淺析低壓配電線路的保護(hù)

顧玉娟

【摘 要】低壓配電遍及各個(gè)領(lǐng)域，不僅專業(yè)人員接觸，眾多非專業(yè)人員都會(huì)觸及，這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)人員做好低壓配電線路的保護(hù)，盡力達(dá)到大家用電安全，用電可靠；本文從短路、過載、接地幾方面淺析低壓配電線路的保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】配電線路；短路；過負(fù)荷；斷路器；接地故障

低壓配電如果在設(shè)計(jì)、施工中存在不當(dāng)，將容易導(dǎo)致人身觸電或線路損壞，甚至引起電氣火災(zāi)。為此，要求在低壓配電線路設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-95）及國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，使之從根本上做好低壓配電線路保護(hù)，并能正確選擇保護(hù)電器的各項(xiàng)參數(shù)，保證在故障時(shí)能按要求切斷電源，以保安全。

低壓配電系統(tǒng)中各個(gè)相關(guān)的低壓電器之間應(yīng)有良好的特性配合，以正確的發(fā)揮各個(gè)低壓電器的功能。比如，在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求“配電線路采用的上下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作應(yīng)具有選擇性”。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓斷路器的性能及功能也越來越先進(jìn)和完善。目前，在民用建筑的低壓配電系統(tǒng)中，已廣泛地應(yīng)用低壓斷路器來實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的各種保護(hù)功能。所以，如何正確地選用低壓斷路器對(duì)低壓配電的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1.短路保護(hù)

低壓配電線路裝設(shè)短路保護(hù)，應(yīng)在短路電流對(duì)被保護(hù)對(duì)象產(chǎn)生的熱作用和機(jī)械作用造成危害之前切斷短路電流。在民用建筑的低壓配電系統(tǒng)中，大多數(shù)的短路保護(hù)，可以采用斷路器來實(shí)現(xiàn)。我們一般用斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰Α⑦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰投虝r(shí)耐受。電流三個(gè)指標(biāo)來表示其分?jǐn)嗄芰Γ辉谀承﹫龊?，我們希望一臺(tái)斷路器在分?jǐn)嗑€路最大的短路電流后不維護(hù)還可以繼續(xù)承載額定電流，那么，我們可以按斷路器的運(yùn)行分?jǐn)嗄芰Σ恍∮诰€路的預(yù)期最大短路電流的條件來選擇斷路器。否則，可以按斷路器的極限分?jǐn)嗄芰磉x擇斷路器。

從短路發(fā)生到短路保護(hù)電器動(dòng)作并分?jǐn)喽搪冯娏餍枰欢ǖ臅r(shí)間，一般要求配電系統(tǒng)在承受這段時(shí)間的短路電流后不會(huì)被破壞，這就必須對(duì)配電系統(tǒng)中的各種電器、導(dǎo)體及相關(guān)連接件進(jìn)行熱穩(wěn)定的校驗(yàn)；絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)符合《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.2條規(guī)定。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意那些距離供電變壓器較近，計(jì)算負(fù)荷較小的線路，往往按計(jì)算電流選擇的導(dǎo)線截面是無法滿足熱穩(wěn)定要求。

2.過負(fù)載保護(hù)

低壓配電線路裝設(shè)過負(fù)載保護(hù)，應(yīng)在過負(fù)載電流引起的導(dǎo)體溫升對(duì)導(dǎo)體的絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍的物質(zhì)造成損害前切斷負(fù)載電流。過負(fù)荷保護(hù)電器的動(dòng)作特性應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：

（1）IB≤In≤IZ

（2）I2≤1.45IZ

式中：IB被保護(hù)線路計(jì)算電流；

In保護(hù)電器的額定電流（對(duì)于可調(diào)的保護(hù)電器，額定電流In是給定的整定電流）；

IZ被保護(hù)導(dǎo)體的允許持續(xù)載流量；

I2保證保護(hù)電器在約定時(shí)間內(nèi)可靠動(dòng)作的電流。

對(duì)于突然斷電會(huì)導(dǎo)致比因骸負(fù)荷而造成的損失更大的配電線路，不應(yīng)裝設(shè)切斷電路的過負(fù)荷保護(hù)電器（如消防水泵的配電線路等），但應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷報(bào)警電器。還有對(duì)于多個(gè)低壓斷路器同時(shí)裝入密閉箱體內(nèi)的過負(fù)荷保護(hù)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、散熱條件及斷路器的數(shù)量、特性等因素考慮降容使用。另外，過負(fù)荷保護(hù)電器的整定電流應(yīng)躲過正常的短時(shí)尖峰負(fù)荷電流（如用電設(shè)備啟動(dòng)電流）。

3.接地故障保護(hù)

低壓配電線路裝設(shè)接地故障保護(hù)應(yīng)能防止人身間接電擊以及電氣火災(zāi)、線路損壞等事故。接地故障保護(hù)電器的選擇應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的接地形式（TN、TT、IT系統(tǒng)），移動(dòng)式、手握式或固定式電氣設(shè)備的使用情況，以及電氣回路中導(dǎo)體截面等因素的確定。接地故障是指相線對(duì)地或與地有聯(lián)系的導(dǎo)電體之間的短路，它包括相線與大地、PE線、PEN線、配電和用電設(shè)備的金屬外殼、敷線管槽、建筑物金屬構(gòu)件、采暖和通風(fēng)等管道等之間的短路。接地故障是短路的一種，自然需要及時(shí)切斷電路以保證線路短路時(shí)的熱穩(wěn)定，不僅如此，若未切斷電路，它還具有更大的危害性，當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)在接地故障持續(xù)的時(shí)間內(nèi)，與它有關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備和管道的外霹可導(dǎo)電部分對(duì)地和裝置外的可導(dǎo)電部分間存在故障電壓，此電壓可使人身遭受電擊，也可因?qū)Φ氐碾娀』蚧鸹ㄒ鸹馂?zāi)或爆炸，造成嚴(yán)重生命財(cái)產(chǎn)損失。

