配電系統(tǒng)的接地與漏電保護(hù)器的配置技術(shù)論文
摘要:文章論述了配電系統(tǒng)的接地方式及適用范圍,并在簡(jiǎn)述了RCD原理后,指出了正確使用RCD的方法。
關(guān)鍵詞:TN系統(tǒng) TT系統(tǒng) IT系統(tǒng) RCD保護(hù) 接地 接零
電能是一種即發(fā)即用、便于傳輸、使用的清潔能源。我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度2000年全國(guó)發(fā)電量為1368.5TWH煼⒌繾盎容量達(dá)到319GW,居世界第二位。電氣化水平也得到了極大提高。電能已經(jīng)成為我國(guó)各方面建設(shè)及人們生活中不可缺少的能源。電能的使用已遍及各行各業(yè)。如:電能用于金屬熔煉、焊接、切割及金屬熱處理,用于電解、電鍍及電化加工,電能還用于運(yùn)輸工業(yè)、醫(yī)療及農(nóng)業(yè)灌溉等。現(xiàn)在,電能正愈來(lái)愈多地用來(lái)改善居住環(huán)境等。
1 接地方式
長(zhǎng)期以來(lái),電力安全運(yùn)行及正確使用電能一直是人們關(guān)心的問(wèn)題,而配電系統(tǒng)的正確接地及有效保護(hù)技術(shù)又是安全利用電能的重要方面。
電力系統(tǒng)中,有兩種接地方式,即中性點(diǎn)直接接地(亦稱大電流接地系統(tǒng)),另一種是中性點(diǎn)不接地(或經(jīng)消弧線圈接地,亦稱小電流接地系統(tǒng))。在110kV及以上的高壓或超高壓電力系統(tǒng)中,一般采用中性點(diǎn)直接接地,這是為了降低高壓電器設(shè)備的絕緣水平,也可以防止在發(fā)生接地故障后產(chǎn)生的過(guò)電壓,可免除單相接地后的不對(duì)稱性。這種接地方式下,接地故障所產(chǎn)生的零序電流足夠使繼電保護(hù)靈敏動(dòng)作,所以保護(hù)可靠。
中壓配電系統(tǒng)一般中性點(diǎn)不接地,所以,一旦發(fā)生單相接地故障,系統(tǒng)還能在不對(duì)稱方式下運(yùn)行二個(gè)小時(shí)。但是地下電力電纜大量使用及城市用電負(fù)荷急增,不少地方已開始采用中性點(diǎn)接地方式。
對(duì)380/220V的低壓配電系統(tǒng),除某些特殊情況外,絕大部分是中性點(diǎn)接地系統(tǒng),其目的是為了防止絕緣損壞后運(yùn)行人員遭受觸電的危險(xiǎn)。
這里舉一例說(shuō)明(見圖1),低壓三相四線制變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)接地,電氣設(shè)備外殼不接地。當(dāng)外殼帶電時(shí),有人觸及外殼,此時(shí)流過(guò)人體的電流為:
Iren=
式中:ux——相電壓(V)
。颍颍澹睢梭w電阻(Ω)
。颍啊拥匮b置電阻(Ω)
由于r0<<rren≈1500Ω,則Iren≈≌0.147A,結(jié)果遠(yuǎn)大于安全允許值。
2 漏電保護(hù)器
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB16917.1—97《家用或類似用途帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器的一般要求》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,漏電保護(hù)器可分:
。ǎ保┞╇妱(dòng)作開關(guān)(僅有漏電保護(hù)的保護(hù)器);
。ǎ玻┞╇妱(dòng)作斷路器(帶過(guò)載、短路和漏電三種功能保護(hù)器);
。ǎ常┞╇娎^電器(僅有漏電報(bào)警功能的保護(hù)器)。
。玻 保護(hù)器的工作原理
漏電保護(hù)是一種電流動(dòng)作型漏電保護(hù),它適用于電源變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)(TT和TN系統(tǒng)),也適用于對(duì)地電容較大的某些中性點(diǎn)不接地的IT系統(tǒng)(對(duì)相-相觸電不適用)。
