配電系統(tǒng)的接地與漏電保護(hù)器的配置技術(shù)

1、文章編號(hào) :1004 289X(2003 05-0017-05配電系統(tǒng)的接地與漏電保護(hù)器的配置技術(shù) 陳振生(常州太平洋自動(dòng)化技術(shù)有限公司 , 常州 213022摘要 :論述了配電系統(tǒng)的接地方式及適用范圍 , 文章在 簡(jiǎn)述了 RCD 原理后 , 指出了正確使用 RCD 方法。 關(guān)鍵詞 :TN 系統(tǒng) ; T T 系統(tǒng) ; IT 系統(tǒng) ; RCD 保護(hù) ; 接地 ; 接零中圖分類號(hào) :TM 72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :AT he Configuration T echno logy of G ro unding and Residual CurrentProtect ing Device of the Dis

2、tribution Sy stemCH EN Zhen -sheng(Changzhou Pacific Automation T echnique Co. , Lt d, Chang zhou 213022, China Abstract:T he paper ex pounds the g rouding m ethod and the sco pe of the distrubition system . After presenting RCD principle, it adv ances to use RCD method cor rectly.Key w ords:TN sy s

3、tem ; T Tsytem ; IT sy stem ; RCD protection ; gr ouding ; co nnect neutral1概述電能是一種即發(fā)既用、 便于傳輸、 使用方便的清潔 能量。 隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展 , 我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速 度飛快 , 2000年我國(guó)發(fā)電量 1368. 5TWH , 發(fā)電裝機(jī) 容量達(dá)到 319GW , 均居世界第二位 ; 隨之電氣化水平 也得到了極大提高 , 電能已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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

4、工業(yè)、 醫(yī)療及 農(nóng)業(yè)灌溉 , 現(xiàn)在電能正愈來(lái)愈多地用來(lái)改善居住環(huán)境 等。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 , 也可免除單 相接地后的不對(duì)稱性。 這種接地方式下 , 接地故障所產(chǎn) , 靠。中

5、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 緣損壞后使運(yùn)行人員遭受觸電的危險(xiǎn)。這里舉一例說(shuō) 明 (見(jiàn)圖 1 , 低壓三相四線制變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng) r 0接地 , 電氣設(shè)備外殼不接地。 當(dāng)外殼帶電 u x 時(shí) , 有人 觸及外殼 , 此時(shí)流過(guò)人體的電流為I ren =u xr r en +r 0式中 :u x 相電壓 (V ;r ren

6、 人體電阻 ( ;r 0接地裝置電阻 ( 。由于 r 0 r r en , 而 r r en 1500 , 則I ren 15000. 147A, 這值遠(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 17 電氣開關(guān) (2003. N o . 5 圖 1 380/220V 中 性點(diǎn)接地系統(tǒng)準(zhǔn)規(guī)定 , 漏電保護(hù)器可分 :1 漏電動(dòng)作開關(guān) (僅有漏電保護(hù)的保護(hù)器 ;2 漏電動(dòng)作斷路器 (帶過(guò)載、 短路和漏電三種功能 保護(hù)器 ;3 漏電繼電器 (僅有漏電報(bào)警功能的保護(hù)器 。 2. 1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

7、點(diǎn)接地系統(tǒng) (T T 和 T N 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(jiàn)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。圖 2漏電保護(hù)器的 工作原理圖在正常情況下 (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I A +I B +I C +I N =0因此各相線電流在零序電流互感器鐵心中所產(chǎn)生 磁通向量之和也為零 , 即A + B + C + N =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

8、, 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 , I =I A +I B +I C +I N =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 T L 通電 , 驅(qū)動(dòng)主開關(guān) CB , 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) (GB 6829-86 規(guī)定為 0. 006, 0. 01, 0. 015, 0. 03, 0. 05, 0. 075, 0. 1, 0. 2, 0

9、. 3, 0. 5, 1, 3, 5, 10, 20A 計(jì)十五個(gè)等級(jí) , 在 0. 03A (30mA 以下為高靈敏度 , 0. 031A 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 n 0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)作電流起到被保護(hù) 主電路完全被切斷為止這段時(shí)間 , 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)限型三種類型。 2. 2.

10、 4靈敏度一般漏電信號(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 :=2I (E 2副邊繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)模 ; I 是一次漏 電流的模 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 :2I 1=1/(1Z m N 2+2Z L N 1sin ! 2+(2Z Lcos ! 2采取加大鐵心截面積 , 增加 N 1匝數(shù) , 可以增加勵(lì) 磁阻抗 Z m , 及增加負(fù)載阻抗 Z L , 則可以得到高的靈敏 度。3低壓配電系統(tǒng)的接地3. 1三種接地系統(tǒng)在我國(guó)的 " 民用電氣設(shè)

11、計(jì)規(guī)范“ (JGJ /T 16-92 標(biāo) 準(zhǔn)中將低壓配電系統(tǒng)分為三種 , 即 T N 、 T T 、 IT 三種形 18 電氣開關(guān) (2003. N o .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(méi)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。TN 系統(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。TT 系統(tǒng) :電源變壓器中性點(diǎn)接地 , 電氣設(shè)備外殼 沒(méi)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(méi)有專

12、用保護(hù)接地線 (PE 。3. 2 T N 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)備非露導(dǎo)電部分與系統(tǒng)的連接不同方式又 可分三 類 :即 TN -C 系統(tǒng) ; T N -S 系統(tǒng) ; T N -C -S 系 統(tǒng)。下面進(jìn)行分別敘述。3. 2. 1 TN -C 系統(tǒng) (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。圖 3 T N 0系統(tǒng) (三極四線 圖 4 T N S 系 統(tǒng) (三極四線 圖 5 T N C S 系統(tǒng) (三極四線 它是利用中性點(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 ,

