臨電系統(tǒng)三級配電二級漏電保護設(shè)計

1 對臨電規(guī)范要求的三級配電、二級漏電保護的理解

　　1.1 臨電規(guī)范規(guī)定的三級配電與二級漏電保護

　　臨電規(guī)范規(guī)定配電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置配電柜或總配電箱、分配電箱、開關(guān)箱，實行三級配電。就是配電柜或總配電箱為第一級配電，分配電箱為第二級配電，開關(guān)箱為特殊的第三級配電。臨電規(guī)范規(guī)定的臨電系統(tǒng)短路及過載保護有五級，分別是總配電箱內(nèi)總回路和分回路二級、分配電箱內(nèi)進線回路和出線回路二級、開關(guān)箱內(nèi)一級。保護電器在一般是采用低壓熔斷器和低壓斷路器兩類。漏電保護有二級，分別是總配電箱內(nèi)總回路或分回路一級、開關(guān)箱內(nèi)一級，保護電器一般是帶漏電保護的斷路器。

　　從上述可知，臨電規(guī)范規(guī)定的臨電系統(tǒng)有三級配電、五級短路及過載保護、二級漏電保護，通稱為三級配電二級漏電保護。三級配電包括了五級短路及過載保護。

　　1.2 臨電規(guī)范采用三級配電二級漏電保護的原因

　?。?）配電級數(shù)需要與用電規(guī)模、用電特點相適應(yīng)，三級配電是臨電系統(tǒng)較為合適的配電模式。

　　工業(yè)配電系統(tǒng)一般采用配電室一級配電，民用建筑則一般采取三級配電，規(guī)模特別大的也有四級。

　　工業(yè)配電系統(tǒng)負荷較多、功率較大，區(qū)域集中，變配電所能深入負荷中心，在配電室內(nèi)有匯流母線為各個配電柜配電，相當(dāng)于分成了一個個獨立的總配電箱，對于這些負荷采用一級配電就可以了，而對于遠離配電室的多個集中負荷，需要采用至少兩級配電。民用建筑中負荷較多、功率較小，區(qū)域分散，變配電所雖然也能深入負荷中心，但因負荷相對分散，只能是以小區(qū)、住宅樓和樓層、住戶分層配電。

　　對于施工現(xiàn)場來說，負荷較多、容量有時相差較大、供電區(qū)域也相對分散，至少也要采用兩級配電方式，而開關(guān)箱這一級，由于臨電規(guī)范規(guī)定臨電系統(tǒng)末端采用一機一箱供電方式，這一級實際上實現(xiàn)的不是對電能進行再分配，而是臨電規(guī)范為了確保末端設(shè)備的安全采取的一種特殊安全保護措施，臨電規(guī)范規(guī)定開關(guān)箱距末級用電設(shè)備不大于3m，就是對于用電安全的一種強制性措施。由于施工現(xiàn)場用電人員與末級設(shè)備接觸頻繁，用電設(shè)備的特殊環(huán)境和用電狀況的惡劣，使得末級保護在確保安全用電的位置上十分重要的必要的，是必須配置的一級保護。

　?。?）臨電規(guī)范要求總配電箱應(yīng)設(shè)在靠近電源的區(qū)域，分配電箱應(yīng)設(shè)在用電設(shè)備或負荷相對集中的區(qū)域，這樣至少也需要包括開關(guān)箱在內(nèi)的三級配電才能滿足要求。

　?。?）一般配電規(guī)范和設(shè)計都沒有對配電級數(shù)作強制性規(guī)定，而臨電規(guī)范2005 對臨電系統(tǒng)強制采用三級配電，主要是針對施工現(xiàn)場的特殊性、用電安全的重要性，從技術(shù)上對臨電設(shè)計作了強制性的規(guī)定。只有從技術(shù)、設(shè)計、方案實施上確保臨電的安全，才能從根本上通過臨電管理等手段實現(xiàn)施工現(xiàn)場的用電安全。

