許士驊

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100044)

0 引言

在一些工程的電氣設(shè)計(jì)中，筆者發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員有時(shí)候容易忽視間接接觸防護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。雖然有一些設(shè)計(jì)方法可以讓靈敏度滿足規(guī)范要求，但是在考慮配電方案時(shí)，還是應(yīng)當(dāng)提前規(guī)劃，以達(dá)到配電方案合理的目的。

在設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)人員在考慮間接接觸防護(hù)靈敏度的電纜長(zhǎng)度時(shí)，經(jīng)常查閱以下兩種資料，一是《施耐德電氣裝置應(yīng)用(設(shè)計(jì))指南》中的圖表F41(以下簡(jiǎn)稱“圖表F41”)，另一個(gè)是《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版下冊(cè)第966頁(yè)的表11.2-4(以下簡(jiǎn)稱“表11.2-4”)。

1 《施耐德電氣裝置應(yīng)用(設(shè)計(jì))指南》中的圖表F41

在表11.2-4發(fā)布以前，圖表F41把稍微復(fù)雜的靈敏度計(jì)算變成了相對(duì)簡(jiǎn)單的查表，一直是設(shè)計(jì)人員的一個(gè)很方便的設(shè)計(jì)工具，見圖1。

在這個(gè)圖表41之前，也給出了相應(yīng)的計(jì)算公式，TN系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)回路最大長(zhǎng)度由式(1)確定。

式中，Lmax為回路最大長(zhǎng)度，m；U0為相電壓，230V(對(duì)230/400V系統(tǒng)而言)；ρ為在正常工作溫度條件下的電阻率，Ω·mm2/m(銅為 22.5×10-3，鋁為 36×10-3)；Ia為斷路器瞬時(shí)動(dòng)作的跳閘電流整定值或保證熔斷器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)熔斷的電流。

式中，Sph為回路相線的截面，mm2；SPE為回路PE線的截面，mm2。

然而筆者在驗(yàn)算過(guò)圖表F41中的數(shù)字時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果有一些偏差。根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)的結(jié)果見表1中相對(duì)靠下的一行。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算，筆者發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與原表中數(shù)據(jù)的比值基本都有1.225倍左右的偏差。至于偏差原因，在式(1)和下面的注釋中并未找到相關(guān)內(nèi)容。由于此公式并未考慮GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中第6.2.4條:當(dāng)短路保護(hù)電器為斷路器時(shí)，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時(shí)或短延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.3倍。6.2.4條的條文說(shuō)明中，敘述了斷路器制造誤差為±20%，再加上計(jì)算誤差、電壓偏差等因素，故選定了1.3倍的可靠系數(shù)。這里的1.225倍是否就是考慮了類似的情況也未可知。

另外，同是電阻率，圖表F41中采用的數(shù)據(jù)是0.0225 Ω·mm2/m，表 11.2-4中采用的數(shù)據(jù)是0.0172Ω·mm2/m，同樣是銅的電阻率，筆者認(rèn)為兩者不應(yīng)有如此大的偏差。這兩者比值約是1.3倍，但是前者未考慮溫度系數(shù)1.5，那么取值1.3倍是否也考慮了類似修正也未可知。

圖1 《施耐德電氣裝置應(yīng)用(設(shè)計(jì))指南》中的圖表F41

圖表F41中數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果表1

2 《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版下冊(cè)第966頁(yè)的表11.2-4

與圖表F41相比，《配電手冊(cè)》第四版中對(duì)間接接觸防護(hù)的計(jì)算公式11.2-7進(jìn)行了修正，在第995～966頁(yè)中如式(2)所示。

式中，0.8～1.0為電源側(cè)阻抗系數(shù)，是考慮接地故障回路省略變壓器阻抗和高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗導(dǎo)致的誤差進(jìn)行的修正，當(dāng)故障點(diǎn)遠(yuǎn)離配電變壓器、線路截面積較小、變壓器容量較大時(shí)，取高值(如0.95～1.00)，反之，取較低值；1.5為由于短路引起發(fā)熱，電纜電阻的增大系數(shù)；U0為相對(duì)地標(biāo)稱電壓，V；S為相導(dǎo)體截面積，mm2；k1為電纜電抗校正系數(shù)，當(dāng)S≤95 mm2時(shí)，取1.0，當(dāng)S為120 mm2和 150 mm2時(shí)，取 0.96，當(dāng) S≥185 mm2時(shí)，取0.92；k2為多根相導(dǎo)體并聯(lián)使用的校正系數(shù)；n為每相并聯(lián)的導(dǎo)體根數(shù)；ρ為20℃時(shí)的導(dǎo)體電阻率，Ω·mm2/m；L為電纜長(zhǎng)度，m；m為材料相同的每相導(dǎo)體總截面積(Sn)與PE導(dǎo)體截面積(SPE)之比。

