電氣安全第二章低壓配電系統(tǒng)

1、第二章：低壓配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運 行直接影響著電能的輸送、使用，該系統(tǒng)電擊的防護(hù)主要指人身安全、 設(shè)備安全、建筑物及其他相關(guān)設(shè)施的安全。本章就供配電系統(tǒng)的電擊 防護(hù)做一定的討論，為正確使用、維護(hù)電氣系統(tǒng)安全奠定基礎(chǔ)。 §21城市電網(wǎng)與低壓配電系統(tǒng)城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、電氣化鐵路網(wǎng)等都是負(fù)荷中心電網(wǎng)，具有受端網(wǎng) 的特征。供配電系統(tǒng)是受端網(wǎng)的敁末部分。本節(jié)在介紹城網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引出供配電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)的 概念。從城網(wǎng)出發(fā)，向上可深入到區(qū)域大電網(wǎng)，向下可延伸至用戶網(wǎng)， 是理解電力系統(tǒng)的一個很好的切入點。一、城市電網(wǎng)簡介為城市送電和配電的各級電網(wǎng)的總稱，它

2、服務(wù)于一座城市的市 區(qū)及所屬(部分)郊區(qū)，簡稱城網(wǎng)。1、城網(wǎng)供電設(shè)施(1) 城市變電所。指起變換電壓等級、并起集中和分配電能作 用的供電設(shè)施。(2) 開關(guān)站。起接受和分配電能作用的配電設(shè)施，又稱開閉所， 不變換電壓等級。(3) 公用變配電所。向低壓電力用戶供電的變配電所，與城市 變電所原理類同，但在城網(wǎng)中所處地位不同?！肮谩币辉~對應(yīng)于“專用”。專用變配電所指用戶自己建設(shè)運行的變配電所，而公用變配電 所是供電企業(yè)建設(shè)運行的。如：城市變電所，戶外桿上公用變電所 ，組合式成套用戶專用變電站。(見多媒體彩圖)2、城市電網(wǎng)的電源向城市電網(wǎng)提供電能的設(shè)施統(tǒng)稱為城市供電電源。(1) 城市發(fā)電廠生產(chǎn)電能。(

3、2) 電源變電所接受域外輸入的電能，一般是輸變電系統(tǒng)的輸 電線路從遠(yuǎn)方大型發(fā)電廠輸送過來的。新技術(shù)動態(tài)：分布式發(fā)電技術(shù)， 使得一些用戶自備發(fā)電站也成為城市電網(wǎng)電源。3、城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電壓層次(1) 送電網(wǎng)與樞紐變電所送電網(wǎng)是城網(wǎng)中電壓等級最尚的hi網(wǎng)，大城市多已達(dá)到500kv， 一般城市為220kv。送電網(wǎng)要求成環(huán)狀網(wǎng)，一般要求成雙環(huán)。送電網(wǎng) 上功率(潮流)可雙向輸送，有調(diào)度作用。送電網(wǎng)上的城市變電所 稱為樞紐變電所。樞紐變電所中，接受域外電能或城市發(fā)電廠電能的 變電所稱為電源變電所。(2) 高壓配電網(wǎng)樞紐變電所二次出線至區(qū)域變電所之間的電網(wǎng)，稱為高壓配電 網(wǎng)，簡稱高配網(wǎng)。區(qū)域變電所是城市屮一

4、個較小范圍的供電設(shè)施，供 電半徑在主城區(qū)一般不超過10km。500kv送電電壓的城網(wǎng)中，高配 網(wǎng)電壓一般為220kv和110kv； 220kv送電電壓城網(wǎng)中，高配網(wǎng)電壓 一般為llokv和35kv。高配網(wǎng)功率一般只單向流動，但也町能部分 參與潮流調(diào)度。(3) 中壓配電網(wǎng)從區(qū)域變電所二次出線，到公用或?qū)Ｓ米兣潆娝g的電網(wǎng)，叫中 壓配電網(wǎng)。屮壓配電網(wǎng)電壓一般為10kv,也有少數(shù)為35kv (電壓等 級劃分屬于高壓，但從網(wǎng)絡(luò)中作用來說屬于中壓)，現(xiàn)部分地區(qū)試運 行20kv。中壓配電網(wǎng)中通常設(shè)置有較多的1orv開閉所，起分級配 電作用。中壓配電網(wǎng)功率只單向流動，不參與潮流調(diào)度。(4) 低壓配電網(wǎng)公用變

