低壓配電設(shè)計(jì)常見問題淺議-2007

1、低壓配電設(shè)計(jì)常見問題淺議江蘇省建設(shè)工程設(shè)計(jì)施工圖審核中心 郭鳳文摘要：主要從目前市政工程電氣設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀出發(fā)，對低壓配電設(shè)計(jì)中一些常見問題作了歸納分析，提出了自己的見解，以與設(shè)計(jì)同仁商榷。關(guān)鍵詞：電氣設(shè)計(jì) 低壓配電 常見問題1疏于對低壓配電線路保護(hù)靈敏度的校驗(yàn) 這個(gè)問題在一些市政工程的電氣設(shè)計(jì)中出現(xiàn)幾率最高也最為凸出。例如衛(wèi)生垃圾填埋場工程、道路和隧道工程等，因其負(fù)荷分布的特點(diǎn)，低壓配電線路都比較長，動輒幾百米甚至上千米。設(shè)計(jì)師通常都較重視線路壓降的計(jì)算，而忽略線路開關(guān)保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。根據(jù)理論分析，當(dāng)采用一級配電時(shí)（如道路照明），只要保護(hù)靈敏度校驗(yàn)符合要求，則線路電壓降一定能滿足要求，反之則不

2、盡然。對于二級以上的多級配電線路，則應(yīng)同時(shí)對保護(hù)靈敏度和壓降進(jìn)行校驗(yàn)。還有的就是只對接地故障保護(hù)靈敏度予以關(guān)注（這對電擊防護(hù)十分必要），以為只要裝設(shè)了漏電保護(hù)就可以不再做其它靈敏度校驗(yàn)了，孰不知還應(yīng)對線路相-相和相-N間短路保護(hù)做出校驗(yàn)，因?yàn)橐揽繖z測剩余電流的RCD對短路保護(hù)是不起作用的。這兩個(gè)方面都涉及到違反強(qiáng)制性條文即GB50054-95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范（簡稱低規(guī)）第4.2.1和4.4.7條的規(guī)定。當(dāng)采用非選擇型低壓斷路器時(shí)，由于其瞬動動作電流倍數(shù)大，往往難以滿足靈敏度要求。在不改變線路結(jié)構(gòu)等條件下，一個(gè)較好的解決辦法是采用選擇型低壓斷路器，利用短路短延時(shí)保護(hù)兼做接地故障保護(hù)。這里有一點(diǎn)要

3、說明，當(dāng)采用非選擇型斷路器作為保護(hù)電器時(shí)，其瞬動過電流脫扣器的整定電流應(yīng)躲過配電線路的尖峰電流，例如有電動機(jī)負(fù)荷的配電線路，其尖峰電流中包含其中最大一臺電動機(jī)的全起動電流（周期分量和非周期分量），即起動電流的22.5倍（GB50055-93通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范第2.4.4-3條），無疑這將增加了瞬動過電流保護(hù)同時(shí)滿足線路短路和接地故障保護(hù)靈敏度要求的難度。但若采用選擇型斷路器，其短路短延時(shí)過電流脫扣器整定電流應(yīng)躲過的線路尖峰電流，只包括其中最大一臺電動機(jī)的起動電流（即周期分量），因其具有至少0.1秒的延時(shí)，完全可以躲過電動機(jī)起動時(shí)發(fā)生在第一個(gè)周波(0.02秒)內(nèi)的起動沖擊電流，總之無論是照

4、明配電線路還是電力配電線路，低壓斷路器的短路短延時(shí)保護(hù)更容易滿足線路短路和接地故障保護(hù)對靈敏度的要求。 現(xiàn)舉例說明：有一配電線路連接2臺11kW電動機(jī)負(fù)荷，其額定電流和起動電流分別為20A和140A，YJV22-0.6/1kV-435電纜線路全長450m，線路低壓斷路器的脫扣器額定電流為50A，如圖1-1所示，現(xiàn)校驗(yàn)斷路器保護(hù)靈敏度。圖1-1 計(jì)算電路圖解：由于采用等截面電纜，線路末端短路和接地故障電流相等，近似為325A，斷路器為非選擇型，瞬動脫扣電流倍數(shù)為10倍，即500A，電動機(jī)全起動電流取為2.2倍起動電流，保護(hù)可靠系數(shù)取為1.2。瞬動脫扣電流Iset1=500A1.2(2.2140+

