導(dǎo)語：獨(dú)家原創(chuàng):配電系統(tǒng)安全性研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:對(duì)常見接地型式的安全性基本要求進(jìn)行計(jì)算分析.結(jié)果表明,在通常情況下各接地型式均存在不安全因素.在低壓配電系統(tǒng)的防電擊保護(hù)接地設(shè)計(jì)中,須根據(jù)用電負(fù)荷的特點(diǎn)以及工程具體情況合理確定配電系統(tǒng)的接地型式,并對(duì)保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作可靠性和靈敏性等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算后,采取接零、接地、漏電保護(hù)器以及等電位聯(lián)結(jié)等對(duì)應(yīng)措施,以提高低壓配電系統(tǒng)的安全可靠性.

關(guān)鍵詞:低壓配電系統(tǒng);接地設(shè)計(jì);安全性

0引言

在工業(yè)與民用裝置低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,首先必須保障人身安全,防止發(fā)生觸電以及電氣火災(zāi)、線路損壞等事故發(fā)生.最常見的方法就是采取保護(hù)接地、保護(hù)接零等技術(shù)措施.低壓配電系統(tǒng)的接地型式主要分為:TN系統(tǒng)(TN系統(tǒng)又分為TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng))、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。以上三種系統(tǒng)五種接地型式在我國均有應(yīng)用,其中以TN-C系統(tǒng)最為普遍即常稱的“三相四線”制系統(tǒng).由于具體工程實(shí)際情況的不同,幾種接地型式如果應(yīng)用不當(dāng),不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所規(guī)定的技術(shù)要求,均可能存在不安全因素,從而使低壓配電系統(tǒng)存在安全隱患.本文通過對(duì)幾種常見低壓配電系統(tǒng)接地型式的分析計(jì)算,指出了每種系統(tǒng)應(yīng)用中可能存在的不安全因素,并提出了工程應(yīng)用中相應(yīng)的措施和辦法.

1對(duì)各接地型式的基本要求及不安全因素分析

防觸電保護(hù)的理論依據(jù)是電流對(duì)人體的傷害程度.工頻交流電流對(duì)人體傷害的嚴(yán)重程度主要與通過人體電流的大小和持續(xù)時(shí)間有關(guān).根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)給出的人體通過電流及相應(yīng)的允許時(shí)間曲線,可得出一般情況下可能危及生命的“電擊電流”為50mA以上,最大預(yù)期接觸安全電壓的限值(通稱極限電壓)UL為50V.

低壓配電系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)主要是解決對(duì)間接接觸電擊的保護(hù),其保護(hù)方法主要為:

(1)限制可能流經(jīng)身體的故障電流,使之小于電擊電流;

(2)在故障情況下觸及外露可導(dǎo)電部分,可能引起流經(jīng)身體的電流等于或大于電擊電流時(shí)自動(dòng)切斷電源.

1.1TN系統(tǒng)分析

1.1.1基本要求

該系統(tǒng)的保護(hù)主要是利用保護(hù)零線構(gòu)成單相短接回路,從而產(chǎn)生較大的短路電流致使保護(hù)電器動(dòng)作.故基本要求是當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),故障電流Id應(yīng)使保護(hù)電器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可靠動(dòng)作,自動(dòng)切斷故障回路,即故障電流應(yīng)滿足:

（1）

式中:ZS———接地故障回路的阻抗;

Ia———保證保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障回路的動(dòng)作電流(A),其規(guī)定時(shí)間對(duì)固定設(shè)備為5s,對(duì)手握式設(shè)備為0.4s.

U0———相線對(duì)地標(biāo)稱電壓(V);

1.1.2存在的不安全因素

(1)在TN-C及TN-C-S系統(tǒng)中,當(dāng)三相負(fù)荷不平衡和線路上接有非線性元件時(shí),零線上有電流和諧波電流通過,使設(shè)備外殼帶有電壓,電壓的大小與負(fù)荷不平衡程度和非線性元件有關(guān),有時(shí)可能大于50V,使人體可能遭受電擊[3].另外,對(duì)電子設(shè)備還存在電磁干擾.

(2)在TN-C及TN-C-S系統(tǒng)中,當(dāng)線路或設(shè)備維修后,若誤將相線和零線接反,則會(huì)導(dǎo)致全部接零設(shè)備外殼帶上危險(xiǎn)相電壓.

(3)在TN-C及TN-C-S系統(tǒng)中,一旦零線斷線,斷線后邊的電器設(shè)施即處于無接地保護(hù)狀態(tài),此時(shí)若出現(xiàn)相線碰殼,Id趨于零,不能滿足(1)式條件,保護(hù)裝置不能動(dòng)作,即可能使人體遭受電擊.即

使采取重復(fù)接地措施,系統(tǒng)變成TT系統(tǒng),同樣存在不安全因素(見TT系統(tǒng)分析).

