張 炳 伙

(深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 廣東 深圳　518031)

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TN系統(tǒng)照明線路單相接地故障保護(hù)

張 炳 伙

(深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 廣東 深圳518031)

摘要：針對(duì)當(dāng)前照明配電設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的部分問題，如末端照明配電箱饋線供電半徑過長,TN系統(tǒng)中饋線線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間滿足不了單相接地故障保護(hù)的要求,探討了TN系統(tǒng)照明線路單相接地故障保護(hù)的方法。提出應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,選用正確的接地故障保護(hù)方法,以滿足單相接地故障保護(hù)的要求。

關(guān)鍵詞：TN系統(tǒng); 供電半徑; 接觸防護(hù)電器; 接地故障保護(hù)

0引言

在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中,照明設(shè)計(jì)是建筑電氣設(shè)計(jì)不可或缺的一部分。由于工程設(shè)計(jì)周期短，工程量大,設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)考慮不夠完善,很多大地下室、大開間、大商場等建筑中的照明末端配電箱、饋線配電線路經(jīng)常出現(xiàn)供電半徑過長的情況。如果饋線配電線路末端發(fā)生單相接地故障(單相短路),TN系統(tǒng)中配電線路采用的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間是否能夠滿足故障保護(hù)的要求,值得進(jìn)一步探討。

1規(guī)范相關(guān)要求

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》強(qiáng)制性條文第7.7.5條規(guī)定，“對(duì)于相導(dǎo)體對(duì)地標(biāo)稱電壓為220 V的TN系統(tǒng)配電線路的接地故障保護(hù),其切斷故障回路的時(shí)間應(yīng)符合下列要求:對(duì)于配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路,不應(yīng)大于5 s;對(duì)于供電給手持式電氣設(shè)備和移動(dòng)式電氣設(shè)備末端線路或插座回路,不應(yīng)大于0.4 s。”

GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.9條提出，“TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間,應(yīng)符合下列規(guī)定:配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路,不宜大于5 s;供給手持式電氣設(shè)備和移動(dòng)式電氣設(shè)備用電的末端線路或插座回路,TN系統(tǒng)的最長切斷時(shí)間不應(yīng)大于表5.2.9的規(guī)定?！?/p>

IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,所有接地系統(tǒng)切斷固定設(shè)備和配電線路電源的允許最長時(shí)間為5 s。

固定式電氣設(shè)備發(fā)生單相接地故障(單相短路),人體接觸后通常不會(huì)發(fā)生致死的事故。接地故障是一種短路,需及早切斷,避免發(fā)生線路絕緣故障、電氣火災(zāi)或其他電氣事故,造成不必要的人身安全事故和財(cái)產(chǎn)損失。

2計(jì)算分析

以常見的照明配電箱為例,饋線開關(guān)采用小型斷路器(Miniature Circuit Breaker,MCB)C16 A/1P),饋線導(dǎo)線:BV-3×2.5mm2(L、N、PE)。TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器的動(dòng)作特征應(yīng)符合:

ZsIa≤Uo

(1)

式中:Zs——接地故障回路的阻抗;

Ia——保證間接接觸保護(hù)電器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障回路的動(dòng)作電流,為斷路器瞬動(dòng)電流或熔斷器熔體額定電流的若干倍,即Ia=KIn;

Uo——相導(dǎo)體對(duì)地標(biāo)稱電壓。

在TN系統(tǒng)中的饋線配電線路末端發(fā)生接地故障時(shí),故障電流Ik必須小于Ia,才能使間接接觸保護(hù)電器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有效動(dòng)作。

根據(jù)文獻(xiàn)[5],TN接地系統(tǒng)的低壓網(wǎng)絡(luò)單相接地故障電流為

(2)

式中:Un——網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱線電壓,即380 V;

Rphp——元件的相保電阻;

Xphp——元件的相保電抗;

Zphp——元件的相保阻抗。

由文獻(xiàn)[5]表4-25,得導(dǎo)線BV-3×2.5 mm2(L、N、PE)的單位長度阻抗Rphp=20.64mΩ/m,Xphp=0.29mΩ/m。

根據(jù)式(1)、式(2),計(jì)算出滿足單相接地故障保護(hù)的供電極限長度為

(3)

