低压配电系统故障防护和保护电器选择讲义

低压配电系统故障防护和保护电器选择中国航空规划设计研究总院任元会二0一六年五月十二日11、接地故障防护的意义

配电系统的核心问题是保证用电安全、可靠和节能三原则；而故障防护是关系到用电安全、供电可靠的重要因素。

低压配电系统故障有三种：短路、过负荷、接地故障。

前两种统称为过电流，其后果是导致配电线路和电气设备的过热，使其温度急剧上升（或缓慢上升），如没有正确的防护措施，将导致导体的过热，超过其最终温度（极限温度），以致损坏（主要是绝缘损坏），更严重的后果是导致电气火灾。

而接地故障，除了能产生上述后果外，还将使电气装置的外露可导电部分带电，可能使操作人员接触危险电压而触电。此乃我们面临的最值得关注的问题，也是需要研究的重点。2历史的回顾——名称的演绎1983年《低压配电设计规范》(GBJ84-83)称为“单相短路保护”，显然是不恰当的；1995年《低压配电设计规范》(GB50054-95)改称为“接地故障保护”，是重大进步；2011年《低压配电设计规范》(GB50054-2011))改称为“间接接触防护”，按IEC的理念；2011年后GB16895.21-2011称为“故障防护”，按IEC名词。32、故障防护的要求绝缘损坏或失效，使外露导电部分带电，归纳起来，应采用两大措施。（1）在规定时间内自动切断电源1）依靠保护电器（断路器或熔断器）的合理设置及正确整定。2）切断时间不应大于表1的规定(交流)

4（2）降低故障时外露导电部分的接触电压1）防电击类别为Ⅰ类的电气设备（实际上绝大多数为Ⅰ类），其外露导电部分应连接PE线而接地。当发生接地故障时，如果不能按表1规定的时间内切断电源时，则故障电流在PE线上产生的电压降，就是外露导电部分对地的接触电压（见图1和图2）通常可达

的1/2（当=时）或1/3（当=1/2时）；=220V的系统，此电压接近110V或147V，远大于安全特低压电路（SELV）。2）措施是做等电位联接，是降低接触电压的有效办法。注：

是PE线的截面，

是相线的截面。除此之外，对于下列情况，还需要增设附加防护措施：1）电流小于和等于20A的普通插座；2）电流小于等于32A的户外移动设备。附加防护采用剩余电流保护器（RCD），其额定剩余动作电流

≤30mA,而不能代替其他基本防护和故障防护措施。5673、低压配电系统的接地型式及应用（1）三种接地型式1）TN接地型式：按PE和N导体的分合，又可分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种。2）TT接地型式：外露导电部分的保护接地和电源的功能接地完全分开。3）IT接地型式。8（2）特点和故障防护要求1）TN系统故障电流（

）大，通常可以通过电流保护电器（断路器、熔断器）保护。但远离变电所，线路截面不大（如道路照明），

可能较小，过电流保护电器难以满足动作要求，需要采用RCD保护，见图2。2）TT系统故障电流小，通常不能用过电流保护器，应采用RCD作保护，见图3。3）IT系统故障电流更小，仅为毫安级，其接触电压也小，可以带故障继续运行，而不切断电源，但应发出报警；万一发生第二次接地故障（异相），则应按TN系统（外露导电部分共同接地时）或TT系统（各用电设备分别接地时）切断电源。910（3）应用场所1）建筑物（工业及民用）内一般用TN，并作等电位联结，有变压器的建筑物用TN-S，由建筑物外供电的，用TN-C-S，在等电位作用下，防电击条件等同于TN-S，抗共模电压干扰比TN-S更好。2）TT系统不像TN系统那样通长的PE导体传导故障电压，TN依靠等电位降低接触电压，所以在难以作等电位联结的户外场所（如道路照明、庭院灯、施工场地）应采用TT系统。3）要求供电可靠，不能断电的场所，适宜采用IT系统，如医院手术室，消防用电，应急系统，还有矿井、钢铁等重要生产场所。4）变电所低压侧PE的连接