5、20)=394A，可以躲過短時(shí)尖峰電流，保護(hù)靈敏度K=Id/Im=325/500=0.651.3，不滿足要求?，F(xiàn)改用選擇型斷路器，利用短路短延時(shí)脫扣器做為保護(hù)。同樣需躲過線路尖峰電流，但此處電動機(jī)的尖峰電流并非全起動電流，故其整定值Iset2=1.2(140+20)=192A，因脫扣器電流可調(diào)，取為4In，即200A，保護(hù)靈敏度K=325/200=1.61.3，滿足要求。2.對重要用電設(shè)備采用鏈?zhǔn)脚潆娔骋怀鞘兴淼拦こ?，設(shè)計(jì)將隧道照明劃分為二級負(fù)荷，并采用鏈?zhǔn)焦╇?，每一鏈路鏈?個(gè)照明配電箱，每鏈路的負(fù)荷容量為2450KW，如圖2-1所示。圖2-1鏈?zhǔn)脚潆姺绞斤@然此做法與供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB

6、50052-2009）第7.0.4條要求不符，該條規(guī)定“當(dāng)部分用電設(shè)備距供電點(diǎn)較遠(yuǎn)，而彼此相距很近、容量很小的次要用電設(shè)備，可采用鏈?zhǔn)脚潆?，但每一回路環(huán)鏈設(shè)備不宜超過5臺，其總?cè)萘坎灰顺^10kW?！薄Ｓ纱丝梢?，對于容量較大且又較重要的負(fù)荷不適宜采用鏈?zhǔn)脚潆姡蕴岣呖煽啃约敖档褪鹿是闆r下的影響范圍。當(dāng)向設(shè)計(jì)人指出這一問題時(shí)，設(shè)計(jì)人竟回復(fù)說圖2-1采用的就是樹干式配電，而非鏈?zhǔn)脚潆?。看來對什么是樹干式配電和什么是鏈?zhǔn)脚潆?，二者有何不同，在認(rèn)識上有模糊之處，有必要啰嗦幾句。對鏈?zhǔn)脚潆娨?guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并未給出嚴(yán)格的定義，其特征與樹干式相似，故易混淆。筆者認(rèn)為，鏈?zhǔn)脚c樹干式的不同之處在于其線路根據(jù)所接用電設(shè)

7、備的數(shù)量和敷設(shè)要求將其分為若干段，前后段電纜在配電箱總開關(guān)的上樁頭或設(shè)備進(jìn)線端子處進(jìn)行連接（也即鏈接點(diǎn)），依次至最后一個(gè)配電箱或設(shè)備，這些鏈接點(diǎn)易發(fā)生故障，任一鏈接點(diǎn)發(fā)生故障，其下游所有負(fù)荷均受影響，可靠性差。因此，鏈?zhǔn)脚潆妰H適用于距配電屏較遠(yuǎn)、小容量、負(fù)荷性質(zhì)較為次要的場所，且所鏈接的用電設(shè)備的數(shù)量須受到限制。樹干式則其干線為一整體（雖然有的也有接頭），分支線與干線的連接采用T接，如目前普遍采用的插接式母線和預(yù)分支電纜等，供電可靠性較高。適用于用電設(shè)備的布置比較均勻、容量不大，又無特殊要求的場所。而對于容量較大，負(fù)荷性質(zhì)重要的設(shè)備，則應(yīng)采用放射式配電，如市政給排水泵站中對水泵電動機(jī)的配電，即

