阻(Ω);RB为电源中性点接地电阻(Ω)。由于ZL、ZPE、Zf数值较小,可忽略不计。接地故障电流
2.1.1 RA的选择。据JGJ/T16-92第8·6·4·10条:RA·Ia≤50V——(8·6·4·10),Ia为保证保护电器切断故障线路的动作电流(A),且符合表1规定的最大切断故障时间。当采用低压断路器作为接地故障的保护装置时,据JGJ/T16-92第8·6·2·6知:——(8·6·2·6),Id为单相短路电流(A);
IZd为低压断路器瞬时或延时过电流脱扣器整定值(A);
取代入(8·6·4·10)式中,得出
据JGJ/T16-92第14·5·2条知:RB≤4Ω,代入式
(2),则。
2.1.2 对RA≤2.07Ω,这个要求比较苛刻,较难实现,在JGJ/T16-92中不具体要求RA的数值,只要求保护电器在表1规定的时间内切断故障线路即可。一般RA
取值4~10Ω,如RA=10Ω,据(8·6·4·10)式可得出:。将低压断路器瞬时动作整定电流整定值为5A,在实际工程中没有实际意义。
2.1.3 根据以上分析,采用低压断路器做为TT系统接地故障保护时,对RA要求苛刻(不大于2Ω),或对整定值Ia过小,因此,当负载容量较大时不能将其作为保护电器,可采用RCD。如果用反时限特性的过电流保护电器时,必须满足表1规定的时间。
2.2 发生相线直接触地
当发生相线直接触地,造成直接对地短路故障,在一般情况下,导线落到地面,对地接触电阻都大于10Ω,根据(8·6·4·10)式可知:低压断路器瞬时整定电流值Ia<5A,因此也不能采用低压断路器,而采用RCD作为相线直接对地短路的保护电器。如不能切除故障回路,
由于中性点电位升高,非故障相电压大于220V小于380V,对单相负荷有危害,且接地点有危险电位。因此供电线路首端应装设RCD。
2.3 注意事项
综合以上所述,TT系统应采用RCD做保护电器,但应注意以下几点:
(1)在供电干线首端装设RCD,其后面线路中N线不重复接地。
(2)如在干线首端不装设RCD,则零线(N)可在线路适当地点重复接地。N线上不允许安装熔断器和自动空气开关。
(3)TT系统的N线断开后,三相负荷如不平衡,中性点电位将升高,使个别相线相电压升高,单相设备可能被烧毁。可安装断零开关,但缺点是:当某一用电设备单相碰壳而保护装置不灵敏时,由于中性点电位升高,会使所有断零开关动作,扩大了事故停电范围,故TT系统更要求装设RCD,以弥补此缺点。
(4)TT系统装设RCD,须采用四极和二极(单相),切断相线的同时切断中性线。
TT系统可适用于农村居住区、市电用户和分散的民用建筑以及对接地要求高的电子设备场所。
3 TN系统
电力系统有一点直接接地,受电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。按中性线与保护线组合情况,又可分为以下三种型式:
3.1 TN-C系统
工作零线(N)与保护零线(PE)共用,如图6所示。
3.1.1 当电气设备相线碰壳,直接短路,短路电流较大,可采用一般过电流保护电器切断电源。TN-C系统不宜采用RCD,因为如相、零导线错接,220V接触电压通过PEN
传到所有接零设备的外壳,同时因PEN不允许通过RCD而无法装设RCD,一般采用零序过流保护。
3.1.2 当工作零线断开时,如三相负荷不平衡,使中性点电位升高(极有可能高于50V),使在断裂点以前与PEN相连的电气设备的金属外壳带有危险电压;同时相电压升高,可烧毁单相设备。
3.1.3 TN-C应将PEN线重复接地,能降低中性点及用电设备的外壳电位,但不能消除触电危险。
根据以上所述,TN-C系统不安全因素较多,在民用建筑中不应采用,可用于仅有单相(220V)携带式、移动式用电设备(不必接零)场合。
3.2 TN-S系统
整个系统的中性线(N)与保护线(PE)是分开的,如图7所示。
3.2.1 当电气设备相线碰壳,直接短路,可采用一般过电流保护电器切断故障线路。如线路较长,可在线路首端装设RCD切除故障线路。
3.2.2 当N线断开,如三相负荷不平衡,中性点电位升高,但外壳无电位,PE线也无电位,这是区别于TN-C的重要特点。
3.2.3 TN-S系统的N线不宜重复接地,因重复接地后对断N线后保护设备不明显,且干线首端便不能装设RCD,但必要时PE线也可以重复接地。
TN-S系统适用于工业企业,大型民用建筑。
3.3 TN-C-S系统
