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第七章 不同接地系統(tǒng)的特性,TT系統(tǒng)接地故障與保護 TN系統(tǒng)接地故障與保護 IT系統(tǒng)接地故障與保護 接地系統(tǒng)的選擇,低壓變壓器中性點直接與接地極相連接 設備的外露可導電部分（外殼）連接到一個獨立的接地電極上,TT 系統(tǒng),故障電流值 If = Uo / (Rn + Ru) = 220 / (10 + 10) = 11A 故障電壓值 Uf = Ru×If = 10×11 = 110 V UL( 50 V) 故障電流產生危險接觸電壓 斷路器通常不適合消除這類故障 Uo－相線對地標稱電壓，220V UL－安全電壓限值，50V,TT 系統(tǒng)的接地故障分析,裝設剩余電流保護器(RCD) 用于間接接觸防護 脫扣條件 接觸電壓 ≤ 安全電壓 Ru×IΔn ≤ UL 即： IΔn ≤ UL/ Ru 舉例，圖中： IΔn ≤ UL / Ru = 50 /10 = 5 A IΔn可取1A (或3A) Ru－外露可導電部分的接地電阻 IΔn－RCD額定剩余動作電流,TT 系統(tǒng)的間接接觸防護,TT 系統(tǒng)接地故障分析 本例中 UL=50V 故障電流值If多大？ 故障電壓值Uf多大？ RCD額定剩余動作電流應如何設定？,,,,If =220/(4+6)=22A Uf =22x6=132V RCD額定剩余動作電流： IΔn ≤ UL/ Ru = 50/6 = 8.3 A 取1A (或3A),TT 系統(tǒng)應用習題,RCD ：Residual Current Device，剩余電流動作保護器，俗稱漏電保護器 RCD的主要功能,什么是 RCD,剩余電流的檢測原理：傳感器檢測相線與中線電流的矢量和,無故障,有故障,RCD 的工作原理,通過安裝于所有帶電導體之上的電流互感器，檢測故障電流 測量并計算電流瞬時值的矢量和 通過磁線圈或繼電器令保護裝置脫扣，將故障回路斷開,RCD 的工作原理（續(xù)）,三種不同類型用于檢測不同的故障電流,AC 類： 只用于檢測AC 剩余電流,Multi 9 系列,Multi 9 系列 Vigirex 系列 Vigi Compact NSX 系列,A 類： 用于檢測AC型及脈動直流型剩余電流,B 類： 用于檢測AC及A以及平滑直流型剩余電流,RCD 的不同類型,,RCD 的動作靈敏度,根據(jù) IEC 61008, 61009, 755, 60947-2 等標準，分為,RCD 用于防電氣火災,過熱、污染以及意外的損傷都會導致線路絕緣的失效 隨著線路對地泄漏電流的增大，可能產生電弧，進而引起火災危險,研究表明，有70-80%的電氣火災與電氣線路的絕緣故障有關。 300 mA 額定動作值的RCD 可以有效地檢測到危險的泄漏電流，防止電氣火災的發(fā)生,,垂直選擇性 剩余動作電流的設定：IΔn1＞2×IΔn2 延時時間的設定： T1 ＞T2 (total) 水平選擇性,RCD 間的配合－選擇性,人身保護 危險的故障電流 故障電流不足以啟動短路保護裝置 保護幾乎必須瞬動 由經(jīng)過計算選擇的 RCD提供保護 防電氣火災 限制故障電流 用于保護人身的 RCD 可兼做防電氣火災 供電連續(xù)性 通過RCD之間選擇性獲得,TT 系統(tǒng)的主要特點,低壓變壓器中性點直接與接地極相連接 保護接地線PE 和中性線N合并成一根PEN線 常采用重復接地的措施,,,,,,,,,,,,,TN-C 系統(tǒng),低壓變壓器中性點直接與接地極相連 裝置的外露可導電部分都用PE線連接到同一個接地電極上 PE和中性線分離,,L1 L2 L3 N PE,Rn,TN-S系統(tǒng),在 TN-C-S系統(tǒng)中 上游部分是TN-C 下游部分是TN-S 注意：禁止在TN-C系統(tǒng)的上游使用TN-S系統(tǒng) 當銅芯電纜的截面積小于10mm2，鋁芯電纜(和軟電纜)的截面積小于16mm2時,應使用TN-S系統(tǒng) 重復接地的作用,TN-C-S 系統(tǒng),故障電流等于相線對PE線短路電流 故障電流產生危險的接觸電壓 電源電壓降至0.8Uo 