而在低壓配電系統(tǒng)中按接地形式不同可分為：IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)。其中IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的保護(hù)線直接接地（過去稱為保護(hù)接地）；TN系統(tǒng)的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共的保護(hù)線與電源中性點(diǎn)直接電氣連接（過去稱為接零保護(hù)）。我們可以根據(jù)這三種系統(tǒng)接地形式來分析一下它們各自的特點(diǎn)：

3.1 TN系統(tǒng)的接地故障保護(hù)

TN系統(tǒng)配電線路接地故障保護(hù)的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式：

Zs·Ia≤Uo

式中Zs接地故障回路阻抗；

Ia保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障回路的電流；

Uo相線對(duì)地標(biāo)稱電壓（V）。

系統(tǒng)切斷故障回路的時(shí)間應(yīng)符合：配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不應(yīng)大于5s；供電給手握式電氣設(shè)備和移動(dòng)式電氣設(shè)備的末端線路或插座回路不應(yīng)大于0.4s。

TN系統(tǒng)的接地故障多為金屬性接地故障，故障電流較大，可利用作過負(fù)荷保護(hù)和短路保護(hù)的過電流保護(hù)電器，兼作接地故障保護(hù)。但在某些情況下，如線路長、導(dǎo)線截面小時(shí)，過電流保護(hù)電器常不能滿足系統(tǒng)切斷故障回路的時(shí)間要求，則應(yīng)采用漏電保護(hù)器作接地故障保護(hù)。

3.2 TT系統(tǒng)的接地故障保護(hù)

竹系統(tǒng)配電線路接地故障保護(hù)的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式：

Ra·Ia≤50V

式中Ra外露可導(dǎo)電部分的接地電阻和PE線電阻之和；

Ia保證保護(hù)電器切斷故障回路的動(dòng)作電流。

由于TT系統(tǒng)的故障電流不易準(zhǔn)確計(jì)算，長延時(shí)過電流保護(hù)Ia值實(shí)際上難以確定，而竹系統(tǒng)的故障電流較小，過電流保護(hù)難以滿足靈敏度要求，因此，TT系統(tǒng)中應(yīng)采用漏電保護(hù)器作接地故障保護(hù)。

TT系統(tǒng)配電線路內(nèi)由同一接地故障保護(hù)電器保護(hù)的外露可導(dǎo)電部分，應(yīng)用PE線連接，并接至共用的接地極上。當(dāng)有多極保護(hù)時(shí)，各級(jí)宜有各自的接地板。

3.3 IT系統(tǒng)的接地故障保護(hù)

IT系統(tǒng)發(fā)生第一次一相接地故障時(shí)，故障電流為另兩相對(duì)地電容電流的向量和，故障電流很小，外露導(dǎo)電部分的故障電壓限制在50V及以下，不構(gòu)成對(duì)人體的危害，不需要中斷供電，應(yīng)由絕緣監(jiān)視電器進(jìn)行聲光報(bào)警，以便盡快排除故障。第一次接地故障時(shí)保護(hù)電器動(dòng)作特性應(yīng)符合下式：

Ra·Id≤50V

式中Ra外露可導(dǎo)電部分的接地極電阻；

Id相線和外露可導(dǎo)電部分間第一次短路故障的故障電流。

當(dāng)發(fā)生第二次接地故障時(shí)，如IT系統(tǒng)外露導(dǎo)電部分為單獨(dú)接地，故障回路的切斷應(yīng)符合TT系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求；如外霹導(dǎo)電部分為共同接地，故障回路的切斷應(yīng)符合TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求。

由此看來短路故障、過負(fù)載均屬過電流保護(hù)，目的是防止導(dǎo)體過熱，在達(dá)到規(guī)定的允許最終溫度之前切斷，以防止導(dǎo)線（電纜）壞，甚至引起火災(zāi)。接地故障保護(hù)：依靠保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷，除防止電線過熱外，更主要是作間接接觸電擊防護(hù)。但必須指出的是，間接接觸電擊防護(hù)有多種方式，自動(dòng)切斷電源不是惟一的方式，但是卻是最常用的方式。

作為設(shè)計(jì)人員除了理解、執(zhí)行好規(guī)范外，還要做好線路負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算、電壓損失計(jì)算，這也是配電線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；線路負(fù)荷計(jì)算：按照該線路所接負(fù)荷安裝功率，逐段計(jì)算出線路的計(jì)算電流，是確定導(dǎo)體截面和熔斷器的熔體電流或斷路器的長延時(shí)脫扣器整定電流的主要依據(jù)，但不是唯一的。

短路電流計(jì)算：包括計(jì)算三相短路電流和接地故障電流兩種，前者用以校驗(yàn)保護(hù)電器分?jǐn)嗄芰κ欠褡銐?，后者是確定接地故障時(shí)保護(hù)電器動(dòng)作靈敏性的重要依據(jù)。

電壓損失計(jì)算：對(duì)距離配電變壓器較遠(yuǎn)的線路，不僅影響導(dǎo)體截面大小的選擇，也間接關(guān)系到線路保護(hù)電器參數(shù)的選擇。

綜上所述，作為設(shè)計(jì)人員要做好低壓配電線路的保護(hù)，就應(yīng)全面準(zhǔn)確的理解、執(zhí)行《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，并要求在設(shè)計(jì)過程中精心考慮，從安全、可靠、經(jīng)濟(jì)及節(jié)能等方面進(jìn)行綜合分析；只有這樣才能更好地保證大家用電安全、用電可靠。