第八章低壓配電系統(tǒng)及設(shè)備選擇

1、第八章低壓配電系統(tǒng)及設(shè)備選擇1000V以下的電網(wǎng)稱為低壓配電系統(tǒng)。最常見的為標(biāo)稱電壓220V/380V系統(tǒng)，還有660V/380V系統(tǒng)（常用于礦山）。低壓配電系統(tǒng)在技術(shù)原理上與中、高壓系統(tǒng)基本相同，但工程背景有較大差別。低壓系統(tǒng)技術(shù)體系已基本與IEC標(biāo)準(zhǔn)接軌，部分表述與立場與中、高壓系統(tǒng)不同。學(xué)習(xí)方法：歸納共同點(diǎn)以加深對基本概念的理解；對比不同點(diǎn)體會工程現(xiàn)象和方法，強(qiáng)化工程意識。低壓電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的位置 公用或用戶專用10/0.4kV變配電所二次側(cè)，即為低壓配電系統(tǒng)，也有少量35/0.4KV情況。第1節(jié) 低壓系統(tǒng)的形式8.1.1 術(shù)語 1）系統(tǒng)中性點(diǎn)。要點(diǎn)：區(qū)分電氣上的“點(diǎn)”與電路上的“節(jié)點(diǎn)

2、”。中性點(diǎn)是一個(gè)電氣點(diǎn)。 2）中性線（N線）。要點(diǎn)：傳輸電能作用。 3）保護(hù)線（PE線）。要點(diǎn)：正常時(shí)不傳輸電能；電擊防護(hù)作用。不能混同于“地線”。 4）（裝置、設(shè)備）外露可導(dǎo)電部分。要點(diǎn)：導(dǎo)體外殼，但正常時(shí)不應(yīng)帶電。 5）（裝置、設(shè)備）外可導(dǎo)電部分。要點(diǎn)：與設(shè)備無關(guān)，但處同一場所；導(dǎo)體；正常不帶電。8.1.2 低壓系統(tǒng)按接地形式的分類 有TT、TN、IT三種類型。 第一個(gè)字母表示電源與地的關(guān)系（電源通常即變壓器的二次繞組），規(guī)定： T電源一點(diǎn)（通常為中性點(diǎn)）直接接地； I電源與地?zé)o電氣聯(lián)系，或一點(diǎn)高阻接地。 第二個(gè)字母表示設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系，規(guī)定： T設(shè)備外露可導(dǎo)電部分直接接地，且

3、該地與電源地間無人為的電氣聯(lián)系。 N設(shè)備外露可導(dǎo)電部分直接與電源地相連接。 1、TT系統(tǒng) 要點(diǎn)：設(shè)備地與電源地?zé)o人為電氣連接。 方式：單獨(dú)接地、共同接地。 2、IT系統(tǒng) 要點(diǎn)：電源不接地，設(shè)備外殼直接接地。 3、TN系統(tǒng) 1）TN-S系統(tǒng)。要點(diǎn)：設(shè)備與電源共地；N線與PE線自中性點(diǎn)后再無電氣連接。 2）TN-C系統(tǒng)。要點(diǎn)：PE線與N線合一，稱為PEN線。 3）TN-C-S系統(tǒng)。要點(diǎn)：TNC與TN-S在某一點(diǎn)分界。 重復(fù)接地：不是TN-C-S系統(tǒng)的必要條件，但工程中通常會設(shè)置。重復(fù)接地8.1.3 低壓系統(tǒng)按帶電導(dǎo)體形式的分類 即“X相X線”制系統(tǒng)。 “X相”：指電源的相數(shù)。 “X線”：指正常工作

4、時(shí)帶電導(dǎo)體的根數(shù)，N線、PEN線都算作一線，但PE線不算。 因此，TN-C、TN-S系統(tǒng)都是三相四線制系統(tǒng)（或單相二線制系統(tǒng)）；TT系統(tǒng)可能是三相三線制系統(tǒng)（無中性線）或三相四線制系統(tǒng)（有中性線）。 與國內(nèi)長期習(xí)慣的稱謂不同，應(yīng)特別注意。例：某兩相三線制系統(tǒng)，相電壓120V，線電壓240V，兩相電壓相位差180。一般家用設(shè)備取用120V相電壓，固定式大功率設(shè)備（如空調(diào)等）取用240V線電壓。小結(jié) 1、低壓系統(tǒng)的接地形式，與低壓系統(tǒng)的帶電導(dǎo)體形式，是按兩種不同分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的分類，這兩種分類標(biāo)準(zhǔn)是相互獨(dú)立的，切勿混淆。 2、系統(tǒng)中性點(diǎn)、中性線、保護(hù)線、設(shè)備外露可導(dǎo)電部分、裝置外可導(dǎo)電部分等概念，是

