配電系統(tǒng)的接地與漏電保護器的配置技術(shù)論文

　　摘要：文章論述了配電系統(tǒng)的接地方式及適用范圍，并在簡述了RCD原理后，指出了正確使用RCD的方法。

　　關(guān)鍵詞：TN系統(tǒng) TT系統(tǒng) IT系統(tǒng) RCD保護 接地 接零

　　電能是一種即發(fā)即用、便于傳輸、使用的清潔能源。我國電力工業(yè)發(fā)展速度２０００年全國發(fā)電量為１３６８．５ＴＷＨ煼⒌繾盎容量達到３１９ＧＷ，居世界第二位。電氣化水平也得到了極大提高。電能已經(jīng)成為我國各方面建設(shè)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，電能還用于運輸工業(yè)、醫(yī)療及農(nóng)業(yè)灌溉等。現(xiàn)在，電能正愈來愈多地用來改善居住環(huán)境等。

　　１ 接地方式

　　長期以來，電力安全運行及正確使用電能一直是人們關(guān)心的問題，而配電系統(tǒng)的正確接地及有效保護技術(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，即中性點直接接地（亦稱大電流接地系統(tǒng)），另一種是中性點不接地（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)生的過電壓，可免除單相接地后的不對稱性。這種接地方式下，接地故障所產(chǎn)生的零序電流足夠使繼電保護靈敏動作，所以保護可靠。

　　中壓配電系統(tǒng)一般中性點不接地，所以，一旦發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)還能在不對稱方式下運行二個小時。但是地下電力電纜大量使用及城市用電負荷急增，不少地方已開始采用中性點接地方式。

　　對３８０／２２０Ｖ的低壓配電系統(tǒng)，除某些特殊情況外，絕大部分是中性點接地系統(tǒng)，其目的是為了防止絕緣損壞后運行人員遭受觸電的危險。

　　這里舉一例說明（見圖１），低壓三相四線制變壓器二次側(cè)中性點經(jīng)接地，電氣設(shè)備外殼不接地。當外殼帶電時，有人觸及外殼，此時流過人體的電流為：

　�。桑颍澹睿�

　　式中：ｕｘ——相電壓（Ｖ）

　�。颍颍澹睢�—人體電阻（Ω）

　�。颍啊�—接地裝置電阻（Ω）

　　由于ｒ０＜＜ｒｒｅｎ≈１５００Ω，則Ｉｒｅｎ≈≌０．１４７Ａ，結(jié)果遠大于安全允許值。

　　２ 漏電保護器

　　國家標準ＧＢ１６９１７．１—９７《家用或類似用途帶過電流保護的剩余電流動作斷路器的一般要求》等標準規(guī)定，漏電保護器可分：

　�。ǎ保┞╇妱幼鏖_關(guān)（僅有漏電保護的保護器）；

　�。ǎ玻┞╇妱幼鲾嗦菲鳎◣н^載、短路和漏電三種功能保護器）；

　�。ǎ常┞╇娎^電器（僅有漏電報警功能的保護器）。

　　２．１ 保護器的工作原理

　　漏電保護是一種電流動作型漏電保護，它適用于電源變壓器中性點接地系統(tǒng)（ＴＴ和ＴＮ系統(tǒng)），也適用于對地電容較大的某些中性點不接地的ＩＴ系統(tǒng)（對相－相觸電不適用）。

　　漏電保護器工作原理見圖２。三相線Ａ，Ｂ，Ｃ和中性線Ｎ穿過零序電流互感器，零序電流互感器的副邊線圈接中間環(huán)節(jié)及脫扣器。

　　在正常情況下（無觸電或漏電故障發(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：

　�。�＋＋＝Ｏ

　　因此，各相線電流在零序電流互感器鐵芯中所產(chǎn)生磁通向量之和也為零，即：

　�。�＋＋＝０

　　當有人觸電或出現(xiàn)漏電故障時，即出現(xiàn)漏電電流，這時通過零序電流互感器的一次電流向量和不再為零，即：

　　Δ＋＋＋≠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)電動勢，此信號進入中間環(huán)節(jié)，如果達到整定值，使勵磁線圈通電，驅(qū)動主開關(guān)，立即切斷供電電源，達到觸電保護。

　�。玻�２ 漏電保護器性能參數(shù)說明

　　2.2.1 額定漏電動作電流（I△n）

　　它是指在規(guī)定條件下，漏電保護器必須可靠動作的漏電動作電流值。國家標準（ＧＢ６８２９—８６）規(guī)定為０．００６、０．０１、０．０１５、０．０３、０．０５、０．０７５、０．１、０．２、０．３、０．５、１、３、５、１０、２０Ａ計１５個等級，在０．０３Ａ（３０ｍＡ）以下為高靈敏度，０．０３～１Ａ為中靈敏度，１Ａ以上為低靈敏度。

