kxf1155低压电气成套装置中保护电路电阻值的确定

低压电气成套装置中保护电路电阻值的确定摘要：低压电气成套装置中保护电路是防止人体与裸露导电部件产生危险接触的一种防护措施。本文从理论计算人手，结合实际应用，阐述了其电阻值的合理选用以及在结构上如何达到电阻值要求的有效途径。关键词：对间接触电的防护；保护电路；电阻值一、引言低压配电装置保护电路电阻(下称pR)就是装置裸导电部件与其保护线PE接线端子之间的电阻。其阻值要求是我国80年代在电气成套控制设备技术标准中提出的问题。在80年代之前，我国低压配电装置基本上为焊接结构，装置裸导电部件与其PE接线端子之间仅存在由材质物理特性决定的电阻，其值不过数。因此，以前在接地的相零阻抗计算中没有考虑pR值。到80年代，我国电气成套控制设备技术标准开始采用IEC标准，低压配电装置为装配式结构，装置裸导电部件之间采用空心铆钉或螺钉连接，此时的保护电路除了上述由材质决定的电阻之外，还有裸导电部件之间的接触电阻，其值远远大于前者，此二阻值之和就是pR。在计算接地故障的相零阻抗时不可忽视该pR值。关于pR的阻值，在《JK型交流低压控制设备》(ZB-K6-004-89)中要求主电路额定电流In≤630A时，pR≤0.1；In≤1000A，pR≤0.01；在IEC标准《低压成套设备和控制设备》(IEC439-1-1999)中要求进线保护导体的接线端子和成套设备相应的裸导电部件之间的电阻pR≤0.1。；还有施耐德电气公司的PRISMA低压配电柜的技术标准也要求pR≤0.1；我国正在修订的相关标准有主张pR≤0.1。的，也有主张pR≤0.01。的，在装配工艺要求方面，前者不严，后者稍严，但能够做到。上述之所以对pR的取值进行规定，是因为pR的两种阻值对系统接地故障保护方式有影响。二、保护电路电阻值确定的依据为了确保单相对地短路时，保护电器脱扣器可靠动作，原专业标准ZBK36001一89《低压抽出式成套开关设备》中规定，保护电路电阻值应在10一2以下；现行国家标准中仅提出保护电路接地电阻应足够低。如何理解执行“足够低”各国尚有不同意见，如北美洲国家采用5×310，许多国家倾向于l×110，我国许多企业仍沿用l×210。显而易见，确定的基本原则应是：故障回路阻抗值R簇系统对地标称电压V/5s内能切断的动作电流I，下面分两种情况进行分析：(l)短路保护装置为具有三段保护(L、S、I)的自动空气开关。DW15一3000额定电流为3000A，瞬时脱扣器动作电流为额定电流的7一8倍，取3000×7=21000(A)，则保护电阻值R≤230V/l500A=1.1×210。设短路保护装置为具有四段保护(L、S、I、G)自动空气开关。DW45一3000额定电流为3000A单相接地故障动作电流为额定电流的0.2~0.8倍，取3000×0.5=1500(A)，则保护电路电阻值R≤230V/1500A=l.5×110。从计算结果可以看出，当短路保护电器自动空气开关带瞬时脱扣器时保护电路电阻值不大于1×210；带接地保护功能时电阻值不大于l×110，均可满足保护动作的要求。三、pR与TN系统接地故障保护当接地故障发生在低压配电装置内部时，pR被串联在TN系统接地故障回路中，导致接地故障回路阻抗增大，单相接地短路电流减小，短路保护电器动作可靠性下降等，这些不利因素将对TN系统单相接地故障保护提出相应的特殊要求。（一）接地故障电路以TN-C-S系统接地故障为例，如图1所示，图1(a)中T为电力变压器，IQF~3QF分别为电力变压器的低压侧总断路器、低压一级配电出线断路器和用户配电箱AP总断路器。AP的K点为单相接地短路点，即3QF电源侧相线L在K点与装置裸导电件接触。X为AP的接地端子，K点到X端子之间的电阻即为装置保护电路电阻pR。图1(b)中TZ、LZ和PENZ，分别为电力变压器T、相线L和保护中性线PEN的阻抗，其阻抗最大值约100m左右；TR为电力变压器中性点接地装置接地电阻，根据《机械工厂电力设计规范》(JBJ6-96)规定：当变电所高低压联合接地时，TR≤1，当高低压分别接地时，TR≤4；AR为用户配电箱AP处PEN线重复接地装置接地电阻，AR≤10。