(4)對(duì)于離供電點(diǎn)較遠(yuǎn)的用電設(shè)備發(fā)生相線碰殼時(shí),由于線路較長,其ZS值很大,故障電流Id很難滿足(1)式的要求.其次,當(dāng)設(shè)備容量較大,由于受設(shè)備啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間的限制,致使保護(hù)電器的動(dòng)作時(shí)間也難滿足要求.這些原因均導(dǎo)致保護(hù)電器不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可靠動(dòng)作,因而易發(fā)生電擊事故.

(5)架空相線落地時(shí)觸電危險(xiǎn)較大(見圖1).

架空相線落地時(shí),接地點(diǎn)D與電源中性點(diǎn)接地線形成短路,短路電流Id為:

在干燥地區(qū),相線接地電阻RE一般很大,Id很小,不足以使保護(hù)電器動(dòng)作.此時(shí)零線電位UB=RB•Id較低,當(dāng)?shù)陀?0V時(shí)不會(huì)危及離D點(diǎn)較遠(yuǎn)設(shè)備處的人身安全.但D點(diǎn)電位接近相電壓,離D點(diǎn)較近設(shè)備周圍的人員易發(fā)生電擊事故.

當(dāng)接地點(diǎn)為金屬體或潮濕地面時(shí),RE很小,設(shè)為2歐,則有

＝220/4+2=36.6A

零線上呈現(xiàn)的電壓為:

UB=RB•Id=36.6×4=146.4V

此時(shí)D點(diǎn)電位

UE=RE•Id=2×36.6=73.2V

較低,但變壓器中性點(diǎn)以及所有接零設(shè)備外殼均帶有危險(xiǎn)電壓146.4V.

1.2TT系統(tǒng)分析

1.2.1基本要求

該系統(tǒng)主要用于三相三線制電力系統(tǒng)以及負(fù)荷離供電點(diǎn)較遠(yuǎn)較分散的供電系統(tǒng),以節(jié)約線路投資.基本要求是當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),如果電氣設(shè)施的外露可導(dǎo)電部分故障電壓超過UL時(shí),保護(hù)電氣應(yīng)自動(dòng)切斷故障回路,此時(shí)的故障電流Id應(yīng)大于保護(hù)電器的可靠動(dòng)作電流,即應(yīng)滿足:

(2)

式中:RA———電氣設(shè)施的外露可導(dǎo)電部分的接地電阻;

Ia———按照預(yù)期接觸電壓,保護(hù)電器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障回路的動(dòng)作電流(在使用漏電保護(hù)器時(shí),是額定動(dòng)作殘余電流);

U———通稱極限電壓(在正常情況時(shí)為50V,潮濕場所為25V).

1.2.2存在的不安全因素

通過對(duì)圖2中的情況分析可以看到系統(tǒng)的不安全因素:

當(dāng)發(fā)生相線碰殼時(shí),設(shè)備外殼上帶有危險(xiǎn)電壓.當(dāng)發(fā)生相線碰殼時(shí)(忽略線路、變壓器等阻抗),人體可能接觸到外殼上的電壓為:

式中,RB按設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定一般≤4Ω,而RA遠(yuǎn)小于Rr,故上式可簡化為

(3)

將RB=4Ω,RA1=10Ω,RA2=4Ω分別帶入式(3)得Ua1=157V,Ua2=110V.

可見,人體可能接觸到的電壓均大于IEC所規(guī)

定的UL=50V,存在電擊危險(xiǎn).

在上述情況下,要想使Ua滿足低于50V的安全電壓要求,則

而要滿足這樣低的接地電阻要求,在工程上的投資增加較大,有時(shí)甚至難以做到(在高土壤電阻率地區(qū)),保護(hù)電器在某些情況下難以切除故障回路.通常情況下要滿足式(2)的要求,考慮保護(hù)電器的動(dòng)作靈敏性,對(duì)于低壓斷路器而言,其動(dòng)作電流應(yīng)滿足:

A

式中:K———保護(hù)電器動(dòng)作可靠系數(shù),對(duì)于斷路器取1.3.

絕大多數(shù)情況下,用電設(shè)備正常工作電流都大于12.1A.而一般保護(hù)電器的動(dòng)作電流不僅應(yīng)大于或等于用電設(shè)備額定電流,還應(yīng)躲過正常啟動(dòng)電流,通常均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12.1A,很難滿足上式的要求,無法保證安全.