電纜長(zhǎng)度的最大允許值:采用斷路器保護(hù)時(shí)，最小接地故障電流Ik必須大于斷路器的瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流Iset3，為可靠動(dòng)作，按式(2)計(jì)算最大允許長(zhǎng)度L時(shí)，還應(yīng)除以krel、kop兩個(gè)系數(shù)。krel為斷路器瞬時(shí)脫扣器誤差系數(shù)，電磁脫扣器為1.2，電子脫扣器為1.1；kop為斷路器動(dòng)作系數(shù)(多極斷路器單極過(guò)電流對(duì)脫扣特性的影響)，三極和四極斷路器為1.2倍約定脫扣電流；二極斷路器為1.1倍約定脫扣電流。

把式11.2-7即式(2)下方說(shuō)明中的相關(guān)系數(shù)一并整理到式(2)中，最終得到式(3)。

而計(jì)算結(jié)果也直接在《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版下冊(cè)第966頁(yè)的表11.2-4中給出了相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)。

用斷路器作間接接觸防護(hù)時(shí)銅芯電纜最大允許長(zhǎng)度/m 表2

從公式本身來(lái)看，式(3)和施耐德的公式都表示是出自IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是為什么同一出處會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)有偏差的公式?原因不得而知。

筆者認(rèn)為，式(3)更科學(xué)一些，不僅考慮了1.5倍的溫度系數(shù)，也考慮了斷路器的相關(guān)修正，同時(shí)表2中由于已經(jīng)計(jì)算了不同相截面與PE截面的關(guān)系，在查找25mm2及以上規(guī)格電纜的數(shù)據(jù)時(shí)，不用再重新計(jì)算0.67倍的系數(shù)，無(wú)疑也比圖表F41更方便一些。但是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，筆者發(fā)現(xiàn)式(3)的計(jì)算結(jié)果仍然與表2不完全對(duì)應(yīng)，見表3中相對(duì)靠下的一行所有黑體字。

經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算，筆者認(rèn)為1.5mm2和2.5 mm2這兩行的偏差原因是kop取1.1，同時(shí)計(jì)算結(jié)果向右偏移了一列導(dǎo)致的；自25 mm2這一行開始，向下所有數(shù)據(jù)有偏差的，均是m值的取值不同導(dǎo)致的，筆者的黑體字計(jì)算結(jié)果是嚴(yán)格按照說(shuō)明計(jì)算得出的，而原表中數(shù)據(jù)是按照m＝2計(jì)算得出的。

3 綜合圖表F41和表11.2-4后的結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述分析筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)師無(wú)論采用圖表F41還是表11.2-4在數(shù)值上均有一定欠缺，所以還是決定調(diào)整一版數(shù)據(jù)，在總體架構(gòu)上采用表11.2-4的結(jié)構(gòu)和計(jì)算公式，在電流取值上采用圖表F41的數(shù)值。經(jīng)過(guò)綜合后的數(shù)據(jù)見表4和表5。

用斷路器作間接接觸防護(hù)時(shí)銅芯電纜最大允許長(zhǎng)度(驗(yàn)算值)/m 表3

續(xù)表3

用斷路器作間接接觸防護(hù)時(shí)銅芯電纜最大允許長(zhǎng)度(綜合圖表F41和表11.2-4后) 表4

綜合圖表F41和表11.2-4后的結(jié)果(續(xù)表) 表5

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)算，筆者對(duì)圖表F41和表11.2-4均有一些疑惑之處，所以重新計(jì)算了表格數(shù)據(jù)。希望這個(gè)表格能在設(shè)計(jì)工作中給各位設(shè)計(jì)師帶來(lái)一些方便，這也是筆者的初衷。