摘? 要 針對(duì)TN低壓配電系統(tǒng)單相接地保護(hù)中短路電流計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)問題，本文給出了推薦的靈敏度系數(shù);指出了短路保護(hù)電器單相短路磁脫扣值選取注意事項(xiàng);闡明了不同保護(hù)線的選取對(duì)單相短路計(jì)算電流值產(chǎn)生的影響，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 單相接地、靈敏度、保護(hù)線

0 引言

對(duì)于TN系統(tǒng)單相接地故障，最經(jīng)濟(jì)的做法是采用保護(hù)電器的短路保護(hù)兼做接地故障保護(hù)，由于單相接地故障是短路電流最小的一種短路故障，如何計(jì)算出較為準(zhǔn)確的短路電流并正確校驗(yàn)保護(hù)靈敏度，從而確保在發(fā)生此類故障時(shí)，保護(hù)電器可靠動(dòng)作，對(duì)安全用電與預(yù)防電氣火災(zāi)具有重要意義[1]。

TN系統(tǒng)單相接地短路電流計(jì)算和靈敏度檢驗(yàn)較為復(fù)雜，需要根據(jù)不同的工程實(shí)際（如廠家元器件、保護(hù)線規(guī)格）區(qū)別對(duì)待，否則容易出現(xiàn)保護(hù)靈敏度不夠，保護(hù)電氣不能可靠切除故障線路，甚至引發(fā)故障擴(kuò)大。

1 保護(hù)靈敏度系數(shù)的選取

1.1 低壓斷路器磁脫扣誤差

依據(jù)IEC 60947-2：2006（等效國(guó)標(biāo)GB 14048.2-2008） 第8.3.3.1.2章節(jié)規(guī)定，低壓斷路器在短路條件下的開斷為：斷路脫扣器的動(dòng)作應(yīng)在脫扣器短路整定電流的80%和120%下進(jìn)線驗(yàn)證。也就是說(shuō)允許低壓斷路器的磁脫扣有±20%的誤差。

從這個(gè)角度看，當(dāng)短路保護(hù)電器為短路器時(shí)，斷路器短路保護(hù)的靈敏度應(yīng)該在1.2倍以上。

1.2 配電回路的靈敏度系數(shù)

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50054-2011）第6.2.4節(jié)規(guī)定：“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)或延時(shí)過電流脫扣器整定電流的1.3倍”，此處規(guī)范沒有區(qū)別是三相短路電流還是單相短路電流，我們可以理解對(duì)兩種短路故障均適用。

規(guī)范《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5153-2014）第8.1.1節(jié)的規(guī)定，動(dòng)作與跳閘的單相接地保護(hù)的靈敏度系數(shù)不宜低于1.5。

國(guó)標(biāo)GB 50054-2011與電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5153-2014對(duì)于單相接地保護(hù)靈敏度系數(shù)的選取存在不一致的情況。

1.3 電動(dòng)機(jī)回路的靈敏度系數(shù)

《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50055-2011）第2.3節(jié)（低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)）對(duì)電動(dòng)機(jī)回路的單相接地短路保護(hù)靈敏度系數(shù)未做具體規(guī)定。

規(guī)范DL/T 5153-2014第8.7.1節(jié)指出“為使保護(hù)范圍能伸入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，要求電動(dòng)機(jī)出線端子處短路時(shí)，保護(hù)范圍的靈敏度不應(yīng)小于1.5”。

通過條文，可以理解本文2.2節(jié)中，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5153-2014與GB 50054-2011不一致的原因，那就是通過將靈敏度從1.3提高到1.5，可以將保護(hù)范圍延伸到電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。

1.4 推薦的靈敏度系數(shù)選取

本文認(rèn)為低壓配電系統(tǒng)單相接地保護(hù)靈敏度對(duì)于配電回路和電動(dòng)機(jī)回路均按照1.5的系數(shù)來(lái)校驗(yàn)更為合適，理由如下：

1）將配電回路單相接地保護(hù)靈敏度由1.3提高到1.5，對(duì)于原來(lái)靈敏度在1.3～1.5倍之間的回路需要額外加裝接地保護(hù)裝置，最終影響的是低壓設(shè)備投資。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)回路，短路瞬動(dòng)保護(hù)為了避開電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，一般定值整定為電動(dòng)機(jī)額定電流的12倍，這樣導(dǎo)致短路瞬動(dòng)保護(hù)定值較大;對(duì)于配電回路，短路瞬動(dòng)保護(hù)定值一般整定為回路額定電流的4～6倍，短路瞬動(dòng)保護(hù)定值較小，單相接地保護(hù)靈敏度校驗(yàn)跟容易滿足，靈敏度從1.3提高到1.5對(duì)設(shè)備投資影響有限。

2）電動(dòng)機(jī)回路和配電回路按照統(tǒng)一的靈敏度校驗(yàn)更方便工程設(shè)計(jì)人員實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

