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    低压配电系统接地故障保护分析
        低压配电系统接地是一项复杂、事关安全的工程,接地形式与接地故障保护息息相关,有关技术人员一定要按有关国家标准、规范执行,做到概念清楚、具体分析、准确把握,才能有效地防止触电和火灾发生,提高安全用电水平。
       低压配电接地系统是配电系统中很重要的组成部分,能否正确选用直接影响到整个系统的可靠性和安全性。20世纪90年代我国制定和修订了有关电气技术规范、标准,基本上等同IEC标准。但是,目前建筑电气设计和施工中仍存在接地形式混乱、接地做法欠合理、剩余电流保护器(RCD)接线错误等问题,电气事故时有发生。
    1  低压配电系统接地形式
    1.1  IT系统
       电源端带电部分不接地或经高电阻、电抗或阻抗接地,而用电设备外露导电部分直接接地。IT系统供电的可靠性高、安全性好,适用对不间断供电要求高的某些场所,如重要的连续生产装置,尤其适合于矿井井下。近几年逐步应用于大医院手术室等重要场所的动力和照明系统。
    1.2  TT系统
       电源中性点直接接地,电气设备的外露导电部分接至与电源中性点接地无电气联系的接地极上。该系统中性线N和PE线没有电的联系,在正常运行时,N线带电情况下,PE线不会带电。TT系统可适用于用电设备容量小且很分散的农村居住区。个别城市由公用低压线路供电的用户按供电部门的规定采用TT系统。
    1.3  TN系统
       电源有一点直接接地,受电设备的外露可导电部分通过保护线与电力系统接地点连接。按中性线与保护线组合情况,又可分为以下3种形式。
    (1)TN-S系统 整个系统的中性线(N)与保护线(PE)是分开的。系统正常运行时,专用保护线上没有电流,只是中性线上有不平衡电流。PE线对地没有电压,所以电气设备金属外壳接地保护是接在专用的保护线PE上,安全可靠。通常建筑物内设有独立变配电所时采用该系统。
    (2)TN-C系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。如果三相负载不平衡,N线上有不平衡电流,在线路上产生一定的电位差,与保护线所连接的电气设备金属外壳对大地有一定的电压。TN-C系统只适用于三相负荷基本平衡、有专职电工负责维护的工业厂房。
    (3)TN-C-S系统 系统中有一部分保护线与中性线是合一的,当PE线与N线从某点(一般为进户处)分开后就不能再合并,且N线绝缘水平应与相线L 相同。该系统一般用在建筑物电源由区域变电所引来的场所。
    2  接地故障保护
        为了防止人身间接电击及电气火灾、线路损坏等事故,还应设置能自动切断故障电路的保护措施,即接地故障保护。接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地形式(TN、TT、IT系统),移动式、手握式或固定式电气设备使用的使用情况,以及电气回路中保护线截面确定。在电气装置或建筑物内,不论采用何种接地系统,都要实施总等电位联结。总等电位联结的作用是使各外露导电部分与地面的电位趋于接近,不存在电位差,从而降低接触电压,另外还能消除或降低自外部导入的危险电压。
    2.1  TN系统的接地故障保护
       TN系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式:SIa≤Uo
    式中  ZS——接地故障回路阻抗(Ω);
    Ia——保证保护电器在表1规定的时间内自动切断故障回路的电流(A);
    Uo——相线对地标称电压(V)。
        可认为符合表1要求。TN系统的接地故障多为金属性短路,故障电流较大,可利用作过负荷保护和短路保护的过电流保护电器(熔断器、低压断路器),兼作接地故障保护。但在某些情况下,如线路长、导线截面小的情况,过电流保护电器常不能满足表1要求,则应采用漏电保护器作接地故障保护。
    2.2  TT系统的接地故障保护
    TT系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式
    sIa≤50 V
    式中 RA——外露导电部分所接接地极和PE线电阻之和(Ω);
    Ia——保证保护电器切断故障回路的动作电流(A)。
    由于TT系统的故障电流不易准确计算,长延时过电流保护Ia值实际上难以确定,而TT系统的故障电流较小,过电流保护难以满足灵敏度要求,因此TT系统中应采用漏电保护器作接地故障保护。
    2.3 IT系统的接地故障保护
        IT系统发生第一次一相接地故障时,故障电流为另两相对地电容电流的相量和,故障电流很小,外露导电部分的故障电压限制在50 V及以下,不需要中断供电,只需设置绝缘监视装置进行声光报警,以便尽快排除故障。
    第一次接地故障时保护电器动作特性应符合下式
    AId≤50 V ,式中  RA——外露导电部分所接接地极的接地电阻(Ω);Id——发生第一次接地故障时的故障电流(A)。
    当发生第二次异相接地故障时,当IT系统外露导电部分为单独接地,其防电击要求和TT系统相同;若外露导电部分为共同接地,其防电击要求和TN系统相同。
    3 典型错误实例分析
    3.1 TN 系统中TN-C-S、TN-S接地形式混淆
        某厂区采用TN系统配电,低压电缆从变电所引出至各厂房,采用了TN-S接地形式,即引出五线,各单体建筑的进线处未设重复接地。这种做法违反了《民规》JGJ/T16-1992第14.5.3.1款的规定(注意只有距接地点在50 m之内,才能这样做)。也有的设计同样采取TN-S系统,在单体进线处设PE线重复接地,虽然没有违反规范,但是从设计合理性上讲,笔者认为不可取,多用了一根线,应该采用TN-C-S形式,即三相四线,单体进线处作PEN线重复接地。
    3.2 剩余电流保护器(RCD)接线错误
        TN系统中总电源进线处,应在装漏电保护装置前,PEN线严格分成PE 线和N 线,N 线要和相线一起穿过RCD 的电流互感器。若保护线PE接在漏电保护的负载侧,当发生接地故障时,因整个回路均穿过漏电保护装置,检测不出剩余电流,漏电保护装置不动作。同时漏电保护装置的负载侧不能设置重复接地,如有重复接地,部分正常负荷电流将流经大地,对剩余电流动作保护器形成剩余电流而使其在无故障情况下发生误动作。
    对TT系统装设漏电保护装置时,要认真检查线路上重复接地设施。在漏电保护装置的负载侧不能设置重复接地,否则将造成漏电保护装置的误动和拒动。笔者设计的某办公楼,TN-C-S接地系统,交付使用后,用户反映总电源进线断路器经常无故跳闸,有人怀疑漏
        电保护装置300 mA动作电流值是否太小,抑或延时0.5 s 太短。笔者认为以上原因可能性不大,经检查发现是RCD接线错误。还有的出现类似问题后不细查原因,干脆甩掉漏电保护装置,其防止电气火灾的功能就无法实现,留下用电安全隐患。
    3.3 低压配电系统前、后接地形式不一致
        某住宅小区,住宅楼内系统设计均采用TN -C-S形式,而小区变电所是由供电部门设计建造,按TT系统供电,则变电所TT系统的安全保护措施难以适应,系统不能正常工作。
        在做住宅小区设计时,设计人员要先弄清楚整个小区供电方式,如果是由供电部门以低压供电,就应按供电部门的要求采用接地系统,与当地的接地系统协调一致,否则后果不堪设想。
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