省級職業(yè)教育專業(yè)教學資源庫成果教材新時代職業(yè)教育課證融通新形態(tài)一體化教材供配電技術主編

申九菊

喬志杰

趙曉東6.9低壓供配電系統(tǒng)的保護裝置項目6

供配電系統(tǒng)的二次回路6.9.1熔斷器保護1.熔斷器的選擇條件當選擇熔斷器時，必須滿足下列條件。（1）熔斷器的額定電壓應不小于裝置安裝處的工作電壓。（2）熔斷器的額定電流應小于裝設的熔體的額定電流。（3）熔斷器的類型應符合安裝處的條件及被保護設備的技術要求。（4）對熔斷器的最大斷流能力進行檢驗，對限流式和非限流式的檢驗如下。限流式非限流式6.9.1熔斷器保護2.熔斷器熔體電流的選擇條件熔斷器熔體電流的選擇，應滿足下列條件。（1）熔斷器熔體的額定電流IN.FE應不小于線路的計算電流I30。IN.FE≥I30（2）熔斷器熔體的額定電流IN.FE要躲過線路的尖峰電流Ipk。IN.FE≥KIpk（3）熔斷器保護還要與被保護的線路相配合，不會發(fā)生因過負荷和短路而引起絕緣導線或電纜過熱但熔斷器不熔斷的故障，因此必須滿足以下條件IN.FE≤KOLIal若熔斷器用于保護電力變壓器，則熔斷器熔體的額定電流應滿足以下要求IN.FE=(1.5~2.0)I1N.T式中，I1N.T為變壓器一次側(cè)額定電流。6.9.1熔斷器保護3.熔斷器之間的選擇性配合前后兩級熔斷器的選擇性配合，應按它們的保護特性曲線進行檢驗，熔斷器保護如圖所示。當線路WL2的首端k點發(fā)生三相短路時，三相短路電流