8、應(yīng)由低壓配電屏放射式配電。筆者也曾見過某污水泵站泵房內(nèi)采用樹干式配電的，違反城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動化技術(shù)規(guī)程（CJJ120-2008）第3.3.3條的規(guī)定。3配電變電所中性點(diǎn)就地接地，總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)采用四極開關(guān)所謂就地接地是指變壓器中性點(diǎn)在變壓器室內(nèi)就地接地，中性點(diǎn)樁頭引出四線（3L+PEN），同時(shí)總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)采用四極開關(guān)，這種做法目前并不少見。圖3-1 變電所中性點(diǎn)就地接地及總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)為四極開關(guān)對于中性點(diǎn)就地接地，我國的標(biāo)準(zhǔn)是允許的，例如交流電氣裝置的接地標(biāo)準(zhǔn)（DL/T621-97），其第6.2.5條中就規(guī)定直接接地的變壓器中性點(diǎn)應(yīng)采用專門敷設(shè)的接地線接地，此即可以理解為對TN和

9、TT系統(tǒng)，中性點(diǎn)允許就地接地，這一做法也可見之于某些標(biāo)準(zhǔn)圖集中。由于中性點(diǎn)就地接地，且PEN或PE母排與低壓柜金屬柜體的相連，并經(jīng)基礎(chǔ)型鋼與大地接觸，必然形成兩點(diǎn)接地，中性線中電流被分流而形成雜散電流。在兩點(diǎn)接地的情況下，由變壓器引出的PEN母線在進(jìn)入開關(guān)柜后，在總開關(guān)之前分開為N線與PE線，雖采用四極開關(guān)，其雜散電流也不能完全避免，如圖3-1所示。倘若PEN線是在經(jīng)開關(guān)之后，與接地的PE母線連接后接地，則中性線電流被分流而形成雜散電流之外，同樣，PE線中的故障電流也會因此而被分流，對于帶有RCD保護(hù)功能的總開關(guān)會引起誤動或因靈敏度下降而拒動。對此即使總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)為四極開關(guān)也無能為力。此外

10、，從維修安全的角度，由于變電所內(nèi)做有等電位聯(lián)結(jié)，中性線與地和其它導(dǎo)電部分之間不會出現(xiàn)電位差，因此，也無須裝用四極開關(guān)，否則只是無謂增加投資。更重要的是，如果裝用了四極開關(guān)，還涉及違反強(qiáng)制性條文即低規(guī)第2.2.12條PEN線嚴(yán)禁接入開關(guān)設(shè)備的規(guī)定。為防止PEN線中工作電流通過大地分流，IEC標(biāo)準(zhǔn)對系統(tǒng)接地有嚴(yán)格要求，不允許中性點(diǎn)就地接地，變壓器引出的PEN干線必須絕緣，在低壓配電柜內(nèi)與PE干線相連，并一點(diǎn)接地。此時(shí)，總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)都只采用三極開關(guān)即可，無疑IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的做法具有一定的優(yōu)越性。4.用電設(shè)備現(xiàn)場按鈕控制箱不接PE線這個(gè)問題十分普遍，用電設(shè)備如水泵、鼓風(fēng)機(jī)等電動機(jī)一次回路的保護(hù)隔離

11、電器、控制電器如交流接觸器和啟動器等均裝于低壓配電室或馬達(dá)控制中心（MCC）的配電柜內(nèi)，而其二次回路引出的控制按鈕、開關(guān)、信號燈等則裝設(shè)于用電設(shè)備附近的現(xiàn)場控制箱上，以滿足現(xiàn)場操作的需要。控制回路的工作電壓一般為AC220V，個(gè)別也有AC380V的。二次回路的保護(hù)電器裝于配電柜內(nèi)，一般多采用微斷或小型熔斷器?，F(xiàn)場控制箱絕大多數(shù)為I類設(shè)備，必須具有經(jīng)PE線接地的手段。遺憾的是從很多設(shè)計(jì)的用電設(shè)備的控制接線圖及其端子排圖中，都找不到PE線，這樣就失去了防間接接觸電擊的功能。分析之所以出現(xiàn)這一問題，大約因其是二次回路而不像一次回路那樣受到重視之故吧！其實(shí)，現(xiàn)場按鈕控制箱在許多場合中，有時(shí)離電源都很遠(yuǎn)