當PE線和相線尺寸相同，接觸電壓是 Uf = 0.8×Uo / 2 = 88V UL (50V) 斷路器脫扣,TN 系統(tǒng)的接地故障分析,計算接地故障時的短路電流 If = 0.8Uo/(RPE+Rph) 其中 RPE = ρL / SPE Rph = ρL / Sph 令 m = Sph / SPE 短路電流計算式為： If=（0.8×Uo×Sph ）/（ρ×(1+m)×L） 斷路器脫扣的條件： If ＞Imt == L＜ Lmax,TN 系統(tǒng)的間接接觸防護,校驗斷路器脫扣條件 0.8×Uo×Sph L max = ρ×(1+m)×Imt U0－相電壓，220V ρ－正常溫度條件下的電阻率 Imt－斷路器瞬時動作脫扣電流 m = Sph / SPE 當脫扣條件不滿足時 減少磁脫扣設定值 零序保護 配置 RCD,,TN 系統(tǒng)的間接接觸防護（續(xù)）,校正系數(shù)表,TN 系統(tǒng)回路最大長度表,通用型斷路器保護的回路,Multi 9斷路器 C型曲線,Multi 9斷路器 D型曲線,TN 系統(tǒng)回路最大長度表（續(xù)）,,380V / 220V,L1 L2 L3 N PE,Rn,Sph = 95 mm SPE = 50 mm L = 50 m,外露可導電 部分,故障,NSX 250N MIC2.2 250,Cu ? = 22.5 m? mm2/ m,,TN 系統(tǒng)接地故障習題,,PEN：保護導線和中性線 PEN線的保護功能優(yōu)先于中性線，即PEN線必須總是先連接到用電設備的“接地”端子，然后再與中性端子作跨接 PEN必須不被切斷，要確保PEN的可靠連接,TN-C 系統(tǒng)中的保護中性線PEN,根據(jù) IEC 防火標準。對于 TN-S系統(tǒng)，如有火災危險建議使用一個300 mA 剩余電流保護裝置 由 RCD 提供保護 對 If 無限制 與 TT 系統(tǒng)相同 提供 RCD RCD保護設備的選擇性 與TT系統(tǒng)相同 剩余動作電流IΔn的設定 延時的設定,,TN-S 系統(tǒng)的附加保護,人身防護 故障電流是危險的 故障電流通常大到足以被短路保護裝置切斷 脫扣必須是瞬時的 如斷路器本身的保護條件不能滿足要求，可用RCD提供保護 防火 故障電流大 必須用附加的 RCD來處理 供電連續(xù)性 通過短路保護裝置之間的選擇性來實現(xiàn),TN-S 系統(tǒng)的特點,,人身防護 故障電流是危險的 故障電流通常大到足以被短路保護裝置切斷 脫扣必須是瞬時的 不能用RCD提供保護 防火保護 不能提供 防火漏電監(jiān)控系統(tǒng)的應用 供電連續(xù)性 通過短路保護裝置之間選則性實現(xiàn), 同TN-S,TN-C系統(tǒng)的特點,低壓變壓器中性點不與接地極相連接 負載的外露可導電部分都用PE導線連接到一個公共接地極上，形成一個等電位聯(lián)結,IT 系統(tǒng),低壓變壓器中性點不與接地極相連接 負載的外露可導電部分都用PE導線連接各自獨立的接地極上,IT 系統(tǒng)（續(xù)）,對于1km 長的電纜： R1 = R2 = R3 = 10 M? C1 = C2 = C3 = 0.3 μF 50 Hz時1km長的電纜：,IT 系統(tǒng)泄漏阻抗,IT 系統(tǒng)第一次接地故障分析,計算示例 Ru = 10 ? Rf = 0 ? Zeq = 3540 ? (以1 Km 長電纜為例) If = U0 /(RN + Ru + Rf + Zeq) ≈ 220/3540 = 62 mA Uf = Ru x If = 0.062 x 10 = 0.62 V,電流并不危險，但是必須報警,系統(tǒng)泄漏阻抗 接觸電壓不危險 無火災危險 故障不引起脫扣但必須報警,,IT 系統(tǒng)第一次接地故障分析（續(xù)）,持續(xù)工作的絕緣監(jiān)測裝置 (PIM),監(jiān)測原理： 中性點與大地之間施加一電壓，產生注入系統(tǒng)的電流信號 (I inj) 低頻交流發(fā)生器或直流發(fā)生器 測量絕緣電阻 IR 注入的電流信號： 直流：直接測量 IR 交流低頻 (2.5 Hz)：計算 IR 