1、,中国寰球工程公司,低压配电设计中的保护问题,电气系统 Electrical Power system IEC 50. 601-01-01.All installation and plant provided for the purpose of generating, transmitting and distributing electricity. 所有的发电、输电、配电（用电）为目的的装置和工厂的组合。 电工：由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产和消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电变电、和配电将电能供应到各用户。 狭义的：(偏重“
2、电网”) 601-01-02 电工：电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分。它包括输电、变电和配电3个环节。用于输电和配电的变电站、电线电缆和专门的装置 如：华北电网 330KV 110KV电网等,一.几个基本概念,输电（transmission of electricity） IEC50 601-01-09.The transfer in bulk of electricity , from generating stations to areas of consumption.从发电厂到用电地区的大量的电的输送配电（distribution of electricity ）IEC50 6
3、01-01-10The transfer of electricity to consumers within an area of consumption.在用电区内，把电力输送给电力用户电工：电力系统中直接与用户相连、并向用户分配电能的环节。配电系统由配电变电所、高压配电线路、配电变压器、低压配电线路及相应的控制保护设备组成。发电、变电、和电力变换（略）,电网,一.几个基本概念,低压（LV）：小于等于1000VAC （IEC50. 601-01-26） 小于等于1500VAC （IEC60364-1，11.2 不是定义，仅是适用范围） 高压（HV） 大于LV 输电网上的较高的值. 中压（M
4、V） （UK和Australia not used ）介于高压和中压之间，国内一般指3-66KV并与高压有交迭，一般30-100KV，为交迭区,二.低压配电系统的主要元件（组成),电源（变压器），开关和控制设备，导体，用电设备 电源：变压器，UPS，DC盘，发电机 开关和控制设备：控制、测量、保护、调节器件及外壳、支架等附件,是执行隔离、分合、保护、控制中的一项或多项功能的设备. MCC应属控制设备 导线：母线，导线，电缆。 用电设备：电动机，照明灯具，电热器，插座，家用电器等。,二.低压配电系统的主要元件（组成),电气设计的任务就是合理的选择,组合系统中的每一个元件，并指出安装方法和安装位置
5、。本节重点介绍：开关和控制设备中的隔离和保护功能，及电缆相关问题,三.隔离（isolation）与分合（switch on off）,定义：IEC862.08.01 因为安全原因而将整个装置或其单个部分从各受电点分离的功能。中心意思为带电导体的电气隔离，隔离的功能是在执行工作维修、故障测定或更换设备之前，为人提供安全。机械检修（不接触）和电气检修（接触带电体）均要求或保证电气装置正常工作的需要.,三.隔离（isolation）与分合（switch on off）,规范要求： 低配2.1.3条：当维护、测试和检修设备需要断开电源时，应设置隔离电气2.1.4条：隔离电器应使所在回路与带电部分隔离。
6、包括相线，N线，但不包括PEN线。IEC462.1 每个电路都应与每根带电的供电导线相隔离，但461.2条所述者除外。如果运行条件允许，可以采取一种共用装置将成组电路隔离。,三.隔离（isolation）与分合（switch on off）,对规范的理解： PEN不得隔离1：隔离是必须的， N线不需要隔离可以成组隔离2四极（双极）开关不能滥用IEC461.2:在TN-C系统中，PEN不得被隔离或开关在TN-S系统中，N不需要隔离或开关对危险1区，要求同时断开相线和N线.对危险2区，没要求，但检修时最好也断开N线在TT系统中，应为电修设四极开关，在IT系统中：不存在N时,三极,三.隔离（isol
