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电击防护——TN系统间接接触防护

发布日期:2015/09/16已有 2443 人浏览

>>计算短路电流的方法


通常采用三种计算方法:
● 阻抗法,基于将系统的电阻和感性电抗用三角学方法相加;
● 组合法;
● 通用法,基于假定的电压降值并利用编制好的表格。
在 TN 接地系统内,理论上对地短路总能产生足以使过电流防护电器动作的电流。
电源和供电干线的阻抗远远小于电气装置内的回路阻抗,所以接地故障电流主要受电气装置内导线阻抗的限制 (用电器具的长电源软线大大增大了“故障环路”阻抗并减小了短路电流)。
最近 IEC 对 TN 系统防间接接触的建议只提到最大跳闸时间与系统标称电压的关系(见TN 系统的自动切断电源的图表 F12)。
这些建议依据的理由如下:能使 TN 系统外露导电部分的电位升高到 50 V 及以上的电流很大,会导致以下情况的发生。
故障电流通路本身被熔断 (往往是瞬时的);
导体故障点熔化焊牢,产生一大电流使过电流保护电器动作。
在后一情况下为保证过电流防护电器的正确动作,在工程项目的设计阶段必须准确地计算接地故障短路电流。
严格的分析要求对每一回路依次用相序分量法进行计算,这个要求是可理解的,但其计算工作量却是难以承受的,特别是在一般低压电气装置中欲较准确地计算零序阻抗是极其困难的。
建议采用其他较简单的方法。切实可行的方法是:
● “阻抗法”,将每一回路的故障环路内的所有阻抗 (限于正序阻抗) 相加进行计算。
● “组合法”,当故障环路近端的短路电流值为已知时,可用此法估算环路远端的短路电流。
● “通用法”,利用作快速计算的一些表格数值,用此法可计算接地故障电流最小值。
这些计算方法只有在形成接地故障环路的电缆是互相紧靠且未被铁磁物质分隔开时,其结果才是可靠的。

>>阻抗法

现代的做法是用国家主管部门认可的软件来进行计算,并采用阻抗法,例如 Ecodil,国家主管部门也出版导则,其中列有典型数据、最大电缆长度等。
在此法中,计算的接地故障短路电流的故障环路中,每一元件 (电缆、PE 线、变压器等) 的正序阻抗是相加的,使用下式进行计算:

式中:
(ΣR) 2 = 环路内所有电阻之和的平方,它是工程设计阶段中的值;
(ΣX) 2 = 环路内所有感抗之和的平方;
Uo = 相线对中性线电压的标称值. 运用这一方法并非易事,因为它必须先假定环路内所有各元件的技术参数,在许多情况下,国家导则可提供估算用的典型数据。

>>组合法

此法可用环路始端已知的短路电流计算环路末端的短路电流,并应用下式估算:

式中:
Isc = 上游短路电流;
I = 环路末端短路电流;
Uo = 系统标称相电压;
Zs = 环路阻抗.
注: 在此法内各阻抗值算术相加[1],这是与上述的阻抗法不同的。

>>通用法

此法通常被认为能足以精确地确定电缆的最大长度。
计算原理 这种短路电流计算方法基于一个假设:发生短路的回路始端 (即回路保护电器安装处)的电压为相线对中性线电压标称值的 80% 及以上。用此 80% 的电压值和故障环路阻抗值来计算短路电流。 此系数考虑了该点所有上游低压电缆的电压降。在电缆内,当三相四线回路内所有的导线都相互贴近 (通常如此),与电缆的电阻相比,电缆内芯线的感抗是可以忽略不计的。对 120 mm2 及以下的电缆这种近似算法是适用的。
大于 120 mm2 时电阻值 R 的增加值如下:
TN 系统电气装置的任何回路最大长度为:  

电缆芯线截面 (мм2)

电阻值增加

S = 150

尺寸 15%

S = 185

尺寸 20%

S = 240

尺寸 25%

TN 系统电气装置内回路最大长度,由下式确定:

 式中:
Lmax = 回路最大长度,m;
Uo = 相电压,230 V(对230/400 V系统而言);
ρ = 在正常工作温度条件下的电阻率, Ω?mm2/m (铜为 22.5 х 10-3 铝为36 х 10-3 );
Ia – 断路器瞬时动作的跳闸电流整定值或保证熔断器在规定时间内熔断的电流;

式中:
Sph = 为回路相线的截面 mm2;
SPE = 为回路 PE 线的截面 mm2
(见图表 F39)

图表 F39 : 用通用法来求得 TN 系统内回路最大长度 L max

>>计算用表格

不得超过下列表格内给出的回路长度,以使保护电器能保护人体免遭间接接触的危险。
下列用于 TN 系统的计算用表格系按上述“通用法”编制的。 表格内列出了回路的最大长度,超过该长度导体的电阻值将限制短路电流幅值,使保护回路的断路器不能迅速跳闸 (或熔断器不能迅速熔断) 来可靠地防范间接接触。
校正系数 m
图表 F40 列示了用于图表 F41 ~ 图表 F44所列值的校正系数,它与比值 Sph/SPE、回路类型以及导线材质有关。
表列值考虑了:
● 保护电器的类型:断路器或熔断器;
● 动作整定值;
● 相线和保护线的截面;
● 接地系统类型 (见图表 F45,F27);
● 断路器类型 (即 B 型、C 型或 D 型) [2]。

回路

导线材质

m = Sph/SPE ( PEN)

m = 1

m = 2

m = 3

m = 4

3 P + N P + N

1

0.67

0.50

0.40

0.62

0.42

0.31

0.25

图表 F40 : TN 系统内图表 F40 ~ 图表 F43 所列回路长度值的校正系数
通用型断路器保护的回路
(图表 F41)
图表 F45 : 在 m = 1,230/240 V,TN 系统内不同截面铜导线回路的最大长度 (m) 和通用型断路器的瞬动电流整定值 (A)
工业用或家用断路器保护的回路
(图表 F42 - F44)
图表 F42 : 在 m = 1,230/240 V 单相或三相 TN 系统内不同截面铜导线回路的最大长度 (m) 和 B 型 [2] 断路器的额定电流值 (A)
图表 F43 : 在 m = 1,230/240 V 单相或三相 TN 系统内不同截面铜导线回路的最大长度 (m) 和 C 型 [2] 断路器的额定电流值 (A)
图表 F44 : 在 m = 1,230/240 V 单相或三相 TN 系统内不同截面铜导线回路的最大长度 (m) 和 D 型 [2] 断路器的额定电流值
示例:
在三相四线 (230/400 V) TN-C 系统电气装置内,一路由 63A B 型断路器保护的铝芯 电缆回路,其相线和 PEN 线截面分别为 50 mm2 和 25 mm2。
如果人身间接接触危险用此断路器的瞬动电磁脱扣器来防范,则此回路的最大长度为多少?
从图表 F42 可知,对于 50 mm2 截面和 B 型 63A 断路器,最大回路长度为 603 m,但还需乘以 0.42 的校正系数
(图表40 )
故回路最大长度为: 603 x 0.42 = 253 m.

>>当为一个或多个外露导电部分用单独的接地极接地的特殊情况

当回路给外露导电部分以单独的接地极接地的一台或一组用电器具供电时,必须在该回路的首端用 RCD 来作间接接触防护。 此 RCD 的灵敏度必须与其接地极接地电阻相适应 (图表 F45 中的 RA2),见用于 TT 系统的有关规定。

图表 F45 : 单独的接地板

>>备注:

1. ^ 此法计算得出的电流小于实际电流。如果用此电流整定过电流保护,继电器、熔断器的动作将更为可靠。
2. ^ a b c d 关于 B,C,D 型断路器的定义见 断路器的基本特性。 1个分类: ? Chapter - 电击防护