5、電所二次出線至低壓用戶電表之間的電網(wǎng)，叫低壓配電 網(wǎng)。專用變電所二次出線后的電網(wǎng)，以及低壓用戶電表后的電網(wǎng)，技 術(shù)上也屬于低壓配電網(wǎng)，但不屬于供電企業(yè)運行管理的范圍。二、供配電系統(tǒng)概念技術(shù)角度看：指區(qū)域變電所以下的電網(wǎng)，或一般情況下指llokv 及以下電網(wǎng)。工程實際角度看：指電力用戶電網(wǎng)。特征：處于電力系統(tǒng)的最末端，以使用電能為主要任務(wù)，功率單向流 動，不參與潮流調(diào)度。研究重點：配電、用電問題，部分涉及供電問題。學(xué)科背景：電氣工程技術(shù)，終端用戶技術(shù)。三、低壓配電系統(tǒng)最末端電網(wǎng)，電壓220/380v，或380/660v。電源：公用或?qū)Ｓ米兣潆娝?、自備發(fā)電站。負(fù)荷：用電設(shè)備。特點：一個電壓等級。

6、表達(dá)：單線圖或多線圖，以后者居多。§2-2低壓系統(tǒng)按接地形式和帶電導(dǎo)體形式分類一、術(shù)語解釋(1) 系統(tǒng)中性點.系統(tǒng)中與各輸山端子間電壓絕對值相等的那一點。 電源系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)繞組、變壓器二次繞組等。負(fù)載系統(tǒng)：電動機(jī)、硅 整流裝置等。中性點是一個電氣上的點，與電路中的節(jié)點可能有對應(yīng) 關(guān)系，也可能沒有。(2) 裝置外露導(dǎo)電部分：正常時不帶電，故障時可能帶電的設(shè)備或 裝置的易觸及的金屬外殼。常簡稱設(shè)備金屬外殼，或簡稱外殼。對ii 類防電擊設(shè)備(后續(xù)介紹)，不論外殼是否是金屬材料，均可認(rèn)為無 外露導(dǎo)電部分。(3) 裝置外導(dǎo)電部分：指給定場所中不屬于電氣裝置組成部分的導(dǎo) 體。如：場所中的金屬水管

7、，金屬掛架等。(4) 中性線(n線)：與電源中性點連接、并能起傳輸電能作用的導(dǎo) 線。舊稱零線，不正確，堅決摒棄。(5) 保護(hù)線(pe線)：為防止觸電危害而用來與某些部分連接的導(dǎo) 線。舊稱地線，不準(zhǔn)確。某些部分：裝置外露導(dǎo)電部分，裝置外導(dǎo)電 部分，中性點，接地點，等電位聯(lián)結(jié)板等。(6) 保護(hù)中性線(pen線)：具有n線和pe線雙重功能的單一導(dǎo)線。(7) 固定式設(shè)備：牢固固定在一定位置處的設(shè)備。如：空調(diào)機(jī)、吊 扇等。(8) 移動式設(shè)備：正常工作吋需要移動、或接有電源吋仍易于移動 的設(shè)備。如：坐地電風(fēng)扇、電熱油汀等。（9）手握式設(shè)備：工作吋需要用手握住的移動式設(shè)備。如：電鉆、 吸塵器等。二、低壓系統(tǒng)

