低压配电系统故障防护和保护电器选择

1、1、低压配电系统的故障防护和保护电器是中国航空计划设计研究总院2016年5月12日，二、一、接地防护的意义配电系统的核心问题是保证电安全、可靠性和节能三项原则故障防护是关系到电安全、电力供应可靠性的重要因素。 低压配电系统故障有短路、过载、接地三种。 前两个统称为过电流，其结果导致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)，更严重的结果是电气火灾另外，接地故障除了上述结果之外，还可能使电气装置露出的导电性部分带电，操作人员接触危险的电压而触电。 这是我们面临的最值得关注的问题，也是需要研

2、究的地方。 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 )被改称为“接地保护”，是一项重大进步的2011年低压配电设计规范(gb 50054 ) 遵循iec理念2011年以后，gb16895.21-2011被称为“故障防护”，遵循iec名词。 4、2、故障防护的要求必须使绝缘破损或故障，露出的导电部分带电，汇总起来，采用两种措施。 (1)在规定时间内自动切断电源1 )依赖保护电器(断路器或保险丝)的合理设置和正确的整定。 2 )断路时间为表1的规定(交流)，5 )，(2)降低故障时露出的

3、导电部分的接触电压1 )防触电的种类是类似的电气设备(实际上大部分是类似的)，露出的导电部分必须连接pe线接地。 在发生了接地故障的情况下，如果在表1规定的时间内不能切断电源，则事故电流在pe线上产生的电压降是露出的导电部分的接地电压(参照图1和图2 )通常能实现的1/2 (时=时)或1/3 (时=1/2时)。 2 )对策为等电位耦合，是降低接触电压的有效方法。 注：pe线的截面，相线的截面。 另外，1 )需要增设电流在20a以下的一般插座2 )电流在32a以下的室外移动设备。 附加保护采用残留电流保护器(rcd )，其额定残留工作电流为30ma，不能代替其他基本保护和故障保护措施。6、7、8

4、、3、低压配电系统的接地模式和应用(1)三个接地模式1)tn接地模式：根据pe和n导体的组合，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)特征和故障保护要求1)tn系统的故障电流()大，通常可以用电流保护电器(断路器、保险丝)保护。 然而，远离变电站，线路截面不大(例如道路照明)，可能较小，过电流保护电器难以满足工作要求，需要采用rcd保护，参见图2。 2)tt系统故障电流小，通常不能使用电流保护器，要用rcd保护，见图3。 3)it系统的故障电流更小，是微小的毫安级，接触电压也小，可以不切断电源地

5、继续运行，但应该发出警报的万一发生第二次接地(异相)时，tn系统(露出的导电部分都接地时) 10、11、(3)应用场所1 )建筑物(工业和民间)内一般用tn连接到同电位，有变压器的建筑物为tn-s，从建筑物外供电，在tn-c-s处同电位，防触电条件与tn-s同等，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，因此在难以连接到同电位的室外场所(道路照明、庭院照明、施工现场等)必须采用tt系统。 3 )电力供应确切、电源不断的地方，适用于医院的手术室、消防用电、紧急系统、矿山、钢铁等重要的生产场所等it系统。 4 )变电站低压侧pe连接

6、变电站低压侧中性点应引出无法直接接地的一根导体，实际上是pen导体，对于与低压配电盘连接，pen导体必须与地绝缘的两台或多台变压器的变电站，从各变压器的中性点引出的pen导体为低压这个pe导体可以多点接地。 12、13、(4)同一低压配电系统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 )来自变电站的馈线，可以分别以tn-c、tn-s、tn-c-s、tt等的方式参照图1，但不能直接引出it系统。 3 )低压馈电器为tn-c，接下来会出现tn-s、局部tt，但不允许反向。 tn-c不出现在tn-s后面，tn-c和tn-s不出现在tt后面。 4 )在低压供电线为tn的

7、情况下，之后可以设置绝缘变压器，形成局部的it系统，该绝缘变压器二次侧的带电导体不允许接地，就像电源不接地的it系统一样。 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、设备露出的导电部分)进行任何连接，n线反复接地是完全错误的。14、4、tn系统的故障防护(1)tn系统中配电线的故障防护电器的动作特性为(1)的要求：15、(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)采用保险丝保护时，式(3)的要求：1 tt系统应采用rcd作为故障防护，式(4)的要求tt系统只要通常应采用rcd作为故障防

8、护的故障电路的阻抗特别小，就可以保护断路器和保险丝不受故障影响，不经济，也不需要。 17、(2)设计实施例1 )在设计中确定值，保证在正常运行中不会因正常漏电流而引起误动作，如果发生故障，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，应该满足以下两个公式的规定：)露出的导电部分的接地电阻值确定，根据系统的布线图和等效电路图(参照图)。 忽略相导线电阻时得到的计算公式： () a式中为变压器低压侧中性点系接地电阻() 如果将公式()代入公式()中，则在确定a ()后，用公式()计算a的最大允许值。 请在、这里输入标题。 设定为(4阶段)，计算出的a的最大允许值列在表中：20，3 )根

9、据露出的导电部分的接地电阻值，在tt系统的布线图和等效电路图(参照图3 )中忽略相导体电阻的话，计算式：21，22，设定为100ma阶段)，计算出的最大允许值的列和表2为计算参考、23、6、等电位连接(1)作用和类别1 )等电位连接分为2种，其作用如下： a )保护等电位连接：为了防止触电，为了保护人身安全进行等电位连接。 b )功能等电位连接：为了保证系统正常工作而进行的等电位连接。 2 )保护等电位连接的作用范围是，a )总等电位连接：通过将总保护导体、总接地导体和总接地端子、建筑物内的金属部件(钢梁、钢柱、钢筋等)和金属管等导电性部分连接，如图5所示。 b )辅助等电位耦合：将导电性部分