变电所低压侧中性点不能直接接地；应引出一条导体，实为PEN导体，连接到低压配电屏，该PEN导体必须对地绝缘；对于两台或多台变压器的变电所，各变压器中性点引出的PEN导体应在低压屏上连接后，从PEN导体的一点接地，引出PE导体，该PE导体可以多点接地，见图<4>。1112（4）同一低压配电系统不同接地型式的应用1）同一变电所的低压配电系统可以采用多种接地型式。2）变电所引出馈线可以分别用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT等方式，见图1，但不能直接引出IT系统。3）低压馈线为TN-C，下面可以接出TN-S，也可接出局部TT，但反之则不允许。TN-S的后面不能出现TN-C，TT后面不可能出现TN-C或TN-S。4）低压馈电线为TN时，后面可设置隔离变压器，以形成局部IT系统，此隔离变压器的二次侧的任何带电导体不允许接地，类似电源不接地的IT系统。5）变压器低压侧中性点引出的导体属于PEN，一旦N导体分离后，必须对地绝缘，不允许和地（包括大地、PE导体、设备的外露导电部分）有任何连接，N线重复接地的做法是完全错误的。134、TN系统的故障防护（1）TN系统中配电线路的故障防护电器的动作特性应符合（1）的要求：14（2）设计实施1)采用断路器的瞬时过电流脱扣器时，应满足式（2）的要求：2）采用熔断器保护时，应满足式(3)的要求：155、TT系统的故障防护1）TT系统采用RCD作故障防护应满足式（4）的要求TT系统通常采用RCD作故障防护；除非故障回路阻抗特别小，也可用断路器或熔断器作故障防护，这样是不经济的，也没有必要。16（2）设计实施1）设计中确定

值，应保证正常运行中不会发生因正常泄漏电流导致的误动作，而发生故障时，一定要在表1规定的时间内可靠动作。为达到上述两项要求，应符合下列两式的规定：17２）外露导电部分接地电阻ＲＡ值得确定按ＴＴ系统的接线图和等效电路图（见图３）。若忽略相导线电阻Ｒｐｈ可得Ｉｄ的计算式：Ｕ０

Ｉｄ＝

（７）ＲA＋ＲＢ式中：ＲＢ变压器低压侧中性点系统接地电阻（Ω）。将式（７）代入式（６），经整理后可得

Ｕ０

ＲA

≦－ＲＢ

（８）５Ｉ∆ｎ当确定Ｉ∆ｎ后，按式（８）计算出ＲA的最大允许值。请在此输入您的标题设定Ｉ∆ｎ为１００ｍＡ（分四档），计算得ＲA最大允许值于表２所列：3）外露导电部分接地电阻

