TN低壓配電系統單相接地故障的保護

趙柯宇

摘 要：介紹TN系統單相接地短路故障的保護；推導出了采用過流保護兼作接地故障保護時最大電纜允許長度的計算公式；新公式易于用電算工具進行批量計算，且計算結果對工程設計更具指導意義；同時對電纜長度過長導致保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

關鍵詞：低壓配電系統 單相接地故障 短路電流

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0060-03

Abstract：Introduce the protection of single-phase to earth fault in TN low voltage distribution system；Deducing the computing formula to maximum length of electric cable with overcurrent protection doubles as earth fault protection.The new formula can be batch computing easily，and the results have more guiding significance to engineering design；Meanwhile some strategies have be presented to respond the unreliable moving of protective devices with overlength cable.

Key words：low voltage distribution system single-phase to earth fault short-circuit current

在TN接線的低壓配電系統中，單相接地為此系統短路電流最小的故障方式。當TN系統發生單相接地故障時，確保保護電器能可靠動作是低壓配電系統電氣設計中的重要內容。但由于TN系統單相接地故障電流計算復雜，計算結果通用性不強，導致實際電氣設計中設計人員未對單相接地故障發生時保護電器動作的可靠性進行校核。針對此種情況，本文對保護計算的目標值進行了調整，并推導出配套的算式算法，使計算結果更具有通用性，同時針對采用短路保護兼作接地故障保護時保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

1 單相接地故障保護按（7）式計算的供電線路最大允許長度雖然涉及到的參數較多，但算式本身計算關系較為簡潔明晰，借助于execle等工具能很容易對適用于特定工程的各個等級的斷路器出線回路最大允許長度進行批量計算。

表1中給出了高壓側短路容量為100 MVA，變壓器低壓側相電壓為220 V，母線規格按圖集03D201-4，P229頁取值，母線長度取為20 m，各規格變壓器（變壓器參數按S11系列全密封電力變壓器技術參數取值）采用Dyn11接線，配不同大小出線回路時各出線斷路器所接電纜的最大允許長度。

對于多級配電供電電纜的最大允許長度計算，可以將已確定的前幾級配電電纜阻抗值計入中，再按式（7）核算當前電纜出線中所允許的最大電纜長度。或按各級配電的電纜回路按比例進行折算。以500 kVA變壓器下二級配電線路，一級配電為額定電流100 A出線，二級配電為額定電流為25 A出線，上級系統短路容量與變壓器接法、母線規格、斷路器瞬動值、配線電纜規格取值均與表1相同為例，若一級額定電流100 A的配電線路長40 m，查表1占其最大電纜允許長度的40%，則二級配電線路額定電流25 A的出線，其電纜允許長度為表1所列最大允許長度78 m的60%，即二級配電電纜允許長度為46.8 m，多級配電情況依次類推。

4 采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護不能滿足要求時的應對策略

提高TN系統接地故障保護動作的靈敏性，配電手冊中對此亦進行了分析，可以從以下2個方向考慮：

（1）提高接地故障電流值：①盡可能選用Dyn11接線組別變壓器取代Yyn0接線組別的變壓器（因Dyn11接線比Yyn0接線零序阻抗要小得多）；②加大相導體或保護導體的截面；③改變線路結構，如采用封閉型母線、架空線路改電纜以降低供電線路的電抗值。

（2）降低保護電器的動作電流值：①采用熔斷器或帶有短延時的斷路器；②采用帶零序電流保護的斷路器（不適用與諧波電流較大的配電線路）；③采用帶剩余電流保護的斷路器（不適用于TN-C系統）；④對于馬達回路可利用其單相接地保護功能或漏電保護功能通過斷路器分勵脫扣聯跳斷路器。

5 結語

TN低壓配電系統中單相接地故障是短路電流最小的一種故障方式。在發生此種故障時，保護電器動作的可靠性，對安全用電與預防電氣火災具有重要意義。但在以往的工程設計中，由于校驗保護電器單相接地故障動作靈敏度是采用特定線路末端單相接地短路電流值與保護電氣可靠動作電流比較進行校驗，而線路末端單相接地短路電流計算過程較復雜，計算結果只能針對特定線路，不具備通用性，導致在實際工程設計中，很多設計師沒有對此進行校驗，留下了安全隱患。通過本文所述的計算方法，借助execle等電算工具，可以很方便的一次性計算出針對特定項目、采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護的所有TN系統低壓出線電纜最大允許長度，同時給出了電纜長度超過最大允許長度時的應對策略，對工程設計具有很強的指導意義。

參考文獻

[1] GB50054-2011，低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2] GB16895.21-2011，建筑物電氣裝置第4-41部分：安全防護電擊防護[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：871.