7、ation）与分合（switch on off）,建议：总进线及母联开关，带漏电保护时 用四极，否则用三极MCC及配电柜进线四极隔离开关出线回路用三极开关或单极，但对危险1区用4极或2极开关问题：IT系统当N引出时，因电气维修安全是否要装四极开关,三.隔离（isolation）与分合（switch on off）,3隔离电器：隔离开关，隔离插头，插座与插头，连接片板，熔断器，具有隔离功能的断路器条件:A在断开时，冲击耐受电压达标B.断开触头间漏电流，新的为0.5mA，寿命期前为6mAC.隔离距离，明显可见，并用“分、合”标示D.防意外合闸E.能承受短路电流,三.隔离（isolation）与分合
8、（switch on off）,分合：定义没有找到用途：在正常运行中使装置的任何元件通电或断电，除上面外，接触器，继电器（包括半导体继电器）都是分合设备问题：隔离与分合有何不同，有何联系？,四.配电线路保护的要求,低配4.1.1条，配电线路应设短路保护，过负荷保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号4.1.2 条：配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性，各级之间应能协调配合，但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性切断4.1.3 条：对电动机、电焊机等用电设备的配电线路的保护，除应符合本章要求外，尚应符合现行国家标准通用用电设备配电设计规范（GB 50055-94）的规
9、定。,四.配电线路保护的要求,通用用电设备配电设计规范（GB 50055-94）第四节 低压电动机的保护第2.4.1条 交流电动机应装设短路保护和接地故障保护，并应根据具体情况分别装设过载保护、断相保护和低电压保护。同步电动机尚应装设失步保护。,四.配电线路保护的要求,过电流：任何超过额定值的电流 短路：short circuit GB2900-1-82通过一个比较低的电阻或阻抗，偶然的或有意的对一个电路中正常情况下处于不同电压下的两个或几个点之间的连接短路电流：正常操作条件下，由于具有不同电位的带电导体之间出现阻抗可忽略不计的故障而引起的过电流后果：火灾及巨大机械力,四.配电线路保护的要求,
10、过负荷电流：电路在非电气故障条件下的过电流 例如：堵转、欠电压。(缺相、及过热等)后果：绝缘老化加速，寿命缩短 接地故障(earth fault; ground fault)：4.4.1条文解释中：接地故障是指相线对地或与地有联系的导体之间的短路，它包括相线与大地，PE线，PEN线，外壳等等.IEC195.04.14考虑中 工民手册P746中，也有问题：电动机电压偏离额定值时，电流如何变化？,四.配电线路保护的要求,五.过负荷保护,1 保护电器：熔断器或带过载脱扣器的断路器. 2 保护要求：第4.3.4条：过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件：IBINIZI21.45IZ式中IB-线路计
11、算负载电流（A）；IN-熔断器熔体额定电流或断路器额定电 流或整定电流（A）IZ-导体允许持续载流量（A）I2-保证保护电器可靠动作的电流（A），当保护电器为低压断路器时，I2为约定内的约定动作电流，当为熔断器时，I2为约定内的约定熔断电流。,五.过负荷保护,I2：约定时间内的熔断电流对g1熔断器，约定时间1小时，熔断电流1.6In对g2熔断器，约定时间1小时，熔断电流1.6InX0.9对断路器，约定时间1小时，脱扣动作电流1.3 IN。,五.过负荷保护,例：照明末端电路：计算电流13A，选3X2.5mm2电线（载流量Iz=20A）选g1熔断器 In=16AI2=1.6X In=25.6 1.
12、45 Iz=29，通过选g1熔断器 In=20AI2=1.6X In=32 1.45 I2=29，不通过选断路器 20AI2=1.3X In=26 1.45 I2=29， 通过,五.过负荷保护,问题：计算电流13A，选3X2.5mm2电线（载流量I2=16A）选断路器16A，能否通过过负荷校验?,五.过负荷保护,3.过载保护电器的安装位置 回路的供电端和回路分支处FI TF2,五.过负荷保护,4.过载保护的免装（防爆区有要求者除外） 通设2.4.6条：功率小于等于3KW连续运行（次重要的）; 断电导致的损失比过载更大时； 短时工作或断续周期工作的电动机.典型用户：轴流风机,五.过负荷保护,4.