当PE线与N线从某点(一般为进户处)分开后就不能再合并,且N线绝缘水平应与相线(L)相同,如图8所示。
3.3.1 当电气设备发生单相碰壳,同TN-S系统,但PEN段不能装设
RCD,PE与N线分开段可采用RCD。
3.3.2 当N线断开,故障同TN-S系统。
3.3.3 TN-C-S中的PEN应重复接地,N线不宜重复接地。
TN-C-S系统适用于工业企业,当负荷端装设RCD,干线末端装有断零保护,也可用于住宅小区。
3.4 TN系统相线直接接地故障分析
据JGJ/T16-92第8·6·4·6条规定:TN系统接地故障保护电器动作特性应符合:ZS·Ia≤Uo——(8·6·4·6),式中ZS为接地故障回路阻抗(Ω);Ia为保证保护电器自动切断故障线路的动作电流(A),且符合表2规定的时间。Uo为相线对地标称电压(V),取Uo=220V。当采用低压断路器作为接地故障的保护电器时,据JGJ/T16-92第8·6·2·6规定:式中Id为接地故障电流(A);IZd为低压断
路器瞬时或延时过电流脱扣器整定值(A)。
据JGJ/T16-92第14·2·5条规定:相线直接触地,除约定保护线和与之连接的外露可导电部分的
电压值不超过50V,还应满足下式:——(14·2·5),式中RB为并联接地体的接地电阻(Ω);RE为不与保护线连接的外部导电部分的最小对地接触电阻(Ω),当RE未知时,可假定为10Ω。将相电压Uo=220V,RE=10Ω代入(14·2·5)式,则:
在一般情况下,RB≤2.94Ω是可以做到的,但必须注意:出现RE小于10Ω的情况,主要发生在相线落至具有良好导电的金属材料(如金属屋面、金属栏杆、钢材堆放处)上,或落在江河水面上,否则如RE=1Ω,则RB≤0.294Ω,实施是很难的。所以架空线跨越上述地段,必须加强架空线强度或采取隔离方法。
以上分析了各种接地型式的优、缺点、适用范围、RCD适用型式以及过电流保护的配置,下面再谈一下如何选用RCD。
4 RCD的选择
4.1 RCD的分类、型式、参数
RCD分为电子式、电磁式,其产品名称有:漏电断路器——漏电保护+断路器(带过载短路保护);漏电开关——漏电保护+接触器(有过载保护);触电保护器——漏电保护+单投开关。
其主要参数:(1)额定电压Ve:380V、220V,额定电流15~200A;(2)极数:二极(单相)、三极(三相)、四极(三相);(3)额定动作电流IΔn:高灵敏度IΔn=6~30mA,中灵敏度IΔn=50~500mA,低灵敏度IΔn=200~1000mA、>1000mA;(4)漏电动作时间:快速型t≤0.1s,t≤0.2s,延时型t=0.2、0.4、0.6s,长延时型t<1~2s。
4.2 RCD的正确选择
4.2.1 确定在配电系统末端选用RCD的电击能量(电能×时间)的安全界限为30mA·s。
(1)仅有一级漏电保护时:,式中Ur为安
全接触电压,干燥场所取56V,潮湿场所取25V,特别潮湿场所取2.5V;RS为设备外壳接地电阻(Ω)。
(2)有几级漏电保护时:IΔn1≥3IΔn2、t1≥tfd,式中IΔn1为上一级RCD额定动作电流,mA;IΔn2为下一级RCD额定动作电流,mA;t1为上一级RCD可返回的时间,s;tfd为下一级RCD合、分断时间,s。
4.2.2 系统正常泄漏电流Ig要小于RCD额定动作电流IΔn,且IΔn≥4Ig。
实际设计时,(1)对于民用单相线路:IΔn≥Imax/
3000,(A);(2)对于照明总干线或友干线,
(A);(3)对于三相或三相四线制动力系统:
(A)。式中Imax为线路最大供电电流,A。
4.3 RCD动作电流的选择
可按JGJ/T16-92第14·3·11条选择,在此只增加一条:为防止电气火灾,除在电气设备侧装设RCD外,应在电源进线装设RCD,作为后备保护,RCD三级选择原则为:
(1)分支线及线路末端用电设备选择RCD,取IΔn=30mA,t≤0.1s;
(2)支线选择RCD:取IΔn=300mA,t≤0.3s;
(3)干线选择RCD,取IΔn<1000mA,t≤1s。
4.4 装设RCD,必须辅以等电位联结
固定设备外壳上的故障电压可沿PE线传至手握式、移动式设备外壳上,而手握式、移动式设备回路上安装RCD末检测出剩余电流,不动作。因此必须按照IEC60364-4-41(电击防护)标准,装设RCD时,必须实施等电位联结,可按《等电位联结安装》(97SD567)具体实施。