8、按接地形式分類 12系統(tǒng)。1 電源系統(tǒng)接地情況：i不接地；（法文isolation隔離），t直接接地。（法文terre大地）2 負(fù)載設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接地情況：n與電源系統(tǒng)接地點 連接；（法文neutre中性），t直接接地，與電源系統(tǒng)接地?zé)o人 為電氣聯(lián)系。分tn、tt、ft三種形式。1、tn系統(tǒng)：電源中性點直接接地，設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與電源中性 點直接電氣連接的系統(tǒng)。乂分為tn-s、tn-c、tn-c-s三種形式： tn-s系統(tǒng)：-sspare： pe線與n線是分開的，pe線和n線自中 性點后不能再有任何電氣連接tn-c系統(tǒng)：-ccombine： pe線與n線是合用的pe線與n線功 能合二為一

9、，稱為pen線tn-c-s系統(tǒng)：-c-s混合形式。電源側(cè)部分為tn-c,負(fù)荷側(cè)部分 為tn-s。重復(fù)接地并非必須?。?）、tn-s系統(tǒng)：中性線（n線）與保護(hù)線（pe線）均以電源中性 點引出，但從屮性點分開后不能再有電氣聯(lián)結(jié)。見p29圖2-6tn-s系統(tǒng)在我國配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，有時也稱為三相五線制 系統(tǒng)。（2）、tn-c系統(tǒng)：中性線（n線）等保護(hù)線（pe線）合二為一，稱 為pen線。該系統(tǒng)曾經(jīng)在我國廣泛應(yīng)用，但由于它所同有的技術(shù)性的 種種弊端，現(xiàn)已很少使用，尤其在民用配電中基本已不允許使用tn-c 系統(tǒng)！見p29圖2-7。(3)、tn-c-s系統(tǒng)：從電源出來只起輸電作用的用tn-c系統(tǒng)，到

10、 用電負(fù)荷將近某一點處，將pen線分開形成單獨的n線和pe線，從 這一點開始，系統(tǒng)相當(dāng)于tn-s系統(tǒng)。見p29圖2-82、tt系統(tǒng)：電源中性點直接接地，用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分邊直 接接地的系統(tǒng)，工作接地與保護(hù)接地的接地裝置必須相互獨立。注意 單獨接地和共同接地。見p28圖2-5(1) 、tt系統(tǒng)的特點：安全性高，但接地要可靠。(2) 、適用場合：主要用于城市公共配電網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)。3、it系統(tǒng)：就是電源中性點不接地，用電設(shè)備外露町導(dǎo)電部分直接 接地的系統(tǒng)。(1) 、it系統(tǒng)的特點：供電可靠性高，但對電擊防護(hù)要求極高。(2) 、適用場合：用于易發(fā)生接地故障，同時又要求供電可靠性極高 的場所。如：礦山基

11、地供電，醫(yī)院手術(shù)室的配電等。見p27圖2-4三、低壓系統(tǒng)按帶電導(dǎo)體形式分類與按接地形式分類辯異。x相x線制系統(tǒng)。“x相”指電源的相數(shù)， “x線”指正常工作情況下傳輸電能的導(dǎo)線數(shù)。pe線正常情況下不傳 輸電能，因此有n線的tn-s系統(tǒng)、tn-c系統(tǒng)都是三相四線制系統(tǒng), 或單相二線制系統(tǒng)。it系統(tǒng)一般不引出中性線，因此常為三相三線 或單相二線制系統(tǒng)。tt系統(tǒng)多為三相叫線制或單相二線制系統(tǒng)。§2-3常用低壓配電電器一、低壓幵關(guān)、隔離器開關(guān)：能承載、通斷正常(含規(guī)定的過負(fù)荷)電流，并能在規(guī)定 時間內(nèi)承受短路電流沖擊、但不能開斷短路電流的機(jī)械電器。隔離器：在斷開狀態(tài)符合規(guī)定隔離功能、能通斷空載