漏電保護(hù)器工作原理見圖2。三相線A,B,C和中性線N穿過(guò)零序電流互感器,零序電流互感器的副邊線圈接中間環(huán)節(jié)及脫扣器。
在正常情況下(無(wú)觸電或漏電故障發(fā)生),由克氏電流定律知道:三相線和中性線的電流向量和等于零,即:
。剑
因此,各相線電流在零序電流互感器鐵芯中所產(chǎn)生磁通向量之和也為零,即:
+++=0
當(dāng)有人觸電或出現(xiàn)漏電故障時(shí),即出現(xiàn)漏電電流,這時(shí)通過(guò)零序電流互感器的一次電流向量和不再為零,即:
Δ+++≠0
零序電流互感器中磁通發(fā)生變化,在其副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),此信號(hào)進(jìn)入中間環(huán)節(jié),如果達(dá)到整定值,使勵(lì)磁線圈通電,驅(qū)動(dòng)主開關(guān),立即切斷供電電源,達(dá)到觸電保護(hù)。
2.2 漏電保護(hù)器性能參數(shù)說(shuō)明
2.2.1 額定漏電動(dòng)作電流(I△n)
它是指在規(guī)定條件下,漏電保護(hù)器必須可靠動(dòng)作的漏電動(dòng)作電流值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB6829—86)規(guī)定為0.006、0.01、0.015、0.03、0.05、0.075、0.1、0.2、0.3、0.5、1、3、5、10、20A計(jì)15個(gè)等級(jí),在0.03A(30mA)以下為高靈敏度,0.03~1A為中靈敏度,1A以上為低靈敏度。
2.2.2 額定漏電不動(dòng)作電流(I△n0)
這是為防止漏電保護(hù)器誤動(dòng)作的必需技術(shù)參數(shù),即在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)允許的三相不平衡漏電流。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定I△n0不得低于I△n的1/2。
2.2.3 漏電動(dòng)作分?jǐn)鄷r(shí)間
動(dòng)作時(shí)間是從突然施加漏電動(dòng)作電流開始到被保護(hù)主電路完全被切斷為止。為達(dá)到人身觸電時(shí)的安全保護(hù)作用和適應(yīng)分級(jí)保護(hù)的需要,漏電保護(hù)器分快速型、延時(shí)型及反時(shí)限型三種。
2.2.4 靈敏度α
一般漏電信號(hào)電流不可能很大,又要保證人身安全,我國(guó)規(guī)定的30mA信號(hào)電流可直接接觸保護(hù),國(guó)外可小到6mA。
漏電互感器的靈敏度由下式表示:
α=
式中:
E——副邊繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)模;
I——一次漏電流的模。
α反應(yīng)了漏電互感器對(duì)漏電流的反應(yīng)能力。根據(jù)電磁感應(yīng)原理計(jì)算得到:
=1/
采取加大鐵芯截面積,增加匝數(shù)N1,可以增加勵(lì)磁阻抗Zm,及增加負(fù)載阻抗ZL,則可以得到高的靈敏度。
3 低壓配電系統(tǒng)的接地
。常 三種接地系統(tǒng)
在我國(guó)的《民用電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16—92)標(biāo)準(zhǔn)中將低壓配電系統(tǒng)分為三種,即TN、TT、IT三種形式。其中,第一個(gè)大寫字母T表示電源變壓器中性點(diǎn)直接接地;I則表示電源變壓器中性點(diǎn)不接地(或通過(guò)高阻抗接地。第二個(gè)大寫字母T表示電氣設(shè)備的外殼直接接地,但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒有聯(lián)系;N表示電氣設(shè)備的外殼與系統(tǒng)的接地中性線相連。
。裕蜗到y(tǒng):電源變壓器中性點(diǎn)接地,設(shè)備外露部分與中性線相連。