　?。?）臨電規(guī)范對三級配電做了詳細的規(guī)定，設(shè)置了五級短路和過載保護，主要原因有：

　?、偈┕がF(xiàn)場臨時用電系統(tǒng)作為一個獨立的供配電系統(tǒng)，具有相當(dāng)?shù)奶厥庑?，總配電箱?nèi)必須安裝進線總斷路器。

　?、谟捎谑┕がF(xiàn)場的特殊性，臨電規(guī)范要求架空線路、室內(nèi)線路、電纜線路必須有短路保護和過載保護，總配電箱和分配電箱的出線側(cè)需要各安裝一級短路和過載保護。

　　③由于分配電箱回路可能采用樹干式供電，總配電箱內(nèi)的分路斷路器或熔斷器不能為分配電箱每個出線回路提供可靠的短路和過載保護，從安全角度考慮，分配電箱進線處也需要安裝一級短路和過載保護，為分配電箱每個出線回路提供后備保護。

　?、荛_關(guān)箱內(nèi)的這一級短路和過載保護是末端設(shè)備和線路的主保護，是比一般供電系統(tǒng)多增加的一級特殊保護措施，是也是臨電規(guī)范提高施工現(xiàn)場用電安全等級的一個安全措施。

　?、輰τ谂R電的三級配電，五級短路和過載保護可以形成較為完整的保護系統(tǒng)，從末級短路和過載保護保護開始，上一級保護可以做為下一級的后備保護，對提高臨電系統(tǒng)短路和過載保護的可靠性十分必要。

　?。?）臨電規(guī)范規(guī)定施工現(xiàn)場必須采用TN-S 系統(tǒng)，漏電保護是與TN-S 系統(tǒng)匹配的保護模式，是臨電系統(tǒng)必不可少的接地保護系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場用電安全至關(guān)重要。

　　在工業(yè)項目上短路的過載保護雖可以兼作回路的接地保護，但在臨電系統(tǒng)中過載保護提供的接地保護不能滿足施工現(xiàn)場用電的要求，漏電保護系統(tǒng)是比過載保護、零序保護靈敏度都高的多的接地保護系統(tǒng)，對施工人員的用電安全能提供可靠的保護，而兩級漏電保護能提供更為可靠、有效的漏電保護。

　?。?）臨電設(shè)計人員是一般是電氣專業(yè)工程師及其專業(yè)水平不高的人員，有很多電氣工程師沒有經(jīng)過專門電氣設(shè)計培訓(xùn)，他們一般接觸最多的是施工規(guī)范，對設(shè)計規(guī)范并不熟悉，需要在規(guī)范中確定臨電的供電模式和相應(yīng)細節(jié)，臨電規(guī)范的提供的確定性供電模式確實為臨電設(shè)計提供了方便，使電氣專業(yè)水平不高的人員也能設(shè)計出符合規(guī)定的臨電方案。

　?。?）施工現(xiàn)場所具有的特殊性，用電和管理人員專業(yè)性不強或是非專業(yè)人員，甚至部分人員根本就沒有相應(yīng)的用電知識。施工現(xiàn)場情況千差萬別，為了提高臨電系統(tǒng)的安全及管理水平，臨電規(guī)范的各項規(guī)定就比較嚴格，強制部分相對多，更多的是從安全的角度進行規(guī)定，就高不就低。這樣臨電規(guī)范在對具體內(nèi)容作了嚴格規(guī)定的同時，也使臨電設(shè)計和實施少了些靈活性。