13、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。 T N -C 系統(tǒng)一般采用零序電流保 護(hù)。 TN-C 系統(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。 T N -C 系統(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) (圖 4整個(gè)系統(tǒng)的中

14、性線 (N 與保護(hù)線 (PE 是分開的。 當(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。 當(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。 TN -S 系統(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。 T N -S 系統(tǒng)適用于工業(yè)企業(yè)、 大型民用建筑。 3. 它由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成 , 第一部分是 T N -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)。 當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生單相碰殼 , 同 T

15、 N -S 系統(tǒng)。 當(dāng) N 線斷開 , 故障同 T N -S 系統(tǒng)。 T N -C -S 系統(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 T N-C-S 系統(tǒng)提高了操作人員及設(shè)備的安 全性。3. 3 T T 供電系統(tǒng) (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(méi)有電氣聯(lián)系 。1 當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生 L B 相碰殼接地 , 環(huán)路阻抗 Z =Z L +Z PE +Z f +R A +R B 式中 :Z L 相線阻抗 ; Z PE 線阻抗 ;Z f 相線與外殼間

16、接觸電阻 ; R A 用電設(shè)備接地電阻 ; R B 電源中性點(diǎn)接地電阻。由于 Z L , Z PE , Z f 很小 , 可忽略 , 所以接地電流I d =0Z =R A+R B19 電氣開關(guān) (2003. N o . 5 圖 6 TT 系統(tǒng)I d =I d1. 5U 0相電壓 ;I d 為低壓斷路器瞬時(shí)或延時(shí)過(guò)電流脫 扣整定 值 (A ;I d 單相短路電流 (A 。 所以 R A (15/29 R B如果 R B <4 , 則 R A <29 R B =2. 07 ; 接地電阻R A <2. 07 的要求極其苛刻 , 較難實(shí)現(xiàn) , 因此一般要 求取值范圍為 4 10 。如

17、果 R A 4 , 則 I 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表 1。由表 1可以知道 R A =4 時(shí) , 熔斷器熔體的額定 電流 I e 4A 或 I e 2A , 而低壓斷路器瞬時(shí)動(dòng)作整定 值 I e 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(méi)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 T T 接地系統(tǒng)的保護(hù)電器。因此要采用 RCD 保護(hù)電器。表 1 TT 系統(tǒng)保護(hù)裝置允許最大整定值R A ( 規(guī) 定 時(shí) 間 內(nèi) 切 斷 故 障 斷 路 器

18、動(dòng)作電流 (A 熔 斷 器 熔 體 額 定電流 I e(A 斷 路 器 動(dòng) 作 額 定電流 (A切 斷 故 障 電 流 時(shí)間 ( S 5 0. 4瞬時(shí)或短延時(shí)4 12. 5421110 54. 952 T T 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 , 而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。 3. 4 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

19、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 , 而設(shè)備外露導(dǎo)電部分接到電源的接地體上。圖 7 T T 系 統(tǒng)下面分析發(fā)生單相短路故障時(shí) (這里只論述 圖 7(b 的情況。 在發(fā)生第一次接地故障時(shí) , I d U /(Z +R A +R B +Z 1+Z 2式中 Z 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的阻抗 ; R A 用電設(shè)備的接地電阻 , 一般 R A 4 ; R B 配電設(shè) 備中性點(diǎn)的接地 電阻 , 一 般 R B 4 ; U 電源相電壓 , 220V ; Z L 相線電阻 ; Z 相線與外殼之間接觸電阻。 Z L , Z f 數(shù)值很小 , 略去不計(jì)。 Z 的阻抗 IEC 標(biāo)準(zhǔn)推 薦

20、 5倍于相線電壓數(shù)值 ,所以 Z =5×220 1000所以 I d 220/(1000+4+4 =0. 218(A 所以設(shè)備外露部分的電壓 :U f I d R A =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 , M 1設(shè)備的 L 3相接地 , M 2設(shè)備的 L 2相接地時(shí) , 必須滿足 R A I a 50V 及 R C *I C 50V, 式中 I a , I c 分別為 M 1, M 2保護(hù) 器的動(dòng)作電流。在一般情況下 , 取 R A

21、 -R C -4 , 則 I a -I c 50V /4 =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)只能供出小容量負(fù)荷。 如果采用 RCD, 則 IT 系統(tǒng) 可以供出較大負(fù)荷量。20 電氣開關(guān) (2003. N o . 5 圖 8電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分各自單獨(dú) 接地的 IT 系統(tǒng)4漏電保護(hù)器的配置4. 1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 V r /R s , 式中 :V r 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 ; R s 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

22、9示出了兩級(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 150A, 動(dòng)作電流 取 100300mA , 而動(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 30m A, 動(dòng)作時(shí)間 0. 4s 。圖 9兩級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與動(dòng)作電流的配合如果多級(jí)漏電保護(hù)時(shí) , 多級(jí)漏電保護(hù) I n1 3I n 2t 1 t fd , 式中 , I n 1是上一級(jí) , I n 2為下一級(jí) RCD 額定動(dòng) 作電流 , t 1為上一級(jí) RCD 可返回的時(shí)間 ; t fd 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, t 0. 1s; (2 分支路選擇 RCD, 取 I n =30 4. 2安裝漏電保護(hù)器的注意事項(xiàng) 漏電保