饋線配電線路末端發(fā)生單相接地故障(單相短路)后,該回路采用的間接接觸防護(hù)電器切斷電源的時(shí)間在5 s內(nèi)有效動(dòng)作。

國內(nèi)某廠家MCB的C型脫扣曲線如圖1所示。由圖1可見,在5 s的動(dòng)作時(shí)間,接地故障脫扣電流的臨界值約為7.5In。饋線配電線路供電極限長度的臨界值如表 1所示。

圖1　國內(nèi)某廠家MCB的C型脫扣曲線

型號(hào)Ik/AZphp/(mΩ/m)L/mMCB-C10A/1P7520.64142MCB-C16A/1P12020.6488

外資某廠家MCB的C型脫扣曲線如圖2所示。由圖2可見,在5 s的動(dòng)作時(shí)間,接地故障脫扣電流的臨界值約為8In。饋線配電線路供電極限長度的臨界值如表 2所示。

圖2　外資某廠家MCB的C型脫扣曲線

表 2外資某廠家MCB配電線路供電極限長度的臨界值

型號(hào)Ik/AZphp/(mΩ/m)L/mMCB-C10A/1P8020.64133MCB-C16A/1P12820.6483

表1、表2為理想化的情況,忽略了系統(tǒng)短路容量、變壓器阻抗等因素的影響。在實(shí)際的電氣設(shè)計(jì)中,導(dǎo)線供電極限長度會(huì)比計(jì)算結(jié)果更短。由表 1、表 2可知,在大地下室、大開間、大商場等這幾種類型的建筑中,如果末端照明配電箱的饋線線路供電半徑超過其供電極限長度的臨界值,并發(fā)生單相短路接地故障,則MCB不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷電源。因此,必須采用表3中給出的方法進(jìn)行接地故障保護(hù)。

表3接地故障的保護(hù)方法優(yōu)劣勢對(duì)比

方法優(yōu)勢劣勢 照明配電箱的設(shè)置深入負(fù)荷中心,以減少饋線回路的線路長度 可以保證電氣動(dòng)作靈敏度有效,還節(jié)能降耗,減少電壓降 饋線線路的供電半徑宜為30~50m,配電范圍內(nèi)饋線回路會(huì)相應(yīng)增加,加大建設(shè)成本 選用較小額定動(dòng)作電流的MCB 保護(hù)的饋線線路長度在100m以上,基本可以滿足大部分場所的要求 饋線回路的帶載容量較小 放大饋線回路的線路導(dǎo)線截面 減少回路阻抗,提高電器動(dòng)作靈敏度 線路的建設(shè)成本大 配置RCD對(duì)線路進(jìn)行保護(hù) 對(duì)接地故障引起的電擊事故防范具有很高的動(dòng)作靈敏度 不適用于TN-C系統(tǒng) 采用或加裝匹配的小型熔斷器 額定分?jǐn)嗄芰Ω?抗老化,穩(wěn)定性高 需避開啟動(dòng)電流 減少脫扣的設(shè)定值 根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整,滿足動(dòng)作保護(hù)的需要 MCB脫扣特性通常在出廠前已設(shè)定,若采用非標(biāo)產(chǎn)品,需要特別訂制和調(diào)試

3結(jié)語

綜上所述,電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高自身的專業(yè)認(rèn)識(shí),結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,選用正確的接地故障保護(hù)方法,滿足單相接地故障(單相短路)保護(hù)的需要。

[1]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].3版.北京:中國電力出版社,2012.

[2]民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范:JGJ 16—2008[S].

[3]低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50054—2011[S].

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——電氣[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2009.

[5]任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

[6]李順康.一場電氣火災(zāi)慘劇帶給設(shè)計(jì)人員的警示[J].建筑電氣,2011,30(1):24-30.

Single-phase Grounding Protection of TN System Lighting Line

ZHANGBinghuo

(Shenzhen General Institute Architectural of Design and Research Co., Ltd., Shenzhen 518031, China)

Abstract：If the feeder power supply radius of terminal lighting distribution box is too long in the design of lighting distribution,the time that the indirect contact protective appliance of feeder line cuts off the fault circuit cannot meet the requirements of single-phase grounding protection in TN system.This paper discussed the methods of grounding fault protection.It is pointed out that the correct grounding fault protection methods are selected according to the actual situation of the project design,in order to meet the requirements of single-phase grounding protection.

Key words:TN system; supply radius; contact protective appliance; grounding fault protection

收稿日期：2015-04-03

中圖分類號(hào)：TU 856

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-8417(2016)02-0021-03