施耐德2010年培训讲义07不同接地系统的特性

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=RuIf=1011=110VUL(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RuInUL即：InUL/Ru举例，图中：InUL/Ru=50/10=5AIn可取1A(或3A)Ru外露可导电部分的接地电阻InRCD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：InUL/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：In12In2延时时间的设定：T1T2(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=0.8Uo/2=88VUL(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=（0.8UoSph）/（(1+m)L）断路器脱扣的条件：IfImt=LLmax,TN系统的间接接触防护,校验断路器脱扣条件0.8UoSphLmax=(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=22.5mmm2/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In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=10MC1=C2=C3=0.3F50Hz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=10Rf=0Zeq=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）由断路器提供保护中性线的保护强制使用(4P4T)适用于IT系统，即单极断路器线电压下的分断能力(IEC60947-2),施耐德低压断路器适用于IT系统,IT系统第二次接地故障分析（续）,设备共用接地，用TN系统的校验方法系统不配出中性线，二次故障为相间短路系统配出中性线，二次故障为相中短路,负载,Rsnu,1,2,3,PE,N,Rsnu,1,2,3,PE,如果设备独立接地原理同TT系统由RCD提供保护,IT系统第二次接地故障分析（续）,人身防护:不需要自动断电由PIM持续监测绝缘状况由FTD定位绝缘故障点防火:无故障电流=不需要由PIM监测供电连续性:完整,IT系统的特点,第一次故障电流很微弱第一次故障接触电压很低第二次故障后产生危险接触电压第二次故障脱扣发生第一次故障时是安全的第一次故障发生后不影响供电连续性使用PIM作故障检测检查脱扣条件必要的补充计算,IT系统的特点（续）,接地系统的选择,在选择接地系统类型时，必须考虑下面几方面因素按照IEC60364对人身保护的要求按照IEC60364对设备保护的要求供电连续性的要求电磁兼容性的影响安装维护方便经济性分析比较,串联模式,接地系统的组合应用,TT(动力设备),IT(特殊负载),并联模式,接地系统的组合应用（续）,四极断路器的选择应用,选择三极还是四极断路器？,四极断路器的选择应用,采用四极断路器，中性极的作用是？对中性线保护？对中性线隔离？问题的引发检修时候中性线带电引发的事故双电源切换时的杂散电流,四极断路器的选择应用,三相断电后，中性线可能带危险电压的分析（一）配电系统存在单相接地故障,Rn,L1L2L3NPE,Rn,四极断路器的选择应用,三相断电后，中性线可能带危险电压的分析（二）10kV变电所出现高压接地故障,低压线路上感应雷电过电压沿中性线进入电气装置,四极断路器选用引发的优缺点,缺点：断零问题优点：保证电气检修时候的电气安全性误区1：中性线由于三次谐波的问题而出现过载，三极开关无法保护。国外的做法是在中性线上加装过电流检测元件误区2：TN-C-S系统中，中性线过载，电压降超过50V,四极断路器的选择应用,根据IEC4651.1.5的规定，正常供电电源与备用发电机之间的转换开关应采用四极开关？带漏电保护的双电源转换开关应采用四极开关不同接地系统间的电源切换开关应采用四极开关TN-C系统严禁采用四极开关TN-S系统一般不需要设四极开关TT系统的电源进线开关应采用四极开关IT系统中当有中性线时应采用四极开关,四极断路器的选择应用,TN-C系统严禁采用四极开关IEC60364-4-473第461.2条规定：PEN线严禁被隔离电器隔离或被开关切断。,四极断路器的选择应用,TN-S系统一般不需要设四极开关GB标准和IEC标准中同样规定了设置总等电位联结的要求TN-S系统根据规范要求，有等电位联结措施，使得中性线与PE线、外露及装置外可导电部分相互连通。没有触电危险，可不用四极开关。有局部等电位联结的地方同样不需要等电位联结,四极断路器的选择应用,TT系统的电源进线开关应采用四极开关TT系统中，中性线除在电源中性点处接地外，不得再有重复接地，往往与总等点位系统不连通。为保证检修安全，宜设四极开关。,四极断路器的选择应用,IT系统中当有中性线时应采用四极开关IT系统当一相接地故障时候，中性线对地电压是220VIT系统强烈建议不配出中性线，如配出N线则应采用四极开关。,关于中性线的保护,保护中性线，可采用四极断路器,保护中性线，也可采用三极断路器,IEC60364-473.2.1的规定,如果是下列情况，对中性线不需要设过电流检测:由电路的相线保护电器来保护中性线的短路时在正常供电时在中性线可能流过的最大电流是明显地小于中性线的载流量值,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,=,SPh,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,SPh,PE,Ph,Ph,Ph,N,例外,TT系统,IEC60364-473-3.2.1的规定,TN系统,TN-S系统,PEN,Ph,Ph,Ph,SN,=,SPh,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,SPh,PE,Ph,Ph,Ph,N,PE,Ph,Ph,Ph,N,用电路相线的保护电器来保护中性线,TN-C系统,四极断路器的选择应用,根据IEC465.1.5的规定，正常供电电源与备用发电机之间的转换开关应采用四极开关IEC465.1.5条：“保证电源转换的功能性开关电器必须作用于所有带电导线，且必须不可能使这些电源并联，除非该装置是为这种情况特殊设计的。在这些情况下，用不着为PEN或PE线采取隔离措施。,四极断路器的选择应用,带漏电保护的双电源转换开关应采用四极开关,T1,T2,RCD2,RCD1,Id1,IN1,IN2,Id2,IN,四极断路器的选择应用,不同接地系统间的电源切换开关应采用四极开关理由同第一条,回顾本次讲座重点,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