图1中忽略了AP的X端子至接地装置之间连线的阻抗和断路器1QF~2QF的阻抗。(a)接地短路电路（b）等效阻抗电路（c）简单等效阻抗电路图1TN-C-S系统接地故障从图1(b)中可知，因TR+AR，的电阻值可达11~14，远远大于PENZ，所以TR+AR与PENZ并联之后的阻抗近似于PENZ。因而TR+AR忽略不计，这样对TN系统单相接地短路电流dI的计算误差≤0.5%，故将图1(b)简化为图1(c)。（二）单相接地短路保护电器动作可靠性判断利用图1(C)简化等效阻抗电路计算出相零回路阻抗和短路电流，再判断凡对TN系统单相接地短路电流和短路保护电器动作可靠性的影响。1、当短路保护电器为低压断路器时，根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16一92)要求，其动作灵敏系数用式(l)验算：dI/nnKI≥LZK(1)式中：dI——TN系统单相接地短路电流(A)；nK——低压断路器瞬时脱扣器整定倍数，对于TM30和HSMI等系列配电型断路器的nK=10；nI——低压断路器瞬时脱扣器额定电流(A)；LZK———低压断路器动作灵敏系数，一般取LZK=1.5，LZK值考虑了断路器瞬时脱扣器动作值的误差(士30%)、电源相线对地电压值的波动和阻抗计算误差等因素的影响。如果以断路器的热脱扣器在小于5s时间内切断接地故障，可在动作特性曲线图中用5s直线与其动作特性曲线交叉点对应于nI的倍数nRK作为整定倍数。对于HSM1，运行(热)状态的nRK；=6，冷态nRK=10；必对于TM30，In二16A~30A时，nRK=6，nI=40A~400A时，nRK=10。可见热脱扣器的动作倍数nRK与nK较接近，故不再按小于5s动作时间验算了。2、当短路保护电器为熔断路，其切断故障时间≤5s时，根据((低压配电设计规范》(GB50054一95)要求，单相接地短路电流dI与熔体额定电流nI的比值不应小于表1中所列的最小比值。表1切断接地故障回路时间小于或等于5s的dI/nI最小比值四、保护电路电阻值的实现新的国家标准中为了保证接地回路电阻值满足上述“足够低“的要求，同时在装置单相对地短路时能承受额定短路电流的电动冲击力和热应力对保护导体截面积作出的规定如下图粗实线所示，与旧标准GB7251.1一1987(虚线所示)比较，既节约了有色金属，又与上述分析的结果相吻合。除了设置符合上图所示截面积的保护导体外，电气成套装置中裸露导电结构部件与保护导体之间有效的电气连接也是非常重要的，工程上通常采用如下几种方式来实现：(l)柜体内的安装梁、安装板、立柱、横梁等结构件尽可能采用敷铝锌板或普通钢板制造经镀锌处理。(2)对于表面涂漆或喷塑结构件之间的连接，采用滚花接地螺栓或接地垫圈，以刺穿绝缘涂层，表2列出了三种连接方式的电阻实测值。(3)不能用固接器件连接到保护电路上的可接近导电部件，应用导线连接到成套设备的保护电路上，导线的截面积根据表3选择。表2三种连接方式电阻实测值注：表中数据用双臂电桥测试，结构件表面喷塑。表3导线截面积选择注：S为相线截面积综上所述，低压电气成套装置中保护电路电阻值的确定既要考虑到保护功能的可靠性，又要照顾结构工艺的可行性。笔者在制订企业标准时仍选用1×210作为保护电路电阻值的实际控制线，不仅能满足装设不同保护电器的保护电路功能要求的通用性，而且只要认真按照实现保护电路电阻值的几条措施去做，并且组成保护电路的结构件每个连接处至少设置二处导通点，达到此电阻值的要求是不难的。参考文献：[1]周鸿昌主编.工厂供电〔Ml、北京：中国建筑工业出版社，1995[2]GB7251.l一1997，低压成套开关设备和控制设备[S[3]刘光源.实用维修电工手册[M].上海：上海科学技术出版社，1993.[4]刘介才.工厂供电[M].机械工来出版社，2003.[5]王常余.电气安装质量160问[M].上海：上海科学技术出版社，2003.