劉毅斌（湖南省建筑設(shè)計院，湖南　長沙　410000）

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市政電氣設(shè)計中與電纜相關(guān)的兩個問題探討

劉毅斌（湖南省建筑設(shè)計院，湖南長沙410000）

分析現(xiàn)有市政給排水（給水廠，污水廠）設(shè)計中，與電纜敷設(shè)距離較長的引發(fā)的兩個問題，并討論和指出解決對策。

TN系統(tǒng)；相地短路；電壓降

1　前言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速，國家新建，改擴(kuò)建了大量的城市給水，污水廠。在市政工程本身的特殊條件和部分地區(qū)電力部門的政策，以及國家節(jié)能減排的需求等因素限制下，一些處理規(guī)模較小的新建項目和一些條件有限制的改擴(kuò)建項目中，不可能像其他工廠配電設(shè)計一樣大量設(shè)置車間變電所（含變壓器）。加之廠區(qū)的面積都比較大，因此往往存在低壓電纜長距離供電的問題，本文結(jié)合一個實例對相關(guān)問題進(jìn)行探討。

2　TN系統(tǒng)下接地故障對長距離供電的限制

在市政工程配電設(shè)計中，TN系統(tǒng)為廣泛采用的接地型式，據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054-2011）（以下簡稱《低規(guī)》）第5.2.8條規(guī)定：TN系統(tǒng)中配電線路間接接觸防護(hù)的動作特性應(yīng)符合下式要求：

式中：Ia——保證間接接觸電器在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障回路的動作電流（A）；

Zs——接地故障回路阻抗（Ω）；

U0——導(dǎo)體對地標(biāo)稱電壓，取U0=220V?，F(xiàn)有工程中，多采用斷路器作為主要回路保護(hù)電氣，據(jù)《低規(guī)》第6.2.4條規(guī)定：當(dāng)短路保護(hù)電器為斷路器時，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或者短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍，即：

式中：Izd——低壓斷路器瞬時或短延時電流脫扣器整定值（A）；

Id——接地故障電流值（A）。當(dāng)配電線路較長，而采用低壓斷路器的過電流脫扣器作為接地保護(hù)時，則可能存在難以滿足上述規(guī)范要求的情況。

如某污水處理廠，廠區(qū)某變電所下有臺SCB11-800kVA變壓器，接線方式為 D，yn11，該變壓器uk%=4，相保阻抗為Rphp.T=1.65mΩ，相保感抗為Xphp.T=11.89mΩ，該變壓器給一污泥脫水間配電，脫水間最大電機(jī)55kW，該電機(jī)正常運行電流Ie= 110A，啟動電流Iqd=7Ie=770A，該車間設(shè)備最大工況運行計算電流為325A，選用YJV-1kV-（3X185+2X95）電纜供電，供電長度350m。電纜單位相保阻抗 Rphp.L=0.420mΩ，相保Xphp.L= 0.179mΩ。

根據(jù) 《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（以下簡稱 《手冊》）式4-55知：TN接地系統(tǒng)的低壓網(wǎng)絡(luò)單相接地故障電流：

式中：Rphp，Xphp，Zphp——短路電路的相線-保護(hù)線回路 （相保，保護(hù)線包括 PE線和 PEN線）電阻、相保電抗、相保阻抗（mΩ）。

低壓斷路器采用短延時脫扣器時的整定值，根據(jù)《手冊》式11～15知：

式中：

krel2——可靠系數(shù)，取1.2；

IstM1——線路中最大一臺電機(jī)的啟動電流；

IC（n-1）——線路中除最大一臺電機(jī)以外的計算負(fù)荷電流。根據(jù)該公式可知：Iset2≥1.182kA，可取1.2kA，不滿足Izd≤1kA的條件。

低壓斷路器采用瞬時脫扣器時的整定值，根據(jù)《手冊》式11～16知：

式中：krel3——可靠系數(shù)，取1.2；

I′stM1——線路中最大一臺電機(jī)的全啟動電流，一般可取電機(jī)啟動電流IstM1的2倍（A）。

根據(jù)該公式可知：Iset3≥2.11kA，可取2.2kA，也不滿足Izd≤1kA的條件。

由上面計算可推知：TN配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)，采用斷路器（熔斷器類似），受到電纜長度的限制，如果超過了斷路器的允許長度，則不能可靠及時地切斷故障回路，使接地點存在安全隱患。