。裕韵到y(tǒng):電源變壓器中性點(diǎn)接地,電氣設(shè)備外殼沒有專用保護(hù)接地線(PE)。
IT系統(tǒng):電源變壓器中性點(diǎn)不接地(或通過(guò)高阻抗接地),而電氣設(shè)備外殼沒有專用保護(hù)接地線(PE)。
3.2 TN系統(tǒng)
電力系統(tǒng)的電源變壓器的中性點(diǎn)接地,根據(jù)電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分與系統(tǒng)連接的不同方式又可分三類:即TN—C系統(tǒng)、TN—S系統(tǒng)、TN—C—S系統(tǒng)。下面分別進(jìn)行介紹。
e=宋體> 3.2.1 TN—C系統(tǒng)(見圖3)
其特點(diǎn)是:電源變壓器中性點(diǎn)接地,保護(hù)零線(PE)與工作零線(N)共用。
。ǎ保┧抢弥行渣c(diǎn)接地系統(tǒng)的中性線(零線)作為故障電流的回流導(dǎo)線,當(dāng)電氣設(shè)備相線碰殼,故障電流經(jīng)零線回到中點(diǎn),由于短路電流大,因此可采用過(guò)電流保護(hù)器切斷電源。TN—C系統(tǒng)一般采用零序電流保護(hù);
。ǎ玻裕巍孟到y(tǒng)適用于三相負(fù)荷基本平衡場(chǎng)合,如果三相負(fù)荷不平衡,則PEN線中有不平衡電流,再加一些負(fù)荷設(shè)備引起的諧波電流也會(huì)注入PEN,從而中性線N帶電,且極有可能高于50V,它不但使設(shè)備機(jī)殼帶電,對(duì)人身造成不安全,而且還無(wú)法取得穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位;
。ǎ常裕巍孟到y(tǒng)應(yīng)將PEN線重復(fù)接地,其作用是當(dāng)接零的設(shè)備發(fā)生相與外殼接觸時(shí),可以有效地降低零線對(duì)地電壓。
3.2.2 TN—S系統(tǒng)(見圖4)
整個(gè)系統(tǒng)的中性線(N)與保護(hù)線(PE)是分開的。
。ǎ保┊(dāng)電氣設(shè)備相線碰殼,直接短路,可采用過(guò)電流保護(hù)器切斷電源,如果線路較長(zhǎng),可在線路首端裝設(shè)RCD,靠它切斷故障電流;
。ǎ玻┊(dāng)N線斷開,如三相負(fù)荷不平衡,中性點(diǎn)電位升高,但外殼無(wú)電位,PE線也無(wú)電位;
。ǎ常裕巍酉到y(tǒng)不必重復(fù)接地,因?yàn)橹貜?fù)接地后對(duì)N線斷后保護(hù)設(shè)備作用不明顯;
。ǎ矗裕巍酉到y(tǒng)適用于工業(yè)企業(yè)、大型民用建筑。
3.2.3 TN—C—S系統(tǒng)(見圖5)
它由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成,第一部分是TN—C系統(tǒng),第二部分是TN—S系統(tǒng),其分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)。
。ǎ保┊(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生單相碰殼,同TN—S系統(tǒng);
。ǎ玻┊(dāng)N線斷開,故障同TN—S系統(tǒng);
。ǎ常裕巍谩酉到y(tǒng)中PEN應(yīng)重復(fù)接地,而N線不宜重復(fù)接地。
PE線連接的設(shè)備外殼在正常運(yùn)行時(shí)始終不會(huì)帶電,所以TN—C—S系統(tǒng)提高了操作人員及設(shè)備的安全性。
。常 TT供電系統(tǒng)(見圖6)
如圖6,電源中性點(diǎn)直接接地,電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分用PE線接到接地極(此接地極與中性點(diǎn)接地沒有電氣聯(lián)系)。
。ǎ保┊(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生相碰殼接地,環(huán)路阻抗Z=ZL+ZPE+Zf+RA+RB
式中:
。冢獭嗑阻抗;
。冢校拧校啪阻抗;
