住宅小區(qū)低壓配電線路保護系統(tǒng)優(yōu)化設計

陳英志

摘 要：現(xiàn)如今，中國經(jīng)濟正在不斷蓬勃發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也逐步攀升，在此背景下，多樣化領(lǐng)域?qū)τ诠╇娰|(zhì)量，提出了愈發(fā)嚴苛的實際要求。住宅小區(qū)作為城市配電網(wǎng)的一個重要組成部分，其供配電設計等問題越來越受到關(guān)注和重視?，F(xiàn)針對住宅小區(qū)0.4kV低壓配電網(wǎng)特點以及存在問題，對其配電線路接地保護系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。

關(guān)鍵詞：住宅小區(qū)；低壓配電網(wǎng)；接地保護系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.149

0 引言

大部分住宅小區(qū)的耗電量相對較多，特別是住戶經(jīng)常使用大功率電器，這就使得供配電的設計壓力持續(xù)提升，與此同時，住宅小區(qū)中含有豐富多樣的用電方式，在此情況下，唯有針對供配電線路保護系統(tǒng)，進行更深層次的細致設計，保證其在規(guī)劃過程中的合理性，才能切實滿足大多數(shù)住宅小區(qū)的基本用電需求和用電安全。

1 低壓配電網(wǎng)中性點接地系統(tǒng)的分析

對于低壓配電系統(tǒng)而言，最為關(guān)鍵的步驟，即為中性點接地。實際上，中性點接地不僅需要承擔配電系統(tǒng)含有的良好接地性能，除此之外，還需要同時承擔系統(tǒng)具備的保護接地性能。在做好接地系統(tǒng)方式選擇的同時，并與漏電保護裝置合理搭配，有效防止觸電和火災事故的發(fā)生，并提高供電系統(tǒng)的可靠性，大幅度提高安全用電水平。

1.1 TN 系統(tǒng)

在低壓配電系統(tǒng)中，我國目前廣泛應用的即為TN系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)而言，其中的中性點能夠?qū)崿F(xiàn)直接接地，不僅如此，該系統(tǒng)全部設備中存在的外露可導電部分，都能夠連接公共保護線亦或保護中性線，即所謂的PE線和PEN線。這種連接方式，一般被稱之為“接零”。其具體特點大致如下：

（1）如果某些電氣設備中存在相線碰殼或者絕緣損壞，并因此出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時，通常將其看作為單相對地短路故障。當該故障發(fā)生時，假設處于理想狀態(tài)，則設備內(nèi)部的電源側(cè)熔斷器，將會被立會熔斷，并伴隨著低壓斷路器的迅速跳閘，從而使得相應的電氣設備發(fā)生故障。由于形成危險接觸電壓的實際時間并不長，故此，該故障顯得相對安全。

（2）TN系統(tǒng)能夠有效節(jié)約材料和實際工作時間，并且應用范圍極為廣泛。

1.2 TN-C 系統(tǒng)

對于該系統(tǒng)而言，其內(nèi)部的N線和PE線緊密結(jié)合，形成獨立的PEN線，詳見圖1。在該線中存在持續(xù)流通的電流，故此，對于已經(jīng)連接PEN線的相關(guān)設備而言，必然會受到來自于這些電流的電磁干擾。然而，PEN線同樣具備下述優(yōu)勢：TN-C方案可行性高，能夠有效節(jié)約一根導線，避免冗長的電器保護步驟，從而有效減少相關(guān)設備在初期的實際投資費用；一旦出現(xiàn)接地短路故障，則將會形成相對較大的故障電流，此時，只需操作過流保護電器，就能立即切斷電源，從而切實保障工作者的生命安全及其相關(guān)設備的財產(chǎn)安全。但是，其劣勢也極為明顯。在此類線路中，通常會出現(xiàn)單相負荷失衡亦或三相負荷失衡的現(xiàn)象，如果電網(wǎng)內(nèi)部存在諧波電流，則PEN線中也將含有電流，從而造成相關(guān)電氣設備的外殼與其內(nèi)部線路的金屬套管彼此之間出現(xiàn)一定的壓降，這將嚴重危害到敏感性電子設備的質(zhì)量安全；此外，一旦將PEN線放于可能產(chǎn)生爆炸的危險條件下，則其內(nèi)部流通的電流，將會成為爆炸發(fā)生的誘因；當PEN線出現(xiàn)短路或者斷路時，將會形成較高的對地故障電壓，并由此逐步拓寬事故范圍；如果在TN-C系統(tǒng)的電源位置，選擇使用漏電保護器，則當其已經(jīng)接地點后，需要注意工作中性線不能再次接地，否則將不能切實保障供電的可靠性。