5、理解低壓系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，應(yīng)牢固掌握。 3、提請思考：電源的“相”，是如何劃分的；怎樣確定電源的相數(shù)。第2節(jié) 低壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算 8.2.1 低壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算特點(diǎn)（1）低壓系統(tǒng)一般只有一個(gè)電壓等級，采用有名值法計(jì)算更為直接方便。（2）低壓系統(tǒng)線纜阻抗中電阻所占比重較大，因此應(yīng)采用短路阻抗進(jìn)行計(jì)算，不能忽略電阻。（3）因短路阻抗數(shù)值較小，應(yīng)計(jì)入包括母線在內(nèi)的各種元件的阻抗值，但導(dǎo)線連接點(diǎn)接觸電阻、開關(guān)觸頭接觸電阻、短路點(diǎn)電弧阻抗等可忽略不計(jì)。 （4）電阻計(jì)算要考慮溫度的影響。計(jì)算系統(tǒng)首端（電源端）三相短路電流，以保守的態(tài)度取20時(shí)的電阻值進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算末端單相短路電流，以保守的態(tài)度估算，一般

6、以20時(shí)電阻值的1.5倍進(jìn)行短路電流計(jì)算。 （5）變壓器一次側(cè)系統(tǒng)阻抗可只以電抗計(jì)入，或按電阻等于電抗的10%估算，這時(shí)電抗等于系統(tǒng)阻抗的99.5%。 （6）計(jì)算380/220V系統(tǒng)的短路電流時(shí)，三相短路時(shí)計(jì)算電壓取平均電壓，即400/230V，單相短路時(shí)取標(biāo)稱電壓，即380/220V。8.2.2 三相與兩相短路電流計(jì)算 三相短路電流 兩相短路電流式中 Ik三相穩(wěn)態(tài)短路電流有效值（kA）； Uav電源平均線電壓（V）； zk短路回路阻抗（m）； rk短路回路電阻（m）； xk短路回路電抗（m）。8.2.3 單相短路電流計(jì)算 單相短路電流在低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有十分重要的作用，它不僅涉及到系統(tǒng)本身的

7、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，必須給予高度重視。 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(jì)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(jì)算方法。相線與中性線間短路電流計(jì)算方法類同。 1、原理性的序阻抗計(jì)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(jì)算法公式如下：式中，短路回路的正、負(fù)、零序阻抗包括四個(gè)部分，即變壓器一次側(cè)系統(tǒng)阻抗、變壓器阻抗、母線阻抗和線路阻抗。 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

8、、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(shí)用的相保（中）阻抗法 以相線與保護(hù)線短路為例式中 ZP短路回路總相保阻抗（m）； ZPS一次側(cè)系統(tǒng)相保阻抗（m）； ZPT變壓器相保阻抗（m）； ZPB母線相保阻抗（m）； ZPWL線路相保阻抗（m）。 相保阻抗是一個(gè)計(jì)算阻抗，是以對稱分量法為基礎(chǔ)推導(dǎo)出來的。 1）相保阻抗由來。從公式入手，正、負(fù)序電流因三相平衡，只在相導(dǎo)體上流通，因此正、負(fù)序阻抗只包含相導(dǎo)體阻抗；零序電流除在相導(dǎo)體上流通外，還以三倍零序電流在保護(hù)線上通過，因此零序阻抗為相導(dǎo)體零序阻抗加上3倍PE線零序阻抗。即：令，稱為相計(jì)算阻抗（只與相導(dǎo)體有關(guān)）；，