要通過熔斷器FU2和FU1。但是根據(jù)保護動作選擇性的要求，F(xiàn)U2的熔體先熔斷，切除故障線路WL2，F(xiàn)U1不再熔斷，WL1恢復正常運行。熔斷器熔體熔斷的時間與保護特性曲線上的熔斷時間會稍有偏差。從最壞的情況考慮，熔斷器熔體的熔斷時間最大誤差為±50%，從圖（b）中可以看出，t′1=0.5t1，t′2=1.5t2，為了保證動作選擇性，必須滿足條件t′1>t′2，即t1>3t2。若不能滿足要求，則應將前一級熔斷器的熔體電流提高1～2級，再進行檢驗。6.9.2低壓斷路器保護1.低壓斷路器的選擇條件當選擇低壓斷路器時，必須滿足下列條件。（1）低壓斷路器的額定電壓應不小于被保護線路的額定電壓。（2）低壓斷路器的額定電流應不小于裝設的過電流脫扣器的額定電流。（3）低壓斷路器的類型應符合安裝位置的條件、保護性能及操作方式的要求。（4）對低壓斷路器的最大斷流能力進行檢驗，即當動作時間在0.02s以上時當動作時間在0.02s以下時6.9.2低壓斷路器保護2.低壓斷路器脫扣器的選擇和整定（1）過電流脫扣器的額定電流為IN.OR≥I30（2）瞬時過電流脫扣器的動作電流整定為Iop≥KrelIpk式中，Krel為可靠系數(shù)，當動作時間在0.02s以上時，取1.35；當動作時間在0.02s以下時，取2~2.5；Ipk為線路的尖峰電流。（3）短延時過電流脫扣器的動作電流和動作時間整定為Iop≥KrelIpk式中，Krel一般取1.2，動作時間分0.2s、0.4s、0.6s三個等級。（4）長延時過電流脫扣器的動作電流和動作時間整定為Iop≥KrelI30式中，Krel一般取1.1，動作時間為1~2h。6.9.2低壓斷路器保護3.低壓斷路器的選擇性配合（1）前后兩級低壓斷路器之間的選擇性配合。一般來說，為了滿足前后兩級低壓斷路器的選擇性要求。前一級低壓斷路器過電流脫扣器的動作電流應比后一級低壓斷路器過電流脫扣器的動作電流大一級以上；前一級低壓斷路器應采用帶短延時的過電流脫扣器，后一級低壓斷路器應采用瞬時的過電流脫扣器。（2）低壓斷路器保護與導線或電纜之間的配合。低壓斷路器保護還應與被保護的線路相配合，不會發(fā)生因過負荷和短路引起絕緣導線或電纜過熱低壓斷路器不跳閘的故障，因此應滿足以下條件Iop≤KOLIal式中，KOL為電纜或絕緣導線的允許短時過負荷系數(shù)；瞬時和短延時的過電流脫扣器取4.5，長延時的過電流脫扣器取1，有爆炸場所的線路保護取0.8；Ial為電纜或絕緣導線的允許載流量。6.9.3防雷保護1.防雷裝置（1）避雷針與避雷線。避雷針（線）的作用實質(zhì)上是引雷，將雷電引到自己身上，避免所保護區(qū)域內(nèi)其他物體遭受雷擊。避雷針（線）保護區(qū)域的大小與高度有關。（2）避雷帶和避雷網(wǎng)。避雷帶及避雷網(wǎng)主要用來保護高層建筑物避免遭受直擊雷和感應雷。避雷帶及避雷網(wǎng)宜采用圓鋼和扁鋼制作，優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼的直徑不小于8mm，扁鋼的截面不小于48mm2，厚度不小于4mm。6.9.3防雷保護2.防雷措施（1）架空線路的防雷措施。①架設避雷線。②提高線路本身的絕緣水平。③利用三角形排列的頂線兼作防雷保護線。④盡量裝設自動重合閘裝置。（2）變配電所的防雷措施。①裝設避雷針或避雷帶。②裝設避雷線。③裝設避雷器。④變配電所3～10kV側(cè)保護。6.9.3防雷保護（3）高壓電動機的防雷措施。高壓電動機應采用FCD型磁吹閥式避雷器或氧化鋅避雷器。有電纜進線的高壓電動機的防雷保護接線方式如圖所示。在電動機進線前加一段100～150m的引入電纜，并在電纜前的電纜頭處安裝一組閥式避雷器，在電動機的電源端處安裝一組并聯(lián)電容器的磁吹閥式避雷器，提高防雷效果。6.9.3防雷保護（4）建筑物的防雷措施。①建筑物的防雷分類。防雷要求分為以下三類：第一、二類建筑物是制造、使用或儲存爆炸性物質(zhì)，因電火花引起爆炸，造成巨大破壞和人身傷亡；或在正常情況下能形成爆炸性混合物，因電火花引起爆炸的建筑物。第三類建筑物是除第一、二類建筑物以外的爆炸、火災危險場所，按雷擊的可能性及對國民經(jīng)濟的影響，確定需要防雷的建筑物。②各類防雷建筑物的防雷措施。對第一類和第二類防雷建筑物中有爆炸危險場所，應裝設防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的防雷裝置，指定專人看護，并定期檢查防雷裝置。第二類防雷建筑物除有爆炸危險以外及第三類防雷建筑物，應裝設防直擊雷和防雷波侵入的防雷裝置。6.9.4漏電保護1.漏電保護開關的工作原理下面以電磁式三相漏電保護開關為例說明漏電保護開關的工作原理。漏電保護開關主要包括檢測元件（零序電流互感器）、中間元件（如放大器、比較器、脫扣器等）、執(zhí)行元件（一般是自動開關）及試驗元件等。電磁式三相漏電保護開關的工作原理圖如圖所示，電路中三相電源線穿過零序電流互感器的環(huán)形鐵芯，零序電流互感器的輸出端與漏電脫扣器相連，當被保護的電路正常工作時，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，通過零序電流互感器的三相電流相量和等于零，這樣零序電流互感器的輸出端沒有電流輸出，漏電保護開關不動作，供配電系統(tǒng)正常供電。6.9.4漏電保護2.漏電保護裝置額定漏電動作電流的選擇（1）額定漏電動作電流應不大于人體的安全電流（30mA為人體安全電流），動作時間應小于0.1s。（2）額定漏電動作電流應躲過低電壓電網(wǎng)的正常漏電電流。（3）漏電保護裝置的額定漏電動作電流要大于線路的最大工作電流。（4）下一級額定漏電動作電流應小于上一級額定漏電動作電流。（5）第一級漏電保護裝置應裝設在配電變壓器低壓側(cè)出口處。該級保護的線路較長，屬于第一級干線保護，漏電電流較大，一般漏電保護動作電流在60～120mA。（6）第二級漏電保護裝置應裝設在分支線路出口處，保護線路較短，用電量較小，漏電電流較小。漏電保護裝置的額定漏電動作電流應介于上、下級漏電保護裝置額定漏電動作電流之間，一般取30~75mA。（7）第三級漏電保護裝置用于保護單個或多個用電設備，防止人體觸電的保護設備。