在研究初期，中國大部分低壓配電系統(tǒng)，均應用了TN-C系統(tǒng)，然而，對于某些極為注重人身安全，并且強調(diào)不能受到過多電磁干擾的場所而言，將不適用該系統(tǒng)。

1.3 TN-S 系統(tǒng)

對于該系統(tǒng)而言，其內(nèi)部的N線和PE線完全獨立，并且該系統(tǒng)全部設備中存在的外露可導電部分，都能夠連接PE線。由于該線中并不存在持續(xù)流通的電流，故此，多樣化設備彼此之間，將不會受到來自于這些電流的電磁干擾。詳見圖2。然而，當PE線出現(xiàn)中斷的情況下，通常斷線點后方在連接PE線設備中存在的外露可導電部分時，不會帶電；然而，如果斷線點后方，存在相關(guān)設備出現(xiàn)接殼故障的現(xiàn)象，則其后方在連接PE線設備中存在的外露可導電部分時，均會帶電，從而極有可能造成人體觸電。故此，一旦此系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，則線路中存在的保護裝置將會自動啟用，并及時處理故障線路。實際上，相較于TN-C系統(tǒng)而言，TN-S在有色金屬領(lǐng)域中，無論是在消耗量方面，還是在投資方面，均有過之而無不及。近年來，TN-S系統(tǒng)主要應用于強調(diào)安全性能的場所，尤其是住宅和實驗室等。

1.4 TN-C-S 系統(tǒng)

對于TN-C-S系統(tǒng)而言，其主要基于TN-C方式逐步延伸，從而實現(xiàn)供電。然而，考慮到實際供電過程的安全性，該系統(tǒng)在二級配電箱的尾部，依次接出PE線和N線，從而使其通過TN-S方式進行供電，詳見圖3。在該系統(tǒng)中，N線和PE線之間是相互連通的，詳見圖3，已經(jīng)實現(xiàn)聯(lián)通的PE線內(nèi)部，并不存在任何電流，這意味著該線在實際運行過程中，不會存在任何電壓降；對于已經(jīng)實現(xiàn)連通的線路而言，如果其前段存在相對較大的失衡電流，則其后段相關(guān)電氣設備表面的外殼，也將形成相應的接觸電壓。故此，TN-C-S系統(tǒng)雖然能夠有效減少相關(guān)電氣設備中存在的外露導電部分，相對于地而產(chǎn)生的實際電壓，但是卻無法對其進行根本性的消除。實際上，該電壓的數(shù)值，主要由連通前線路中存在的失衡電流及其相應的線路長度而決定。假設連通前線路中存在的負載存在明顯失衡，并伴隨著相對較長的線路，則該電壓的數(shù)值就會越大。故此，應該積極控制負載失衡現(xiàn)象，避免PE 線的重復接地，否則只能在線路的尾部，專門設立相應的漏電保護器，來切實保障供電的可靠性；除此之外，PE 線當且僅當只能在二級配電箱的位置，與N線之間進行相連，禁止在PE線表面安裝熔斷器等元件；值得一提的是，民用建筑電器在重新裝修后，一般都會出現(xiàn)N線與PE線交叉使用的現(xiàn)象，從而使得TN-C-S系統(tǒng)，直接轉(zhuǎn)換為TN-C系統(tǒng)，造成并聯(lián)等不良后果，故此，當針對此類電器進行驗收時，需要格外注意。

2 目前低壓接地系統(tǒng)的主要形式及存在的問題

目前我國低壓接地系統(tǒng)的主要形式TN—C接地系統(tǒng)。當使用TN—C接地系統(tǒng)時，人們往往會在中性線搭頭線與銅鋁之間的搭接過程中，忽略使用銅鋁過渡線夾，長此以往，將會出現(xiàn)銅鋁氧化，造成某處的接觸不良；對于某些已經(jīng)長期搭接的搭頭來說，很容易出現(xiàn)松動發(fā)熱現(xiàn)象，從而造成斷線故障；某些接地體由于使用時間過長，表現(xiàn)出的接地電阻已經(jīng)遠遠不能滿足實際需求，形成一系列故障；電網(wǎng)中存在的系統(tǒng)電壓出現(xiàn)相應的改變，而造成用戶電壓逐步攀升。上述問題均會引發(fā)設備事故，并燒壞電氣設備。如果在配電變壓器中，出現(xiàn)負荷三相不平衡的現(xiàn)象，則電壓的持續(xù)浮動，也將造成敏感性電子設備的損害。