2 短路保護(hù)電器單相短路磁脫扣值的選取

需要注意的是，某些廠家的低壓塑殼斷路器的單相短路磁脫扣值大于三相短路磁脫扣值。

以ABB的Tmax XT系列塑殼斷路器為例，ABB編號(hào)為：1SXF210033C2001的樣本第4章第4頁(yè)顯示，部分開關(guān)電器單相脫扣電流是三相電流脫扣的150%，摘錄如下：

對(duì)于表1中列出的斷路器，如果工程設(shè)計(jì)人員沒有注意到ABB Tmax XT系列的產(chǎn)品特性，就會(huì)出現(xiàn)實(shí)際單相接地短路靈敏度小于校驗(yàn)靈敏度，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，從而導(dǎo)致工程實(shí)際中存在電氣安全隱患。

Tmax XT系列是Tmax的升級(jí)產(chǎn)品，Tmax系列的低壓塑殼斷路器也有類似的特性，詳見ABB編號(hào)為：1SXF210004C2010的樣本第4章第4頁(yè)。

此外，在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的施耐德NSX系列、西門子3VL系列塑殼斷路器樣本中，對(duì)單相短路磁脫扣值沒有做單獨(dú)說(shuō)明。

由此可見，工程設(shè)計(jì)人員在校驗(yàn)單相短路靈敏度時(shí)，應(yīng)熟悉廠家的產(chǎn)品特性，否則會(huì)出現(xiàn)單相短路校驗(yàn)靈敏度不夠的問題。

3 單相短路電流計(jì)算中保護(hù)線電阻的選取

單相短路接地故障電流的計(jì)算公式如下[3]：

式中： ——單相短路電流的初始值;

短路電路的總相保阻抗，mΩ

——短路電路的總相保電阻，mΩ;

——短路電路的總相保電抗，mΩ;

——變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)的電阻（歸算到400V側(cè)），mΩ;

——變壓器的電阻，mΩ;

——變壓器低壓側(cè)母線段的電阻，mΩ;

——配電線路的電阻，mΩ;

——變壓高壓側(cè)系統(tǒng)的電抗（歸算到400V側(cè)），mΩ;

——變壓器的電抗，mΩ;

——變壓器低壓側(cè)母線段的電抗，mΩ;

——配電線路的電抗，mΩ;

在TN-S低壓配電設(shè)計(jì)中，PE線一般按照《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50054-2011） 表3.2.14的規(guī)定選取。

普遍做法是選取多芯電纜，利用多芯電纜中的一芯作為PE線（方式一）。

除此之外，在工程實(shí)際中，還有以一種做法，沿橋架敷設(shè)裸銅纜（如185mm2或150mm2），在設(shè)備末端用GB 50054-2011 中規(guī)定的裸銅纜與接地干線相連（方式二）。

很明顯，在計(jì)算單相短路電流是，方式二中的小于方式一，這樣兩種方式下算出的單相接地短路電流值是有差異的。

以SCB9型額定電壓10/0.4kV，額定容量1000kVA干式變壓器為例，變壓器阻抗電壓6%，連接組別D，yn11，高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量按照300MVA考慮，變壓器電阻和電抗參數(shù)如下[3]：

方式一饋線電纜規(guī)格4*6 mm2、3*50+1*25 mm2、3*120+1*70mm2三種規(guī)格分別計(jì)算100m電纜長(zhǎng)度下的單相接地短路計(jì)算電流結(jié)果如下表：

方式二饋線電纜規(guī)格3*6 mm2、3*50 mm2、3*120 mm2三種規(guī)格電纜，PE線規(guī)格見表3。

三種規(guī)格下的單相接地短路計(jì)算電流結(jié)果如下表：

從以上計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，方式二的單相接地短路電流計(jì)算結(jié)果明顯大于方式一，這樣更有利于保護(hù)電器的可靠動(dòng)作。

4 結(jié)束語(yǔ)

單相接地故障是低壓系統(tǒng)中最常見的一種故障，以化工行業(yè)為例，此類故障占所有電氣故障的60%以上[2]，因此如何準(zhǔn)確計(jì)算單相接地短路電流并正確校驗(yàn)，對(duì)防范類似電氣故障的發(fā)生至關(guān)重要。

結(jié)合工程實(shí)際，本文從保護(hù)靈敏度系數(shù)的選取、短路保護(hù)電器單相短路磁脫扣值的選取、單相短路電流計(jì)算中保護(hù)線電阻的選取三個(gè)方面給出了提出了自己的幾點(diǎn)看法，供電氣行業(yè)同行參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙柯宇. TN低壓配電系統(tǒng)單相接地故障的保護(hù)[J]. 工業(yè)技術(shù)，2014，18：60.

[2] 王巖，宋濤. 低壓?jiǎn)蜗嘟拥乇Ｗo(hù)的幾個(gè)問題探討[J]. 電子測(cè)量技術(shù)，2017，40（5）：68.

[3] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2005：163-169。

作者介紹：

雷哲（1985.08.04-）;男;湖北嘉魚;漢;大學(xué)本科;工程師;配電主管設(shè)計(jì)師;核島中低壓配電;深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司。