低压配电系统保护方式选择探讨

低压配电系统保护方式选择探讨

发表时间：2017-01-13T16:30:57.630Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：牛学洲王力张逢雪

[导读] 主要对低压配电系统TN、TT、IT等接线方式进行简介，分析论述了配电系统各种接线方式的优缺点。

(1.国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 274000)

摘要：主要对低压配电系统TN、TT、IT等接线方式进行简介，分析论述了配电系统各种接线方式的优缺点，结合生产实际经验，对低压配电系统的过载、短路故障及不同接线方式下的接地故障的保护方式选择进行分析，对低压系统保护方式选择提出建议。

关键字：TN；TT；IT；接地；过载；短路。

0.前言

目前我国低压系统普遍采用220/380V电压等级，针对不同接线系统选择相应的保护方式非常重要，若保护方式、定值选择不当，或因间接接触造成电击，因过热而引起火灾，因故障导致上级保护电器非正常跳闸，从而扩大停电范围造成不必要的损失。配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护，作用于切断供电电源和接地故障保护。本文就低压系统保护方式的选择进行比较探讨，对公用电网低压系统保护方式选择提出建议。

1. 低压系统接线方式

根据IEC（国际电工委员会）规定，低压系统按照中性点接地方式和电气装置保护接线组合情况，可以划分为TN、IT、TT系统，其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。

1.1 TN系统

系统有一点直接接地，装置的外漏导电部分用保护线与该点连接。TN-S系统的中性线（N）与保护线（PE）是完全分开【1】的。TN-C中性线（N）与保护线（PE）是合一的，称为PEN线，兼有保护和接地的功能。TN-C-S系统中性线（N）与保护线（PE）线一部分是合一的。

TN-C系统最大的优点是易于实现，节省了一根导线，且保护电器节省了一极，初期投资费用低；发生接地故障时，故障电流通过PEN 线传导，接地电流大，可采用过流保护瞬时切断电源，保证人身安全。PEN线断线或相线对地短路时，会呈现相当高的对地故障电压，可能扩大事故范围。

TN-S系统优点是即使中性线有不平衡电流，专用保护线不会有电流流过，电气装置外壳没有电压降，适用于数据处理和精密电子设备，也可用于爆炸环境。缺点是增加了一根导线，初期投资高，相线对地短路时，会呈现相当高的对地故障电压。

TN-C-S系统连通前线路越长，电气设备外壳有电压降越大，所有要求负载不平衡电流不能过大，在PE线上应作重复接地，而PE线和PEN线严禁穿越漏电保护装置的电流互感器【6】，只能在TN-C-S系统线路末端装设漏电保护器，且保护线PE不经过漏电保护器。

1.2 IT系统

IT系统的带电部分与大地间不直接连接（经阻抗接地或不接地），而电气装置的外漏导电部分则是接地的【1】。

电源中性点不接地，相线对接地装置基本没有电压。电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时，单相对地漏电流较小，不会破坏电压平衡，供电距离不长时，一定条件下比电源中性点接地系统供电可靠。

1.3 TT系统

TT系统有一个直接接地点，电气装置的外漏导电部分接至电气上与低压系统的接地点无关的接地装置。TT系统主要用于未装备配电变压器，直接从外面引进低压电源的低压用户【4】。

优点是能大幅度降低漏电设备外壳对地电压，但一般不能将其降低至安全范围以内。因此，采用TT系统时，应装设能在规定的故障持续时间内切断电源的自动化安全装置。

2. 低压系统过载保护、短路故障保护

2.1 低压系统过载保护

过负载保护电器宜采用反时限特性的保护电器，即电流越大，动作持续时间越短，动作特性应同时满足下列条件：

【6】

注：IB，线路计算负载电流；In，熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流；Iz，熔导体允许持续载流量，A；I2，保证保护电器可靠动作的电流。对于突然断电比过负载造成的损失更大的线路，其过负载保护应动作于信号而不应切断线路。

低压系统中用于过载保护的电器主要有断路器、熔断器两种，断路器优点是具备分合功能，新一代断路器具备选择性保护、遥控、自动转换和剩余电流保护等功能，适应了智能电网发展需要。缺点是价格高，后期有一定维护工作量。熔断器主要优点是分断能力强、安全性好、维护性好和价格便宜等优点，缺点主要是不能合闸、遥控、自动转换和配备剩余电流保护等，需要配合隔离开关（电动式）才能实现遥控和自动转换功能。在生产实际选择中，要根据实际需要来确定，在低压配电盘馈线线路计算电流较小时，或配电线路中间级，建议采用相应型号的熔断器来实现保护。

2.2 短路故障保护

配电线路的短路保护应在短路电流对导体和连接件产生的热作用和机械作用造成危害之前切断断路电流。绝缘导体的热稳定校验符合下式：

注：S,绝缘导体的线芯截面，mm2；I，短路电流有效值；t,在已达到允许最高持续温度的导体内短路电流的持续时间，s;K，不同绝缘的计算系数。短路持续时间小于0.1s时，应计入短路电流非周期分量的影响，大于5s时，应计入散热的影响。

3. 低压系统接地故障保护

接地故障保护的设置应设置能将防止人身间接触电以及电气火灾、线路损坏等事故【6】。根据国际电工委员会标准规定人体受电击时安全电压限值为50V，正常环境下当接触电压不超过50V时，人体可接触此电压而不受伤害。但为消除火灾危险，IEC364—41标准规定切断接地故障电路的最大时间值规定为5s。

3.1 TN系统接地故障保护

TN系统接地故障保护动作特性应满足如下条件：

【6】

注：Zs，接地故障回路的阻抗，A；Ia，保证保护电器在规定的时间内切断故障回路的电流,A；U0，相线对地标称电压，V。

接地故障保护因电器参数、施工质量、维护管理水平等因素影响,再者接地故障均为非故意接地，接地电阻Zs往往很大，若Ia设置过大，往往造成保护不动作。另外，城市配网低压系统分布广泛，系统中存在大量的人为接地和故障接地，大地成为共用的“导体”，只要有电位差，就会有电流，导致接地故障保护电器频动、误动情况。因此，单一的切断接地故障保护措施不完全可靠。且保护电器尚不能防止由建筑物外进入的故障电压的危害，为降低人体受到电击时的接触电压，提高电气安全水平,IEC标准和一些技术先进的国家都规定在采用接地保护措施时，同时对建筑物内的PE、PEN线、电气装置接地极的接地干线等采取总等电位联结措施。当过电流保护、零序电流保护能满足条件时，可以采用过流保护、零序电流保护兼做接地故障保护，若不能满足条件，TN-S系统可以采用剩余电流动作保护器保护，因PEN 线重复接地容易引起剩余电流动作保护器合不上或误动作，TN-C系统中总电源侧不得采用【3】。

3.2 TT系统接地故障保护

TT系统接地故障保护动作特性应满足如下条件：

过电流保护器来实现接地故障保护，只适用于故障回路电阻非常低的TT系统。

3.3 IT系统接地故障保护

IT系统中发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出音响或灯光信号，其动作电流满足：

图3-2 采用共同的接地极

Fig3-2 Using common grounding