13、过载保护的免装（防爆区有要求者除外） 不可能过负荷的线路，如电热水器 分支变化，但上级防护电器仍能有效防范其过载 回路电源的容量很小，不可能输出导致过载的电流 从安全原因建议：例 激磁回路，CT二次回路吊运铁件的线圈等,五.过负荷保护,过载保护可采用： 热继电器，要区别脱扣等级（10，10A, 20，30）在7.2倍IN下脱扣时间小于XXs 反时限特性脱扣器 反时限电流继电器 温度或其他适当的保护整定值略大于或等于电动机额定电流,六.短路保护,后果：能直接引起各种电气危险和灾害。金属性短路：短路点阻抗小，可忽略不计电弧性短路：短路点阻抗大,六.短路保护,1 绝缘导体的热稳定校验 条件0.1t5
14、 t 短路电流的持续作用时间，短路切除时间 取值：断路器工民手册P173，表5-7t=tb+tgu+ thu tb 主保护动作时间 tgu 固有分闸时间 NS：2530ms IsomaxS: 3.522ms thu燃弧持续时间0.010.02秒 一般来说：对HV断路器，馈电回路取：0.15S；进线取：0.5S 对LV断路器，馈电回路取：0.1S；馈电回路带短延时取：0.3S；总进线取：1S熔断体通常在0.01s内熔断,六.短路保护,对配电线路，如果已知K、t、S 则可求IF.max=KS/t 1/2 Lmin对电动机回路可不校验，一级负荷需校验 (通设2.5.4条),六.短路保护,2 按短路电
15、流校验低压断路器动作的灵敏性 线路末端短路IkminKiIzd Ki=1.3TN 为相-中或相保短路TT 为相-中线短路IT 两相,六.短路保护,3. 用断路器做电动机短路保护 选电动机保护型 瞬动脱扣器整定电流应取电动机起动电流的22.5倍 电动机额定电流Ied, 起动倍数58倍，峰值约22.5倍起动电流 断路器瞬动：一般1014倍固定 NS80H-MA：（614）In IsomaxS: 13倍固定 ;（412）倍,六.短路保护,六.短路保护,七.接地故障保护,不同于接地短路：短路电流较小；可能长时间存在；存在范围大； 后果：间接电击；火灾；线路损坏；1. 规范要求低压配电：第441条 接地
16、故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故。接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地型式，移动式、手握式或固定式电气设备的区别，以及导体截面等因素经技术经济比较确定。保护目的：防止人身间接电击，电气火灾及线路损坏等,七.接地故障保护,直接电击：电气装置没有发生故障，正常工作时人体触及带电部分的电击事故。防护措施（略）间接接触：IEC826.03.08人或家畜与在故障状态下已带电的外露可导电部分相接触。 当电气装置因绝缘破坏发生接地故障，原本不带电的外露可导电部分因此带对地故障电压时，人体接触此故障电压而引起的电击，称为间接电击。移动式、手握式电气设备IEC826.07.0
17、407 不可移动式设备：固定、没有手柄，18公斤以上,七.接地故障保护,2. 间接电击的保护措施：电气设备产品设计和制造中予以配置电气设计中予以补充： 不切断电源、切断电源 不切断电源：第4.4.2条 防止人身间接电击的保护采用下列措施之一时，可不采用本规范第4.41条规定的接地故障保护。一、采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备（II类设备）；二、采取电气隔离措施；三、采用安全超低压；四、将电气设备安装在非导电场所内；五、设置不接地的等电位联结。注：I类设备的定义应符合电气和电子设备按防触电保护的分类（GBT12501-92）的规定。,七.接地故障保护,电工电子设备防触电保护分类GB/T 1250
18、1-1990 O类：只有基本绝缘，没有接地（保护）线.例台灯,电风扇;已渐趋淘汰. 类：有基本绝缘外还有经PE线接地的分段 类：有基本绝缘外还有第二绝缘，形成双重或加强绝缘不采用保护接地. 例电视机,洗衣机等 类：依靠特低电压供电（50VAC，120VDC） 组合防护措施见下表,七.接地故障保护,3. 配电系统接地型式 配电系统型式的两个特征：带电导体系统的型式：AC系统包括：单相二线、单相三线、二相三线、二相五线、三相三线、三相四线、DC系统包括：二线制、三线制 系统接地型式的定义(略) 各类接地型式的特点分析TN 小 约1 欧以下 从接地回路阻抗的观点看： TT 中 约110欧IT 大 约