阻值确定按TT系统的接线图和等效电路图（见图3）若忽略相导体电阻

，可得

的计算式：2021设定为100深mA(分4档)，计算芝的的最斯大允训许值祸列与莲表2，仅供示计算参著考。226、等电位盖联结equ婶ipo恼ten过tia听lb摧ond船ing（1）作用和积类别1）等电位叫联结可费分为两欢类，其满作用如形下：a）保护番等电焰位联绿结：哨为防而电击辱，保暖护人离身安绣全的么目的是进行办的等顷电位返联结素。b)功能等厚电位联购结：为已保证系赛统正常堤运行而仿进行的目等电位成联结。2）保护等水电位联菊结究其赛作用范攻围可分批为3种：a）总等电强位联结墙：将总定保护导财体、总接地导体和惧总接地醋端子，阿以及建表筑物内菠金属构悼件（钢碍樑、钢校柱、钢月筋等）悲和金属虽管道等源可导电邪部分连款接在一药起，见枣图5。b）辅助氏等电豪位联劲结：非将可检导电埋部分吃之间劈燕直接劈燕连通犁，使虹这些伙导电皮部分跌电位逝相等找或接透近。c）局部傲等电兰位联铜结：哲在局敢部范吼围内棋将各导可导熔电部搭分连封通，曾以进遭一步掏降低研接触淋电压唱。2324（2）等胁电位杂联结理和接盾地的霸关系就防辟电击邻而言踢等电哄位联鬼结和跪接地是两种保猫证电气帝安全的河措施，须而等电净位联结纠更为有屈效；但后就泄放蔽电流和坏净电荷枪，则必豪须接地有。等电芽位联横结是印使可版触及筛的各拼可导椅电部扰分之本间的萌电位劫相同榆或接遍近，注并不硬一定挨要接阴地，献比如挽飞机嚼上是两有很径好的敢等电寇位联段结，科但没段有接贫地，防电击蓝十分装有效肢。事实终上，按在建榆筑物科内的锤等电饮位联颈结，忽由于衫和建籍筑物掀金属栽结构臣体、泛基础犯钢筋节连接造，必晶然是雕接地种的，纤不一司定专瘦设人挤工接絮地极逼。至于研还有核一种影故障那防护匠措施退，是晋采用吼在非盯导电走场所杠内，欺要求步设置是“不倡接地仅的等漏电位态联结估”，烂这种嘉情况训下，明就不笨允许监接地纹了，岛当然猎，就针不能爹和建仅筑物白金属萌构连螺接了句。25（3）等电位兼联结的叫措施1）可导哭电部浪分划察分为傍两类哑：a）外露导编电部分芳——应瞒为“电货气装置爽的外露哑导电部填分”；b）外部导义电部分扬，或“菠装置外竟可导电寻部分”冬，指金更属结构详构件、雅水暖管疾道等。2）外露饺导电良部分育的连场接：同通过PE导体现将所爽有Ⅰ林类的深电气鸟设备三（配壁电箱牙、控摸制箱麻等）评和用刑电设包备连各接在愁一起我，不纱需要屋任何充其他早措施挠。见渐图5。3）外部导幅电部分匆的连接土：所有灭外部等币电位部申分均连迫接到“耕总等电唤位连接翼”母排云上，此障母排应胳和总配厉电箱内仍的PE母排相抢连接，斗见图5。4）所有建婚筑物（虏工业、蒙公共和骆居住建嫌筑）均而应在引绑入处就低近的地迁点做总午等电位蹲连接。265）属于下侍列情况怒之一的卸，应再光做局部讽等电位搏联结或拣辅助等录电位联孕结：a）发生故肌障时，宝保护电叫器不能研满足自芝动切断赵电源要幅求的；b）配电箱翼或配电舰回路同时给固渗定式既或手伤持式仁、移强动式距用电挺设备库供电保时，甲当不荐能满弱足式9要求的膊。c）特殊搜危险唉场所尊，对疫防电拥击有笼更高唤要求盲的，如如浴惜室、家庭及宾馆歪的洗浴从室，医匀院的1、2类场戒所，嫂和有址火灾圣危险跑和爆拿炸危许险环若境等粘。27（4）PE导线的要求1）可以吵作为PE导线叠的有a)和相鸭导体姓穿在徒同一浓套管现内的袍导线舱；b)多芯怎电缆愚中的狂一根祥芯线抛；c）单独听固定敷超设的裸计导体或权绝缘导艺体（应纵与相导暮体靠近更）（注章）d）连接月可靠满侨足截面要求担的穿艺线钢锅管、征电缆殿金属比护套嘱、电必缆铠济装、艳电缆析屏蔽随层，灶以及猾金属拐槽盒呈。(注)2）以下壳金属部丢分不允饱许作为PE导体或祖保护联愁结导体危。a)金属加水管耻；b)正常承些受机械应力的结摆构件烂；c)柔性或待可弯曲揉的金属无导管；d)含可述燃材岭料的子金属抬管e)柔性忌的金俭属部温件f)电缆托盘摧、电准缆梯柜架。28（5）PE导体的置截面1）简易冒法：29（2）截面裁较大盖时，荷按简址易法永确定往往率偏大漆，应长按式厅（10）计般算。30《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）

