第08章低压配电线路保护与电击防护

第八章低压配电线路保护与电击防护第一节低压配电线路的保护第二节低压电气装置的电击防护第三节低压保护电器的选择与整定第四节各级保护电器之间的选择性配合本章小结一、过电流保护第一节低压配电线路的保护低压配电线路应装设短路保护、过负荷保护，保护电器应能在故障造成危害之前切断供电电源或发出报警信号。1.对短路保护电器动作特性的要求（一）短路保护短路保护电器的动作应及时可靠，以保证绝缘导体、电缆、母线的短路热稳定满足要求。短路保护电器应能分断其安装处的预期最大短路电流。短路保护电器应有足够的灵敏性，应能在规定时间内可靠切断被保护线路末端的最小短路电流。短路保护电器一般采用断路器或熔断器。2.短路保护电器的装设短路保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。短路保护电器应装设在低压配电线路不接地的各相上3.并联导体的短路保护对于多根并联导体组成的线路，其中任一根导体在最不利的位置处发生短路故障时，短路保护电器应能及时切断短路故障。若在线路首端采用一台保护电器，则应尽量避免在并联区段内发生短路的可能性。4.可不设短路保护的线路如由主干线路保护电器保护的短距离分支线路。（二）过负荷保护过负荷保护的目的在于防止长时间的过负荷对线路绝缘造成的不良影响。1.对过负荷保护电器动作特性的要求过负荷保护电器应采用反时限特性的保护电器，如g类熔断器、断路器的长延时动作脱扣器等。额定电流Ic≤Ir≤Ial约定动作电流I2≤1.45Ial对熔断器，一般I2=1.6Ir对断路器，一般I2=1.3Ir其动作特性应同时满足以下两式的要求：突然断电比过负荷而造成的损失更大的线路（如消防水泵、消防电梯等线路），其过负荷保护应作用于信号而不应作用于切断电路。配电线路宜采用同一保护电器作短路保护与过负荷保护。2.过负荷保护电器的装设过负荷保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。干线支线3m3.并联导体的过负荷保护大电流线路尽量采用多芯电缆并联。做到各并联导体允许持续载流量相等，导体阻抗相等以使电流分配均衡，可采用一台保护电器保护所有导体。4.中性导体的过负荷保护对于TT系统和TN系统，当电气装置中存在大量谐波电流时，会引起相导体及中性导体的过负荷，而中性导体的过负荷是最常见的。此时，中性导体应根据其载流量检测过电流，当检测到过电流时可动作于切断相导体，但不必切断中性导体。二、接地故障电气火灾防护接地故障——指带电导体和大地之间意外出现导电通路。包括相导体与大地、PE导体、PEN导体、电气装置的外露可导电部分、装置外可导电部分等之间意外出现的导电通路。导电路径可能通过有瑕疵的绝缘，通过结构物或通过植物，并具有显著的阻抗。接地故障的危害：故障电流要比单相对地短路电流小，但也需要及时切断电路以保证线路过电流时的热稳定。当发生接地故障的持续时间内，与它有关联系的电气设备和管道的外露可导电部分对地和装置外的可导电部分间存在故障电压。此电压可使人身遭受电击，也可因对地的电弧或火花引起火灾或爆炸，造成严重生命财产损失。接地故障电弧引起的火灾属于短路性火灾的一种，其发生几率远高于带电导体间的短路火灾，是导致火灾的最大隐患。研究表明，接地电弧能量只要达到500mA以上就能引起火灾，显然过电流保护电器是不能满足接地故障电气火灾防护灵敏性要求的，而应采用高灵敏性的剩余电流保护。研究表明，接地电弧能量只要达到500mA以上就能引起火灾，显然过电流保护电器是不能满足接地故障电气火灾防护灵敏性要求的，而应采用高灵敏性的剩余电流保护。剩余电流——指同一时刻在电气装置中的电气回路给定点处的所有带电导体电流（瞬时值）的代数和。RABCNiiiii对三相四线制电路对单相两线制电路RLNiii对三相三线制电路RABCiiii剩余电流（动作）保护器（RCD）是一种在规定条件下当剩余电流达到或超过整定值时能自动分断电路的机械开关电器或组合电器。剩余电流保护电器也可以由用来检测和判别剩余电流以及接通和分断电流的各种独立元件组成。