　　2.2.2 額定漏電不動作電流（I△n0）

　　這是為防止漏電保護器誤動作的必需技術(shù)參數(shù)，即在電網(wǎng)正常運行時允許的三相不平衡漏電流。國家標準規(guī)定I△n0不得低于I△n的1/2。

　　2.2.3 漏電動作分斷時間

　　動作時間是從突然施加漏電動作電流開始到被保護主電路完全被切斷為止。為達到人身觸電時的安全保護作用和適應(yīng)分級保護的需要，漏電保護器分快速型、延時型及反時限型三種。

　　2.2.4 靈敏度α

　　一般漏電信號電流不可能很大，又要保證人身安全，我國規(guī)定的３０ｍＡ信號電流可直接接觸保護，國外可小到６ｍＡ。

　　漏電互感器的靈敏度由下式表示：

　　α＝

　　式中：

　　Ｅ——副邊繞組中感應(yīng)電動勢模；

　　Ｉ——一次漏電流的模。

　　α反應(yīng)了漏電互感器對漏電流的反應(yīng)能力。根據(jù)電磁感應(yīng)原理計算得到：

　�。剑保�

　　采取加大鐵芯截面積，增加匝數(shù)Ｎ１，可以增加勵磁阻抗Ｚｍ，及增加負載阻抗ＺＬ，則可以得到高的靈敏度。

　　３ 低壓配電系統(tǒng)的接地

　�。常�１ 三種接地系統(tǒng)

　　在我國的《民用電氣設(shè)計規(guī)范》（ＪＧＪ／Ｔ１６—９２）標準中將低壓配電系統(tǒng)分為三種，即ＴＮ、ＴＴ、ＩＴ三種形式。其中，第一個大寫字母Ｔ表示電源變壓器中性點直接接地；Ｉ則表示電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地。第二個大寫字母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)：電源變壓器中性點接地，設(shè)備外露部分與中性線相連。

　�。裕韵到y(tǒng)：電源變壓器中性點接地，電氣設(shè)備外殼沒有專用保護接地線（ＰＥ）。

　　ＩＴ系統(tǒng)：電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地），而電氣設(shè)備外殼沒有專用保護接地線（ＰＥ）。

　�。常�２ ＴＮ系統(tǒng)

　　電力系統(tǒng)的電源變壓器的中性點接地，根據(jù)電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分與系統(tǒng)連接的不同方式又可分三類：即ＴＮ—Ｃ系統(tǒng)、ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)、ＴＮ—Ｃ—Ｓ系統(tǒng)。下面分別進行介紹。

　　e=宋體>    3.2.1 TN—C系統(tǒng)（見圖3）

　　其特點是：電源變壓器中性點接地，保護零線（ＰＥ）與工作零線（Ｎ）共用。

　�。ǎ保┧�是利用中性點接地系統(tǒng)的中性線（零線）作為故障電流的回流導(dǎo)線，當電氣設(shè)備相線碰殼，故障電流經(jīng)零線回到中點，由于短路電流大，因此可采用過電流保護器切斷電源。ＴＮ—Ｃ系統(tǒng)一般采用零序電流保護；

　�。ǎ玻�ＴＮ—Ｃ系統(tǒng)適用于三相負荷基本平衡場合，如果三相負荷不平衡，則ＰＥＮ線中有不平衡電流，再加一些負荷設(shè)備引起的諧波電流也會注入ＰＥＮ，從而中性線Ｎ帶電，且極有可能高于５０Ｖ，它不但使設(shè)備機殼帶電，對人身造成不安全，而且還無法取得穩(wěn)定的基準電位；

　　（３）ＴＮ—Ｃ系統(tǒng)應(yīng)將ＰＥＮ線重復(fù)接地，其作用是當接零的設(shè)備發(fā)生相與外殼接觸時，可以有效地降低零線對地電壓。

　　3.2.2 TN—S系統(tǒng)（見圖4）

　　整個系統(tǒng)的中性線（Ｎ）與保護線（ＰＥ）是分開的。

　�。ǎ保┊旊姎庠O(shè)備相線碰殼，直接短路，可采用過電流保護器切斷電源，如果線路較長，可在線路首端裝設(shè)ＲＣＤ，靠它切斷故障電流；

　�。ǎ玻┊敚尉�斷開，如三相負荷不平衡，中性點電位升高，但外殼無電位，ＰＥ線也無電位；

　　（３）ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)不必重復(fù)接地，因為重復(fù)接地后對Ｎ線斷后保護設(shè)備作用不明顯；

　�。ǎ矗�ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)適用于工業(yè)企業(yè)、大型民用建筑。