12、，不但要設(shè)PE線，而且其控制線路的長度同樣也應(yīng)滿足保護(hù)靈敏度的要求。按保護(hù)靈敏度的要求，當(dāng)二次回路保護(hù)電器為5A微斷，電纜芯線截面為1.5mm2時(shí)，最大長度不宜大于100m；當(dāng)保護(hù)電器為5A小型熔斷器時(shí)，同樣線芯電纜的最大長度不宜大于280m。此外，現(xiàn)場按鈕控制箱所接PE線應(yīng)利用控制電纜中的芯線，并應(yīng)在其端頭做黃綠相間顏色的標(biāo)記。對于控制電纜較長，接地故障回路阻抗大電流小，為滿足防電擊要求，對安裝于水處理廠各類鋼筋混凝土池上的現(xiàn)場按鈕控制箱，還應(yīng)實(shí)施局部或輔助等電位聯(lián)結(jié)，即與伸手可及范圍內(nèi)的裝置外導(dǎo)電部分如金屬構(gòu)件、扶手等以及結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋實(shí)施聯(lián)結(jié)，以降低接觸電壓。當(dāng)現(xiàn)場按鈕箱為II類設(shè)備和二次回

13、路采用特低壓供電時(shí)，其外殼可不接PE線。5.遠(yuǎn)方可以控制的電動機(jī)不設(shè)就地控制和解除遠(yuǎn)方控制的措施通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50055-93）（簡稱通規(guī)）第2.6.4條即規(guī)定遠(yuǎn)方可以控制的電動機(jī)應(yīng)設(shè)就地控制和解除遠(yuǎn)方控制的措施，并認(rèn)為這是保證人身和設(shè)備安全的最基本規(guī)定。就地控制（也稱現(xiàn)場控制或機(jī)旁控制）應(yīng)是在設(shè)備（如水泵、風(fēng)機(jī)等）安裝位置附近實(shí)施手動控制，并為之設(shè)有就地控制箱。我國水處理廠、站的自動化水平自改革開放以后有了很大提高，普遍形成了PLC+PC組成的監(jiān)控一體化的自控系統(tǒng)，系統(tǒng)一般分為信息層、控制層和設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)。就地控制主要是用于日常的維修和調(diào)試，為了保證維修人員和設(shè)備的安全，就

14、地控制具有最高的優(yōu)先控制級。廠、站設(shè)備控制優(yōu)先級的關(guān)系如圖5-1所示。圖5-1 設(shè)備控制優(yōu)先級關(guān)系圖中配電柜控制（在低壓配電室或MCC）有時(shí)可以取消。較高優(yōu)先級的控制可屏蔽較低優(yōu)先級的控制，每一級控制設(shè)置選擇開關(guān)（轉(zhuǎn)換開關(guān)），以確定是否允許較低級別的控制。就地控制箱上的選擇開關(guān)的重要性在于工人維修時(shí)只要將其置于“就地”位置，即可解除遠(yuǎn)方的控制指令，而只能在就地控制，從而保證了現(xiàn)場維修時(shí)人身和設(shè)備的安全?，F(xiàn)在有些設(shè)計(jì)存在的問題是未在電動機(jī)附近設(shè)置就地控制箱，或雖設(shè)有就地控制箱，但控制箱上未設(shè)解除遠(yuǎn)方控制的選擇開關(guān)，往往將選擇開關(guān)設(shè)置在配電間或MCC的配電柜上，使得就地控制失去了安全保障。還有的就

