低壓配電系統(tǒng)接地型式與保護(hù)配置
在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16-92)、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50054-95)以及IEC/TC64標(biāo)準(zhǔn)中,按接地制式將低壓配電系統(tǒng)劃分為IT、TN、TT。在現(xiàn)實(shí)的生活中,特別是在偏遠(yuǎn)的縣鄉(xiāng)級等基層供電單位的供電施工中,仍然存在接地型式錯亂,接地、接零混用、剩余電流保護(hù)器(以下簡稱:RCD)選擇錯誤的現(xiàn)象,且時有發(fā)生。如我設(shè)計(jì)的一住宅小區(qū),50棟住宅樓內(nèi)電源系統(tǒng)均采用TN-C-S電源,而當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門在小區(qū)設(shè)計(jì)建造的低壓配電室,仍按TT系統(tǒng)供電,在配電柜的調(diào)試中,RCD無法工作,系統(tǒng)不能正常送電,最后只得拆除改造配電柜,造成了不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤。由此可知,基層的供電系統(tǒng)的個別技術(shù)人員,對低壓配電接地制式缺乏應(yīng)有的認(rèn)識及了解。另一方面,據(jù)近幾年的有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看,農(nóng)村觸電死亡人數(shù)逐年上升,電氣火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的比例也逐年遞增。在紡織、煤炭、面粉、奶粉、制糖等行業(yè)的多塵車間里因電氣引起的粉塵爆炸,造成的損失也較為嚴(yán)重。基于以上情況,為防止發(fā)生傷亡、火災(zāi)事故,杜絕因選擇接地制式錯誤而造成的損失,筆者認(rèn)為很有必要對低壓配電系統(tǒng)接地型式以及發(fā)生各種故障狀況進(jìn)行系統(tǒng)地分析。
1 IT系統(tǒng)
電源端帶電部分對地絕緣或經(jīng)電阻接地,而用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分直接接地,見圖1所示。圖1a為配電系統(tǒng)中性點(diǎn)與地絕緣;圖1b為配電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地;圖1c為配電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地,設(shè)備外露導(dǎo)電部分接到電源的接地體上。
1.1 當(dāng)發(fā)生單相短路故障時
因IT有三種接線方式,故單獨(dú)分析。當(dāng)發(fā)生第一次接地故障時:
1.1.1 在圖1a中,當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生第一次單相接地故障時(如圖中L1相),故障電流Id為另外兩個非故障相對地電容電流的向量和。如供電線路不長,電容電流很小,不會引起保護(hù)裝置的動作,碰殼處的故障電壓Uf=IdRA(式中RA為設(shè)備接地電阻Ω),遠(yuǎn)小于人體接觸電壓限值UL(在干燥場所為50V),不會發(fā)生人體被電擊或其它事故。IEC364-4-41(1992)中第413·1·5·1條規(guī)定,如果滿足Id·RA≤UL,則可不需切斷電源,但須設(shè)置絕緣監(jiān)視裝置,當(dāng)發(fā)生第一次接地故障時,絕緣監(jiān)視裝置檢測出故障,使報(bào)警設(shè)備動作,發(fā)出聲光報(bào)警信號,維修人員應(yīng)立即采取措施,消除故障,防止再次發(fā)生第二次短路故障使供電中斷。如供電線路較長,應(yīng)考慮故障電壓的安全性。
1.1.2 在圖1b中,第一次接地故障電流Id= ,
式中Z為配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的阻抗;RB為配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地電阻,一般RB≤4Ω;RA為用電設(shè)備的接地電阻,在JGJ/T16-92中,不具體要求數(shù)值,為量化計(jì)算,在此可取RA≤4Ω;U為電源相電壓,220V;ZL為相線阻抗;Zf為相線與外殼之間接觸電阻。其中ZL、Zf數(shù)值很小,可忽略不計(jì),對Z的阻值,IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦采用5倍于相電壓的數(shù)值,可取Z=1000Ω,則 ,則電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分呈現(xiàn)的接觸電壓Uf=Id·RA≤0.218×4=0.872V。如此小的接觸電壓是不會造成電擊傷害。因此發(fā)生第一次接地故障也無須切斷電源,只須發(fā)出聲光報(bào)警。該系統(tǒng)可用于供電線路較長的場合,如礦井中,配電變壓器設(shè)于地面,用電設(shè)備設(shè)于地下。
1.1.3 在圖1c中,L1相發(fā)生第一次接地故障,因相線和保護(hù)線阻抗相對較小,可忽略不計(jì)。則接地電流,接觸電壓Uf數(shù)值很小,
可忽略不計(jì),故障電壓主要分配在阻抗Z上。
1.1.4 配出中性線的IT系統(tǒng)。根據(jù)JGJ/T16-92第8·6·6·6“IT系統(tǒng)不宜配出N線,如有N線配出時,需要在N線裝設(shè)過電流保護(hù)器,并用來使包括N線在內(nèi)的所有導(dǎo)線斷電”,如圖2所示。同時,IEC標(biāo)準(zhǔn)[IEC364-4-473(1997)第473·3·2·2條]也強(qiáng)烈建議不引出中性線。因?yàn)槿鏝線對地短路,線路絕緣監(jiān)視裝置不能發(fā)出信號,無法發(fā)現(xiàn)其故障,IT系統(tǒng)已按TT系統(tǒng)運(yùn)行,如再發(fā)生相線接地,線路保護(hù)裝置將切