低壓配電設(shè)計常見問題淺議-2007

1、低壓配電設(shè)計常見問題淺議江蘇省建設(shè)工程設(shè)計施工圖審核中心 郭鳳文摘要：主要從目前市政工程電氣設(shè)計的現(xiàn)狀出發(fā)，對低壓配電設(shè)計中一些常見問題作了歸納分析，提出了自己的見解，以與設(shè)計同仁商榷。關(guān)鍵詞：電氣設(shè)計 低壓配電 常見問題1疏于對低壓配電線路保護靈敏度的校驗 這個問題在一些市政工程的電氣設(shè)計中出現(xiàn)幾率最高也最為凸出。例如衛(wèi)生垃圾填埋場工程、道路和隧道工程等，因其負荷分布的特點，低壓配電線路都比較長，動輒幾百米甚至上千米。設(shè)計師通常都較重視線路壓降的計算，而忽略線路開關(guān)保護靈敏度的校驗。根據(jù)理論分析，當采用一級配電時（如道路照明），只要保護靈敏度校驗符合要求，則線路電壓降一定能滿足要求，反之則不

2、盡然。對于二級以上的多級配電線路，則應(yīng)同時對保護靈敏度和壓降進行校驗。還有的就是只對接地故障保護靈敏度予以關(guān)注（這對電擊防護十分必要），以為只要裝設(shè)了漏電保護就可以不再做其它靈敏度校驗了，孰不知還應(yīng)對線路相-相和相-N間短路保護做出校驗，因為依靠檢測剩余電流的RCD對短路保護是不起作用的。這兩個方面都涉及到違反強制性條文即GB50054-95低壓配電設(shè)計規(guī)范（簡稱低規(guī)）第4.2.1和4.4.7條的規(guī)定。當采用非選擇型低壓斷路器時，由于其瞬動動作電流倍數(shù)大，往往難以滿足靈敏度要求。在不改變線路結(jié)構(gòu)等條件下，一個較好的解決辦法是采用選擇型低壓斷路器，利用短路短延時保護兼做接地故障保護。這里有一點要

3、說明，當采用非選擇型斷路器作為保護電器時，其瞬動過電流脫扣器的整定電流應(yīng)躲過配電線路的尖峰電流，例如有電動機負荷的配電線路，其尖峰電流中包含其中最大一臺電動機的全起動電流（周期分量和非周期分量），即起動電流的22.5倍（GB50055-93通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范第2.4.4-3條），無疑這將增加了瞬動過電流保護同時滿足線路短路和接地故障保護靈敏度要求的難度。但若采用選擇型斷路器，其短路短延時過電流脫扣器整定電流應(yīng)躲過的線路尖峰電流，只包括其中最大一臺電動機的起動電流（即周期分量），因其具有至少0.1秒的延時，完全可以躲過電動機起動時發(fā)生在第一個周波(0.02秒)內(nèi)的起動沖擊電流，總之無論是照

4、明配電線路還是電力配電線路，低壓斷路器的短路短延時保護更容易滿足線路短路和接地故障保護對靈敏度的要求。 現(xiàn)舉例說明：有一配電線路連接2臺11kW電動機負荷，其額定電流和起動電流分別為20A和140A，YJV22-0.6/1kV-435電纜線路全長450m，線路低壓斷路器的脫扣器額定電流為50A，如圖1-1所示，現(xiàn)校驗斷路器保護靈敏度。圖1-1 計算電路圖解：由于采用等截面電纜，線路末端短路和接地故障電流相等，近似為325A，斷路器為非選擇型，瞬動脫扣電流倍數(shù)為10倍，即500A，電動機全起動電流取為2.2倍起動電流，保護可靠系數(shù)取為1.2。瞬動脫扣電流Iset1=500A1.2(2.2140+

