)3种接地图案1)TN接地图案：根据PE和n导体的组合，可分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种。 2)TT接地型：露出的导电部分的保护接地和电源的功能接地完全分离。 3)IT接地型。 9、(2)特点和故障保护要求1)TN系统故障电流()大，通常可用电流保护电器(断路器、保险丝)保护。 但远离变电站，线路剖面不大(例如道路照明)，可能较小，过电流保护器难以满足动作要求，必须采用RCD保护，参见图2。 2)TT系统故障电流较小，通常不能使用电流保护器，必须用RCD保护，参照图3。 3)IT系统的故障电流更小，仅为毫安级，接触电压也较小，可以不切断电源而持续运行，但应该发出警报的万一发生了第二次接地故障(异相)，则为TN系统(露出的导电部分都接地故障的情况)或TT系统(各.10、11、(3)应用场所1 )建筑物(工业和民间)内一般以TN连接为同电位，具有变压器的建筑物为TN-S，从建筑物外部供电，在TN-C-S同电位时防静电条件与TN-S相同，耐共模电压干扰比TN-S好。2)TT系统不像TN系统那样长的PE导体传导故障电压，TN在同电位下降接触电压，因此在难以与同电位连接的室外场所(道路照明、家庭照明、施工现场等)必须采用TT系统。 3 )供电可靠、电源不断的场所，适合医院手术室、消防用电、应急系统、矿山、钢铁等重要生产场所等IT系统。 4 )变电站低压侧PE的连接变电站低压侧中性点应该引出不能直接接地的一根导体，实际上是PEN导体，与低压配电盘连接，PEN导体对于必须与接地绝缘的2台或者多台变压器的变电站，从各变压器的中性点引出的PEN导体是低压屏幕这个PE导体可以多点接地。12、13、(4)同一低压配电系统的不同接地形式的应用1 )同一变电站的低压配电系统可以采用多种接地形式。 2 )来自变电站的馈电器分别以TN-C、TN-S、TN-C-S、TT等方式参照图1，但不能直接引出IT系统。 3 )低压馈线是TN-C，然后是TN-S，本地TT，但是相反是不允许的。 TN-S后面不出现TN-C，TT后面不出现TN-C和TN-S。 4 )低压供电线为TN时，可以在后面设置绝缘变压器，形成局部的IT系统，该绝缘变压器的次级侧的带电导体不允许接地，像电源未接地的IT系统。 5 )从变压器的低压侧中性点引出的导体属于PEN，一旦n导体分离后，必须将接地绝缘，不允许与接地(包括大地、PE导体、设备的露出的导电部分)进行任何连接，n线重复接地完全是错误的。14、4和TN系统故障防护(1)TN系统中配线故障防护器的工作特性应当满足(1)的要求。 15、(2)设计实施例1 )采用断路器瞬时过电流跳闸时，应满足式(2)的要求。 2 )采用保险丝保护时，应满足式(3)的要求。16、5、TT系统故障防护1 )只要TT系统应该使用RCD进行故障防护的故障电路的阻抗特别小，就能够保护断路器或保险丝不受故障影响，既不经济又不必要。 17、(2)设计实施例1 )在设计中确定值，保证正常运转中不会发生正常漏电流引起的误动作，发生故障时，必须在表1规定的时间内切实动作。 为了满足上述两个要求，应当满足以下两个公式的规定。、18、2 )露出的导电部分的接地电阻RA值得确定，参照与TT系统的布线图等效的电路图(参照图3 )。 忽略相导线电阻Rph可得到Id的计算式： U0Id=(7)RA RB式： RB变压器低压侧中性点系接地电阻()。 将式(7)代入式(6)，归纳起来，在U0RA-RB(8)5In确定了in后，能够按照式(8)计算RA的最大允许值。 在此输入标题，将in设定为100ma(4阶段)，RA的最大容许值如表2所示：20，3 )根据露出的导电部分的接地电阻值决定TT系统的接线图和等效电路图(参照图3 )，忽略相导体电阻后，得到的计算公式：21，22 、23、6、等电位联结equipotentialbonding(1)作用和类别1 )等电位联结可分为两种，其作用如下： a )保护等电位联结：为了防止触电，为了保护人身安全而进行的等电位联结。 b )功能等电位耦合：为了保证系统正常工作而进行的等电位耦合。 2 )保护等电位连接的作用范围为： a )总等电位连接：总保护导体、总接地导体与总接地端子、建筑物内的金属部件(钢梁、钢柱、钢筋等)与金属管等导电性部分连接。 b )辅助等电位键：使导电性部分之间直接连通，使这些导电性部分的电位相等或接近。c )局部等电位连接：在局部范围内连通各导电性部分，进一步降低接触电压。 24、25、(2)等电位连接和接地的关系是防止触电的两种保证等电位连接和接地是电气安全的措施，等电位连接虽然更有效，但要排出电流和净电荷，必须接地。 等电位连接是能够接触的各导电部分之间的电位相同或接近，不一定需要接地。 例如，飞机有良好的等电位连接，但是没有接地，对防止触电是有效的。 实际上，建筑物内的等电位连接与建筑物的金属结构体、基础钢筋连接，因此必须接地，不一定设置人工接地极。 作为另一个故障对策，要求在非导电性的场所设置“不接地的等电位连接”，这种情况下，不允许接地，当然不能与建筑物的金属构造连接。 26、(3)等电位联结的措施1 )导电性部分分为2种： a )露出导电性部分必须是电气设备的露出导电性部分的b )外部导电部，或者装置外导电部是指金属构造部件、温水配管等。 