解決方案：①盡量減少供電距離，在條件允許的情況下將變電間放置于配電中心，或者考慮對較大電機(jī)采用軟啟動或者變頻啟動，以用于減小啟動電流，如上例中，如果采用變頻啟動，啟動電流按Iqd=1.5Ie=165A，則Iset2≥0.5kA，Iset3≥0.6kA即可滿足Izd≤1kA的要求；②增大保護(hù)線面積，其余同等條件下，Rphp.L=0.285mΩ，Xphp.L=0.152mΩ，則 Izd≤1.4kA；③合理選擇變壓器接線方式；④在TN-C系統(tǒng)采用零序電流保護(hù)，在TNS系統(tǒng)中采用剩余電流保護(hù)（RCD）；⑤采用帶接地故障保護(hù)的低壓斷路器。

這里簡單闡述下帶接地故障保護(hù)的斷路器如何整定：為了使接地故障脫扣器正確動作，其動作電流整定值Ig必須躲過線路中的最大不平衡電流Iph。

（1）對于單相負(fù)荷或者單相負(fù)荷比例較重的混合的動力回路，由于該回路不平衡電流較大，單相負(fù)荷重產(chǎn)生的諧波電流設(shè)備也日益嚴(yán)重，線路最大不平衡電流：

該式比較適合市政工程的綜合樓和機(jī)修車間等公共建構(gòu)筑物。

（2）對三相負(fù)荷平衡分配或三相負(fù)荷占較大比重的動力回路：

（3）單臺電動機(jī)動力回路，其電壓不平衡度為2%時，其不平衡電流：

式中：Iph——最大不平衡電流；

Ijs——負(fù)荷計算電流；

Ie——電動機(jī)額定電流。

根據(jù)不平衡電流，可以推導(dǎo)出整定值

式中：Ig——接地故障電流整定值；

kset4——可靠系數(shù)，（1）、（2）兩種情況取值1.3～1.5，電機(jī)取值3～4；

結(jié)合上面實例，我們可以最終選擇帶接地故障的斷路器，采用瞬時保護(hù)，保護(hù)值Iset3=2.2kA；Ig=150A。

相比于其它的方案，采用帶接地故障保護(hù)的低壓斷路器來解決TN系統(tǒng)下接地故障對長距離供電的限制這個問題的方案，可能是最有效和經(jīng)濟(jì)的方案。

3　供電末端電壓降的問題

據(jù) 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）（以下簡稱《供規(guī)》）第5.0.4條規(guī)定：正常運行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值宜符合下列要求：①電動機(jī)為±5%額定電壓；②照明：在一般工作場所為±5%額定電壓；對遠(yuǎn)離變電所的小面積工作場所，難以滿足上述要求時，可為+5%，-10%額定電壓；應(yīng)急照明和警衛(wèi)照明等為+5%，-10%。

根據(jù)《手冊》表9-63中可得：

式中：Un——為標(biāo)稱電壓（kV）；

R0、X0——三相電纜單位長度的電阻和感抗（Ω/km）；

Ijs——負(fù)荷計算電流（A）。

以前段實例為基礎(chǔ)，假設(shè)電纜規(guī)格為YJV-1kV-（3X150+ 2X70），電纜的電阻R0=0.145Ω/km，感抗X0=0.077Ω/km，車間為三相平衡負(fù)荷，功率因數(shù)cosφ=0.82。由式10得△u%=8.01。

根據(jù)式10，我們還可以得出下式：

式中：Pjs——負(fù)荷有功功率（kW）。

由前例已知條件可得Pjs=175.89kW，假設(shè)車間進(jìn)行了就地補(bǔ)償后功率因數(shù)cosφ=0.95，由式11得△u%=4.5。

通過上面的兩次計算，我們可以知道改善電纜電壓降的手段可以為：①加大電纜截面，如上例將電纜截面改為185后，電壓降為4.96%；②就地補(bǔ)償，如采用就地補(bǔ)償，可以將電流值降低，以達(dá)到降低電纜壓降的目的。

4　結(jié)論

本文通過一個實例，對現(xiàn)有市政給排水廠電氣設(shè)計中關(guān)于電纜過長的導(dǎo)致的常見的兩個問題進(jìn)行了闡述和討論。其實在設(shè)計中，對于第二個問題，大多數(shù)設(shè)計人員和校審人員以及現(xiàn)場施工人員都有相應(yīng)的認(rèn)識，而對于問題一的重視程度卻很不夠，這樣給整個工程的質(zhì)量和安全帶來了隱患。

［1］任會元，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第3版）.2005，10.

［2］楊成德.TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的探討.電工技術(shù)雜志，2003（9）.

［3］王國鐘.低壓電纜的電壓損失和電壓降.電線電纜，2014（1）.

劉毅斌（1983-），男，工程師，從事市政電氣設(shè)計工作。

TU994

A

2095-2066（2016）11-0059-02

2016-1-11