15、是解除遠(yuǎn)方控制的方法不當(dāng)，例如標(biāo)準(zhǔn)圖集民用建筑工程設(shè)計(jì)常見問題分析及圖示（圖集號05SDX006）的第53頁，電動機(jī)就地控制按鈕不能解除遠(yuǎn)方控制指令的改進(jìn)措施即為一例。該措施的圖示見圖5-2，即在就地控制按鈕處增加開關(guān)SA，該開關(guān)插入啟動控制回路內(nèi)。圖5-2 標(biāo)準(zhǔn)圖集中控制按鈕不能解除遠(yuǎn)方控制的改進(jìn)措施此改進(jìn)措施不當(dāng)之處在于雖然能在就地控制按鈕處解除遠(yuǎn)方控制，但同時(shí)也解除了就地控制，這并非是通規(guī)第2.6.4條規(guī)定所要達(dá)到的目的。6.采用刀熔開關(guān)做為配電線路的隔離保護(hù)電器，其熔斷器熔體規(guī)格的選取不計(jì)及尖峰電流現(xiàn)在有的設(shè)計(jì)采用刀熔開關(guān)做為低壓配電干線的保護(hù)電器，也有的用于進(jìn)線雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（A

16、TSE）前端，這本無厚非。但其熔斷器熔體電流的大小有時(shí)出現(xiàn)選用不當(dāng)?shù)膯栴}，主要是規(guī)格偏小，熔體電流的選取未計(jì)及線路可能出現(xiàn)的尖峰負(fù)荷。試舉一例：某設(shè)計(jì)低壓柜進(jìn)線為QSA-400刀熔開關(guān)，熔體電流為200A。線路計(jì)算電流Ic=140A，最大一臺電動機(jī)功率為30kW，額定電流Ir=60A，采用軟起動方式，起動電流倍數(shù)為3.5倍。該熔體規(guī)格可滿足線路工作電流的要求，但不能躲過尖峰電流。出乎意料的是對于審圖人的質(zhì)疑，設(shè)計(jì)人答復(fù)根據(jù)工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊（簡稱手冊）第十一章公式（11-9）驗(yàn)算，完全符合要求。經(jīng)查閱，將手冊P623對配電線路熔體選擇的公式照抄如下：IrKrIrM1+Ic(n-1)（11-

17、9）式中Ir熔斷體的額定電流，A； Ic線路的計(jì)算電流，A； IrM1線路中起動電流最大的一臺電動機(jī)的額定電流，A； Ic(n-1)除起動電流最大的一臺電動機(jī)以外的線路計(jì)算電流，A； Kr配電線路熔斷體選擇系數(shù)，取最大一臺電動機(jī)額定電流與線路計(jì)算電流的比值，見表11-35（略）。如果上式的內(nèi)容準(zhǔn)確無誤的話，計(jì)算結(jié)果即為IrIc=140A，熔體選擇應(yīng)無問題。但稍加注意就會發(fā)現(xiàn)，手冊在這里出現(xiàn)了一個(gè)不應(yīng)有筆誤，即IrM1應(yīng)是線路中起動電流最大一臺電動機(jī)的起動電流，而非額定電流。而Ic(n-1)則應(yīng)為除起動電流最大一臺電動機(jī)額定電流以外的線路計(jì)算電流，注釋中少了“額定電流”這四個(gè)字。這樣，正確的計(jì)算