。冢妗嗑與外殼間接觸電阻;
。冢痢秒娫O(shè)備接地電阻;
。冢隆娫粗行渣c(diǎn)接地電阻。
由于ZL、ZPE、Zf很小,可忽略,接地電流:
。桑洌剑
按JGJ/T16—92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定RA·I'd≤50V,及I'd=
。铡嚯妷;
。桑В洹獮榈蛪簲嗦菲魉矔r(shí)或延時(shí)過(guò)電流脫扣整定值(A);
。桑洹獑蜗喽搪冯娏鳎ǎ粒
∴RA≤(15/29)·RB
如果RB≤4Ω,則:RA≤·RB=2.07Ω;接地電阻 的要求極其苛刻,較難實(shí)現(xiàn),因此一般要求RA取值范圍為4Ω~10Ω。
如果RA≤4Ω,則Ia≈12.5A。
由RL1型熔斷器特性曲線與自動(dòng)開關(guān)保護(hù)特性曲線得到的保護(hù)裝置允許最大整定值列于下表。
由表可知RA≤4Ω時(shí),熔斷器熔體的額定電流Ie≤4A或Ie≤2A,而低壓斷路器瞬時(shí)動(dòng)作整定值Ie≤11A才能保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路。在工程上,這么小的整定值是沒有實(shí)際意義的,另外,容量較大的分支負(fù)荷或支路負(fù)荷也無(wú)法采用熔斷器或自動(dòng)開關(guān)作這種TT接地系統(tǒng)的保護(hù)電器,因此要采用RCD保護(hù)電器。
(2)TT系統(tǒng)在國(guó)外被廣泛應(yīng)用,在國(guó)內(nèi)僅限于局部對(duì)接地要求高的電子設(shè)備場(chǎng)合,如果在負(fù)荷端和首端裝設(shè)RCD煻干線末端裝有斷零保護(hù),則可適用于農(nóng)村居住區(qū)、工業(yè)企業(yè)及分散的民用建筑等場(chǎng)所。
。常 IT系統(tǒng)
電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間無(wú)直接連接(或經(jīng)電阻接地),而受電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分則通過(guò)保護(hù)線直接接地(如圖7)。
圖7(a)配電中性點(diǎn)與地絕緣;圖7(b)配電中性點(diǎn)經(jīng)電阻(阻抗)接地;圖7(c)配電中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地?zé)对O(shè)備外露導(dǎo)電部分接到電源的接地體上。
下面分析發(fā)生單相短路故障時(shí)的情況熣飫鎦宦凼鐾跡罰ǎ猓。在發(fā)生第一次接地故障時(shí)。
Id≤U/(Z+RA+RB+ZL+Zf)
式中:
。凇潆娤到y(tǒng)中性點(diǎn)的阻抗
。遥痢秒娫O(shè)備的接地電阻,一般RA≤4Ω
。遥隆潆娫O(shè)備中性點(diǎn)的接地電阻,一般RB≤4Ω
。铡娫聪嚯妷海玻玻埃
。冢獭嗑電阻
Zf——相線與外殼之間接觸電阻
。冢獭ⅲ冢鏀(shù)值很小,略去不計(jì)。按IEC標(biāo)準(zhǔn),Z的阻抗推薦5倍于相線電壓數(shù)值,
。冢剑怠粒玻玻皳(dān)保埃埃唉
。桑洹埽玻玻埃ǎ保埃埃埃矗矗剑埃玻保福ǎ粒 設(shè)備外露部分的電壓:Uf≤Id·RA=0.218×4=0.872V,這個(gè)電壓不會(huì)造成觸電傷害,因此第一次出現(xiàn)這種情況,不用切斷電源,而是發(fā)一個(gè)聲光告警。
在發(fā)生第二次接地故障時(shí)(圖8),M1設(shè)備的L3相接地,M2設(shè)備的'L2相接地時(shí),必須滿足RA·Ia≤50V及RC·IC≤50V,式中Ia、IC分別為M1,M2保護(hù)器的動(dòng)作電流。
在一般情況下,RA=RC=4Ω,則Ia=Ic≈50V/4Ω=12.5A;如果采用熔斷器或空氣斷路器作保護(hù)時(shí),IT系統(tǒng)只能提供小容量負(fù)荷。如果采用RCD,則IT系統(tǒng)可以提供較大負(fù)荷量。
4漏電保護(hù)器的配置
。矗 漏電保護(hù)器的配置技術(shù)
