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        住宅小區(qū)低壓配電線路保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2019-05-29 11:07:08陳英志
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:低壓配電網(wǎng)住宅小區(qū)

        陳英志

        摘 要:現(xiàn)如今,中國經(jīng)濟(jì)正在不斷蓬勃發(fā)展,人們的生活質(zhì)量也逐步攀升,在此背景下,多樣化領(lǐng)域?qū)τ诠╇娰|(zhì)量,提出了愈發(fā)嚴(yán)苛的實(shí)際要求。住宅小區(qū)作為城市配電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分,其供配電設(shè)計(jì)等問題越來越受到關(guān)注和重視。現(xiàn)針對(duì)住宅小區(qū)0.4kV低壓配電網(wǎng)特點(diǎn)以及存在問題,對(duì)其配電線路接地保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:住宅小區(qū);低壓配電網(wǎng);接地保護(hù)系統(tǒng)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.149

        0 引言

        大部分住宅小區(qū)的耗電量相對(duì)較多,特別是住戶經(jīng)常使用大功率電器,這就使得供配電的設(shè)計(jì)壓力持續(xù)提升,與此同時(shí),住宅小區(qū)中含有豐富多樣的用電方式,在此情況下,唯有針對(duì)供配電線路保護(hù)系統(tǒng),進(jìn)行更深層次的細(xì)致設(shè)計(jì),保證其在規(guī)劃過程中的合理性,才能切實(shí)滿足大多數(shù)住宅小區(qū)的基本用電需求和用電安全。

        1 低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的分析

        對(duì)于低壓配電系統(tǒng)而言,最為關(guān)鍵的步驟,即為中性點(diǎn)接地。實(shí)際上,中性點(diǎn)接地不僅需要承擔(dān)配電系統(tǒng)含有的良好接地性能,除此之外,還需要同時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)具備的保護(hù)接地性能。在做好接地系統(tǒng)方式選擇的同時(shí),并與漏電保護(hù)裝置合理搭配,有效防止觸電和火災(zāi)事故的發(fā)生,并提高供電系統(tǒng)的可靠性,大幅度提高安全用電水平。

        1.1 TN 系統(tǒng)

        在低壓配電系統(tǒng)中,我國目前廣泛應(yīng)用的即為TN系統(tǒng)。對(duì)于該系統(tǒng)而言,其中的中性點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)直接接地,不僅如此,該系統(tǒng)全部設(shè)備中存在的外露可導(dǎo)電部分,都能夠連接公共保護(hù)線亦或保護(hù)中性線,即所謂的PE線和PEN線。這種連接方式,一般被稱之為“接零”。其具體特點(diǎn)大致如下:

        (1)如果某些電氣設(shè)備中存在相線碰殼或者絕緣損壞,并因此出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時(shí),通常將其看作為單相對(duì)地短路故障。當(dāng)該故障發(fā)生時(shí),假設(shè)處于理想狀態(tài),則設(shè)備內(nèi)部的電源側(cè)熔斷器,將會(huì)被立會(huì)熔斷,并伴隨著低壓斷路器的迅速跳閘,從而使得相應(yīng)的電氣設(shè)備發(fā)生故障。由于形成危險(xiǎn)接觸電壓的實(shí)際時(shí)間并不長,故此,該故障顯得相對(duì)安全。

        (2)TN系統(tǒng)能夠有效節(jié)約材料和實(shí)際工作時(shí)間,并且應(yīng)用范圍極為廣泛。

        1.2 TN-C 系統(tǒng)

        對(duì)于該系統(tǒng)而言,其內(nèi)部的N線和PE線緊密結(jié)合,形成獨(dú)立的PEN線,詳見圖1。在該線中存在持續(xù)流通的電流,故此,對(duì)于已經(jīng)連接PEN線的相關(guān)設(shè)備而言,必然會(huì)受到來自于這些電流的電磁干擾。然而,PEN線同樣具備下述優(yōu)勢(shì):TN-C方案可行性高,能夠有效節(jié)約一根導(dǎo)線,避免冗長的電器保護(hù)步驟,從而有效減少相關(guān)設(shè)備在初期的實(shí)際投資費(fèi)用;一旦出現(xiàn)接地短路故障,則將會(huì)形成相對(duì)較大的故障電流,此時(shí),只需操作過流保護(hù)電器,就能立即切斷電源,從而切實(shí)保障工作者的生命安全及其相關(guān)設(shè)備的財(cái)產(chǎn)安全。但是,其劣勢(shì)也極為明顯。在此類線路中,通常會(huì)出現(xiàn)單相負(fù)荷失衡亦或三相負(fù)荷失衡的現(xiàn)象,如果電網(wǎng)內(nèi)部存在諧波電流,則PEN線中也將含有電流,從而造成相關(guān)電氣設(shè)備的外殼與其內(nèi)部線路的金屬套管彼此之間出現(xiàn)一定的壓降,這將嚴(yán)重危害到敏感性電子設(shè)備的質(zhì)量安全;此外,一旦將PEN線放于可能產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)條件下,則其內(nèi)部流通的電流,將會(huì)成為爆炸發(fā)生的誘因;當(dāng)PEN線出現(xiàn)短路或者斷路時(shí),將會(huì)形成較高的對(duì)地故障電壓,并由此逐步拓寬事故范圍;如果在TN-C系統(tǒng)的電源位置,選擇使用漏電保護(hù)器,則當(dāng)其已經(jīng)接地點(diǎn)后,需要注意工作中性線不能再次接地,否則將不能切實(shí)保障供電的可靠性。