常用的剩余电流保护器按其功能分有剩余电流断路器、剩余电流动作保护继电器等。剩余电流保护器（RCD）按其故障脱扣原理分有电磁式和电子式两种。电磁式RCD靠剩余电流自身能量使RCD动作，动作功能与电源电压无关；电子式RCD则借RCD所在回路处的故障残压提供的能量来使RCD动作，动作功能与电源电压有关。a）电磁式b）电子式剩余电流保护器（RCD）的故障脱扣原理图1－剩余电流互感器2－脱扣器3－试验按钮4－电磁元件5－电子元件为了防止线路绝缘损坏引起接地电弧火灾，至少应在建筑物电源进线处设置剩余电流保护，保护电器动作于信号或切断电源。设置在火灾危险场所（加工、生产、储存可燃物质以及多粉尘的场所）的剩余电流保护电器其动作电流不应大于500mA，一般场所可不受此值限制。JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》规定了需要安装剩余电流动作报警器的场所。GB50045－1995《高层民用建筑设计防火规范》（2005年版）和GB50016－2006《建筑设计防火规范》规定了需要安装剩余电流动作电气火灾监控系统的场所。第二节低压电气装置的电击防护电击——电流通过人体躯体而引起的生理效应。电击防护——减小电击危险的防护措施，包括：直接接触防护、间接接触防护和直接接触及间接接触两者兼有的防护。人与带电部分的电接触称为直接接触。人与故障情况下带电的外露可导电部分的电接触称为间接接触。一、电流通过人体的效应（一）人体对电流的生理反应GB/T13870.1－2008电流通过人体和家畜的效应第一部分：常用部分感知电流阈值——人体能感知的流过其身体的最小电流值，通用值为0.5mA，此值与电流通过的时间长短无关；摆脱电流阈值——人体能自主摆脱的通过人体的最大电流值，此值因人而异，平均值为10mA；心室纤维性颤动电流阈值——引起心室纤维性颤动的最小电流值，而心室纤维性颤动是电击引起死亡的主要原因。此电流阈值与通电时间长短有关，也与人体条件、心脏功能状况、电流在人体内通过的路径有关。只要通过人体的电流小于30mA，人体就不致因发生心室纤维性颤动而电击致死。（二）特低电压限值人体遭受电击时流过人体的接触电流因施加于人体阻抗上的接触电压而产生。在设计电气装置时计算接触电流很困难，而计算预期接触电压比较方便。人体阻抗由皮肤阻抗和体内阻抗构成，其总阻抗呈容性。90％的人体总阻抗：1000～2125欧。人体总阻抗由电流通路、接触电压、通电时间、频率、皮肤湿度、接触面积、施加压力和温度等因素共同确定。因此，人体接触电压阈值不能简单由图8-2曲线L按欧姆定律推算求得，而应通过测试确定。特低电压（ELV）——指在预期环境下，最高电压不足以使人体流过的电流造成不良生理反应，不可能造成危害的临界等级以下的电压。我国国家标准GB/T3805－2008《特低电压（ELV）限值》规定：当接触面积大于1cm2、接触时间超过1s时，干燥环境中工频交流电压有效值的限值为33V（正常状态）和55V（单故障时）；潮湿环境中工频交流电压有效值的限值为16V（正常状态）和33V（单故障时）；当接触面积小于1cm2、不可握紧部分，干燥环境中工频交流电压有效值的限值提高为66V（正常状态）和80V（单故障时）。我国目前使用的特低电压（ELV）系统的工频交流标称电压值（有效值）不超过50V。二、直接接触防护和间接接触防护（一）直接接触防护（基本防护）直接接触防护是基本防护即无故障条件下的电击防护。（1）将带电部分绝缘绝缘介质：气体、液体、固体及其组合。电气性能包括：导电性能、介电性能和电气强度（2）设置遮拦或外护物防护等级：IP2X或IP4X遮拦或外护物应牢固地加以固定，并能长期持续地保证有效，它只能在使用钥匙或工具或切断电源时才能移开。（3）设置阻挡物进行保护（4）放置在伸臂范围以外的保护（5）用剩余电流保护器的附加保护阻挡物（指栏杆、网状屏障等）应能防止人体无意识地接近裸带电体；也应能防止正常运行时在设备操作过程中人体无意识地触及裸带电体。安装额定动作电流不超过30mA的剩余电流保护器。