　　2 二級漏電保護設(shè)計存在的問題

　　2.1 臨電規(guī)范強制性規(guī)定

　　臨電系統(tǒng)規(guī)定必須采用二級漏電保護系統(tǒng)，但對二級漏電保護對應(yīng)的臨電規(guī)模沒有做詳細的規(guī)定，也就是說不論臨電規(guī)模多大，都可能采用的是二級漏電保護系統(tǒng)，如果設(shè)計過程中不考慮實際項目的臨電規(guī)模，盲目按臨電規(guī)范規(guī)定的二級漏電保護模式進行設(shè)計，常常導(dǎo)致漏電保護方案與實際的臨電規(guī)模不匹配設(shè)計的臨電系統(tǒng)總漏電保護器保護范圍明顯過大，就是因為忽略了不同的規(guī)模應(yīng)有不同的分級保護的原理，不論臨電規(guī)模有多大，都簡單照搬臨電規(guī)范的二級漏電保護系統(tǒng)，導(dǎo)致總漏電保護器動作后影響范圍大，施工現(xiàn)場的特殊性又造成總漏電保護器頻繁跳閘，這兩種情況極大地影響了施工現(xiàn)場的正常施工和用電安全。

　　2.2 設(shè)計過程中沒有考慮施工現(xiàn)場的特殊性

　　施工現(xiàn)場環(huán)境較差，施工設(shè)備具有相當(dāng)大的周轉(zhuǎn)性、移動性和共用性，配電設(shè)備、配電線路、用電設(shè)備等易受不良環(huán)境的侵害，施工用電人員素質(zhì)較低，管理上常常不到位，末級漏電保護器不能可靠動作或不起作用。這些特殊性造成了線路和設(shè)備漏電機率較高，而末級漏電保護的動作率卻不高或就沒有末級漏電保護器，這就造成了總漏電保護器的動作機率大增，頻繁的跳閘嚴重影響了正常施工，用電安全狀況不容樂觀。

　　2.3 在設(shè)計方案中不重視形成分級、有效、可靠的漏電保護系統(tǒng)

　　我們知道開關(guān)箱內(nèi)的漏電保護器額定漏電動作電流是15~30mA，而較為中型或大型的臨電系統(tǒng)總漏電保護器額定漏電動作電流是300~500mA，而且還有0.3～0.5s 的時延，總配電箱分路的漏電保護器額定漏電動作電流是200mA 左右，首末兩端漏電保護器額定漏電動作電流相差較大，在臨電系統(tǒng)大多數(shù)設(shè)備運行時，由于通電線路和設(shè)備較多，系統(tǒng)漏電流也較大，首末兩端漏電保護器額定漏電動作電流實際相差不大，總漏電保護能為末級漏電保護提供較為可靠的后備保護，但在用電設(shè)備數(shù)量較少時，首末兩端漏電保護器額定漏電動作電流實際相差會較大，遠遠超出了15~30mA 的漏電電流，如果總漏電保護器不能提供可靠的漏電后備保護，無疑對施工現(xiàn)場用電人員是較為嚴重的安全隱患。

　　3 三級配電設(shè)計存在的問題

　　3.1 相對于二級漏電保護，短路和過載保護在臨電設(shè)計和方案實施中不受重視

　　由于漏電保護器接地保護的靈敏度大大高于過載保護兼接地保護的靈敏度，在臨電系統(tǒng)運行過程中，發(fā)生的主要是漏電故障，一旦發(fā)生漏電故障，漏電保護器首先動作，而短路和過載保護基本上不動作，給人的感覺是短路和過載保護是一個擺設(shè)，只要有了漏電保護，短路和過載保護就可有可無了。

　　這樣在臨電設(shè)計和方案實施中對短路和過載保護很不重視。

　　在實際的臨電設(shè)置中，短路和過載保護常常不按臨電設(shè)計方案配置，而是沿用上一次臨電設(shè)計配置的短路和過載保護，常常造成容量較大的斷路器控制較小容量的用電設(shè)備，實際上存在較大的故障隱患。

