浅析TN系统配电线路末端短路灵敏度校验

2021-04-13李达志

现代建筑电气 2021年3期

黄旭, 李达志

(国药集团重庆医药设计院有限公司, 重庆 400039)

0 引言

电气设计中通常采用断路器作为供电回路的保护,其分断能力、负载能力、躲避正常启动电流的能力以及规范要求的附件配置已被广泛关注,而配电线路末端短路灵敏度校验则不太受重视。在设计进度越来越紧的大环境下,《工业与民用配电设计手册》(4版)[1]第966页的表格常被直接套用参照,而该表格数据计算选用的参数并不是不能改变的,直接套用数据有可能造成极大浪费。故本文从原理出发,探讨了TN系统配电线路末端短路灵敏度校验。

1 短路灵敏度校验的相关概念

1.1 定义

在发生短路时保护电器必须能够可靠动作,在有可能的最不利点进行可靠性验证计算即是短路灵敏度校验。

通常情况下,对于低压配电系统,单相短路的短路电流最小,最不利点在线路末端,因而需要在配电线路末端进行单相接地灵敏度校验。同时,单相接地短路保护也被称为接地故障保护。

1.2 校验相关要求

GB 50054—2011《低压配电设计规范》[2]和JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[3]均有以下要求。

(1) TN系统中配电线路的间接接触防护电气的动作特性,应符合要求:

ZsIa≤U0

(1)

式中:Zs——接地故障回路的阻抗;

Ia——保证间接接触保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流;

U0——相导体对地标称电压。

(2) TN系统中配电线路的间接接触防护电器切断故障回路的时间,应符合下列规定:配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端回路,不宜大于5 s;供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路,TN系统的最长切断时间不应大于TN系统最长切断时间。TN系统最长切断时间如表1所示。

表1 TN系统最长切断时间

根据式(1)推导可得:

Ia≤U0/Zs

(2)

保护动作电流不大于故障电流时,可满足接地故障保护要求。但在计算时应归算到电源侧,电压采用变压器低压侧电压,且阻抗采用包含变压器零序阻抗和系统阻抗在内的故障回路所有阻抗。

1.3 故障回路电流的分析

根据规范定义,Ia为保证间接接触保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流,保护电器既可以是断路器也可以是熔断器。当保护电器为断路器时,瞬时保护、短延时保护和满足保护时限的长延时保护,均可以用作间接接触防护。

以上分析与GB 50054—2011《低压配电设计规范》第6.2.4条“当短路保护电器为断路器时,被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍”有一定冲突。根据短路定义,接地故障保护也属于短路保护,应满足上款要求,然而此条款未述及断路器的长延时保护,根据保护的特性,在能够忍受的时间内可靠分断应视为有效的保护,在长延时保护区间内只要保护时限满足要求,应可作为间接接触防护。

根据条文说明,条款中1.3倍为考虑了断路器制作误差进行的设定,若断路器为小型断路器,计算时采用保护上限,已不存在额外误差,又或采用电子式脱扣器,制作误差通常小于20%,若再采用1.3倍,显然并不合适。故第6.2.4条是不严谨的。

2 计算公式整理

低压配电系统中,通常采取多级放射式配电,至配电末端往往有多级断路器保护,进行配电线路末端单相接地灵敏度校验时,应逐级计算,每段保护均应能通过校验。

2.1 每段电缆阻抗计算

(3)

其中1.5为短路发热引起的电缆电阻的增大系数;ρ为导体电阻率,常用电缆导体主要为铜和铝合金,铜为0.017 2 Ω·mm2/m,铝合金为0.027 9 Ω·mm2/m;k1为电缆电抗补偿系数,和导体截面有关,S<120时,k1=1;S=120或150时,k1=0.95;S大于等于185时,k1=0.92;k2为多根电缆并联系数,n(电缆并联数)=1时,k2=1,n≥2时,k2=4(n-1)/n;S为单根相导体截面;L为电缆长度,考虑电缆在敷设中的弯曲和旋转,应为测量长度乘以1.05;m为相导体与PE导体截面之比,采用TN-C系统时,应为PEN,具有漏电保护回路,应为N导体。