19、千欧IT 接地电流很小，不会产生危险接触电压 接地后外壳带电情况： TT 产生危险的接触电压，但不会蔓延TN 产生危险的接触电压，而且沿PE线蔓延石化系统选择接地型式的思考：另见拙文,七.接地故障保护,各类系统的保护方法是针对其特点进行的TT系统:切断电源的条件ZS Ia 50V； 总等电位联结； 采用电击防护电器 剩余电流动作保护电器（RCD-residual current device） 过电流防护电器如采用RCD则TT系统中性线不应重复接地。,七.接地故障保护,IT系统:切断电源的条件ZSIa 50V；绝缘监视器 采用电击防护电器 过电流防护电器剩余电流动作保护电器（RCD- resi
20、dual current device）IEC强烈建议三相IT系统不出中性线N。,七.接地故障保护,问题：PE线与N线分开后，形成TN-S系统后，为什么不能再合并？变电所设计中的直流系统是哪一类系统 化工系统中仪表系统采用哪一类接地系统为好（讨论题） 220V单相TT系统中，电源侧的接地电阻 RB为4欧时，设备侧的接地电阻 RA为多少，才能使设备外壳带电时对地电压低于50V。,七.接地故障保护,4.TN系统接地故障保护的基本条件（分断电源方法） 接地 总等电位联结（第4.4.4条）目前设计中未体现较多，应该加强，补充。具体作法见等电位联结安装图册(01D501-2),七.接地故障保护,5.TN
21、系统的接地故障保护 第446条 TN系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式要求：ZS Ia U0；ZS:接地故障回路阻抗Ia保证保护电器在规定时间内自动切断故障回路的电流（A） 熔体的熔断电流或脱扣器动作电流，或漏电动作电流的若干倍规定时间 对固定式设备：5S; 对手握式,移动式末端或插座0.4S不宜大于5S:这一要求并非十分严格,也考虑了防火的要求.U0 相对地电压值得注意：目前IEC工程建设标准没有看到关于一般环境中的插座要求用剩余电流保护器保护条文，中国工程建议国家标准也没有,七.接地故障保护,熔断器 电击防护电器： 过电流防护电器 断路器RCD,七.接地故障保护,分断电源方法：利
22、用短路保护兼不用剩余电流原理利用中性线（N）中的电流，即零序电流3相4线适用 接地故障保护三相电流矢量和剩余电流原理 三相+N线电流矢量和PE线电流漏电保护单元（不带过流保护）RCCB漏电保护断路器 RCBO漏电保护继电器电动机智能保护器,七.接地故障保护,用断路器实现：Ia取瞬动或短延时整定电流的1.3倍P749系统阻抗折算到 母线的 变压器 线路及保护低压侧的电阻值 电阻 电阻 回路的电阻意义与上对应,八.回路阻抗,系统阻抗：,八.回路阻抗,变压器阻抗：正序阻抗表4-2，P90,负序阻抗正序阻抗零序：与变压器的连接组别有关 Y,yn0:R0(1014)R(一般由制造厂通过测试提供) D,
23、yn11:R0=R X0=X见P129P130,八.回路阻抗,母线阻抗：P133 表4-33电缆阻抗：以单位长阻抗给出正序：R=Kjp.KLjR0 P420式(9-6)P419式(9-4)P422式(9-12),八.回路阻抗,负序正序相线零序 零序电阻：计算同上(正序) 零序 零序电抗：计算同上(但Dj改为D)保护线零序 零序电阻：计算同上(正序)零序电抗：计算同上(但Dj改为D)回路的零序阻抗 R0=R0+3R0p X0=X0+3X0p可查表直接得：R, X 值得注意：表4-34中的R, X包含了一米长的相线和一米长的保护线。,八.回路阻抗,简化： 一般说来，系统阻抗经折算较小，可省略。母线