（二）间接接触防护（故障防护）间接接触防护是故障防护即单一故障条件下的电击防护。（1）采取自动切断电源适用于防电击类别为Ⅰ类的电气设备、人身电击安全电压限值为50V的一般场所。（2）采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备（防电击类别为Ⅱ类设备）Ⅰ类电气设备除基本绝缘，并具有连接PE线的接地端子。无需连接PE线的接地端子（3）采取电气分隔措施回路采用分隔电源供电（如隔离变压器），将危险带电部分与其他所有电气回路和电气部件绝缘以及局部绝缘，并防止一切接触。（4）采用特低电压供电如III类设备以低于特低电压（ELV）限值的电压(干燥场所为48V或36V，潮湿场所为24V，水下为12V及6V)供电，在发生接地故障时即使不切断电源也不致引发电击事故。（5）将电气设备安装在非导电环境内（6）设置不接地的等电位联结在非导电环境内可使用0类设备。保护接地的作用三、间接接触防护中自动切断电源的防护（一）保护接地与等电位联结保护接地——为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。为间接接触防护（故障防护）而将电气装置的外露可导电部分按其接地系统型式的具体要求与保护导体相连接，又称防电击保护接地。等电位联结——指为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。为安全目的进行的等电位联结又称为保护等电位联结，包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。1.总等电位联结在保护等电位联结中，将以下可导电部分连接到一起：——总保护导体；——总接地导体或总接地端子；——建筑物内的供应服务管道，如煤气管、水管；——可利用的建筑物金属结构部分、集中供热和空调系统。建筑物作了总等电位联结后，其电气装置的PE导体和外露可导电部分、电气装置外部导电部分和接地系统都互相连通，从而在建筑物内形成一各导电部分电位相等或接近的区域。总等电位联结的平面布置总等电位联结的作用对不同的接地系统是不尽相同的，对于常用的TN系统，其作用如下：（1）当建筑物内发生接地故障时，可降低由此引起的接触电压。未作等电位联结时，预期接触电压为作等电位联结后，预期接触电压为（2）当建筑物外部电源线路发生接地故障时，可消除通过PEN导体（或PE导体）导入的对地电压在建筑物内部形成的电位差。危险电位通过PEN线蔓延。等电位联结对TN系统特别重要。（3）有效消除其他危险电压电位差消除通过金属管道传导的危险电位产生的电位差、雷电流通过接闪器产生的高电位反击。NNEPE接闪器UPENL地坪面NNUPEEN地坪面N接闪器LNPEb)a)图2-72无等电位联结的危险（二）电流通道电流通道2.局部等电位联结和辅助等电位联结NNREPENL地坪MEBdddd总配电箱分配电箱APLNPEmbeMHnaqtdPEtPEUIZU＝线较长时，较大存在时间长危险RENMddMEBN总配电箱neHPENLbma地坪LPENq分配电箱APLEB地板内结构钢筋tdPEPEUIZ＝线短，安全（二）TN系统内自动切断电源的间接接触防护TN系统发生接地故障时，故障电流大小与故障点及其通路有关。相线对设备外露可导电部分或PE(PEN)线故障故障通路阻抗相对较小，故障电流较大。相线对大地故障故障通路经过大地，阻抗大，故障电流相对较小。但引起电源中性点电位升高，故障电压蔓延。专门措施防范。Ut＝ZPENId1.对保护电器动作特性的要求对保护电器动作特性的要求：当发生接地故障时，保护电器应能在规定时间内切断电源。即动作特性应符合下式要求：ZsIa≤U0Ia——保证保护电器切断故障回路的动作电流（A）。表TN系统的最长切断时间U0（V）切断时间（s）220380＞400（380）0.40.20.1对于相导体对地标称电压为220V的TN系统配电线路，其间接接触保护电器切断故障回路的时间应符合下列规定：1）配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；