一般僅有一級(jí)保護(hù),額定動(dòng)作電流I△n≤Vr/Rs。式中:Vr——安全觸電電壓,特別潮濕場(chǎng)所為2.5V,潮濕場(chǎng)所取25V,而干燥場(chǎng)所取56V;Rs為設(shè)備外露導(dǎo)電部分接地電阻。
如果有二級(jí)保護(hù),圖9表示了兩級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流的配合關(guān)系。其第一級(jí)的目的是為了防止人身間接接觸觸電,被保護(hù)電網(wǎng)面積大負(fù)載電流大,通常150kVA變壓器總出線電流216A,動(dòng)作電流。保埃啊常埃埃恚粒鴦(dòng)作時(shí)間為0.2s以上;其第二級(jí)的目的是防止直接接觸觸電事故,被保護(hù)電網(wǎng)覆蓋小,動(dòng)作電流選30mA,動(dòng)作時(shí)間≥0.04s。
如果多級(jí)漏電保護(hù)時(shí),多級(jí)漏電保護(hù)I△n1≥3I△n2 t1≥tfd,式中,I△n1是上一級(jí),I△n2為下一級(jí)RCD額定動(dòng)作電流,tfd為上一級(jí)RCD可返回的時(shí)間;tfd為下一級(jí)RCD分、合斷時(shí)間。
如果要采取三級(jí)保護(hù),則(1)末線路端用電設(shè)備I△n=30mA煟簟埽埃1s;(2)分支路選擇RCD,。伞鳎睿剑保埃埃恚 t≤0.3s;(3)干線選擇I△n=300mA t≤1s。
4.2 安裝漏電保護(hù)器的注意事項(xiàng)
。ǎ保┞╇姳Wo(hù)器能否正常工作,它與接地方式及安裝方式有很大關(guān)系。這里僅舉一例說(shuō)明I△n=100mA煟簟埽保蟆
由于兩個(gè)漏電保護(hù)器出線后的線路混用(見圖10),而造成兩個(gè)漏電保護(hù)器不能同時(shí)供電。
圖中,由于臨時(shí)將照明燈泡跨接在兩個(gè)漏電保護(hù)器出線后的相線與中性線之間,它是跨接在2LDB中的相線與的1LDB中性線之間,當(dāng)燈泡亮后,其相線電流流經(jīng)2LDB和1LDB回到中線,很明顯2LDB使出現(xiàn)不平衡電流,1LDB中也出現(xiàn)差流,從而2LDB和1LDB一起動(dòng)作,切斷了電源,因此造成兩個(gè)回路都無(wú)法正常工作。
(2)安裝漏電保護(hù)器時(shí),一定要注意線路中中性線的正確接法,即工作中性線一定要穿過(guò)漏電電流互感器,而保護(hù)中性線決不能穿過(guò)漏電電流互感器,如圖4—(a)(即TN-S系統(tǒng))。 5 結(jié)論
。ǎ保┎煌慕拥胤绞綉(yīng)選用不同的接地保護(hù)器。TT系統(tǒng)中,RCD是接地故障的適合保護(hù)器;而在TN-C系統(tǒng),就不宜采用RCD;在TN-S,TN-C-S系統(tǒng),均可采用RCD作保護(hù)器。
。ǎ玻榱诉_(dá)到保護(hù)人身安全,又不要擴(kuò)大停電范圍,要正確選擇RCD的分級(jí)保護(hù)。
。ǎ常┌惭bRCD保護(hù),要防止接地方式混亂,及接地、接零混用。還要正確使用,使用不當(dāng)也會(huì)造成停電或事故。
【配電系統(tǒng)的接地與漏電保護(hù)器的配置技術(shù)論文】相關(guān)文章:
論鍋爐房配電系統(tǒng)共用接地設(shè)計(jì)論文04-15
住宅總進(jìn)線漏電保護(hù)器的設(shè)置論文04-21
漏電保護(hù)器性能的測(cè)試07-07
學(xué)生公寓配電系統(tǒng)漏電的危害性及防范措施論文02-12
淺議漏電保護(hù)器的運(yùn)行管理相關(guān)問(wèn)題及對(duì)漏電保護(hù)器的監(jiān)管建議07-11
低壓配電房配電系統(tǒng)安裝施工技術(shù)論文10-10
工廠電力系統(tǒng)大電纜配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式與供電論文04-23
有線電視系統(tǒng)防雷接地技術(shù)探索論文02-15
施工現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)的漏電保護(hù)應(yīng)如何設(shè)備? -工程01-01