[4] 胡國紅.低壓電網單相接地故障保護研究[J].能源與節能，2013（4）：113-115.endprint

摘 要：介紹TN系統單相接地短路故障的保護；推導出了采用過流保護兼作接地故障保護時最大電纜允許長度的計算公式；新公式易于用電算工具進行批量計算，且計算結果對工程設計更具指導意義；同時對電纜長度過長導致保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

關鍵詞：低壓配電系統 單相接地故障 短路電流

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0060-03

Abstract：Introduce the protection of single-phase to earth fault in TN low voltage distribution system；Deducing the computing formula to maximum length of electric cable with overcurrent protection doubles as earth fault protection.The new formula can be batch computing easily，and the results have more guiding significance to engineering design；Meanwhile some strategies have be presented to respond the unreliable moving of protective devices with overlength cable.

Key words：low voltage distribution system single-phase to earth fault short-circuit current

在TN接線的低壓配電系統中，單相接地為此系統短路電流最小的故障方式。當TN系統發生單相接地故障時，確保保護電器能可靠動作是低壓配電系統電氣設計中的重要內容。但由于TN系統單相接地故障電流計算復雜，計算結果通用性不強，導致實際電氣設計中設計人員未對單相接地故障發生時保護電器動作的可靠性進行校核。針對此種情況，本文對保護計算的目標值進行了調整，并推導出配套的算式算法，使計算結果更具有通用性，同時針對采用短路保護兼作接地故障保護時保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

1 單相接地故障保護按（7）式計算的供電線路最大允許長度雖然涉及到的參數較多，但算式本身計算關系較為簡潔明晰，借助于execle等工具能很容易對適用于特定工程的各個等級的斷路器出線回路最大允許長度進行批量計算。

表1中給出了高壓側短路容量為100 MVA，變壓器低壓側相電壓為220 V，母線規格按圖集03D201-4，P229頁取值，母線長度取為20 m，各規格變壓器（變壓器參數按S11系列全密封電力變壓器技術參數取值）采用Dyn11接線，配不同大小出線回路時各出線斷路器所接電纜的最大允許長度。

對于多級配電供電電纜的最大允許長度計算，可以將已確定的前幾級配電電纜阻抗值計入中，再按式（7）核算當前電纜出線中所允許的最大電纜長度。或按各級配電的電纜回路按比例進行折算。以500 kVA變壓器下二級配電線路，一級配電為額定電流100 A出線，二級配電為額定電流為25 A出線，上級系統短路容量與變壓器接法、母線規格、斷路器瞬動值、配線電纜規格取值均與表1相同為例，若一級額定電流100 A的配電線路長40 m，查表1占其最大電纜允許長度的40%，則二級配電線路額定電流25 A的出線，其電纜允許長度為表1所列最大允許長度78 m的60%，即二級配電電纜允許長度為46.8 m，多級配電情況依次類推。

4 采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護不能滿足要求時的應對策略

提高TN系統接地故障保護動作的靈敏性，配電手冊中對此亦進行了分析，可以從以下2個方向考慮：

（1）提高接地故障電流值：①盡可能選用Dyn11接線組別變壓器取代Yyn0接線組別的變壓器（因Dyn11接線比Yyn0接線零序阻抗要小得多）；②加大相導體或保護導體的截面；③改變線路結構，如采用封閉型母線、架空線路改電纜以降低供電線路的電抗值。

（2）降低保護電器的動作電流值：①采用熔斷器或帶有短延時的斷路器；②采用帶零序電流保護的斷路器（不適用與諧波電流較大的配電線路）；③采用帶剩余電流保護的斷路器（不適用于TN-C系統）；④對于馬達回路可利用其單相接地保護功能或漏電保護功能通過斷路器分勵脫扣聯跳斷路器。

5 結語

TN低壓配電系統中單相接地故障是短路電流最小的一種故障方式。在發生此種故障時，保護電器動作的可靠性，對安全用電與預防電氣火災具有重要意義。但在以往的工程設計中，由于校驗保護電器單相接地故障動作靈敏度是采用特定線路末端單相接地短路電流值與保護電氣可靠動作電流比較進行校驗，而線路末端單相接地短路電流計算過程較復雜，計算結果只能針對特定線路，不具備通用性，導致在實際工程設計中，很多設計師沒有對此進行校驗，留下了安全隱患。通過本文所述的計算方法，借助execle等電算工具，可以很方便的一次性計算出針對特定項目、采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護的所有TN系統低壓出線電纜最大允許長度，同時給出了電纜長度超過最大允許長度時的應對策略，對工程設計具有很強的指導意義。

參考文獻

[1] GB50054-2011，低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2] GB16895.21-2011，建筑物電氣裝置第4-41部分：安全防護電擊防護[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：871.

