TN系统照明线路单相接地故障保护

张 炳 伙

(深圳市建筑设计研究总院有限公司, 广东 深圳　518031)



TN系统照明线路单相接地故障保护

张 炳 伙

(深圳市建筑设计研究总院有限公司, 广东 深圳518031)

摘要：针对当前照明配电设计中出现的部分问题，如末端照明配电箱馈线供电半径过长,TN系统中馈线线路的间接接触防护电器切断故障回路的时间满足不了单相接地故障保护的要求,探讨了TN系统照明线路单相接地故障保护的方法。提出应结合项目设计的实际情况,选用正确的接地故障保护方法,以满足单相接地故障保护的要求。

关键词：TN系统; 供电半径; 接触防护电器; 接地故障保护

0引言

在民用建筑电气设计中,照明设计是建筑电气设计不可或缺的一部分。由于工程设计周期短，工程量大,设计细节考虑不够完善,很多大地下室、大开间、大商场等建筑中的照明末端配电箱、馈线配电线路经常出现供电半径过长的情况。如果馈线配电线路末端发生单相接地故障(单相短路),TN系统中配电线路采用的间接接触防护电器切断故障回路的时间是否能够满足故障保护的要求,值得进一步探讨。

1规范相关要求

JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》强制性条文第7.7.5条规定，“对于相导体对地标称电压为220 V的TN系统配电线路的接地故障保护,其切断故障回路的时间应符合下列要求:对于配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路,不应大于5 s;对于供电给手持式电气设备和移动式电气设备末端线路或插座回路,不应大于0.4 s。”

GB 50054—2011《低压配电设计规范》第5.2.9条提出，“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线路,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表5.2.9的规定。”

IEC标准规定,所有接地系统切断固定设备和配电线路电源的允许最长时间为5 s。

固定式电气设备发生单相接地故障(单相短路),人体接触后通常不会发生致死的事故。接地故障是一种短路,需及早切断,避免发生线路绝缘故障、电气火灾或其他电气事故,造成不必要的人身安全事故和财产损失。

2计算分析

以常见的照明配电箱为例,馈线开关采用小型断路器(Miniature Circuit Breaker,MCB)C16 A/1P),馈线导线:BV-3×2.5mm2(L、N、PE)。TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特征应符合:

ZsIa≤Uo

(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,为断路器瞬动电流或熔断器熔体额定电流的若干倍,即Ia=KIn;

Uo——相导体对地标称电压。

在TN系统中的馈线配电线路末端发生接地故障时,故障电流Ik必须小于Ia,才能使间接接触保护电器在规定时间内有效动作。

根据文献[5],TN接地系统的低压网络单相接地故障电流为

(2)

式中:Un——网络标称线电压,即380 V;

Rphp——元件的相保电阻;

Xphp——元件的相保电抗;

Zphp——元件的相保阻抗。

由文献[5]表4-25,得导线BV-3×2.5 mm2(L、N、PE)的单位长度阻抗Rphp=20.64mΩ/m,Xphp=0.29mΩ/m。

根据式(1)、式(2),计算出满足单相接地故障保护的供电极限长度为

(3)

馈线配电线路末端发生单相接地故障(单相短路)后,该回路采用的间接接触防护电器切断电源的时间在5 s内有效动作。

国内某厂家MCB的C型脱扣曲线如图1所示。由图1可见,在5 s的动作时间,接地故障脱扣电流的临界值约为7.5In。馈线配电线路供电极限长度的临界值如表 1所示。

图1　国内某厂家MCB的C型脱扣曲线

型号Ik/AZphp/(mΩ/m)L/mMCB-C10A/1P7520.64142MCB-C16A/1P12020.6488

外资某厂家MCB的C型脱扣曲线如图2所示。由图2可见,在5 s的动作时间,接地故障脱扣电流的临界值约为8In。馈线配电线路供电极限长度的临界值如表 2所示。

图2　外资某厂家MCB的C型脱扣曲线

表 2外资某厂家MCB配电线路供电极限长度的临界值

型号Ik/AZphp/(mΩ/m)L/mMCB-C10A/1P8020.64133MCB-C16A/1P12820.6483

表1、表2为理想化的情况,忽略了系统短路容量、变压器阻抗等因素的影响。在实际的电气设计中,导线供电极限长度会比计算结果更短。由表 1、表 2可知,在大地下室、大开间、大商场等这几种类型的建筑中,如果末端照明配电箱的馈线线路供电半径超过其供电极限长度的临界值,并发生单相短路接地故障,则MCB不能在规定的时间内切断电源。因此,必须采用表3中给出的方法进行接地故障保护。

表3接地故障的保护方法优劣势对比

方法优势劣势 照明配电箱的设置深入负荷中心,以减少馈线回路的线路长度 可以保证电气动作灵敏度有效,还节能降耗,减少电压降 馈线线路的供电半径宜为30~50m,配电范围内馈线回路会相应增加,加大建设成本 选用较小额定动作电流的MCB 保护的馈线线路长度在100m以上,基本可以满足大部分场所的要求 馈线回路的带载容量较小 放大馈线回路的线路导线截面 减少回路阻抗,提高电器动作灵敏度 线路的建设成本大 配置RCD对线路进行保护 对接地故障引起的电击事故防范具有很高的动作灵敏度 不适用于TN-C系统 采用或加装匹配的小型熔断器 额定分断能力高,抗老化,稳定性高 需避开启动电流 减少脱扣的设定值 根据实际需要进行调整,满足动作保护的需要 MCB脱扣特性通常在出厂前已设定,若采用非标产品,需要特别订制和调试

3结语

综上所述,电气设计人员应提高自身的专业认识,结合项目设计的实际情况,选用正确的接地故障保护方法,满足单相接地故障(单相短路)保护的需要。

[1]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].3版.北京:中国电力出版社,2012.

[2]民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008[S].

[3]低压配电设计规范:GB 50054—2011[S].

[4]住房和城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——电气[M].北京:中国计划出版社,2009.

[5]任元会.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社,2005.

[6]李顺康.一场电气火灾惨剧带给设计人员的警示[J].建筑电气,2011,30(1):24-30.

Single-phase Grounding Protection of TN System Lighting Line

ZHANGBinghuo

(Shenzhen General Institute Architectural of Design and Research Co., Ltd., Shenzhen 518031, China)

Abstract：If the feeder power supply radius of terminal lighting distribution box is too long in the design of lighting distribution,the time that the indirect contact protective appliance of feeder line cuts off the fault circuit cannot meet the requirements of single-phase grounding protection in TN system.This paper discussed the methods of grounding fault protection.It is pointed out that the correct grounding fault protection methods are selected according to the actual situation of the project design,in order to meet the requirements of single-phase grounding protection.

Key words:TN system; supply radius; contact protective appliance; grounding fault protection

收稿日期：2015-04-03

中图分类号：TU 856

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2016)02-0021-03