        在研究初期,中國大部分低壓配電系統(tǒng),均應(yīng)用了TN-C系統(tǒng),然而,對(duì)于某些極為注重人身安全,并且強(qiáng)調(diào)不能受到過多電磁干擾的場(chǎng)所而言,將不適用該系統(tǒng)。

        1.3 TN-S 系統(tǒng)

        對(duì)于該系統(tǒng)而言,其內(nèi)部的N線和PE線完全獨(dú)立,并且該系統(tǒng)全部設(shè)備中存在的外露可導(dǎo)電部分,都能夠連接PE線。由于該線中并不存在持續(xù)流通的電流,故此,多樣化設(shè)備彼此之間,將不會(huì)受到來自于這些電流的電磁干擾。詳見圖2。然而,當(dāng)PE線出現(xiàn)中斷的情況下,通常斷線點(diǎn)后方在連接PE線設(shè)備中存在的外露可導(dǎo)電部分時(shí),不會(huì)帶電;然而,如果斷線點(diǎn)后方,存在相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)接殼故障的現(xiàn)象,則其后方在連接PE線設(shè)備中存在的外露可導(dǎo)電部分時(shí),均會(huì)帶電,從而極有可能造成人體觸電。故此,一旦此系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障,則線路中存在的保護(hù)裝置將會(huì)自動(dòng)啟用,并及時(shí)處理故障線路。實(shí)際上,相較于TN-C系統(tǒng)而言,TN-S在有色金屬領(lǐng)域中,無論是在消耗量方面,還是在投資方面,均有過之而無不及。近年來,TN-S系統(tǒng)主要應(yīng)用于強(qiáng)調(diào)安全性能的場(chǎng)所,尤其是住宅和實(shí)驗(yàn)室等。

        1.4 TN-C-S 系統(tǒng)

        對(duì)于TN-C-S系統(tǒng)而言,其主要基于TN-C方式逐步延伸,從而實(shí)現(xiàn)供電。然而,考慮到實(shí)際供電過程的安全性,該系統(tǒng)在二級(jí)配電箱的尾部,依次接出PE線和N線,從而使其通過TN-S方式進(jìn)行供電,詳見圖3。在該系統(tǒng)中,N線和PE線之間是相互連通的,詳見圖3,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通的PE線內(nèi)部,并不存在任何電流,這意味著該線在實(shí)際運(yùn)行過程中,不會(huì)存在任何電壓降;對(duì)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連通的線路而言,如果其前段存在相對(duì)較大的失衡電流,則其后段相關(guān)電氣設(shè)備表面的外殼,也將形成相應(yīng)的接觸電壓。故此,TN-C-S系統(tǒng)雖然能夠有效減少相關(guān)電氣設(shè)備中存在的外露導(dǎo)電部分,相對(duì)于地而產(chǎn)生的實(shí)際電壓,但是卻無法對(duì)其進(jìn)行根本性的消除。實(shí)際上,該電壓的數(shù)值,主要由連通前線路中存在的失衡電流及其相應(yīng)的線路長度而決定。假設(shè)連通前線路中存在的負(fù)載存在明顯失衡,并伴隨著相對(duì)較長的線路,則該電壓的數(shù)值就會(huì)越大。故此,應(yīng)該積極控制負(fù)載失衡現(xiàn)象,避免PE 線的重復(fù)接地,否則只能在線路的尾部,專門設(shè)立相應(yīng)的漏電保護(hù)器,來切實(shí)保障供電的可靠性;除此之外,PE 線當(dāng)且僅當(dāng)只能在二級(jí)配電箱的位置,與N線之間進(jìn)行相連,禁止在PE線表面安裝熔斷器等元件;值得一提的是,民用建筑電器在重新裝修后,一般都會(huì)出現(xiàn)N線與PE線交叉使用的現(xiàn)象,從而使得TN-C-S系統(tǒng),直接轉(zhuǎn)換為TN-C系統(tǒng),造成并聯(lián)等不良后果,故此,當(dāng)針對(duì)此類電器進(jìn)行驗(yàn)收時(shí),需要格外注意。