保護線路和設備的用電量小，漏電電流較小，一般不超過10mA，宜選用額定動作電流為30mA、動作時間小于0.1s的漏電保護裝置。6.9.5電氣設備的接地（1）工作接地。工作接地是指為了電路或設備達到運行要求的一種接地方式。（2）保護接地。保護接地是指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障情況下保障人身安全、防止觸電事故發(fā)生的一種接地方式。保護接地分為3種不同類型，即TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。6.9.5電氣設備的接地①TN系統(tǒng)。保護接地的TN系統(tǒng)接線圖如圖所示。TN系統(tǒng)又分為3種情況，即TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。a.TN-C系統(tǒng)。TN系統(tǒng)屬于保護接零防護措施，通常做法是將供配電系統(tǒng)用電設備的接地部分與供配電系統(tǒng)的中性線N、保護線PE或保護中性線PEN相連。當N線與PE線合并成PEN線時，稱為TN-C系統(tǒng)，主要用于三相四線制供配電系統(tǒng)，如圖（a）所示的PEN線。b.TN-S系統(tǒng)。若N線與PE線分設，則稱為TN-S系統(tǒng)，主要用于三相五線制供配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的電氣安全性，如圖（b）所示。c.TN-C-S系統(tǒng)。若供配電系統(tǒng)的前一部分為PE線與N線合并成PEN線，后一部分為N線與PE線分設，則稱為TN-C-S系統(tǒng)，主要用于三相四線制供配電系統(tǒng)，如圖（c）所示。6.9.5電氣設備的接地②IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是一種對小電流接地系統(tǒng)的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分直接經(jīng)接地體接地，保護接地的IT系統(tǒng)接線圖如左圖所示。當電氣設備因故障金屬外殼帶電時，接地電容電流分別經(jīng)接地體和人體兩條支路通過，只要接地裝置的接地電阻在一定范圍內(nèi)，就會把流經(jīng)人體的電流限制在安全范圍內(nèi)。③TT系統(tǒng)。TT系統(tǒng)是一種對大電流接地系統(tǒng)的保護接地方式，保護接地的TT系統(tǒng)接線圖如右圖所示。供配電系統(tǒng)的中性線N引出，電氣設備的不帶電金屬部分經(jīng)各自的接地裝置直接接地，與供配電系統(tǒng)的接線不相連。當發(fā)生絕緣損壞故障時，保護接地方式與IT系統(tǒng)相似。6.9.5電氣設備的接地（3）重復接地。在TN系統(tǒng)中，為了確保PEN線或PE線安全可靠，除在系統(tǒng)中性點進行工作接地以外，還必須在PEN線或PE線的下列地點重復接地：①在架空線路末端及沿線每隔1km處；②電纜和架空線引入大型建筑物或車間處若不采取重復接地，則當PEN線或PE線斷線且設備發(fā)生一相碰殼故障時，接在斷線后面的所有設備外殼上將產(chǎn)生接近相電壓的對地電壓；若采取重復接地，則當發(fā)生相同故障時，接在斷線后面的所有設備外殼對地電壓很小，大大降低了觸電危險，重復接地的接線圖如圖所示。6.9.5電氣設備的接地2.接地電阻及要求（1）接地電阻。接地電阻是指接地體的流散電阻和接地線與接地體的流散電阻之和。（2）接地電阻的要求。①建筑物的接地電阻要求。②大接地電流電網(wǎng)的接地電阻要求。③小接地電流電網(wǎng)的接地電阻要求。④低壓設備的接地電阻主要有以下3個方面要求。a.對于總?cè)萘吭?00kVA及以上的發(fā)電機或變壓器供配電系統(tǒng)相連的接地裝置，接地電阻應不大于4Ω。b.對于總?cè)萘吭?00kVA以下的發(fā)電機或變壓器供配電系統(tǒng)相連的接地裝置，接地電阻應不大于10Ω。c.對于TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)中用電設備的接地電阻，接地電壓按照不高于50V計算，一般接地電阻應不大于100Ω。6.9.5電氣設備的接地3.接地裝置的敷設（1）利用自然接地體。（2）埋設人工接地體。人工接地體埋設示意圖如圖所示。（3）接地線。①自然接地線。②人工接地線。6.9.6電氣設備接地電阻的測量1.測量接地電阻的原理測量接地電阻的原理圖如圖所示，當在兩接地體上加一電壓U后，有電流I通過接地體A流入大地后經(jīng)接地體B構成回路，形成圖中的電位分布曲線，離接地體A（或B）20m處電位等于零，即CD區(qū)為電壓降實際等于零的零電位區(qū)。只要測得接地體A（或B）與大地零電位的電壓UAC（或UBD）和電流I，就可求出接地體的接地電阻。測量接地體的接地電阻需采用交流電。6.9.6電氣設備接地電阻的測量2.測量接地電阻的方法（1）間接法測量接地電阻。采用間接法測量接地體的接地電阻需要有電流極和電壓極，間接法測量接地電阻的電路圖如圖所示。電流極可以用一根長2～3m、直徑為25～50mm的鋼管制成；電壓極可以用一根長0.7～3m、直徑為25mm的圓鋼或直徑為25～50mm的鋼管制成。圖6-52間接法測量接地電阻的電路圖在測量接地電阻時需要先估計電流的大小，選出適當截面的絕緣導線，在預備試驗時利用可變電阻R調(diào)整電流；當正式測量時，將可變電阻R短路，根據(jù)電流表、電壓表及功率表的讀數(shù)可以計算出接地體的接地電阻RE。計算方式如下或6.9.6電氣設備接地電阻的測量（2）直接法測量接地電阻。①接地電阻測量儀表。ZC-8型4端鈕接地電阻測量儀表的面板圖如圖所示。②接地電阻測量儀表的選擇。ZC-8型接地電阻測量儀表的規(guī)格和量程如表所示。③使用接地電阻測量儀表前的短路試驗。④使用接地電阻測量儀表前的開路試驗。6.9.6電氣設備接地電阻的測量3.接地電阻測量儀表測量接地電阻的步驟（1）慢慢搖動發(fā)電機手柄，同時調(diào)整接地電阻測量儀表的標度盤調(diào)節(jié)旋鈕，使檢流計指針指向中心刻度線。（2）當檢流計指針接近中心刻度線時，應加快搖