9、稱為保護(hù)線計(jì)算阻抗（只與保護(hù)導(dǎo)體有關(guān)）。則又令，稱為相保阻抗。則 2）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Dyn11和Yyn0配電變壓器，高壓側(cè)線電流中不可能有零序電流，故不計(jì)入高壓側(cè)零序阻抗；又因?yàn)楦邏簜?cè)本無PE線，相保阻抗就等于相計(jì)算阻抗，即： （2）變壓器（T）相保阻抗。 忽略變壓器中性點(diǎn)接地母排上中性點(diǎn)與PE線連接點(diǎn)間的那一段線路阻抗，變壓器相保阻抗也只有相阻抗，因此：式中 、 變壓器短路阻、抗（m）； 、 變壓器零序短路阻抗（m），與變壓器連接組有關(guān)，查變壓器產(chǎn)品樣本或設(shè)計(jì)手冊可得， （3）母線（B）相保阻抗。 包括相計(jì)算阻抗和保護(hù)線計(jì)算阻抗

10、。 很多設(shè)計(jì)手冊直接給出了各種規(guī)格母線單位長度的RP和XP，這時(shí)直接引用即可，只是要特別注意給出RP的溫度，若為20，應(yīng)乘以1.5進(jìn)行修正。電抗不進(jìn)行溫度修正。 （4）線路（WL）相保阻抗。 與母線相同，依據(jù)是單位長度的序阻抗值，電阻同樣要進(jìn)行溫度校正。 同樣，很多設(shè)計(jì)手冊直接給出了各種規(guī)格線路單位長度的RP和XP，可直接引用，但應(yīng)注意電阻的溫度校正。第3節(jié) 低壓配電設(shè)備低壓開關(guān)電器的命名完全采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，部分與中、高壓傳統(tǒng)習(xí)慣稱謂不同，具體如下，注意區(qū)別： 斷路器：與中壓斷路器類同，但低壓斷路器一般為斷路器與保護(hù)電器（脫扣器）的組合電器。 開關(guān)：相當(dāng)于中壓負(fù)荷開關(guān)。 隔離器：相當(dāng)于中壓隔離

11、開關(guān)。 隔離開關(guān)：相當(dāng)于中壓系統(tǒng)帶隔離功能的負(fù)荷開關(guān)。8.3.1 低壓熔斷器 1、分類 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。 2、主要參數(shù) （1）弧前時(shí)間電流曲線（安秒特性） （2）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值，一般為1.6。即： 若上級熔體額定電流為下級的1.6倍以上，則下級短路時(shí)，能保證下級熔體熔斷時(shí)，上級熔體尚未熔化。 （3）I 2t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

12、沖I 2t有關(guān)。分最小弧前I 2t和最大熔斷I 2t。 因限流熔斷器熔化與起弧幾乎同時(shí)出現(xiàn)，故最小弧前I 2t即最小熔化I 2t。 （4）約定時(shí)間內(nèi)的約定熔斷/不熔斷電流。熔體額定電流Ir（A）刀型觸頭熔斷器圓筒帽型熔斷器螺栓聯(lián)接熔斷器偏置觸刀熔斷器Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）416（不含）1.5Ir1.9Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir1.6Ir4及以下1.5Ir2.1Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir2.1IrgG熔體，約定時(shí)間均為1h Inf：約定時(shí)間內(nèi)的約定不熔斷電流。 If：約定時(shí)間內(nèi)的約定熔斷電流。 舉例：Ir=5A的螺栓聯(lián)接熔斷器，

13、若通過熔體的實(shí)際電流小于1.25Ir，則肯定不會在1小時(shí)內(nèi)熔斷；若通過熔斷器的實(shí)際電流大于1.6Ir，則肯定會在1小時(shí)內(nèi)熔斷。 約定時(shí)間和電流值是生產(chǎn)廠家按標(biāo)準(zhǔn)取定、并在產(chǎn)品特性上體現(xiàn)出來的。 gG和gM熔斷體的約定時(shí)間和約定電流熔體額定電流Ir（A）約定時(shí)間（h）約定電流（A）InfIf16Ir6311.25Ir1.6 Ir63Ir1602160Ir4003400Ir4Inf：約定不熔斷電流；If：約定熔斷電流。8.3.2 低壓開關(guān)、隔離器及熔斷器組合電器 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(shí)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)

14、定隔離功能、能通斷空載電路、且能承受正常電流和規(guī)定時(shí)間內(nèi)短路電流的機(jī)械電器。 隔離開關(guān)：在斷開狀態(tài)符合隔離器要求的開關(guān)。 注意與中、高壓電器的差異，不要混淆。類型功能接通、承載、分?jǐn)嗾ｋ娏鳎怀休d規(guī)定時(shí)間內(nèi)的短路電流；可接通短路電流隔離功能。斷開距離、泄漏電流符合要求，有斷開位置指示，可加鎖同時(shí)具有左側(cè)兩種功能開關(guān)、隔離電器開關(guān)隔離器隔離開關(guān)熔斷器組合電器熔斷器串聯(lián)開關(guān)熔斷器組隔離器熔斷器組隔離開關(guān)熔斷器組熔斷體動作觸頭熔斷器式開關(guān)熔斷器式隔離器熔斷器式隔離開關(guān)開關(guān)、隔離器、熔斷器組合電器功能與圖形符號8.3.3 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