12、電路、且能承受 正常電流和規(guī)定吋間內(nèi)短路電流的機(jī)械電器。隔離殲關(guān)：在斷開狀態(tài)符合隔離器要求的開關(guān)。注意與中、高壓電器名稱的差異，不要混淆。、熔斷器1、熔斷器工作原理根據(jù)熔體受熱所產(chǎn)生的物態(tài)變化，可分為四個階段:固態(tài)溫升、熔化、 液態(tài)溫升、燃弧。2、保護(hù)特性及主要參數(shù)(1)安一秒特性熔化時間電流曲線 弧前時問電流曲線熔斷吋間電流曲線(2) /2z特性：對極快速熔斷的限流式熔斷器，不考慮散熱，是否熔 化、熔斷只與熱脈沖/2f有關(guān)。分最小弧前/2z和最大熔斷/2z。因限 流熔斷器熔化與起弧幾乎同時出現(xiàn)，故最小弧前/2r即最小熔化/ y(3) 熔體額定電流指熔體允許長期通過的最人電流。(4) 約定吋間

13、內(nèi)的約定熔斷/不熔斷電流(/f人f)。約定時鬧和電流值是生產(chǎn)廠家按標(biāo)準(zhǔn)取定、并在產(chǎn)品特性上體現(xiàn)出來的。（5）額定幵斷電流4。指熔斷器能夠開斷的最大短路電流有效值。（6）額定域小開斷電流/epmin。指熔斷器能夠開斷的最小短路電流有 效。熔斷器除了有最大開斷能力限制外，還有最小開斷能力限制，也 就是說故障電流太小也不能使熔斷器可靠開斷，這主要是因為若故障 電流不夠大，其產(chǎn)生的熱量就不足以蒸發(fā)足夠多的熔融液態(tài)熔體金屬 使熔體討靠斷開。（7）保護(hù)配合系數(shù)（過電流選擇比）。上、下級熔體選擇性動作所需 最小熔體額定電流比伉，一般為1.6。即：若上級熔體額定電流為下 級的1.6倍以上，則k級短路時，能保證

14、卜級熔體熔斷時，上級熔體 尚未熔化。3、熔斷器類型簡介按結(jié)構(gòu)分：專職人員用，非熟練人員用。按分?jǐn)喾秶郑篻熔體 （全范圍），a熔體（部分范圍）。按使用類別分：g類（一般用途），m類（保護(hù)電動機(jī)），tr （保護(hù)變壓器）。如gg類，am類、gm類等。三、低壓斷路器開關(guān)電器+保護(hù)電器的組合電器。1、結(jié)構(gòu)：殼架+脫扣器，殼架：純斷路器功能部分。過電流脫扣 器：過電流保護(hù)部分。失壓脫扣器：欠電壓保護(hù)部分。分離脫扣器： 提供遠(yuǎn)動控制功能。3、過電流脫扣器過電流保護(hù)特性長延時脫扣器為反時限特性；短延時脫扣器為固定時限特性，時限可調(diào)；瞬吋脫扣器為無吋限特性。4、主要參數(shù)(1) 殼架等級額定電流aq。指斷路器殼

15、架部分的額定電流，包括接 線端子、主觸頭系統(tǒng)、連接導(dǎo)體等。舊稱斷路器殼架等級電流，記為ann °(2) 脫扣器額定電流/,.r (或a.t)。指裝于殼架內(nèi)的過電流脫扣器 (release或trip)。舊稱斷路器額定hi流，記為/n。相互關(guān)系：運行電流須通過殼架才能流過脫扣器，因此脫扣器額定電 流不可能大于殼架額定電流，sfb(3) 長延時脫扣器動作電流(/upl)整定范圍。長延吋脫扣器作過負(fù)荷保護(hù)用，其動作值整定范圍是脫扣器額定 電流4的函數(shù)。典型情況為：/opi= (0.61.0) /rr。在以上范圍內(nèi)根據(jù)保護(hù)計算結(jié)果確定動作值，可無級或有級調(diào)整。(4) 短延時脫扣器動作電流(fo