5、20)=394A，可以躲過短時尖峰電流，保護靈敏度K=Id/Im=325/500=0.651.3，不滿足要求?，F(xiàn)改用選擇型斷路器，利用短路短延時脫扣器做為保護。同樣需躲過線路尖峰電流，但此處電動機的尖峰電流并非全起動電流，故其整定值Iset2=1.2(140+20)=192A，因脫扣器電流可調(diào)，取為4In，即200A，保護靈敏度K=325/200=1.61.3，滿足要求。2.對重要用電設(shè)備采用鏈式配電某一城市隧道工程，設(shè)計將隧道照明劃分為二級負荷，并采用鏈式供電，每一鏈路鏈接4個照明配電箱，每鏈路的負荷容量為2450KW，如圖2-1所示。圖2-1鏈式配電方式顯然此做法與供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GB

6、50052-2009）第7.0.4條要求不符，該條規(guī)定“當部分用電設(shè)備距供電點較遠，而彼此相距很近、容量很小的次要用電設(shè)備，可采用鏈式配電，但每一回路環(huán)鏈設(shè)備不宜超過5臺，其總?cè)萘坎灰顺^10kW?！?。由此可見，對于容量較大且又較重要的負荷不適宜采用鏈式配電，以提高可靠性及降低事故情況下的影響范圍。當向設(shè)計人指出這一問題時，設(shè)計人竟回復(fù)說圖2-1采用的就是樹干式配電，而非鏈式配電?？磥韺κ裁词菢涓墒脚潆姾褪裁词擎準脚潆?，二者有何不同，在認識上有模糊之處，有必要啰嗦幾句。對鏈式配電規(guī)范和標準并未給出嚴格的定義，其特征與樹干式相似，故易混淆。筆者認為，鏈式與樹干式的不同之處在于其線路根據(jù)所接用電設(shè)

7、備的數(shù)量和敷設(shè)要求將其分為若干段，前后段電纜在配電箱總開關(guān)的上樁頭或設(shè)備進線端子處進行連接（也即鏈接點），依次至最后一個配電箱或設(shè)備，這些鏈接點易發(fā)生故障，任一鏈接點發(fā)生故障，其下游所有負荷均受影響，可靠性差。因此，鏈式配電僅適用于距配電屏較遠、小容量、負荷性質(zhì)較為次要的場所，且所鏈接的用電設(shè)備的數(shù)量須受到限制。樹干式則其干線為一整體（雖然有的也有接頭），分支線與干線的連接采用T接，如目前普遍采用的插接式母線和預(yù)分支電纜等，供電可靠性較高。適用于用電設(shè)備的布置比較均勻、容量不大，又無特殊要求的場所。而對于容量較大，負荷性質(zhì)重要的設(shè)備，則應(yīng)采用放射式配電，如市政給排水泵站中對水泵電動機的配電，即

8、應(yīng)由低壓配電屏放射式配電。筆者也曾見過某污水泵站泵房內(nèi)采用樹干式配電的，違反城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動化技術(shù)規(guī)程（CJJ120-2008）第3.3.3條的規(guī)定。3配電變電所中性點就地接地，總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)采用四極開關(guān)所謂就地接地是指變壓器中性點在變壓器室內(nèi)就地接地，中性點樁頭引出四線（3L+PEN），同時總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)采用四極開關(guān)，這種做法目前并不少見。圖3-1 變電所中性點就地接地及總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)為四極開關(guān)對于中性點就地接地，我國的標準是允許的，例如交流電氣裝置的接地標準（DL/T621-97），其第6.2.5條中就規(guī)定直接接地的變壓器中性點應(yīng)采用專門敷設(shè)的接地線接地，此即可以理解為對TN和

9、TT系統(tǒng)，中性點允許就地接地，這一做法也可見之于某些標準圖集中。由于中性點就地接地，且PEN或PE母排與低壓柜金屬柜體的相連，并經(jīng)基礎(chǔ)型鋼與大地接觸，必然形成兩點接地，中性線中電流被分流而形成雜散電流。在兩點接地的情況下，由變壓器引出的PEN母線在進入開關(guān)柜后，在總開關(guān)之前分開為N線與PE線，雖采用四極開關(guān)，其雜散電流也不能完全避免，如圖3-1所示。倘若PEN線是在經(jīng)開關(guān)之后，與接地的PE母線連接后接地，則中性線電流被分流而形成雜散電流之外，同樣，PE線中的故障電流也會因此而被分流，對于帶有RCD保護功能的總開關(guān)會引起誤動或因靈敏度下降而拒動。對此即使總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)為四極開關(guān)也無能為力。此外