相导线截S(mm2)保护导体(PE)截面(mm2)S≤16S16<S≤351635<S>400S/2400<S>8002003）不与相导菊体共处于同一聪外护突物内最的PE导体的勿截面积放不应小椒于：a)有机垫械损吼伤防怒护时勇：铜2.乓5街mm2，铝16右m炊m2；b）无机依械损伤军防护时抓：铜4m秧m2，铝16议mm2；4）TT系统的PE导体梯截面枣不超胆过铜25务mm2，铝35辣mm2。5）两宁个或诱多个毁回路粒敷设引在一块起时煌，可厨共用牙一个PE导体党，其期截面具应按弄最大拜一回循路的丢要求超确定土。316）永久复连接的吉用电设捞备的PE导体预谨期电流叫超过10m梁A时，PE导体截较面应符泥合下列烂条件之番一:a)铜导体衔不应小串于10m拾m2，铝扮不应剪小于16宫mm2；b)不满擦足a)项要求份时，应卸为该用舟电设备喂敷设第挨二根PE导体昨，和费第一服根PE同截面滚，并连宾接到单校独的接卧线端子谁；c）采祸用铜锁芯PE导体罚和铜销芯相鞋导体担在一津根多猴芯电伤缆中隆时，血电缆巧中铜是导体佳截面归积总和不应蜂小于10m挣m2；d）PE导体赛穿金特属管渡，并汁与金绳属导逼管并谅接时竖，其藏截面尊不应蚊小于2.犯5m热m2。7）PE肃N导体要泥求：a）PE乖N导体截船面不应刊小于：检铜10散mm2，铝16蓄m军m2。b)外部形可导疼电部扑分不桃允许挤并作PEN导体功。32（6）PE导体施虎工及其吵他要求1）应采硬用连接多器或螺凉栓连接咳。2）PE导体及PE唱N导体中微，不应倚插入任厕何开关被器件、庆隔离器归。337、保护电气的选择切与整定前面论谊述了故赞障保护捧的要求努，还有禽过电流鸡保护要售求，都莲应落实捎到配电鼓系统的跳保护电招器（断健路器、冈熔断器碗）的选截择和参硬数的整吐定，以主及线路私导体截佩面的确龄定。保护晓电器到的选您择，消除符限合电婚压、束频率士和环偏境条嚼件等数基本爽要求很外，森应符腿合下景列六耽项要弟求。（1）故障防晶护1）采用邮断路器的瞬咐时过电苍流脱扣艺器时，条按式（2）确哭定；2）采用熔碍断器时棕，按式旱（3）确顾定；3）采用RCD时，按蹈式（4）及苍式（5）或笔（6）确档定。34（2）设计实辣施1)采用断拢路器的胡瞬时过替电流脱弃扣器时编，应满块足式（2）的规要求鸟：2）采用认熔断佛器保眠护时资，应娱满足钟式(3舅)的要求能：355、TT系统的魔故障防是护1）TT系统采洪用RC铜D作故障扫防护应暂满足式丧（4）的匪要求（4）TT系统通荷常采用RC俩D作故擦障防巴护；鉴除非谣故障夜回路起阻抗墓特别梅小，破也可阵用断嘉路器杆或熔努断器沉作故祸障防缎护，稿这样拐是不被经济逼的，只也没伙有必厕要。36（2）设计实促施1）设计凯中确或定值，李应保冬证正车常运阅行中迁不会生发生私因正名常泄漏电流导玩致的误努动作，阀而发生恳故障时盒，一定糖要在表1规定的扶时间内穷可靠动蛮作。为达到仪上述两晋项要求杀，应符喉合下列脆两式的来规定：37（2）短路负保护1）应符雀合式夫（11）的仁要求效：注：式语（11）与插式（10）相同芝，式（10）用于PE导体热钩稳定计乘算，式臭（11）用于铅相导体规热稳定玩计算，麦其区别伶在于K值不蚂同，洁因两磁种导霸体的泛初始丸温度通不一欣样。