18、結(jié)果是：Ir1.1(603.5)+(140-60)=319A200A可見熔斷體電流偏小。其實(shí)，如果能從概念上加以理解和稍稍細(xì)心一點(diǎn)，就不會被手冊難得出現(xiàn)的這一小小的失誤所誤導(dǎo)。7.城鎮(zhèn)排水泵站潛水泵電路采用剩余電流動作保護(hù)（RCD），額定動作電流（In）取為30mA潛水泵作為城鎮(zhèn)排水工程中的主要用電設(shè)備，應(yīng)用十分普遍，功率從數(shù)千瓦到數(shù)百千瓦。單臺潛水泵電路一般都采用過電流保護(hù)兼接地故障保護(hù)，簡單可靠，已為實(shí)踐所證明。而且水泵內(nèi)部還裝有特殊保護(hù)，實(shí)時(shí)檢測水泵內(nèi)部泄漏、絕緣降低、溫度升高等，并作用于信號報(bào)警或跳閘。筆者近來接觸到一些城市排水工程的圖紙，其中在泵房低壓配電設(shè)計(jì)中，單臺潛水泵回路低壓斷

19、路器均帶有RCD功能，且不論電機(jī)功率大小，RCD的額定動作電流In均取為30mA。經(jīng)了解，之所以如此，是因?yàn)槭┕D設(shè)計(jì)不這樣做，將被認(rèn)為違反強(qiáng)制性條文而難以通過某些審圖機(jī)構(gòu)的審查，有的還因此而面臨設(shè)計(jì)單位內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)處罰。審圖機(jī)構(gòu)的依據(jù)是GB13955-2005剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)（簡稱標(biāo)準(zhǔn)），認(rèn)為潛水泵屬于標(biāo)準(zhǔn)第4.5條“必須安裝RCD的設(shè)備和場所”的適用對象，也即第4.5.1末端保護(hù)中的b）款“生產(chǎn)用的電氣設(shè)備”和h）款“安裝在水中的供電線路和設(shè)備”，所以必須安裝RCD。對此，筆者則有以下不同意見：1）低規(guī)第4.4.10條，對于TN系統(tǒng)的接地故障保護(hù)宜采用過電流保護(hù)兼做接地故障

20、保護(hù)。并明確說明，用一般的過電流保護(hù)（熔斷器、低壓斷路器）兼做接地故障保護(hù)最為經(jīng)濟(jì)簡單，應(yīng)優(yōu)先采用。只有當(dāng)過電流保護(hù)不能滿足切斷故障回路的時(shí)間要求時(shí)，才應(yīng)采用剩余電流動作保護(hù)。毫無疑問，對于一般環(huán)境條件下的配電線路和用電設(shè)備都適用于此條準(zhǔn)則。2）排水泵站（房），從電擊防護(hù)角度應(yīng)屬一般環(huán)境。潛水泵雖系水下設(shè)備但其固定安裝在泵房下層集水井內(nèi)，系由專業(yè)人員管理。正常情況下，人不可能與水體接觸，更不可能涉入其中，完全不同于公共場所中的游泳池、噴水池和噴泉等這類電擊危險(xiǎn)度高的特殊場所。此外，泵房內(nèi)設(shè)有等電位聯(lián)結(jié)，也不同于戶外無等電位聯(lián)結(jié)場所的用電設(shè)備。3）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，做為單臺用電設(shè)備末端保護(hù)，RCD額定動作電流的取值應(yīng)為：In4I0（I0系電氣線路或設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的泄漏電流）。但I(xiàn)0如何確定是困難的，目前缺少可靠的數(shù)據(jù)資料。對電動機(jī)而言，其類型不同、容量不同，起動電流及安裝環(huán)境的差異，對I0都有較大影響。若In取值不當(dāng)，將可能造成頻繁誤動，甚至帶來嚴(yán)重后果。我國室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，排水泵站負(fù)荷性質(zhì)屬于二級負(fù)荷，特別重要地區(qū)的泵站則屬于一級負(fù)荷（強(qiáng)制性條文）。因此，做為排水泵站中重要負(fù)荷的單臺潛水泵，不宜為防止人身電擊事故而裝設(shè)RCD。8.設(shè)計(jì)以打“擦邊球”的方式處理備用電源問題正如前面所說，城市排水泵站的供電設(shè)計(jì)一般至少應(yīng)按二級負(fù)荷設(shè)計(jì)，即采用兩回線路供電。這對于一