　　在臨電系統(tǒng)中只重視漏電保護是人們的一個誤區(qū)，漏電保護只能解決部分接地故障和短路并發(fā)接地的故障問題，而過載保護、不并發(fā)接地故障的相間或相對零故障則不能得到保護，更重要的是漏電保護器并不是完全可靠的，它可能會因各種各樣的原因拒動，短路和過載保護實際上也是漏電保護的后備保護。二級漏電保護器失效的可能性較小，但一級漏電保護器可能拒動的概率就相對大一些，實際上臨電系統(tǒng)開關(guān)箱以上的很大的范圍內(nèi)只有一級漏電保護，有一部分開關(guān)箱后的設(shè)備和線路是沒有末級漏電保護的，這些設(shè)備也只有一級漏電保護。

　　如果不重視臨電系統(tǒng)的短路和過載保護，臨電系統(tǒng)就會存在較大的故障隱患，如果發(fā)生短路故障而不能及時切斷故障，不僅損毀設(shè)備，而且對人也是有較大傷害的。

　　3.2 臨電方案中不注重短路電流、選擇性等計算

　　臨電方案在選用低壓斷路器、熔斷器時存在不少問題，其中突出的問題是沒有進行短路電流計算。

　　配電線路短路保護電器的分斷能力應(yīng)大于安裝處的預(yù)期短路電流。選擇斷路器應(yīng)先計算其出口端的短路電流，但一般的臨電方案都沒有進行短路電流計算，再加上負荷變動較大，所選的短路器的極限短路分斷能力可能不夠，不能安全的切斷短路故障電流，是安全的隱患。

　　短路和過載保護的短路電流、分級選擇性計算對于施工單位的工程師來說是比較難的，只是選擇性計算就包括選擇型斷路器和選擇型斷路器的級間配合、選擇型斷路器和非選擇型斷路器的級間配合、非選擇型斷路器與熔斷器的級間配合、熔斷器和熔斷器的級間配合、熔斷器和非選擇型斷路器的級間配合等，當(dāng)然這一過程可以用軟件實現(xiàn)，但至少目前得到普及的較少。目前的大多數(shù)臨電方案還是比較簡單的，相關(guān)的計算很少涉及。漏電保護變成了臨電系統(tǒng)的主保護，短路和過載保護則不受重視，實際上臨電系統(tǒng)沒有實現(xiàn)短路和過載保護的安全設(shè)計、配置和分級保護。

　　3.3 總配電箱設(shè)置在靠近電源的區(qū)域的方案不一定是最優(yōu)方案

　　臨電規(guī)范規(guī)定總配電箱應(yīng)設(shè)在靠近電源的區(qū)域，有兩個目的：對進入施工現(xiàn)場的臨電電源線路提供短路、過載、漏電保護；按規(guī)范要求形成必須采用的TN-S 系統(tǒng)，確?？偱潆娤銹E 線、N 線分開處的地電位。

　　在實際臨電配置中我們認為：不論是施工現(xiàn)場設(shè)置變壓器，還是從其他電源引入，總配電箱和變壓器都應(yīng)靠近用電設(shè)備或負荷相對集中的區(qū)域更為合理一些。

　　電源靠近負荷中心設(shè)置，這種方案無疑是較經(jīng)濟的，特別是電源中心和負荷中心相對較遠的情況下，再加上臨電設(shè)備的需用系數(shù)和同時系數(shù)較小，采用這種方案的投入會相對較小。

　　在技術(shù)上和方案實施上能確?？偱潆娤湓O(shè)置在靠近電源的區(qū)域的臨電系統(tǒng)安全。

　　總配電箱處PEN 線電位升高有兩種：一種是外部引入，另一種是臨電系統(tǒng)自身引起。外部引入的PEN 線電位升高原因：高壓側(cè)接地故障電流流經(jīng)變壓器側(cè)接地極部分引起，一般這種引入一般只是瞬時存在，時間在5s 左右；臨電系統(tǒng)以外的同一低壓TN 或TT 系統(tǒng)內(nèi)的接地故障，這種故障持續(xù)時間可能較長，主要取決于回路的接地保護動作時間。對這種外部引入的PEN 線電位升高的情況，通過總配電箱處的重復(fù)接地措施就可以降低至安全電位，比PEN 線直接接入變壓器接地極時情況好的多。