382)当t＜0.1银s时，何应计祸入非扇周期真分量过的影脱响，攻为此过，应扒该式(12遮)计算：39(2)过负荷状保护1）过负坡荷保梯护电纵器的随动作旨特性由，应孕符合火式（13）或式饺（14）的秧要求昨：402）实施：岸鉴于I2值是产屑品标准半规定的德参数，嘉工程应果用不方郑便，作收如下变奥换。a采用断路器时墙，按肝国标GB屑14遇04撑8.商2-轿20瞒08按国标GB1师096稻3经代颗入式翠（14）后勺，结怎果式挨（14）已包棋含在式裙（13）中代，即易满足爹式（13）即已满足断式（14）。b采用哄熔断阻器时君，按淋国标GB1非353帆9.1孟-20坑08（10），当≥16仅A时，=1.疼6。按标夺准实验裁分析，典结果是≥16A时，内符合铅式（13）即夸满足喜式（14）规翁定，灭仅适炎用gG型熔断摊器。注：—熔断三器熔体墨额定电辽流（A）。201刺5-0反5-1判241（4）用电曾设备王启动庭要求以笼畏型电贝动机推直接旦启动射为代访表，辩选择害要求般如下荐：1）采用抄断路疲器时片，应蒜符合与式（15）要求认：422）采用熔免断器时a）宜选吩用“逃部分蓝范围端分段凯电动舱机专捷用”护的aM型熔断涛器，应喊符合式朵（16）要求利：b）当选赢用“全图范围分皮段一般屯用途”屈的gG型熔断勤器时，志宜按式胡（17）选驾择：注：aM型熔害断器补不能誓作过泪负荷秘保护暴；而各电动城机终酸端回稍路的蓬过负溉荷保弄护时价依靠醉热继听电器州实施该。43（4）选择性祥动作为提由高供演电可旷靠性剩，便劣于维样修，嘉故障涝时应迹缩小两停电蚁范围警，要恳求配耀电线骑路的蓬上下午级保鞠护电捞器的插动作腾特性防应具慎有选申择性怜。1）采用熔狱断器：gG和gM型熔断谊器；当裕弧前时吐间大于0.0没1s时，额寺定电流薪之比为1.6劳:1可保份证选纸择性竞。例如16-奥25-捞40-全63-器100后-16释0-2纸50-任400洒A之间;20胃-3末2-仇50洪-8父0-债12记5-寇20资0-押31雪5-迷50荡0A之间偏。2）采用桃断路邪器：非选梯择型赔断路比器（肌具有富反时卵限和仅瞬时疏动作台脱扣吉器）壁：仅不具有垫局部阶选择盟性；b)选择型蜓断路器芹（具有夏反时限兆、定时竞限和瞬鹿时动作启脱扣器黎）：依船靠定时流限（短圣延时）管脱扣器虫的正确异整定，少可保证可选择性塌，但应裹符合式(18颜)要求扣。44上级她断路拐器除符合糟式（18）要求垫外，其陷瞬时过瓶电流脱锯扣器的用整定电惭流还应宵大于下纺级断路乐器出线计端的最怪大短路康电流，最以避免偿破坏选粒择性。如有头装有歉两级选择型断起路器讲时，削上级帝定时夏限脱圆扣器弯之比下级姥大1.3倍外，烧其延时忍时间也棍应比下典级的延移时大至冒少0.1津5s。453)采用RC稻D上级RC皱D的额究定剩妄余动讨作电芦流至少应不比下级RC撒D的大3倍，末电端回路于的RCD应为独瞬时蛮动作秩（当题故障递电流叠大于5时，其办动作时课间不超抢过0.觉04外s），崖而上虏级RC打D应选用泛延时型驻，延时虚时间宜崖为0.歌1~堡0.誉15克s。46(5拥)分断能力保护搂电器研的分断能力（队周期分绍量有效榴值）不房诚应小于定出线端锁的最大恳短路电甘流。当崇短路点次附加所江连接电樱动机额忘定电流犁之和超们过短路革电流的1%时，饲还应