1.3IT系統(tǒng)分析

1.3.1基本要求

如圖3所示,在IT系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)生第一次接地故障時(shí),故障電流僅為另外兩相線對(duì)地電容電流,其值甚小.為提高供電可靠性,要求系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行,不需要切斷電路,由絕緣監(jiān)察系統(tǒng)發(fā)出音響或燈光信號(hào),以便及時(shí)排除故障,避免繼兩相接地故障使線路保護(hù)器動(dòng)作,致使供電中斷.因此對(duì)IT系統(tǒng)的基本要求是對(duì)第一次接地故障信號(hào)動(dòng)作電流應(yīng)滿足:

(4)

式中:Id———相線與外露可導(dǎo)電部分間第一次短路故障的故障電流(A),它計(jì)及泄漏電流和電氣裝置全部接地阻抗值的影響.

1.3.2存在的不安全因素

該系統(tǒng)一般情況下是比較安全的,如RA=4Ω發(fā)生單點(diǎn)接地故障時(shí),故障電容電流一般小于5A,設(shè)備外殼對(duì)地電壓一般不超過20V.由于此時(shí)另兩相的對(duì)地電壓將提高3倍,因此該整個(gè)線路、設(shè)備的絕緣要求要提高3倍.由于該系統(tǒng)故障后影響面大;在電纜回路較多、分布較廣情況下,故障電容電流加大,將致使接觸電壓增加;三相負(fù)荷不平衡時(shí)將出現(xiàn)三相電壓不對(duì)稱,影響設(shè)備壽命;不宜配出中性線;在大量使用的單相負(fù)荷的情況下沒有條件迅速處理單點(diǎn)接地故障等原因,故該系統(tǒng)較少應(yīng)用于一般工業(yè)與民用裝置低壓配電系統(tǒng)中.

2對(duì)策

針對(duì)以上各系統(tǒng)存在的不安全因素,工程中主要應(yīng)采取以下措施:

(1)在大量使用單相電器設(shè)備、精密電子儀器等的工業(yè)與民用建筑電氣系統(tǒng)中,應(yīng)盡可能避免采用TN-C系統(tǒng).

(2)在TN系統(tǒng)中,電源零線必須重復(fù)接地措施.在零線斷線情況下,斷線后的系統(tǒng)通過重復(fù)接地變?yōu)門T系統(tǒng),發(fā)生相線碰殼時(shí),設(shè)備外殼所帶電壓由相電壓降低為157V,從而減小了發(fā)生電擊事故的危險(xiǎn)性.

(3)采取漏電保護(hù)器.漏電保護(hù)器是利用零序電流原理工作的.無論在哪種接地系統(tǒng)中,只要發(fā)生相線碰殼,就會(huì)有部分漏電流沒有穿越保護(hù)器,而是通過保護(hù)線回到電源,保護(hù)器中即產(chǎn)生零序電流使其動(dòng)作,從而可靠切斷故障回路,大大提高系統(tǒng)防電擊保護(hù)的安全性.但需注意,設(shè)備外露可導(dǎo)電部分要越過漏電電流保護(hù)器與保護(hù)線相接.

(4)采取等電位聯(lián)結(jié)的措施.所謂等電位聯(lián)結(jié),就是將建筑物內(nèi)所有可能觸及的外露可導(dǎo)電金屬部份互相聯(lián)結(jié),并與系統(tǒng)的保護(hù)干線可靠連接,使建筑物內(nèi)的所有可導(dǎo)電部分的電位實(shí)質(zhì)上相等.目的是降低建筑物內(nèi)單相故障時(shí)人員所在地點(diǎn)的實(shí)際接觸電壓,從而大大減輕電擊的危險(xiǎn)性.通過分析計(jì)算可知,等電位聯(lián)結(jié)使接觸電壓的降低幅度為重復(fù)接地降低值的2.5倍,這時(shí)的電壓降僅為電源入戶后的PE線的電壓降.在系統(tǒng)中如果用于防間接電擊的保護(hù)電器動(dòng)作條件不能滿足要求時(shí),等電位聯(lián)結(jié)是防止間接電擊的主要有效措施.

3結(jié)論

在低壓配電系統(tǒng)的防電擊保護(hù)接地設(shè)計(jì)中,只簡單地要求采取一般保護(hù)接零或保護(hù)接地措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.必須根據(jù)用電負(fù)荷的特點(diǎn)以及工程具體情況合理確定配電系統(tǒng)的接地型式,并對(duì)保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作可靠性和靈敏性等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算后,在經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的前提下綜合采取接零、接地、漏電保護(hù)器以及等電位聯(lián)結(jié)等對(duì)應(yīng)措施,以提高低壓配電系統(tǒng)的安全可靠性,保障人員及裝置設(shè)備的安全.

參考文獻(xiàn):

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50054-95.低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1996.

[2]劉介才.工廠供電[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[3]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京:中國電力出版,1994.