　　3.2.3 TN—C—S系統(tǒng)（見圖5）

　　它由兩個接地系統(tǒng)組成，第一部分是ＴＮ—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。

　�。ǎ保┊旊姎庠O(shè)備發(fā)生單相碰殼，同ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)；

　�。ǎ玻┊敚尉�斷開，故障同ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)；

　　（３）ＴＮ—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)備外殼在正常運行時始終不會帶電，所以ＴＮ—Ｃ—Ｓ系統(tǒng)提高了操作人員及設(shè)備的安全性。

　�。常�３ ＴＴ供電系統(tǒng)（見圖６）

　　如圖６，電源中性點直接接地，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分用ＰＥ線接到接地極（此接地極與中性點接地沒有電氣聯(lián)系）。

　�。ǎ保┊旊姎庠O(shè)備發(fā)生相碰殼接地，環(huán)路阻抗Ｚ＝ＺＬ＋ＺＰＥ＋Ｚｆ＋ＲＡ＋ＲＢ

　　式中：

　�。冢獭�—相線阻抗；

　�。冢校拧�—ＰＥ線阻抗；

　　Ｚｆ——相線與外殼間接觸電阻；

　�。冢痢�—用電設(shè)備接地電阻；

　�。冢隆�—電源中性點接地電阻。

　　由于ＺＬ、ＺＰＥ、Ｚｆ很小，可忽略，接地電流：

　　Ｉｄ＝＝

　　按ＪＧＪ／Ｔ１６—９２標準規(guī)定ＲＡ·Ｉ＇ｄ≤５０Ｖ，及Ｉ＇ｄ＝

　�。铡�—相電壓；

　�。桑В洹�—為低壓斷路器瞬時或延時過電流脫扣整定值（Ａ）；

　�。桑洹�—單相短路電流（Ａ）。

　　∴ＲＡ≤（１５／２９）·ＲＢ

　　如果ＲＢ≤４Ω，則：ＲＡ≤·ＲＢ＝２．０７Ω；接地電阻 的要求極其苛刻，較難實現(xiàn)，因此一般要求ＲＡ取值范圍為４Ω～１０Ω。

　　如果ＲＡ≤４Ω，則Ｉａ≈１２．５Ａ。

　　由ＲＬ１型熔斷器特性曲線與自動開關(guān)保護特性曲線得到的保護裝置允許最大整定值列于下表。

　　由表可知ＲＡ≤４Ω時，熔斷器熔體的額定電流Ｉｅ≤４Ａ或Ｉｅ≤２Ａ，而低壓斷路器瞬時動作整定值Ｉｅ≤１１Ａ才能保證在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障回路。在工程上，這么小的整定值是沒有實際意義的，另外，容量較大的分支負荷或支路負荷也無法采用熔斷器或自動開關(guān)作這種ＴＴ接地系統(tǒng)的保護電器，因此要采用ＲＣＤ保護電器。

　　（２）ＴＴ系統(tǒng)在國外被廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)僅限于局部對接地要求高的電子設(shè)備場合，如果在負荷端和首端裝設(shè)ＲＣＤ煻干線末端裝有斷零保護，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所。

　�。常�４ ＩＴ系統(tǒng)

　　電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間無直接連接（或經(jīng)電阻接地），而受電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分則通過保護線直接接地（如圖７）。

　　圖７（ａ）配電中性點與地絕緣；圖７（ｂ）配電中性點經(jīng)電阻（阻抗）接地；圖７（ｃ）配電中性點經(jīng)阻抗接地?zé)对O(shè)備外露導(dǎo)電部分接到電源的接地體上。

　　下面分析發(fā)生單相短路故障時的情況熣飫鎦宦凼鐾跡罰ǎ猓。在發(fā)生第一次接地故障時。

　　Ｉｄ≤Ｕ／（Ｚ＋ＲＡ＋ＲＢ＋ＺＬ＋Ｚｆ）

　　式中：

　�。凇�—配電系統(tǒng)中性點的阻抗

　�。遥痢�—用電設(shè)備的接地電阻，一般ＲＡ≤４Ω

　�。遥隆�—配電設(shè)備中性點的接地電阻，一般ＲＢ≤４Ω

　�。铡�—電源相電壓，２２０Ｖ

　�。冢獭�—相線電阻

　�。冢妗�—相線與外殼之間接觸電阻

　�。冢獭ⅲ冢鏀�(shù)值很小，略去不計。按ＩＥＣ標準，Ｚ的阻抗推薦５倍于相線電壓數(shù)值，

　�。冢剑怠粒玻玻皳�(dān)保埃埃唉

　�。桑洹埽玻玻埃�（１０００＋４＋４）＝０．２１８（Ａ）    設(shè)備外露部分的電壓：Ｕｆ≤Ｉｄ·ＲＡ＝０．２１８×４＝０．８７２Ｖ，這個電壓不會造成觸電傷害，因此第一次出現(xiàn)這種情況，不用切斷電源，而是發(fā)一個聲光告警。

