对工程电气低压配电系统设计的分析

摘要：低压配电系统在建筑工程电气系统中占据着非常重要的地位，为了保证电气系统的安全性及可靠性，必须对低压配电系统的设计引起重视。

关键词：工程电气；低压配电系统；电涌保护器；设计

1.前言

近几年来，随着我国社会经济及科学技术的迅速发展，人們对建筑工程中的电气系统设计、功能以及施工质量提出了更高要求，为了使相关人员对低压配电系统的设计有更进一步的认识，本文主要作以下相关分析。

2.电涌保护器简介

2.1限压型（压敏电阻）

此类型电涌保护器的残压比较低，受到过电压的保护作用时，其会逐渐泄放雷电能能量，会对雷电过电压的发展过程产生一定影响，当没有电涌的时候，电涌保护器就会呈高阻抗，当电涌中的电流及电压出现一定增大时，阻搞就会逐渐变小，最终呈低阻抗导通状态[1]。

2.2电压开关型SPD

此类型电涌保护器具有较强的放电能力及较大的通流量，当电涌电压达到一定程度时，SPD就会突然变为低阴抗，当没有电涌时，SPD就会呈高阻状态。

2.3组合型

此类型电涌保护器由限压型组件和开关型组件共同组成，在建筑物的入口处，同选用电压开关型SPD来对雷电能量进行泄放，然后在后级电路中选用限压型SPD对因前级雷电能量泻放后、后级线路中所产生的高过电压进行限制。

3.电涌保护系统设计分析

3.1确定建筑物电涌保护防护等级

结合CECS 174—2004中的相关标准对一般公共建筑物对电涌保护系统的可靠等级要求进行评估，然后结合建筑物等效受雷面积、防雷等级、雷暴日等指标，把保护等级分为甲、乙、丙、丁4级，在设计时，把附属变配电建筑物定为乙类，配电间定为丙类。

3.2确定各级SPD主要技术参数

各级电涌保护器均使用电压限制型。

3.3 SPD设置位置、电压保护水平及保护模式

结合建筑物对电涌保护防护等级的要求，在PLC控制系统及直流系统电源侧设置设备级SPD3，使Uρ≤1.5kV，在配电中心的每段母排总进线处设置相应的人口级SPDI，使Uρ为≤2.5 kV，把低压配电系统接地制式设为TN制，SPD模式设为中性线/相线与地之间的共模保护模式，而配电系统中的设备级SPD3则使用全保护接线模式。

3.4 SPD自身的保护

把各级SPD支路安装在用于对短路故障进行保护的熔断器中，以对电力系统进行保护。

4.电涌保护器在智能建筑电气设计中的应用

4.1电涌保护器的安装位置及接线方式

（1）3+NPE接线：三个间隙SPD或2个MOV接在N和L之间，在TT系统剩余电流保护器（RCD）的电源侧安装一个间隙型SPD，并使之处于PE和N之间，把RC安装在SPD电源侧，以对故障电流进行检测，从而在一定程度上避免危险的发生。

（2）3P接线：当PE线和N线相连时，把SPD接在二者之间，具体位置为TN— C—S系统的进户处以及TN—C、TN—S系统中变压器的低压侧，在TN— C—S、N—C、TN—S系统外，PE线和N线之间、PE线和L线之间安装4P，主要安装在TT系统中剩余电流保护器（RCD）的负荷侧。

4.2“3十NPE”模式电涌保护器在智能建筑电气设计中的应用

（1）限压型SPD+开关型SPD。属于氧化锌压敏电阻器件，其对雷电能量的泻放能力较小，但是其可对过电压进行有效控制，把之应用于智能建筑中，可使过电压得到较有效的控制；开关型SPD属于间隙放电型器件，其对雷电能量有非常强的泻放能力，把之安装在智能建筑中，可使雷电能量得到有效泄放；因此，通常把开关型SPD安装在建筑物入口所在位置，而限压型SPD则安装在后级电路中，把二者配合使用，可使配电线路的安全性得到一定保证。