遠程報警,PIM,首次絕緣故障的定位,故障定位裝置 (FTD)工作原理： 檢測故障電流 通過環(huán)形電路互感器檢測并指示故障回路 FTD 的類型： 手動故障定位儀 固定安裝的自動故障定位儀,FTD,IT 系統(tǒng)第二次接地故障分析,如果設備共用接地極 原理同 TN-S 系統(tǒng)（校驗回路最大長度） 由斷路器提供保護 中性線的保護強制使用(4P4T) 適用于IT 系統(tǒng)，即單極斷路器線電壓下的分斷能力 (IEC60947-2),施耐德低壓斷路器適用于 IT 系統(tǒng),IT 系統(tǒng)第二次接地故障分析（續(xù)）,設備共用接地，用TN系統(tǒng)的校驗方法 系統(tǒng)不配出中性線，二次故障為相間短路 系統(tǒng)配出中性線，二次故障為相中短路,負載,Rsnu,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,PE,,,,,,,,,,,,,N,Rsnu,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,PE,,,如果設備獨立接地 原理同 TT系統(tǒng) 由RCD提供保護,IT 系統(tǒng)第二次接地故障分析（續(xù)）,人身防護: 不需要自動斷電 由PIM持續(xù)監(jiān)測絕緣狀況 由FTD定位絕緣故障點 防火: 無故障電流 = 不需要 由PIM監(jiān)測 供電連續(xù)性: 完整,IT 系統(tǒng)的特點,第一次故障電流很微弱 第一次故障接觸電壓很低 第二次故障后產生危險接觸電壓 第二次故障脫扣 發(fā)生第一次故障時是安全的 第一次故障發(fā)生后不影響供電連續(xù)性 使用 PIM 作故障檢測 檢查脫扣條件 必要的補充計算,IT 系統(tǒng)的特點（續(xù)）,接地系統(tǒng)的選擇,在選擇接地系統(tǒng)類型時，必須考慮下面幾方面因素 按照 IEC 60364對人身保護的要求 按照 IEC 60364對設備保護的要求 供電連續(xù)性的要求 電磁兼容性的影響 安裝維護方便 經(jīng)濟性分析比較,,串聯(lián)模式,接地系統(tǒng)的組合應用,TT (動力設備),IT (特殊負載),并聯(lián)模式,接地系統(tǒng)的組合應用（續(xù)）,四極斷路器的選擇應用,選擇三極還是四極斷路器？,四極斷路器的選擇應用,采用四極斷路器，中性極的作用是？ 對中性線保護？ 對中性線隔離？ 問題的引發(fā) 檢修時候中性線帶電引發(fā)的事故 雙電源切換時的雜散電流,四極斷路器的選擇應用,三相斷電后，中性線可能帶危險電壓的分析（一） 配電系統(tǒng)存在單相接地故障,Rn,L1 L2 L3 N PE,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Rn,,四極斷路器的選擇應用,三相斷電后，中性線可能帶危險電壓的分析（二） 10kV變電所出現(xiàn)高壓接地故障,,,低壓線路上感應雷電過電壓沿中性線進入電氣裝置,四極斷路器選用引發(fā)的優(yōu)缺點,缺點：斷零問題 優(yōu)點：保證電氣檢修時候的電氣安全性 誤區(qū)1：中性線由于三次諧波的問題而出現(xiàn)過載，三極開關無法保護。國外的做法是在中性線上加裝過電流檢測元件 誤區(qū)2：TN-C-S系統(tǒng)中，中性線過載，電壓降超過50V,四極斷路器的選擇應用,根據(jù)IEC4651.1.5的規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機之間的轉換開關應采用四極開關？？？？？？？ 帶漏電保護的雙電源轉換開關應采用四極開關 不同接地系統(tǒng)間的電源切換開關應采用四極開關 TN-C系統(tǒng)嚴禁采用四極開關 TN-S系統(tǒng)一般不需要設四極開關 TT系統(tǒng)的電源進線開關應采用四極開關 IT系統(tǒng)中當有中性線時應采用四極開關,四極斷路器的選擇應用,TN-C系統(tǒng)嚴禁采用四極開關 IEC60364-4-473 第 461.2條規(guī)定：PEN線嚴禁被隔離電器隔離或被開關切斷。