10、，從維修安全的角度，由于變電所內(nèi)做有等電位聯(lián)結(jié)，中性線與地和其它導(dǎo)電部分之間不會出現(xiàn)電位差，因此，也無須裝用四極開關(guān)，否則只是無謂增加投資。更重要的是，如果裝用了四極開關(guān)，還涉及違反強制性條文即低規(guī)第2.2.12條PEN線嚴禁接入開關(guān)設(shè)備的規(guī)定。為防止PEN線中工作電流通過大地分流，IEC標準對系統(tǒng)接地有嚴格要求，不允許中性點就地接地，變壓器引出的PEN干線必須絕緣，在低壓配電柜內(nèi)與PE干線相連，并一點接地。此時，總開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)都只采用三極開關(guān)即可，無疑IEC標準推薦的做法具有一定的優(yōu)越性。4.用電設(shè)備現(xiàn)場按鈕控制箱不接PE線這個問題十分普遍，用電設(shè)備如水泵、鼓風機等電動機一次回路的保護隔離

11、電器、控制電器如交流接觸器和啟動器等均裝于低壓配電室或馬達控制中心（MCC）的配電柜內(nèi)，而其二次回路引出的控制按鈕、開關(guān)、信號燈等則裝設(shè)于用電設(shè)備附近的現(xiàn)場控制箱上，以滿足現(xiàn)場操作的需要?？刂苹芈返墓ぷ麟妷阂话銥锳C220V，個別也有AC380V的。二次回路的保護電器裝于配電柜內(nèi)，一般多采用微斷或小型熔斷器?，F(xiàn)場控制箱絕大多數(shù)為I類設(shè)備，必須具有經(jīng)PE線接地的手段。遺憾的是從很多設(shè)計的用電設(shè)備的控制接線圖及其端子排圖中，都找不到PE線，這樣就失去了防間接接觸電擊的功能。分析之所以出現(xiàn)這一問題，大約因其是二次回路而不像一次回路那樣受到重視之故吧！其實，現(xiàn)場按鈕控制箱在許多場合中，有時離電源都很遠

12、，不但要設(shè)PE線，而且其控制線路的長度同樣也應(yīng)滿足保護靈敏度的要求。按保護靈敏度的要求，當二次回路保護電器為5A微斷，電纜芯線截面為1.5mm2時，最大長度不宜大于100m；當保護電器為5A小型熔斷器時，同樣線芯電纜的最大長度不宜大于280m。此外，現(xiàn)場按鈕控制箱所接PE線應(yīng)利用控制電纜中的芯線，并應(yīng)在其端頭做黃綠相間顏色的標記。對于控制電纜較長，接地故障回路阻抗大電流小，為滿足防電擊要求，對安裝于水處理廠各類鋼筋混凝土池上的現(xiàn)場按鈕控制箱，還應(yīng)實施局部或輔助等電位聯(lián)結(jié)，即與伸手可及范圍內(nèi)的裝置外導(dǎo)電部分如金屬構(gòu)件、扶手等以及結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋實施聯(lián)結(jié)，以降低接觸電壓。當現(xiàn)場按鈕箱為II類設(shè)備和二次回

13、路采用特低壓供電時，其外殼可不接PE線。5.遠方可以控制的電動機不設(shè)就地控制和解除遠方控制的措施通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范（GB50055-93）（簡稱通規(guī)）第2.6.4條即規(guī)定遠方可以控制的電動機應(yīng)設(shè)就地控制和解除遠方控制的措施，并認為這是保證人身和設(shè)備安全的最基本規(guī)定。就地控制（也稱現(xiàn)場控制或機旁控制）應(yīng)是在設(shè)備（如水泵、風機等）安裝位置附近實施手動控制，并為之設(shè)有就地控制箱。我國水處理廠、站的自動化水平自改革開放以后有了很大提高，普遍形成了PLC+PC組成的監(jiān)控一體化的自控系統(tǒng)，系統(tǒng)一般分為信息層、控制層和設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)。就地控制主要是用于日常的維修和調(diào)試，為了保證維修人員和設(shè)備的安全，就