2 )露出的导电部分的连接：通过PE导体连接所有I类电气设备(配电箱、控制箱等)和电气设备，不需要其他措施。 见图5。 3 )外部导电部分的连接：所有的外部等电位部分都要与“总等电位连接”的母列连接，这个母列要与总配电盘内的PE母列连接。 4 )所有建筑物(工业、公共和居住建筑)必须在导入地附近的地方进行总等电位连接。 27、5 )在下列情况之一时，应进行部分等电位连接或辅助等电位连接。 a )发生故障时保护电器不满足自动关机的要求b )配电板或配电电路同时为固定或手持的、移动的电气设备供电时，不满足方程式9的要求。 c )特殊危险场所、防止电击要求更高的有浴室、家庭和酒店的入浴室、医院的1、2种场所、有火灾危险和爆炸危险的环境等。28、(4)PE导线的要求4 )能够做成PE导线的是a )和相导体在同一套筒内通过的导线b )多芯电缆中的一根芯线c )分别铺设的裸导体或绝缘导体(应该接近对方导体)(注) d )切实满足截面要求的穿线钢管、电缆金属护套、电缆护套(注)2)以下金属部分不能用作PE导体或保护连接导体。 a )金属管道b )正常承受机械应力的结构；c )柔性或弯曲的金属管道；d )包含可燃材料的金属管道；e )柔性金属零件；f )电缆托盘，电缆梯。 29、(5)PE导体的截面1 )简易法：30、(2)截面大时，用简易法决定时容易变大，用式(10 )计算。 31、3 )与相导体不存在于同一外皮内的PE导体的截面积，a )有机械损伤保护时：铜2.5mm2、铝16mm2； b )无机械损伤防止时：铜4mm2、铝16mm2； 4)TT系的PE导体截面为铜25mm2以下，铝35mm2。 5 )当铺设有两个以上的电路时，可共用一个PE导体，其截面必须按最大电路要求确定。 32、6 )永久连接的电气设备的PE导体的预期电流超过10mA时，PE导体截面为以下条件之一：a )铜导体不在10mm2以下，铝不在16mm2以下b )不满足a )项的要求时，在该电气设备上铺设第2根PE导体， 在与第一根PE相同的截面上，必须与个别的连接端子连接的c )将铜芯PE导体和铜芯相导体采用于一根多芯电缆的情况下，电缆中的铜导体截面积的总和为10mm2以下；d)PE导体通过金属管与金属管并联连接的情况下，其截面必须为2.5mm2以下7)PEN导体的要件： a)PEN导体的截面请控制在铜10mm2、铝16mm2以下。 b )外部导电部分不能制造PEN导体。33、(6)PE导体施工及其他要求1 )用连接器或螺栓连接。2 )请勿在PE导体及PEN导体中插入开关元件、隔离器。34、7、保护电的选择和整定前故障保护的要求、过电流保护的要求，必须在配电系统的保护电器(断路器、保险丝)的选择和参数的整定以及线路导体截面的决定上执行。 保护电器的选择除了满足电压、频率和环境条件等基本要求外，还应满足以下6个要求： (1)故障防护1 )采用断路器瞬时过电流跳闸时，采用由式(2)决定的2 )保险丝时，采用由式(3)决定的3)rcd时，由式(4)和式(5)或式(6)决定。35、(2)对于采用断路器的瞬时过电流跳闸，应满足式(2)的要求：2)对于采用保险丝保护的，应满足式(3)的要求：、36、5、TT系统故障防护1)TT系统对于RCD采用故障防护的，应满足式(4)的要求(4) TT系统通常只要RCD应用于故障防护的故障电路的阻抗特别小，就能够保护断路器和保险丝不受故障影响，既不经济又不必要。 37、(2)设计实施例1 )在设计中确定值，保证正常运转中不会发生正常漏电流引起的误动作，发生故障时，必须在表1规定的时间内可靠地动作。 为了满足上述两个要求，应当满足以下两个公式的规定。38、(2)短路保护1 )应满足式(11 )的要求。 注：式(11 )与式(10 )相同，式(10 )用于PE导体热稳定计算，式(11 )用于相导体热稳定计算，其差异在于k值不同，因此两个导体的初始温度不同。 在、39、t0.1s的情况下，应当计算非周期性分量的影响，因此应当通过公式(12 )计算：40、(2)过载保护器的操作特性应当满足公式(13 )或(14 )的要求：41、2 )其中I-2值由产品标准确定在采用a断路器的情况下，如果在国标GB14048.2-2008中将国标GB10963代入式(14 )，则式(14 )包含在式(13 )中，满足式(13 )则满足式(14 ) . 采用b保险丝时，国标GB13539.1-2008(10 )，16a时=1.6。 标准实验分析的结果为16A时，满足式(13 )时满足式(14 )的规定，仅适用gG型保险丝。 注：保险丝熔液额定电流(a )。42、(4)电气设备的起动要求以轿厢型电动机的直接起动为代表，选择要求如下：1)采用断路器时，应满足式(15 )的要求：43、2 )采用熔断器时，应满足式(16 )的要求： b )应满足式(16 )的要求： b )式电机终端电路的过载保护通过热继电器进行。44、(4)选择性动作为提高供电可靠性，维护方便，故障时应缩小停电范围，配电线路上下位保护电气设备的动作特性需要选择性。 1 )采用保险丝： gG和gM型保险丝电弧前时间大于0.01s时，额定电流之比为1.6:1，可保证选择性。 例如，在16-25-40-63-100-160-250-400A之间20-32-50-80-125-200-315-500A之间。 2 )采用断路器：非选择