24、阻抗也较小，可省略。变压器电阻较电抗为小，可省略RT,只计XT电缆较细(小于等于70mm2)时，电抗较电阻为小，省略XL,八.回路阻抗,用此公式：,进一步，如果XT较小，略去，但引进系数Kv=0.95,九.电缆截面选择,1.安装条件降容系数：A温度核正 B敷设方式 C危险区系数2.电压降：A正常工作期间 B启动期间3.热稳定；短路条件下4.与保护电器保证配合的要求,回路阻抗特别高的情况,如果因不可避免的高回路阻抗而使接地故障电流小造成不能满足过电流保护电器分断的条件,则可研究下列的可能性:,建议一:装一个瞬时分断设定值低的断路器这一解决方法是为较长回路提供人身保护.然而,必须注意被保护设备 (
25、变压器,电动机)不会由于励磁涌流而使保护电器误动.,建议二:在回路的前端装一个RCD在故障电流狠大的情况下,允许使用低灵敏度的RCD(130A),建议三:增大导线截面相线,PE,PEN,或同时增大,直到满足要求.,回路阻抗特别高的情况,建议四:做辅助等电位联结 既减小了接地回路阻抗,同时增强了接触电压保护措施.,规范要求低压配电： 第445条 当电气装置或电气装置某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时，尚应在局部范围内作辅助等电位联结。国标BG/T14821.1-1993(等效IEC60364-4-41)建筑物电气装置 电击防护 7.1.2.2条 辅助等电位联结 如果一个装置内
26、或装置的一部分内,第7.1.1.1条规定的自动切断电源条件不能满足,则应按7.1.6条规定实施辅助等电位联结. 7.1.3.6如果采用过电流保护器不能满足7.1.3.3,7.1.3.4,7.1.3.5条时可第7.1.2.2条和7.1.6条实行辅助等电位联结,也可采用剩余电流保护器实行保护.,十. 例,1. 变电所中低压配电系统采用TN-S接地形式。一电动机额定电压为380V，用350+125mm2电缆供电。已知该电缆单位长度的相保电阻为RL=1.59/km。当发生A相碰壳短路时，计算电动机外壳上的对地电位（忽略系统及变压器阻抗，忽略电缆感抗）最接近下列哪项数值？（A）Uc=110V （B）Uc
27、=147V（C）Uc=253V （D）Uc=220V解: 因为保护线的截面等于相线的一半,所以RL=RPE+RA= RPE +0.5RPE=1.59, RPE=1.59/1.5=1.06Uc=220*LRPE/L(RPE+RA)=220*RPE/RL=220*1.06/1.59=147V错1: 按相线电阻与保护线电阻相等计算,所以, Uc=220*1/2=110V错2: 取Uo为线电压380V, 所以, Uc=380*2/3=253V错3:没有计入相线上的电压降: 所以, Uc=220V结论: （B）Uc=147V,十. 例,2. 如果该企业内的低压配电系统，向位于火灾与爆炸危险环境内的用电设
28、备供电，那么，该供电系统的接地形式不宜采用下列那种？并简述其理由。（A）IT系统 （B）TT系统（C）TN-C系统 （D）TN-S系统解答过程： 解题依据:工业与民用配电设计手册，第715页, 第 二 节,二(4)分析: 在TN-C系统中,对与单相负荷或三相不平衡负荷及有谐波电流的线路,PEN线流有电流,其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属保护管上,另外PEN线上的电流在火灾与爆炸危险环境内可能引起爆炸.因此, 向位于火灾与爆炸危险环境内的用电设备供电,不宜采用TN-C系统.结论: （C）TN-C系统,十. 例,3. s”=83.37MVA2000kVA,6/0.4kV7.5%, D,yn11瞬时脱扣整定:1000AYJV-3x50+1x25M L=? M,十一. 存在问题,1.是否各级配电均需设置接地故障保护?,2.接地故障保护是否需要全面实现“防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故”人身保护 I30mA时？ 防火保护 I500mA时？,3.变压器二次侧零序电流互感器的安装位置？,4.四线乎？五线乎？,5.钢接地网的阻抗计算？,十二. 几句题外话,1.电气设计工作者重担在身;2.电气设计工作无上光荣;3.电气设计工作者任重而道远,纸上得来终觉浅 绝知此事须躬行,请批评指正,谢谢!,