,四極斷路器的選擇應用,TN-S系統(tǒng)一般不需要設四極開關 GB標準和IEC標準中同樣規(guī)定了設置總等電位聯(lián)結的要求 TN-S 系統(tǒng)根據(jù)規(guī)范要求，有等電位聯(lián)結措施，使得中性線與PE線、外露及裝置外可導電部分相互連通。沒有觸電危險，可不用四極開關。 有局部等電位聯(lián)結的地方同樣不需要等電位聯(lián)結,四極斷路器的選擇應用,TT系統(tǒng)的電源進線開關應采用四極開關 TT系統(tǒng)中，中性線除在電源中性點處接地外，不得再有重復接地，往往與總等點位系統(tǒng)不連通。為保證檢修安全，宜設四極開關。,四極斷路器的選擇應用,IT系統(tǒng)中當有中性線時應采用四極開關 IT系統(tǒng)當一相接地故障時候，中性線對地電壓是220V IT系統(tǒng)強烈建議不配出中性線，如配出N線則應采用四極開關。,關于中性線的保護,保護中性線，可采用四極斷路器,,保護中性線，也可采用三極斷路器,IEC 60364-473.2.1的規(guī)定,? 如果是下列情況，對中性線不需要設過電流檢測: —由電路的相線保護電器來保護中性線的短路時 —在正常供電時在中性線可能流過的最大電流是明顯地小于中性線的載流量值,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,=,SPh,,,,,,,,,,,,,,,,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,,SPh,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PE,Ph,Ph,Ph,N,,,例外,TT 系統(tǒng),IEC 60364-473-3.2.1的規(guī)定,TN 系統(tǒng),? TN-S 系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,PEN,Ph,Ph,Ph,SN,=,SPh,,,,,,,,,,,,,,,,PE,Ph,Ph,Ph,N,SN,,SPh,,,,,,,,,,,,,,,,,,PE,Ph,Ph,Ph,N,,,,,,,,,,,,,,,,PE,Ph,Ph,Ph,N,? 用電路相線的保護電器來保護中性線,? TN-C 系統(tǒng),四極斷路器的選擇應用,根據(jù)IEC465.1.5的規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機之間的轉換開關應采用四極開關 IEC 465.1.5條：“保證電源轉換的功能性開關電器必須作用于所有帶電導線，且必須不可能使這些電源并聯(lián)，除非該裝置是為這種情況特殊設計的。在這些情況下，用不著為PEN或PE線采取隔離措施。,四極斷路器的選擇應用,帶漏電保護的雙電源轉換開關應采用四極開關,T1,T2,RCD2,RCD1,,Id1,,IN1,IN2,,,Id2,IN,,四極斷路器的選擇應用,不同接地系統(tǒng)間的電源切換開關應采用四極開關 理由同第一條,回顧本次講座重點,梳理低壓配電系統(tǒng)的基本概念。 低壓元器件各種參數(shù)的意義。 強調容易被忽視的參數(shù)和概念。 低壓斷路器的各種基本曲線的解讀。 配電系統(tǒng)中上下級配合的選擇性和施耐德級聯(lián)技術。 三大接地系統(tǒng)的分析。 幾種簡化計算方法的介紹 電動機保護的簡便選型方法。 二級配電系統(tǒng)中短路電流的簡便計算方法。 常用接地系統(tǒng)TN系統(tǒng)中開關靈敏度校驗的方法。,課程后建議的計算和查閱,大容量變壓器低壓小電纜出線情況下出現(xiàn)金屬短路，斷路器瞬動工作時是否滿足短路熱效應？ 查閱熟悉廠家資料上斷路器的保護曲線，保護設定，動作時間以及Ics,Icu.Icw。 熟悉施耐德選型手冊中電動機保護的選型方法，有興趣可以用手工計算校核參數(shù)。 熟悉合成法計算要點，有興趣可以用手工計算校核參數(shù)。 嘗試校核一個配電系統(tǒng)上下級之間的選擇性，查閱施耐德選擇性表格。 針對工程中的長電纜出線回路校核末端靈敏度。,Any Question?,祝愿大家圣誕節(jié)快樂,