3 剩余電流動作保護器參數(shù)選擇

通常情況下，多樣化級別的保護，都應該涉及到短路保護和過載保護。例如：斷路器等，如果條件允許，則還需要滿足抗電磁干擾保護等諸多功能。

各級保護器理應含有的多樣化動作參數(shù)如下：在其末端需要配備相對較高靈敏度的保護器，進行有效保護。其涉及到的額定剩余動作電流，應該滿足≤30mA，與此同時，其涉及到的額定動作時間，應該滿足≤0.1s；實際上，末端保護之前的層級，應該保證與末端保護同等參數(shù)高于2倍的級差，并且在動作時間方面，存在0.2s級差。其中，中間保護最好選擇延時性保護器，其所涉及到的額定電流，需要保持在60～100mA的范圍內(nèi)，其所涉及到的額定動作時間，需要保持在0.3s的范圍內(nèi)；值得一提的是，總保護需要選擇延時型保護器，并且其額定動作電流一般高于300mA，且其額定動作時間通常保持在0.5～1.0s的范圍。若想預防火災，則需要選擇剩余電流動作報警式保護器。在該保護器中，其報警動作電流需要保持在300～500mA的范圍，此外，其動作時間需要保持在0.5～2.0s的范圍。

4 針對中性點接地系統(tǒng)和各級斷路器、剩余電流保護器的配置的優(yōu)化方案

如圖4所示前半部分采用TN-C系統(tǒng)，箱式變壓器內(nèi)低壓側(cè)中性點直接接地，各分支首端采用空氣斷路器作為短路總保護，在每棟樓或某個主分支采用第一級剩余電流保護器，第一級剩余電流保護器前，中性線做重復接地，此前的中性線PE和N線是合一的。這樣配置的優(yōu)點在于：

提高了供電可靠性，不會因為負荷側(cè)發(fā)生輕微的漏電而導致箱變內(nèi)斷路器跳閘，若發(fā)生較大的單相接地電流故障，將反映為單相短路電流，則箱變內(nèi)空氣斷路器跳閘斷電；一般箱變到樓房距離較遠，采用PEN線兩端重復接地，若在這一段線路中發(fā)生斷零線故障，由于負荷側(cè)N線重復接地，不會造成用戶電氣燒毀。并且此段線路節(jié)省了PE線。如圖4所示后面三級剩余電流動作保護器采用TN-S系統(tǒng)，保護線PE單獨接地，中性線N不接地（安裝時必須與地線絕緣）。

這樣配置的優(yōu)點在于：進一步保證用戶端用電安全；通過各級剩余電流動作保護器的分級分時控制，發(fā)生漏電故障時，有效的縮小停電范圍。

5 結(jié)論

總而言之，若想切實保障低壓配電網(wǎng)在實際運行過程中的穩(wěn)定性，應該采取多樣化接地保護措施。通過上述分析，能夠得知，低壓配電網(wǎng)所涉及到的接地方式趨于多樣化，應該基于各種類型的電氣設備運行狀態(tài)和相關(guān)標準，選擇科學合理的接地方式，并輔以恰當?shù)氖Ｓ嚯娏鞅Ｗo，才能切實保障低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行過程中的穩(wěn)定性。本篇文章，基于分析低壓配電網(wǎng)中性點接地系統(tǒng)特點以及存在的問題，提出了針對中性點接地系統(tǒng)和各級斷路器、剩余電流保護器的配置的優(yōu)化方案，從而提高了供電可靠性，保證了用戶用電安全，并進一步縮小了故障時的停電范圍，方便了小區(qū)內(nèi)居民用電。

參考文獻：

[1]時圣雨.低壓配電網(wǎng)接地方式及與剩余電流保護的配置探究[J].低碳世界，2018（08）：132-133.

[2]李忠，余學文，吳鳴，陳文波，劉向東，仝浩，李永恒.低壓直流配電網(wǎng)繼電保護研究與實踐[J].供用電，2018，35（08）：40-44.

[3]黃桂春.供電系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)繼電安全保護仿真[J].計算機仿真，2018，35（02）：63-66.

[4]程方亮.低壓配電網(wǎng)零線斷線智能檢測保護裝置設計[J].電器工業(yè)，2017（03）：74-75.

[5]張永文，莫均全.低壓配電網(wǎng)中斷零、缺相故障及其保護整體解決方案[J].電器與能效管理技術(shù)，2017（01）：68-72.