14、地控制具有最高的優(yōu)先控制級。廠、站設(shè)備控制優(yōu)先級的關(guān)系如圖5-1所示。圖5-1 設(shè)備控制優(yōu)先級關(guān)系圖中配電柜控制（在低壓配電室或MCC）有時可以取消。較高優(yōu)先級的控制可屏蔽較低優(yōu)先級的控制，每一級控制設(shè)置選擇開關(guān)（轉(zhuǎn)換開關(guān)），以確定是否允許較低級別的控制。就地控制箱上的選擇開關(guān)的重要性在于工人維修時只要將其置于“就地”位置，即可解除遠方的控制指令，而只能在就地控制，從而保證了現(xiàn)場維修時人身和設(shè)備的安全?，F(xiàn)在有些設(shè)計存在的問題是未在電動機附近設(shè)置就地控制箱，或雖設(shè)有就地控制箱，但控制箱上未設(shè)解除遠方控制的選擇開關(guān)，往往將選擇開關(guān)設(shè)置在配電間或MCC的配電柜上，使得就地控制失去了安全保障。還有的就

15、是解除遠方控制的方法不當，例如標準圖集民用建筑工程設(shè)計常見問題分析及圖示（圖集號05SDX006）的第53頁，電動機就地控制按鈕不能解除遠方控制指令的改進措施即為一例。該措施的圖示見圖5-2，即在就地控制按鈕處增加開關(guān)SA，該開關(guān)插入啟動控制回路內(nèi)。圖5-2 標準圖集中控制按鈕不能解除遠方控制的改進措施此改進措施不當之處在于雖然能在就地控制按鈕處解除遠方控制，但同時也解除了就地控制，這并非是通規(guī)第2.6.4條規(guī)定所要達到的目的。6.采用刀熔開關(guān)做為配電線路的隔離保護電器，其熔斷器熔體規(guī)格的選取不計及尖峰電流現(xiàn)在有的設(shè)計采用刀熔開關(guān)做為低壓配電干線的保護電器，也有的用于進線雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（A

16、TSE）前端，這本無厚非。但其熔斷器熔體電流的大小有時出現(xiàn)選用不當?shù)膯栴}，主要是規(guī)格偏小，熔體電流的選取未計及線路可能出現(xiàn)的尖峰負荷。試舉一例：某設(shè)計低壓柜進線為QSA-400刀熔開關(guān)，熔體電流為200A。線路計算電流Ic=140A，最大一臺電動機功率為30kW，額定電流Ir=60A，采用軟起動方式，起動電流倍數(shù)為3.5倍。該熔體規(guī)格可滿足線路工作電流的要求，但不能躲過尖峰電流。出乎意料的是對于審圖人的質(zhì)疑，設(shè)計人答復(fù)根據(jù)工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（簡稱手冊）第十一章公式（11-9）驗算，完全符合要求。經(jīng)查閱，將手冊P623對配電線路熔體選擇的公式照抄如下：IrKrIrM1+Ic(n-1)（11-

17、9）式中Ir熔斷體的額定電流，A； Ic線路的計算電流，A； IrM1線路中起動電流最大的一臺電動機的額定電流，A； Ic(n-1)除起動電流最大的一臺電動機以外的線路計算電流，A； Kr配電線路熔斷體選擇系數(shù)，取最大一臺電動機額定電流與線路計算電流的比值，見表11-35（略）。如果上式的內(nèi)容準確無誤的話，計算結(jié)果即為IrIc=140A，熔體選擇應(yīng)無問題。但稍加注意就會發(fā)現(xiàn)，手冊在這里出現(xiàn)了一個不應(yīng)有筆誤，即IrM1應(yīng)是線路中起動電流最大一臺電動機的起動電流，而非額定電流。而Ic(n-1)則應(yīng)為除起動電流最大一臺電動機額定電流以外的線路計算電流，注釋中少了“額定電流”這四個字。這樣，正確的計算