（2）剩余电流保护器（RCD）。①RCD可对接地故障所产生的危害进行有效预防，其能在数十毫秒的时间内对故障电流进行快速切断，即使发生直接接触电击的接触电压为220V，高灵敏度的RCD也能在人体出现心室纤颤导致死亡以前对电源进行快速切断，一般而言，其只能对所保护的回路内的故障进行保护，因此，为了防止别处沿PE线等故障而引发电击事故，必须把RCD安装在PE和N之间[2]。②在SPD的负荷侧安装RCD，可在一定程度上防止电源进线处大大幅值的雷电脉冲电流不必要地通过RCD的零序电流互感器，从而可对相关故障进行有效控制，因此，使用“3+NPE“模式对低压配电系统进行保护时，可把NPE模块安装在RCD负荷侧或RCD电源侧，此时，需注意的是，如果采取“每线对地”保护模式，必须结合具体情况选择合适的安装位置。

5.级间配合及后备保护探讨

5.1级间配合

在建筑物上安装防直击雷的相关装置时，必须防雷等电位连接，必须把SPD安装在低压电源进户所在位置，此时如果供电变压器的一次侧系统不是接地系统，那么其Up值可选用较低值（如0.9kV），此时，除了某些I类设备，通常不需再安装SPD。如果供电变压器的一次侧系统为小电阻按地系统，且出现一次侧的高压对外壳发生短路时，若上述安装SPD处的PE线和中性线/相线之间不再出现1200V和（1200十Uo）V电压时，可选用较低值（如0.9kV）作为其Up值；当电压为1200V或（1200十Uo）V时，最好把其Up值设为1.5 kV。

良好的级间配合才能使各位置对电压保护水平的要求得到有效满足，如第一级应释入绝大部分能量及电流，第二级、第三级逐渐减少，但是如果在同一条线路上所安装的SPD动作相互之间会产生影响，那么把它们都连上以后，各个SPD之间的通流就会难以像设想的那样逐级降低，这样就会对配电系统产生一定破坏，严重时还可能会引发爆炸事故。

以下为SPD级间配合问题的解决措施：

（1）解耦器：如果SPD间的距离过于紧凑，可在中间安装解耦器，从而促进级间的有效配合。

（2）SPD参数配合：结合专业防雷厂家、专业防雷专家等所提供技术对SPD的参数进行设置。

（3）级间距离：如果SPDIN的线路距离符合相关要求，此时在线路自然电感的阻滞作用下就可使级间配合良好，可是，如果建筑物的规模比较小，SPDIN的线路距离就会无法达到相关标准，此时可增加电源线的长度，如可把电缆盘绕成圈等。

5.2后备保护装置的选择与安装

SPD在电子设备及电气中有着非常重要的保护作用，因此，必须对其自身的可靠性及安全性引起重视，如SPD劣化时，应有相应的热脱扣装置，这样当升温到120℃时，就可脱扣，并自动和并联线路分开，从而避免爆炸、火灾等危险事件。断路器和熔断器都是电流保护器，它们看对电涌保护器（SPD）短路现象进行有效保护，选用此类装置时，应结合SPD产品说明书中所推荐的过电流保护器的最大额定值选择（最好小于该值），如果对电气线路进行保护的过电流保护器的额定值比上述最大值小，也可不在SPD支路上安装过电流保护器，但是如果为了便于对配电系统进行有效维护，则可都安装这两个过电流保护器。

6.结语

在低压供配电系统中，电涌保护器有着非常重要的作用，当配电系统都具备一定的安全性及可靠性时，整个工程电气的安全性才能得到有效保证。本文就工程电气低压配电系统设计作了相关分析，以此为工程电气的相关设计提供参考。

参考文献：

[1]晁景.对工程电气低压配电系统设计的分析[J].企业导报，2012，（10）：165.

[2]浅谈高层住宅低压供配电系统设计[J].中国高新技术企业，2013，（35）：141.

作者简介：

曾令渝（1967.11.6），重庆工业设备安装集团有限公司，工程师，主要从事电气专业方面的研究。