10、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为了防止触电，等电位连接和接地是保证电气安全的两种措施，等电位连接更有效，但要释放电流和净电荷，必须接地。 等电位连接是使可以接触的各导电性部分间的电位相同或接近，不一定要接地。 例如，飞机有良好的等电位连接，但不接地，有效防止触电。 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，所以一定要接地，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”，但这种情况下，不允许接地，当

11、然不能与建筑物的金属构造连接。26、(3)等电位连接的措施1 )导电性部分分为2种： a )露出的导电性部分必须是“电气装置的露出导电性部分”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 )暴露导电部分的连接：通过pe导体连接所有种类的电气设备(配电箱、控制箱等)和电气设备，不需要其他措施。 参照图5。 3 )外部导电部分的连接：所有外部等电位部分必须与“总等电位连接”的母列连接，该母列必须与总配电盘内的pe母列连接。 4 )所有建筑物(工业、公共和居住建筑)必须在引进地附近的地方进行总等电位连接。27、5 )符合以下任一情况时，应该进行部分等电位连接或辅助等电位

12、连接。 a )故障时，保护电器不能满足自动关机的要求b )配电盘或配电电路同时向固定式或手持式、移动式电气设备供电时，不满足式9的要求。 c )特殊危险场所、电击防止要求更高的是浴室、家庭和酒店的入浴室、医院的一两种场所、有火灾危险和爆炸危险的环境等。28、(4)pe导线的要求4 )能作为pe导线的有： a )与相导体通过同一套管内的导线b )多芯电缆中的一根芯线c )单独铺设的裸导体或绝缘导体(应该接近对方导体)(注) d )可靠地满足截面要求的穿线钢管、电缆金属护套，以及(注)2)以下金属部分不能作为pe导体或保护连接导体使用。 a )金属水管b )正常承受机械应力的结构c )具有柔软性或

13、弯曲性的金属管d )含有可燃性材料的金属管e )柔性的金属部件f )电缆托盘、电缆梯子。29、(5)pe导体的截面1 )简易法：30、(2)截面大的情况下，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 )有机械损伤防护时：铜2.5mm2、铝16mm2； b )没有机械损伤防止时：铜4mm2、铝16mm2； 4)tt系的pe导体截面为铜25mm2以下，铝35mm2。 5 )如果安装了两个以上的电路，可以共享一个pe导体，并且其截面必须根据最大电路要求而确定。 32，6 )永久连接的电气设备的pe导体的预想电流超过10ma时，pe导体截

14、面为以下条件之一：a )铜导体不在10mm2以下，铝不在16mm2以下；b)a )不满足项的要求时，在该电气设备上敷设第二个pe导体必须与单独的连接端子连接的c )将铜芯pe导体和铜芯相导体用于一根多芯电缆时，电缆中的铜导体截面积的总和在10mm2以下；d)pe导体通过金属管，与金属管并联连接时，其截面必须在2.5mm2以下。 7)pen导体的要求： a)pen导体的截面请控制在铜10mm2、铝16mm2以下。 b )外部的导电性部分不能制作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 )请不要在pe导体及pen导体上插入开关设备、隔离器。、34、7、保护电的

15、选择和整定前故障保护的要求，过电流保护的要求必须执行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确定。 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 )采用断路器的瞬时过电流脱扣器、采用式(2)决定的2 )保险丝、采用式(3)决定的3)rcd的情况下，用式(4)和式(5)或式(6)决定。 35、(2)设计实施1 )采用断路器瞬时过电流脱扣器，应满足式(2)的要求：2)采用保险丝保护，应满足式(3)的要求： 36、5，tt系统的故障防护1)tt系统应采用rcd作为故障防护：式(只要tt系统通常应采用rcd作为故障防

16、护的故障电路阻抗特别小，就可以保护断路器和保险丝不受故障影响，不经济，也不必要。 37、(2)设计实施例1 )在设计中确定值，保证在正常运行中不会因正常的漏电流引起误动作，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，必须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的值不同，两个导体的初始温度不同。 在39、t0.1s的情况下，应该计算非周期成分的影响，因此，式(12 )的计算：40、(2)过载保护1 )过载保护电气设

17、备的动作特性应该根据式(13 )或式(14 )的要求：41，2 )来实施： i2值由产品标准规定在采用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，如果满足式(13 )，则满足式(14 )。 在b是保险丝的情况下，国家标志gb13539.1-2008(10 )，在16a的情况下=1.6。 根据标准实验分析的结果，在16a的情况下，式(13 )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)电气设备的启动要求以笼型电动机的直接启动为代表，选择要求如下：1)在采用断路器

18、的情况下，式(15 )的要求：43、2 )在采用保险丝的情况下a )应该采用部分范围分割电动机专用的am型保险丝，应满足式(16 )的要求在采用全范围分割一般用途的gg型保险丝时，应如式(17 )那样选择：注： am型保险丝不能过载保护； 电机终端电路的过载保护通过热继电器进行。 44、(4)选择性工作，为了提高供电可靠性，维护容易，故障时应该缩小停电范围，配电线上下位保护电气设备的工作特性需要选择性。 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，能保证选择性。 例如，在16-25-40-63-100-160-250-400a之间，在20-32-50-80-125-200-315-500a之间。 2 )采用断路器：非选择型断路器(具有反时限和瞬时动作脱离器):仅具有局部选择性的b )选定型断路器(有反时限、定时时限和瞬时动作脱离器):定时时限(短时间)通过脱离器的正确整定，能够保证选择性，但要求满足式(18 )。 45、上层断路器除了满足式(18 )的要求外，瞬时过电流断路器的整定电流请大于下层断路器线端的最大短路电流，以免破坏选择