淺談工廠低壓供配電設(shè)計(jì)中接地系統(tǒng)及接地故障保護(hù)

高業(yè)興

摘要：我國開展工業(yè)化生產(chǎn)的過程中，電廠應(yīng)用電能的現(xiàn)象十分普遍，但是由于工程需涉及大量配電設(shè)備，電力能源自身表現(xiàn)出較強(qiáng)危險(xiǎn)性，一旦失控必將影響電氣設(shè)備，使設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p害，威脅工廠正常運(yùn)作，甚至增加安全事故發(fā)生概率，因此有必要整體研究供配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)。本文基于設(shè)計(jì)低壓供配電，詳細(xì)研究接地系統(tǒng)及接地故障保護(hù)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：工廠低壓配電設(shè)計(jì)；接地系統(tǒng)；接地故障保護(hù)

工廠在現(xiàn)代化運(yùn)行過程中依靠電能實(shí)現(xiàn)供給，電能在為人們提供便利的過程中，也引發(fā)了很多安全問題。工廠擁有大量電氣設(shè)備，相應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜的供給電力系統(tǒng)，錯(cuò)綜復(fù)雜的電網(wǎng)，容易擴(kuò)大影響范圍?；诳陀^角度設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，一定程度上提升系統(tǒng)的安全水平，迫切要對(duì)這一設(shè)計(jì)給予高度關(guān)注。

一、低壓供配電接地系統(tǒng)概述

（一）TN系統(tǒng)

在合理配置中，應(yīng)有對(duì)應(yīng)接地系統(tǒng)。其中，TN系統(tǒng)表現(xiàn)出普遍適用性，并大規(guī)模運(yùn)用在工廠運(yùn)作中。系統(tǒng)運(yùn)作的主要原理是中性點(diǎn)直接接地，也被稱作接零。

第一種是TN-C系統(tǒng)，通常電容量相對(duì)較小，適用于對(duì)配電設(shè)計(jì)要求相對(duì)不高的操作。其優(yōu)勢(shì)為極少使用導(dǎo)線與保護(hù)電器設(shè)備，相應(yīng)節(jié)省了系統(tǒng)的投入成本。但是，由于線路存在難以平衡的電壓，當(dāng)諧波電流出現(xiàn)在電路中時(shí)，這樣的接地方式形成干擾電磁，較大程度影響了一部分電力設(shè)施[1]。

第二種是TN-S系統(tǒng)，當(dāng)供配電設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)定安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)科學(xué)應(yīng)用。由于系統(tǒng)保護(hù)中不會(huì)形成電流，難以造成電磁干擾，相應(yīng)增加了安全性?？墒?，不足是會(huì)增加投入成本。

第三種是TN-C-S系統(tǒng)，是對(duì)前兩種系統(tǒng)有效融合，前半部分利用TN-S系統(tǒng)節(jié)地，后半部分則使用TN-C系統(tǒng)。高度糅合兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，有效規(guī)避系統(tǒng)存在的不足。

（二）TT系統(tǒng)

該系統(tǒng)工作原理是電源工作接地與用電設(shè)施保護(hù)接地，不存在保護(hù)線，全部設(shè)備金屬外殼直接中線。系統(tǒng)特點(diǎn)：直接接地，容易增加觸電的風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備之間不存在必要關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生缺陷不會(huì)發(fā)生一系列連鎖反映，同時(shí)各個(gè)設(shè)備保持一定獨(dú)立性，彼此難以造成較大的干擾。當(dāng)前這一系統(tǒng)應(yīng)用率較低，但基于投入成本低廉，可以有效掌控風(fēng)險(xiǎn)，有良好的應(yīng)用前景[2]。

（三）IT系統(tǒng)

系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是電源非工作接地與用電設(shè)備保護(hù)接地。缺乏必備的中性線和保護(hù)線，設(shè)備全部金屬外殼采取直接接地方式。實(shí)際特點(diǎn)：難產(chǎn)生廣泛的運(yùn)用范圍，可以在三相對(duì)稱用電設(shè)備中廣泛運(yùn)用；單相產(chǎn)生問題不會(huì)威脅設(shè)備使用；設(shè)備不帶電，降低了觸電發(fā)生概率，容易在易燃易爆場(chǎng)合中使用。

二、接地故障保護(hù)

接地故障發(fā)生是由于在系統(tǒng)內(nèi)部中相線對(duì)地及相關(guān)導(dǎo)體之間發(fā)生短路問題。一定程度增加接地故障的危害性，可以借助工廠接地故障保護(hù)降低產(chǎn)生事故的概率。

（一）IT系統(tǒng)接地故障保護(hù)

在此系統(tǒng)中，若供配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，電位在設(shè)備金屬外殼中升至50V，此時(shí)采取設(shè)備絕緣監(jiān)視和接地故障裝置，并對(duì)裝置內(nèi)部動(dòng)作電流范圍有效保障： IERE≤50V

