淺談工廠低壓供配電設計中接地系統(tǒng)及接地故障保護

高業(yè)興

摘要：我國開展工業(yè)化生產的過程中，電廠應用電能的現(xiàn)象十分普遍，但是由于工程需涉及大量配電設備，電力能源自身表現(xiàn)出較強危險性，一旦失控必將影響電氣設備，使設備受到嚴重損害，威脅工廠正常運作，甚至增加安全事故發(fā)生概率，因此有必要整體研究供配電系統(tǒng)接地故障保護。本文基于設計低壓供配電，詳細研究接地系統(tǒng)及接地故障保護內容。

關鍵詞：工廠低壓配電設計；接地系統(tǒng)；接地故障保護

工廠在現(xiàn)代化運行過程中依靠電能實現(xiàn)供給，電能在為人們提供便利的過程中，也引發(fā)了很多安全問題。工廠擁有大量電氣設備，相應產生復雜的供給電力系統(tǒng)，錯綜復雜的電網，容易擴大影響范圍。基于客觀角度設計配電系統(tǒng)，一定程度上提升系統(tǒng)的安全水平，迫切要對這一設計給予高度關注。

一、低壓供配電接地系統(tǒng)概述

（一）TN系統(tǒng)

在合理配置中，應有對應接地系統(tǒng)。其中，TN系統(tǒng)表現(xiàn)出普遍適用性，并大規(guī)模運用在工廠運作中。系統(tǒng)運作的主要原理是中性點直接接地，也被稱作接零。

第一種是TN-C系統(tǒng)，通常電容量相對較小，適用于對配電設計要求相對不高的操作。其優(yōu)勢為極少使用導線與保護電器設備，相應節(jié)省了系統(tǒng)的投入成本。但是，由于線路存在難以平衡的電壓，當諧波電流出現(xiàn)在電路中時，這樣的接地方式形成干擾電磁，較大程度影響了一部分電力設施[1]。

第二種是TN-S系統(tǒng)，當供配電設計達到規(guī)定安全標準時科學應用。由于系統(tǒng)保護中不會形成電流，難以造成電磁干擾，相應增加了安全性。可是，不足是會增加投入成本。

第三種是TN-C-S系統(tǒng)，是對前兩種系統(tǒng)有效融合，前半部分利用TN-S系統(tǒng)節(jié)地，后半部分則使用TN-C系統(tǒng)。高度糅合兩個系統(tǒng)的優(yōu)勢，有效規(guī)避系統(tǒng)存在的不足。

（二）TT系統(tǒng)

該系統(tǒng)工作原理是電源工作接地與用電設施保護接地，不存在保護線，全部設備金屬外殼直接中線。系統(tǒng)特點：直接接地，容易增加觸電的風險；設備之間不存在必要關聯(lián)，產生缺陷不會發(fā)生一系列連鎖反映，同時各個設備保持一定獨立性，彼此難以造成較大的干擾。當前這一系統(tǒng)應用率較低，但基于投入成本低廉，可以有效掌控風險，有良好的應用前景[2]。

（三）IT系統(tǒng)

系統(tǒng)運行的基本原理是電源非工作接地與用電設備保護接地。缺乏必備的中性線和保護線，設備全部金屬外殼采取直接接地方式。實際特點：難產生廣泛的運用范圍，可以在三相對稱用電設備中廣泛運用；單相產生問題不會威脅設備使用；設備不帶電，降低了觸電發(fā)生概率，容易在易燃易爆場合中使用。

二、接地故障保護

接地故障發(fā)生是由于在系統(tǒng)內部中相線對地及相關導體之間發(fā)生短路問題。一定程度增加接地故障的危害性，可以借助工廠接地故障保護降低產生事故的概率。

（一）IT系統(tǒng)接地故障保護

在此系統(tǒng)中，若供配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，電位在設備金屬外殼中升至50V，此時采取設備絕緣監(jiān)視和接地故障裝置，并對裝置內部動作電流范圍有效保障： IERE≤50V

