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电路保护——确定中性线的规格

发布日期:2015/10/13已有 2337 人浏览

>>接地系统类型的影响

>TT、TN-S 与 IT 系统?
单相电路或横截面积不大于 16 mm2 (铜) 或 25 mm2 (铝) 的电路:中性线横截面积必须等于相线的横截面积。?
横截面积大于 16 mm2 (铜) 或 25 mm2 (铝) 的三相电路:中性线的横截面积可选择为:  
-  等于相线的横截面积;   
-  或小于相线的横截面积,前提是:
  ● 有可能在正常条件经中性线的电流小于允许值 Iz。必须对三次谐波序列 [1] 的影响加以特殊考虑。
  ● 或根据后面 中性线的保护,中性线有短路保护。
  ● 中性线的尺寸至少等于 16 mm2 (铜) 或 25 mm2 (铝)。
>TN-C 系统
理论上说,上面提到的条件同样都适用,但在实践中,中性线在任何情况下都不能断开,因为它在作为中性线的同时也构成了一个 PE 导线 (见图表 G58PEN 导线的横截面积一栏)。
>IT 系统
一般来说,不推荐使用中性线,即首选为三相三线系统。但是,当有必要安装一个 三相四线系统时,上面就 TT 和 TN-S 系统所描述的条件是适用的。

>>谐波电流的影响

>3 次和 3 的倍数次谐波的影响
谐波是由于系统中的非线性负荷 (计算机、荧光灯、整流器、电力电子斩波器) 引起的,并能够在中性线中产生较大的电流。特别是三相的 3 次或 3 的倍次谐波在以下情况下会在中性线中累加起来:?
● 基波电流相位相差 2π/3,因此其和为零。
● 另一方面,三相电路的 3 次谐波总是相对于它们的基波以相同的方式定位,因此彼此间是同相位的 (见图表 G63a)。

图表 G63a : 3 次谐波是同相位的,并在中性线中累加
图表 G63b 给出了中性线的负载率与 3 次谐波百分比的关系。
实际中,该最大负载率不会超过 .

图表 G63b : 中性线的负载率与 3 次谐波百分比
>谐波电流在四芯载流的四芯和五芯电缆中的降低系数
有关电缆的基本计算只与三根载流导线有关,即在中性线上没有电流。由于 3 次谐波的存在,中性线上才有了电流。其结果,该中性线电流对三相线形成了热环境,也正因为如此,相线的降低系数才是必要的 (见图表 G63)。
对有 3 根载流导线的电缆的载流量乘上降低系数,可得出有 4 根载流导线 (其中第四条导线中的电流使由谐波引起的) 的电缆的载流能力。降低系数还把相线中谐波电流的热效应考虑在内了。?
● 在中性线电流预期大于相电流的情况下,电缆尺寸的选择就要以中性线电流为准。
● 在电缆尺寸的选择以中性线电流为准而该电流并不显著高于相电流的情况下,有必要减小表中列出的三根载流导线的载流能力。
● 如果中性线电流为相电流的 135% 以上,而导线尺寸是以中性线电流为准选择的,则三相线就不会满负荷。相线发热的减少在一定程度上抵消了中性线的发热,就没有必要对三条负载导线的载流能力使用任何降低系数。
● 为了保护电缆,熔断器或断路器的选型要考虑相电流的最大值 (相对中性线)。但是有一些特殊设备 (比如带 OSN 脱扣器的 Compact NSX 断路器) 允许相线导线截面积小于中性线导线截面积。这将取得一个大的经济利益。

相电流的 3 次谐波含量 (%)

降低系数

按相电流选择截面

按中性线电流选择截面

0 -15          

1.0

-

15 - 33

0.86

-

33 - 45

-

0.86

> 45

-          

1.0[2]                      

图表 G63: 谐波电流在四芯和五芯电缆中的降低系数 (根据 IEC 60364-5-52)

>>举例

考虑一个设计为 37 A 负载的三相电路,四芯 PVC 绝缘电缆用安装方法 C 夹在墙上。从图表 G24 可知,一条 6 mm2 铜芯电缆其载流能力为 40 A,如果电路中不存在谐波,就完全够用了。
● 如果存在 20% 的三次谐波,则应使用 0.86 的换算系数,设计负载就变为:37/0.86 = 43 (A)。
对于这一负载来说,需要 10 mm2 的电缆。
● 如果存在 40% 的三次谐波,则电缆规格的选择就应当以中性线电流为基础,即:37 x 0.4 x 3 = 44.4 (A),并使用 0.86 的换算系数,因而设计负载为:44.4/0.86 = 51.6 (A)。
对于这一负载,10 mm2 的电缆是合适的。
● 如果存在 50% 的三次谐波,则电缆规格选择也要以中性线电流为准,即:37 x 0.5 x 3 = 55.5 (A)。此时定额系数是 1,则要求使用 16 mm2 的电缆。

>>备注:

1.^ 3 次或 3 的倍数次谐波
2.^ 如果中性线电流超过相电流的135%并且电缆大小是在中性线电流的基础上选择的,那么三相导体将不会完全加载。在某种程度上如果相导体产生热量的减少与中性导体热量相抵消,那么就没有必要为三个加载导体
载流能力添加任何缩减系数。