式中，單相接地電流為 IE，連接設(shè)備金屬外殼的接地電阻為RE。

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地故障時(shí)，應(yīng)采取安裝漏電保護(hù)開關(guān)的方法，短期內(nèi)快速切斷供電線路。這一故障成因有兩種，一是IT接地系統(tǒng)中擁有N線，此時(shí)漏電開關(guān)形成的動(dòng)作電流為：

loρZΣ≤■UΦ

二是IT接地系統(tǒng)中缺少N線，此時(shí)漏電開關(guān)電流為：

loρZΣ≤■UΦ

在上述公式中，loρ表示漏電開關(guān)形成的電流數(shù)值；故障回Φ路阻抗模為ZΣ，相電壓是UΦ。

（二）TT系統(tǒng)基地故障保護(hù)

在這個(gè)系統(tǒng)中，僅需要對(duì)漏電開關(guān)設(shè)置保護(hù)，結(jié)合低壓斷路器約束需求合理調(diào)節(jié)漏電開關(guān)存在的大小電流，確保漏電動(dòng)作維持在30mA左右。設(shè)置接地故障保護(hù)系統(tǒng)之后，應(yīng)根據(jù)公式要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)： sla≤50V

式中，設(shè)備外漏形成的導(dǎo)電部分地級(jí)與PE線電阻和為s；la標(biāo)識(shí)存在于故障回路形成的動(dòng)作電流。

在實(shí)際利用系統(tǒng)的過程中，一般不會(huì)形成較高故障電流數(shù)值，與過電流保護(hù)的對(duì)應(yīng)范圍不相符，設(shè)備應(yīng)用中體現(xiàn)出極強(qiáng)的靈敏性。因此在應(yīng)用系統(tǒng)中，一般優(yōu)先考慮使用漏電保護(hù)設(shè)備[3]。

（三）TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)

在系統(tǒng)中，一般保護(hù)供配電系統(tǒng)采取低壓斷路器切斷供電線路的方法，結(jié)合反時(shí)限特點(diǎn)需求對(duì)斷路器動(dòng)作電流科學(xué)調(diào)節(jié)?？墒?，在TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)下部分無法結(jié)合故障保護(hù)需求使用斷路器，此時(shí)為實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)需要應(yīng)安裝漏電開關(guān)。在TN-C系統(tǒng)中，由于未設(shè)計(jì)PE線，應(yīng)利用漏電開關(guān)達(dá)到故障保護(hù)目標(biāo)，在TN-C系統(tǒng)中加入PE線，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為TN-S系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)達(dá)到下列要求： sla≤U

式中，接地故障回路阻抗利用s表示，la表示在限定時(shí)間之內(nèi)對(duì)故障回路電流數(shù)量自行阻斷；Uo標(biāo)識(shí)相線對(duì)地形成的電壓。

在研究分析系統(tǒng)中允許通過的最大切斷接地故障回路，科學(xué)劃分回路類型，一種是針對(duì)固定設(shè)備產(chǎn)生的回路，設(shè)定故障最大回路時(shí)間4-5s；另一種是針對(duì)移動(dòng)設(shè)備形成的回路，故障最大回路時(shí)間是0.4s；結(jié)合以上數(shù)據(jù)了解到，兩種回路；類型對(duì)故障保護(hù)反應(yīng)時(shí)間都很短，固定設(shè)備大概是5s，移動(dòng)設(shè)備大概是0.4s，因此只有對(duì)上述故障回路時(shí)間需求有效滿足，才可以全面發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。

在分析接地故障保護(hù)最小數(shù)值時(shí)，可以研究熔斷器方式，合理劃分溶體額定電流，與之對(duì)應(yīng)的回路是4.5s、5s、5s、6s，形成故障時(shí)間依次為8s、9s、10、11s。通過以上數(shù)據(jù)了解到，當(dāng)熔斷器實(shí)施接地故障保護(hù)時(shí)，由于在TN系統(tǒng)中發(fā)生較高頻率的金屬性短路故障，此時(shí)電路故障保護(hù)必定起到較大作用，若形成較大電流數(shù)量容易切斷電路。當(dāng)線路存在較長(zhǎng)長(zhǎng)度時(shí)，相應(yīng)擴(kuò)大過電流保護(hù)裝置發(fā)揮的作用，此時(shí)通過漏電保護(hù)設(shè)備作為保護(hù)裝置為系統(tǒng)提供保護(hù)[4]。

三、結(jié)束語

綜合分析能發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)工廠的低壓供配電中維護(hù)接地系統(tǒng)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。工廠應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)科學(xué)選擇接地系統(tǒng)，之后按照實(shí)際運(yùn)行接地系統(tǒng)狀況，找出存在的缺陷，合理安裝與之對(duì)應(yīng)的故障保護(hù)裝置。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李露露，雍靜，曾禮強(qiáng)，何樂婷.低壓直流雙極供電系統(tǒng)的接地型式研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018（13）：2210-2218.

[3]彭鈺，魏巍.淺析廠區(qū)道路照明配電系統(tǒng)接地型式的選擇[J].有色冶金節(jié)能，2017（6）：35-39.

[4]千素蘭 .低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中斷路器整定系數(shù)確定問題的探討[J].電氣工程應(yīng)用，2018（2）：26-31.

（作者單位：中材建設(shè)有限公司）