16、p2)整定范圍。短延時脫扣器作與卜級選擇性配合的短路保護(hù)用，其動作值整定 范圍典型情況為：/0p2= (38)心，短延吋脫扣器動作延吋也有一 定的調(diào)整范(5) 瞬時脫扣器動作電流(/0p3)整定范圍。瞬時脫扣器作短路保護(hù)用，其動作值整定范圍典型情況為：；op3= (510) /rr配電用，/op3= (815) /rr保護(hù)電動機(jī)用(6) 長延吋脫扣器約定吋間的約定電流。約定時間：4彡63a時，lh; /63八時，211。約定不脫扣電流：1.05心。約定脫扣電流：130/,.r。約定吋間內(nèi)的約定脫扣/不脫扣電 流含義與熔斷器類同。5、類型§24低壓系統(tǒng)短路電流計算一、低壓系統(tǒng)短路電流計

17、算特點(1) 低壓系統(tǒng)一般只有一個電壓等級，采用有名值法計算更為直接 方便。(2) 低壓系統(tǒng)線纜阻抗中電阻所山*比重較大，因此應(yīng)采用短路阻抗 進(jìn)行計算，不能忽略電阻。(3) 因短路阻抗數(shù)值較小，應(yīng)計入包括母線在內(nèi)的各種元件的阻抗 值，但導(dǎo)線連接點接觸電阻、開關(guān)觸頭接觸電阻、短路點電弧阻抗等 可忽略不計。(4) 電阻計算要考慮溫度的影響。計算系統(tǒng)首端(電源端)三相短 路電流，以保守的態(tài)度取20°c時的電阻值進(jìn)行計算；計算末端單相 短路電流，以保守的態(tài)度估算，一般以20°c時電阻值的1.5倍進(jìn)行短 路電流計算。(5) 變壓器一次側(cè)系統(tǒng)阻抗可只以電抗計入，或按電阻等于電抗的 10

18、%估算，這時電抗等于系統(tǒng)阻抗的99.5%。(6) 計算380/220v系統(tǒng)的短路電流時，三和短路時計算電壓取平均 電壓，即400/230v，單相短路時取標(biāo)稱電壓，即380/220v。二、三相及兩相短路電流計算三相短路電流 三、單相短路電流計算在低壓系統(tǒng)設(shè)計中，單相短路電流不僅涉及到系統(tǒng)本身的問題， 還涉及到電擊防護(hù)安全性、電氣火災(zāi)預(yù)防等公共安全性問題，應(yīng)高度 重視。單相短路是一種不對稱短路，因此應(yīng)采用對稱分量法進(jìn)行計算。 但工程上還根據(jù)對稱分量法發(fā)展出一些更簡便的方法，如相中（或相 保）阻抗法等。以下以tn系統(tǒng)相線與保護(hù)線之間的短路為例，介紹 單相短路電流計算方法。相線與中性線間短路電流計算方

19、法類同。1、原理性的序阻抗計算法根據(jù)對稱分量法推導(dǎo)，得出單相短路電流的序阻抗計算法公式如 下.正、負(fù)序阻抗總是相等的。一次側(cè)系統(tǒng)零序阻抗與變壓器連接組 有關(guān)；變壓器零序阻抗可查表求得；母線、線路的零序阻抗，除相線 外，還包括保護(hù)線（或中性線）的零序阻抗。2、工程實用的相保（屮）阻抗法 以相線與保護(hù)線短路為例3、短路回路各部分相保阻抗的求取。（1）高壓側(cè)系統(tǒng)（s）相保阻抗。對于最常用的dynll和yyno配電變壓器，高壓側(cè)線電流中不可 能有零序電流，故不計入高壓側(cè)零序阻抗；又因為高壓側(cè)本無pe線, 相保阻抗就等于相計算阻抗，即：p:。式2-4（2）變壓器（t）相保阻抗。忽略變壓器中性點接地母排上