式中，單相接地電流為 IE，連接設備金屬外殼的接地電阻為RE。

當系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地故障時，應采取安裝漏電保護開關的方法，短期內快速切斷供電線路。這一故障成因有兩種，一是IT接地系統(tǒng)中擁有N線，此時漏電開關形成的動作電流為：

loρZΣ≤■UΦ

二是IT接地系統(tǒng)中缺少N線，此時漏電開關電流為：

loρZΣ≤■UΦ

在上述公式中，loρ表示漏電開關形成的電流數(shù)值；故障回Φ路阻抗模為ZΣ，相電壓是UΦ。

（二）TT系統(tǒng)基地故障保護

在這個系統(tǒng)中，僅需要對漏電開關設置保護，結合低壓斷路器約束需求合理調節(jié)漏電開關存在的大小電流，確保漏電動作維持在30mA左右。設置接地故障保護系統(tǒng)之后，應根據公式要求設計系統(tǒng)： sla≤50V

式中，設備外漏形成的導電部分地級與PE線電阻和為s；la標識存在于故障回路形成的動作電流。

在實際利用系統(tǒng)的過程中，一般不會形成較高故障電流數(shù)值，與過電流保護的對應范圍不相符，設備應用中體現(xiàn)出極強的靈敏性。因此在應用系統(tǒng)中，一般優(yōu)先考慮使用漏電保護設備[3]。

（三）TN系統(tǒng)接地故障保護

在系統(tǒng)中，一般保護供配電系統(tǒng)采取低壓斷路器切斷供電線路的方法，結合反時限特點需求對斷路器動作電流科學調節(jié)。可是，在TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)下部分無法結合故障保護需求使用斷路器，此時為實現(xiàn)故障保護需要應安裝漏電開關。在TN-C系統(tǒng)中，由于未設計PE線，應利用漏電開關達到故障保護目標，在TN-C系統(tǒng)中加入PE線，進一步轉化為TN-S系統(tǒng)，設計過程中應達到下列要求： sla≤U

式中，接地故障回路阻抗利用s表示，la表示在限定時間之內對故障回路電流數(shù)量自行阻斷；Uo標識相線對地形成的電壓。

在研究分析系統(tǒng)中允許通過的最大切斷接地故障回路，科學劃分回路類型，一種是針對固定設備產生的回路，設定故障最大回路時間4-5s；另一種是針對移動設備形成的回路，故障最大回路時間是0.4s；結合以上數(shù)據了解到，兩種回路；類型對故障保護反應時間都很短，固定設備大概是5s，移動設備大概是0.4s，因此只有對上述故障回路時間需求有效滿足，才可以全面發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢。

在分析接地故障保護最小數(shù)值時，可以研究熔斷器方式，合理劃分溶體額定電流，與之對應的回路是4.5s、5s、5s、6s，形成故障時間依次為8s、9s、10、11s。通過以上數(shù)據了解到，當熔斷器實施接地故障保護時，由于在TN系統(tǒng)中發(fā)生較高頻率的金屬性短路故障，此時電路故障保護必定起到較大作用，若形成較大電流數(shù)量容易切斷電路。當線路存在較長長度時，相應擴大過電流保護裝置發(fā)揮的作用，此時通過漏電保護設備作為保護裝置為系統(tǒng)提供保護[4]。

三、結束語

綜合分析能發(fā)現(xiàn)，在設計工廠的低壓供配電中維護接地系統(tǒng)發(fā)揮了至關重要的作用。工廠應結合自身特點科學選擇接地系統(tǒng)，之后按照實際運行接地系統(tǒng)狀況，找出存在的缺陷，合理安裝與之對應的故障保護裝置。

參考文獻：

[1]湯小麗，何貴陽.大型游樂設施配電系統(tǒng)接地型式的探討[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2017（4）：53-54+61.

[2]李露露，雍靜，曾禮強，何樂婷.低壓直流雙極供電系統(tǒng)的接地型式研究[J]. 中國電機工程學報，2018（13）：2210-2218.

[3]彭鈺，魏巍.淺析廠區(qū)道路照明配電系統(tǒng)接地型式的選擇[J].有色冶金節(jié)能，2017（6）：35-39.

[4]千素蘭 .低壓配電系統(tǒng)設計中斷路器整定系數(shù)確定問題的探討[J].電氣工程應用，2018（2）：26-31.

（作者單位：中材建設有限公司）