        2 目前低壓接地系統(tǒng)的主要形式及存在的問題

        目前我國低壓接地系統(tǒng)的主要形式TN—C接地系統(tǒng)。當(dāng)使用TN—C接地系統(tǒng)時(shí),人們往往會(huì)在中性線搭頭線與銅鋁之間的搭接過程中,忽略使用銅鋁過渡線夾,長此以往,將會(huì)出現(xiàn)銅鋁氧化,造成某處的接觸不良;對(duì)于某些已經(jīng)長期搭接的搭頭來說,很容易出現(xiàn)松動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象,從而造成斷線故障;某些接地體由于使用時(shí)間過長,表現(xiàn)出的接地電阻已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需求,形成一系列故障;電網(wǎng)中存在的系統(tǒng)電壓出現(xiàn)相應(yīng)的改變,而造成用戶電壓逐步攀升。上述問題均會(huì)引發(fā)設(shè)備事故,并燒壞電氣設(shè)備。如果在配電變壓器中,出現(xiàn)負(fù)荷三相不平衡的現(xiàn)象,則電壓的持續(xù)浮動(dòng),也將造成敏感性電子設(shè)備的損害。

        3 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器參數(shù)選擇

        通常情況下,多樣化級(jí)別的保護(hù),都應(yīng)該涉及到短路保護(hù)和過載保護(hù)。例如:斷路器等,如果條件允許,則還需要滿足抗電磁干擾保護(hù)等諸多功能。

        各級(jí)保護(hù)器理應(yīng)含有的多樣化動(dòng)作參數(shù)如下:在其末端需要配備相對(duì)較高靈敏度的保護(hù)器,進(jìn)行有效保護(hù)。其涉及到的額定剩余動(dòng)作電流,應(yīng)該滿足≤30mA,與此同時(shí),其涉及到的額定動(dòng)作時(shí)間,應(yīng)該滿足≤0.1s;實(shí)際上,末端保護(hù)之前的層級(jí),應(yīng)該保證與末端保護(hù)同等參數(shù)高于2倍的級(jí)差,并且在動(dòng)作時(shí)間方面,存在0.2s級(jí)差。其中,中間保護(hù)最好選擇延時(shí)性保護(hù)器,其所涉及到的額定電流,需要保持在60~100mA的范圍內(nèi),其所涉及到的額定動(dòng)作時(shí)間,需要保持在0.3s的范圍內(nèi);值得一提的是,總保護(hù)需要選擇延時(shí)型保護(hù)器,并且其額定動(dòng)作電流一般高于300mA,且其額定動(dòng)作時(shí)間通常保持在0.5~1.0s的范圍。若想預(yù)防火災(zāi),則需要選擇剩余電流動(dòng)作報(bào)警式保護(hù)器。在該保護(hù)器中,其報(bào)警動(dòng)作電流需要保持在300~500mA的范圍,此外,其動(dòng)作時(shí)間需要保持在0.5~2.0s的范圍。

        4 針對(duì)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)和各級(jí)斷路器、剩余電流保護(hù)器的配置的優(yōu)化方案

        如圖4所示前半部分采用TN-C系統(tǒng),箱式變壓器內(nèi)低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地,各分支首端采用空氣斷路器作為短路總保護(hù),在每棟樓或某個(gè)主分支采用第一級(jí)剩余電流保護(hù)器,第一級(jí)剩余電流保護(hù)器前,中性線做重復(fù)接地,此前的中性線PE和N線是合一的。這樣配置的優(yōu)點(diǎn)在于:

        提高了供電可靠性,不會(huì)因?yàn)樨?fù)荷側(cè)發(fā)生輕微的漏電而導(dǎo)致箱變內(nèi)斷路器跳閘,若發(fā)生較大的單相接地電流故障,將反映為單相短路電流,則箱變內(nèi)空氣斷路器跳閘斷電;一般箱變到樓房距離較遠(yuǎn),采用PEN線兩端重復(fù)接地,若在這一段線路中發(fā)生斷零線故障,由于負(fù)荷側(cè)N線重復(fù)接地,不會(huì)造成用戶電氣燒毀。并且此段線路節(jié)省了PE線。如圖4所示后面三級(jí)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器采用TN-S系統(tǒng),保護(hù)線PE單獨(dú)接地,中性線N不接地(安裝時(shí)必須與地線絕緣)。

        這樣配置的優(yōu)點(diǎn)在于:進(jìn)一步保證用戶端用電安全;通過各級(jí)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的分級(jí)分時(shí)控制,發(fā)生漏電故障時(shí),有效的縮小停電范圍。

        5 結(jié)論

        總而言之,若想切實(shí)保障低壓配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性,應(yīng)該采取多樣化接地保護(hù)措施。通過上述分析,能夠得知,低壓配電網(wǎng)所涉及到的接地方式趨于多樣化,應(yīng)該基于各種類型的電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),選擇科學(xué)合理的接地方式,并輔以恰當(dāng)?shù)氖S嚯娏鞅Wo(hù),才能切實(shí)保障低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。本篇文章,基于分析低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)特點(diǎn)以及存在的問題,提出了針對(duì)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)和各級(jí)斷路器、剩余電流保護(hù)器的配置的優(yōu)化方案,從而提高了供電可靠性,保證了用戶用電安全,并進(jìn)一步縮小了故障時(shí)的停電范圍,方便了小區(qū)內(nèi)居民用電。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]程方亮.低壓配電網(wǎng)零線斷線智能檢測(cè)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].電器工業(yè),2017(03):74-75.

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