20、中性點與pe線連接點闖的那一段線路 阻抗，變壓器相保阻抗也只有相阻抗，因此：p39式2-5(3) 母線(b)相保阻抗。包括相計算阻抗和保護(hù)線計算阻抗。p39 式2-6(4) 線路(wl)相保阻抗。p:。式2-7 § 2-5低壓配電線路的過電流保護(hù)一、過電流及保護(hù)原則超過線路允許載流量的電流都叫過電流，有兩種情況，一種是過負(fù)荷, 另一種就是短路。1、過電流及其危害(1) 過負(fù)荷。輕度：至百分之二三十，縮短線路壽命；重度：百 分之百至少數(shù)兒倍，短吋間軟化絕緣，引發(fā)漏電、短路等故障。(2) 短路。短路電流大線路允許載流量的幾倍至幾十倍，甚至上百 倍。其危害已如前述。2、過電流保護(hù)原則保護(hù)裝

21、置應(yīng)先于被保護(hù)元件被過電流效應(yīng)損壞而動作。二、低壓配電線路的短路保護(hù)1、短路保護(hù)的基本要求(1) 短路保護(hù)電器的開斷電流應(yīng)不小于其安裝處的最大預(yù)期短路電 流，但當(dāng)上級保護(hù)電器能有效開斷該電流時例外。(2) 應(yīng)保證被保護(hù)線路的短路熱穩(wěn)定性，即在導(dǎo)體溫度上升到允許 限值前切斷電源。即：p42式2-92、巾低壓斷路器實施的短路保護(hù)由低壓斷路器的瞬吋或短延吋脫扣器實施短路保護(hù)。（1）瞬時脫扣器動作值整定。1）按不誤動整定（躲過配電線路尖峰）。對動力類線路：p15式2-11;對動力類線路：心式2-122）躲過下一線路首端最人短路電流整定（2）短延時脫扣器動作值和動作時間整定短延時脫扣器做短路保護(hù)時，一般

22、不涉及單純的照明線路。1）動作電流按躲過短時間尖峰電流整定。p45式2-132）動作時間比下一級保護(hù)高出一個時限，一般為0.2秒。三、由熔斷器實施的短路保護(hù)（1）動作值整定1）按躲過配電線路尖峰電流整定動力類線路：p45式2-14 ;照明類線路:p45式2-152）上、下級選擇性配合上、下級熔斷器熔體額定電流之比大于過電流選擇比，該比值典型值 為 1.6。（2）靈敏性校驗只要最大熔斷時間滿足線路熱穩(wěn)定要求即可。三、低壓配電線路過負(fù)荷保護(hù)1、對過負(fù)荷保護(hù)的基本要求（1）保護(hù)電器應(yīng)在過負(fù)荷電流引起的導(dǎo)體溫升對絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍物質(zhì)造成損害之前分?jǐn)嚯娐?2)對突然斷電比過負(fù)荷造成的損失更大的

23、線路，過負(fù)荷保護(hù)只動 作于信號。第一個公式：保證不誤動。p46式2-16第二個公式：滿足以上要求(l)o p16式2-1712保護(hù)電器在約定時w內(nèi)的約定動作電流。/op保護(hù)電器動作電流。ic被保護(hù)線路計算電流。/eon保護(hù)線路允許載流量。2、由低壓斷路器實施的過負(fù)荷保護(hù)由低斷的長延時脫扣器實施過負(fù)荷保護(hù)：根據(jù)低壓斷路器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 和試驗方法，/2與長延吋脫扣器動作電流/epl的關(guān)系為/2=1.3/opl, /2<1.45/c0n等效為/0pl<1.16/c()i1,取保守的估算，得長延時脫扣器動 作值為：/opl/con3、由熔斷器實施的過負(fù)荷保護(hù)只有部分類型的熔體有可用的參數(shù)，見本章第三節(jié)。還有很多類型的 熔體缺乏相關(guān)的參數(shù)，無法進(jìn)行校驗。(1) 動作值整定 動力類線路：照明類線路：(2) 上、下級選擇性配合 上、下級熔斷器熔體額定電流之比大于過電流選擇比，該比值一般為1.6。（3）靈敏性校驗只要最大熔斷時間滿足線路熱穩(wěn)定要求即可。§2-6低壓配電線路帶電導(dǎo)體截面積選擇電力線纜包括電力電線（wire）和電力電纜（cabl