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低压配电系统单相接地故障防护浅析

摘要：单相接地故障是低压配电系统中最为常见的接地故障，其防护措施主要有自动切断电源和保护等电位联结。断路器作为过电流保护电器兼做接地故障保护应用于末端电动机回路时，既要避开电动机的启动电流，又要满足接地故障保护灵敏度要求，后者往往被忽略。本文通过民用建筑某个工程设计实例对单相接地故障各种防护措施进行分析与探讨。

???????关键词：低压配电系统；接地形式；单相接地故障；瞬时脱扣器形式；自动切断电源；保护等电位联结；RCD电流脱扣限值。

???????0?引言

???????接地故障，带电导体和大地之间意外出现导电通路。当低压配电系统发生接地故障时，配电线路和电气设备会出现过热现象并导致温度上升，当温度超过其承受范围时，配电线路和电气设备会损坏绝缘层、减少寿命甚至烧坏，更严重的会引发电气火灾；另外，接地故障会使电气装置的外壳带电，从而危及到碰触者的生命安全。因此，采取正确有效的接地故障防护措施，在其产生危害前切断电源显得尤为重要。

???????1低压配电系统的接地形式

???????低压配电系统的接地形式可分为TN、TT、IT三种系统，其中TN系统又可分为TN-S、TN-C-S、TN-C三种形式。目前，我国民用建筑低压配电系统的接地形式广泛采用TN系统，当变电所设于建筑物内时一般采用TN-S系统，反之则采用TN-C-S系统；TN-C系统因为不能装设剩余电流动作保护器而很少采用。

???????接地故障的防护措施主要有两种：1、自动切断电源2、保护等电位联结。在低压配电系统中，相对于其它接地故障，单相接地故障最为常见，本文将以民用建筑中TN-S系统的单相接地故障来对这两种防护措施进行分析与探讨。

???????2断路器作为接地故障保护自动切断电源

???????过负荷保护电器有熔断器和断路器，本文仅以断路器作为探讨对象，分析其在作为过电流保护电器兼做接地故障保护时的选用条件。

???????根据《低规》第5.2.8条，TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性，应符合下式要求：

???????Zs*Ia≤U0?????????????????????????????????????????????????(1)

???????式中Zs----接地故障回路的阻抗(Ω)，包括电源(变压器或发电机)、相导体、PEN或PE导体的阻抗；

???????U0----为相导体对地标称电压(V)，取220V；

???????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(A)。对于配电线路，切断时间为不大于5s。

???????《低规》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源不应小于断路器瞬时或短延时过电源脱扣器整定电流的1.3倍。”即当TN-S系统内发生的接地故障电流满足断路器瞬时或短延时过电源脱扣器整定电流的1.3倍时，可利用断路器作为过电流保护电器兼做故障保护。即

???????Id≥1.3Iset3????????????????????????????????????????????????(2)

???????式中：Iset3----瞬时过电流脱扣器的整定电流，A；

???????Id----接地故障电流，A。

???????根据GB14048.2-2008/IEC60947-2:2006《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》第7.2.1.2.4条：

???????“用过电流脱扣器断开

???????a)短路情况下断开

???????对于短路电流脱扣器所有电流整定值，短路脱扣器应使断路器脱扣，且具有电流整定值的脱扣电流值的±20%准确度。

???????……”

???????由此可见，断路器短路电流脱扣器整定值允许有±20%的误差，在进行低压配电系统单相接地故障防护设计时，应考虑这部分的误差。

???????根据GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》第2.3.5条第3款：“瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机起动电流周期分量最大有效值的2倍~2.5倍。”瞬时过电流脱扣器的整定电流，需要躲过配电线路的尖峰电流，即

???????Iset3≥kset3[IstM1+IC(n-1)]??????????????????????????????????????(3)

???????式中：Kset3----低压断路器瞬时过电流脱扣器的可靠系数，考虑电动机启动电流误差和断路器瞬动电流误差，可取1.2；

???????Ist----线路中最大一台电动机的全启动电流，A，它包括周期分量和非周期分量，对于笼型电机，可取其启动电流Ist的2~2.5倍，本文取2.2；