　　在發(fā)生第二次接地故障時（圖８），Ｍ１設(shè)備的Ｌ３相接地，Ｍ２設(shè)備的'Ｌ２相接地時，必須滿足ＲＡ·Ｉａ≤５０Ｖ及ＲＣ·ＩＣ≤５０Ｖ，式中Ｉａ、ＩＣ分別為Ｍ１，Ｍ２保護器的動作電流。

　　在一般情況下，ＲＡ＝ＲＣ＝４Ω，則Ｉａ＝Ｉｃ≈５０Ｖ／４Ω＝１２．５Ａ；如果采用熔斷器或空氣斷路器作保護時，ＩＴ系統(tǒng)只能提供小容量負荷。如果采用ＲＣＤ，則ＩＴ系統(tǒng)可以提供較大負荷量。

　　４漏電保護器的配置

　�。矗�１ 漏電保護器的配置技術(shù)

　　一般僅有一級保護，額定動作電流Ｉ△ｎ≤Ｖｒ／Ｒｓ。式中：Ｖｒ——安全觸電電壓，特別潮濕場所為２．５Ｖ，潮濕場所�。玻担�，而干燥場所�。担叮�；Ｒｓ為設(shè)備外露導(dǎo)電部分接地電阻。

　　如果有二級保護，圖９表示了兩級保護的動作時間和動作電流的配合關(guān)系。其第一級的目的是為了防止人身間接接觸觸電，被保護電網(wǎng)面積大負載電流大，通常１５０ｋＶＡ變壓器總出線電流２１６Ａ，動作電流取１００～３００ｍＡ，而動作時間為０．２ｓ以上；其第二級的目的是防止直接接觸觸電事故，被保護電網(wǎng)覆蓋小，動作電流選３０ｍＡ，動作時間≥０．０４ｓ。

　　如果多級漏電保護時，多級漏電保護Ｉ△ｎ１≥３Ｉ△ｎ２ ｔ１≥ｔｆｄ，式中，Ｉ△ｎ１是上一級，Ｉ△ｎ２為下一級ＲＣＤ額定動作電流，ｔｆｄ為上一級ＲＣＤ可返回的時間；ｔｆｄ為下一級ＲＣＤ分、合斷時間。

　　如果要采取三級保護，則（１）末線路端用電設(shè)備Ｉ△ｎ＝３０ｍＡ煟簟埽埃１ｓ；（２）分支路選擇ＲＣＤ，�。伞鳎睿剑保埃埃恚� ｔ≤０．３ｓ；（３）干線選擇Ｉ△ｎ＝３００ｍＡ ｔ≤１ｓ。

　�。矗�２ 安裝漏電保護器的注意事項

　�。ǎ保┞╇姳Ｗo器能否正常工作，它與接地方式及安裝方式有很大關(guān)系。這里僅舉一例說明Ｉ△ｎ＝１００ｍＡ煟簟埽保蟆

　　由于兩個漏電保護器出線后的線路混用（見圖１０），而造成兩個漏電保護器不能同時供電。

　　圖中，由于臨時將照明燈泡跨接在兩個漏電保護器出線后的相線與中性線之間，它是跨接在２ＬＤＢ中的相線與的１ＬＤＢ中性線之間，當燈泡亮后，其相線電流流經(jīng)２ＬＤＢ和１ＬＤＢ回到中線，很明顯２ＬＤＢ使出現(xiàn)不平衡電流，１ＬＤＢ中也出現(xiàn)差流，從而２ＬＤＢ和１ＬＤＢ一起動作，切斷了電源，因此造成兩個回路都無法正常工作。

　�。ǎ玻┌惭b漏電保護器時，一定要注意線路中中性線的正確接法，即工作中性線一定要穿過漏電電流互感器，而保護中性線決不能穿過漏電電流互感器，如圖４—（ａ）（即ＴＮ－Ｓ系統(tǒng)）。  ５ 結(jié)論

　�。ǎ保┎煌�的接地方式應(yīng)選用不同的接地保護器。ＴＴ系統(tǒng)中，ＲＣＤ是接地故障的適合保護器；而在ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)，就不宜采用ＲＣＤ；在ＴＮ－Ｓ，ＴＮ－Ｃ－Ｓ系統(tǒng)，均可采用ＲＣＤ作保護器。

　�。ǎ玻�為了達到保護人身安全，又不要擴大停電范圍，要正確選擇ＲＣＤ的分級保護。

　�。ǎ常┌惭bＲＣＤ保護，要防止接地方式混亂，及接地、接零混用。還要正確使用，使用不當也會造成停電或事故。

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