15、能部分。 過電流脫扣器：過電流保護(hù)部分2、工作原理 3、過電流脫扣器過電流保護(hù)特性 長延時(shí)脫扣器為反時(shí)限特性；短延時(shí)脫扣器為固定時(shí)限特性，時(shí)限可調(diào)；瞬時(shí)脫扣器為無時(shí)限特性。長延時(shí)脫扣器瞬時(shí)脫扣器長延時(shí)脫扣器短延時(shí)脫扣器瞬時(shí)脫扣器非選擇型選擇型 4、主要參數(shù) （1）殼架等級額定電流IrQ。指斷路器殼架部分的額定電流，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Imn。 （2）脫扣器額定電流IrR（或Irt）。指裝于殼架內(nèi)的過電流脫扣器（Release或trip）。 舊稱斷路器額定電流，記為In。 相互關(guān)系：運(yùn)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

16、額定電流，即：IrRIrQ。 （3）長延時(shí)脫扣器動作電流（Iop1）整定范圍。 長延時(shí)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IrR的函數(shù)。典型情況為： Iop1（0.61.0）IrR 在以上范圍內(nèi)根據(jù)保護(hù)計(jì)算結(jié)果確定動作值，可無級或有級調(diào)整。 （4）短延時(shí)脫扣器動作電流（Iop2）整定范圍。 短延時(shí)脫扣器作與下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： Iop1（38）IrR 短延時(shí)脫扣器動作延時(shí)也有一定的調(diào)整范圍。 （5）瞬時(shí)脫扣器動作電流（Iop3）整定范圍。 瞬時(shí)脫扣器作短路保護(hù)用，其動作值整定范圍典型情況為： Iop1（510）IrR 配電用 Iop1（81

17、5）IrR 保護(hù)電動機(jī)用 （6）長延時(shí)脫扣器約定時(shí)間的約定電流。 約定時(shí)間：IrR 63A時(shí)，1h；IrR 63A時(shí)，2h。 約定不脫扣電流：1.05IrR 。 約定脫扣電流：1.30IrR 。 約定時(shí)間內(nèi)的約定脫扣/不脫扣電流含義與熔斷器類同。產(chǎn)品銘牌參數(shù)識讀示例 5、類型第4節(jié)低壓配電線路的過電流保護(hù)8.4.1 過電流及保護(hù)原則超過線路允許載流量的電流都稱為過電流。2、由低壓斷路器實(shí)施的短路保護(hù)1）瞬時(shí)過電流脫扣器動作電流整定（1）按躲過配電線路的尖峰電流整定；動力類線路：照明類線路：(2)按躲過下一級線路首段最大短路電流整定；（選擇性的要求）低壓斷路器瞬時(shí)脫扣器的動作值取以上兩者中較大者。2）短路短延時(shí)過電流脫扣器動作電流與延時(shí)時(shí)間整定為保證選擇性而設(shè)，最末一級不會使用短延時(shí)脫扣；（1）按躲過短時(shí)間尖峰電流整定；（2）動作時(shí)間比下一級高出一個(gè)0.2s時(shí)限。（3）靈敏系數(shù)校驗(yàn)瞬時(shí)和短延時(shí)脫扣器的靈敏系數(shù)不小于1.3.8.4.3 低壓配電線路的過負(fù)荷保護(hù)1、過負(fù)荷保護(hù)的基本要求工程上的過負(fù)荷保護(hù)有效性的判斷做法：以大量試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，再通過標(biāo)準(zhǔn)之間的配合，以參數(shù)的形式進(jìn)行保護(hù)有效性的判斷。第5節(jié)低壓配電線路的接地故障保護(hù)低壓系統(tǒng)接地故障指相線與大地（或與大地有聯(lián)系的導(dǎo)體）之間的電氣連接，包括相線對PE線、PEN線、設(shè)備金屬外殼、建筑物金屬構(gòu)件、金屬管道等的電氣連接