[4] 胡國紅.低壓電網單相接地故障保護研究[J].能源與節能，2013（4）：113-115.endprint

摘 要：介紹TN系統單相接地短路故障的保護；推導出了采用過流保護兼作接地故障保護時最大電纜允許長度的計算公式；新公式易于用電算工具進行批量計算，且計算結果對工程設計更具指導意義；同時對電纜長度過長導致保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

關鍵詞：低壓配電系統 單相接地故障 短路電流

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0060-03

Abstract：Introduce the protection of single-phase to earth fault in TN low voltage distribution system；Deducing the computing formula to maximum length of electric cable with overcurrent protection doubles as earth fault protection.The new formula can be batch computing easily，and the results have more guiding significance to engineering design；Meanwhile some strategies have be presented to respond the unreliable moving of protective devices with overlength cable.

Key words：low voltage distribution system single-phase to earth fault short-circuit current

在TN接線的低壓配電系統中，單相接地為此系統短路電流最小的故障方式。當TN系統發生單相接地故障時，確保保護電器能可靠動作是低壓配電系統電氣設計中的重要內容。但由于TN系統單相接地故障電流計算復雜，計算結果通用性不強，導致實際電氣設計中設計人員未對單相接地故障發生時保護電器動作的可靠性進行校核。針對此種情況，本文對保護計算的目標值進行了調整，并推導出配套的算式算法，使計算結果更具有通用性，同時針對采用短路保護兼作接地故障保護時保護電器不能可靠動作的情況進行了應對策略分析。

1 單相接地故障保護按（7）式計算的供電線路最大允許長度雖然涉及到的參數較多，但算式本身計算關系較為簡潔明晰，借助于execle等工具能很容易對適用于特定工程的各個等級的斷路器出線回路最大允許長度進行批量計算。

表1中給出了高壓側短路容量為100 MVA，變壓器低壓側相電壓為220 V，母線規格按圖集03D201-4，P229頁取值，母線長度取為20 m，各規格變壓器（變壓器參數按S11系列全密封電力變壓器技術參數取值）采用Dyn11接線，配不同大小出線回路時各出線斷路器所接電纜的最大允許長度。

對于多級配電供電電纜的最大允許長度計算，可以將已確定的前幾級配電電纜阻抗值計入中，再按式（7）核算當前電纜出線中所允許的最大電纜長度。或按各級配電的電纜回路按比例進行折算。以500 kVA變壓器下二級配電線路，一級配電為額定電流100 A出線，二級配電為額定電流為25 A出線，上級系統短路容量與變壓器接法、母線規格、斷路器瞬動值、配線電纜規格取值均與表1相同為例，若一級額定電流100 A的配電線路長40 m，查表1占其最大電纜允許長度的40%，則二級配電線路額定電流25 A的出線，其電纜允許長度為表1所列最大允許長度78 m的60%，即二級配電電纜允許長度為46.8 m，多級配電情況依次類推。

4 采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護不能滿足要求時的應對策略

提高TN系統接地故障保護動作的靈敏性，配電手冊中對此亦進行了分析，可以從以下2個方向考慮：

（1）提高接地故障電流值：①盡可能選用Dyn11接線組別變壓器取代Yyn0接線組別的變壓器（因Dyn11接線比Yyn0接線零序阻抗要小得多）；②加大相導體或保護導體的截面；③改變線路結構，如采用封閉型母線、架空線路改電纜以降低供電線路的電抗值。

（2）降低保護電器的動作電流值：①采用熔斷器或帶有短延時的斷路器；②采用帶零序電流保護的斷路器（不適用與諧波電流較大的配電線路）；③采用帶剩余電流保護的斷路器（不適用于TN-C系統）；④對于馬達回路可利用其單相接地保護功能或漏電保護功能通過斷路器分勵脫扣聯跳斷路器。

5 結語

TN低壓配電系統中單相接地故障是短路電流最小的一種故障方式。在發生此種故障時，保護電器動作的可靠性，對安全用電與預防電氣火災具有重要意義。但在以往的工程設計中，由于校驗保護電器單相接地故障動作靈敏度是采用特定線路末端單相接地短路電流值與保護電氣可靠動作電流比較進行校驗，而線路末端單相接地短路電流計算過程較復雜，計算結果只能針對特定線路，不具備通用性，導致在實際工程設計中，很多設計師沒有對此進行校驗，留下了安全隱患。通過本文所述的計算方法，借助execle等電算工具，可以很方便的一次性計算出針對特定項目、采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護的所有TN系統低壓出線電纜最大允許長度，同時給出了電纜長度超過最大允許長度時的應對策略，對工程設計具有很強的指導意義。

參考文獻

[1] GB50054-2011，低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2] GB16895.21-2011，建筑物電氣裝置第4-41部分：安全防護電擊防護[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：871.

[4] 胡國紅.低壓電網單相接地故障保護研究[J].能源與節能，2013（4）：113-115.endprint