18、結(jié)果是：Ir1.1(603.5)+(140-60)=319A200A可見熔斷體電流偏小。其實，如果能從概念上加以理解和稍稍細心一點，就不會被手冊難得出現(xiàn)的這一小小的失誤所誤導(dǎo)。7.城鎮(zhèn)排水泵站潛水泵電路采用剩余電流動作保護（RCD），額定動作電流（In）取為30mA潛水泵作為城鎮(zhèn)排水工程中的主要用電設(shè)備，應(yīng)用十分普遍，功率從數(shù)千瓦到數(shù)百千瓦。單臺潛水泵電路一般都采用過電流保護兼接地故障保護，簡單可靠，已為實踐所證明。而且水泵內(nèi)部還裝有特殊保護，實時檢測水泵內(nèi)部泄漏、絕緣降低、溫度升高等，并作用于信號報警或跳閘。筆者近來接觸到一些城市排水工程的圖紙，其中在泵房低壓配電設(shè)計中，單臺潛水泵回路低壓斷

19、路器均帶有RCD功能，且不論電機功率大小，RCD的額定動作電流In均取為30mA。經(jīng)了解，之所以如此，是因為施工圖設(shè)計不這樣做，將被認為違反強制性條文而難以通過某些審圖機構(gòu)的審查，有的還因此而面臨設(shè)計單位內(nèi)部的經(jīng)濟處罰。審圖機構(gòu)的依據(jù)是GB13955-2005剩余電流動作保護裝置安裝和運行標準（簡稱標準），認為潛水泵屬于標準第4.5條“必須安裝RCD的設(shè)備和場所”的適用對象，也即第4.5.1末端保護中的b）款“生產(chǎn)用的電氣設(shè)備”和h）款“安裝在水中的供電線路和設(shè)備”，所以必須安裝RCD。對此，筆者則有以下不同意見：1）低規(guī)第4.4.10條，對于TN系統(tǒng)的接地故障保護宜采用過電流保護兼做接地故障

20、保護。并明確說明，用一般的過電流保護（熔斷器、低壓斷路器）兼做接地故障保護最為經(jīng)濟簡單，應(yīng)優(yōu)先采用。只有當過電流保護不能滿足切斷故障回路的時間要求時，才應(yīng)采用剩余電流動作保護。毫無疑問，對于一般環(huán)境條件下的配電線路和用電設(shè)備都適用于此條準則。2）排水泵站（房），從電擊防護角度應(yīng)屬一般環(huán)境。潛水泵雖系水下設(shè)備但其固定安裝在泵房下層集水井內(nèi)，系由專業(yè)人員管理。正常情況下，人不可能與水體接觸，更不可能涉入其中，完全不同于公共場所中的游泳池、噴水池和噴泉等這類電擊危險度高的特殊場所。此外，泵房內(nèi)設(shè)有等電位聯(lián)結(jié)，也不同于戶外無等電位聯(lián)結(jié)場所的用電設(shè)備。3）根據(jù)標準，做為單臺用電設(shè)備末端保護，RCD額定動作電流的取值應(yīng)為：In4I0（I0系電氣線路或設(shè)備正常運行時的泄漏電流）。但I0如何確定是困難的，目前缺少可靠的數(shù)據(jù)資料。對電動機而言，其類型不同、容量不同，起動電流及安裝環(huán)境的差異，對I0都有較大影響。若In取值不當，將可能造成頻繁誤動，甚至帶來嚴重后果。我國室外排水設(shè)計規(guī)范規(guī)定，排水泵站負荷性質(zhì)屬于二級負荷，特別重要地區(qū)的泵站則屬于一級負荷（強制性條文）。因此，做為排水泵站中重要負荷的單臺潛水泵，不宜為防止人身電擊事故而裝設(shè)RCD。8.設(shè)計以打“擦邊球”的方式處理備用電源問題正如前面所說，城市排水泵站的供電設(shè)計一般至少應(yīng)按二級負荷設(shè)計，即采用兩回線路供電。這對于一