臨電系統三級配電二級漏電保護設計

1 對臨電規范要求的三級配電、二級漏電保護的理解

　　1.1 臨電規范規定的三級配電與二級漏電保護

　　臨電規范規定配電系統應設置配電柜或總配電箱、分配電箱、開(kāi)關(guān)箱，實(shí)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(kāi)關(guān)箱為特殊的第三級配電。臨電規范規定的臨電系統短路及過(guò)載保護有五級，分別是總配電箱內總回路和分回路二級、分配電箱內進(jìn)線(xiàn)回路和出線(xiàn)回路二級、開(kāi)關(guān)箱內一級。保護電器在一般是采用低壓熔斷器和低壓斷路器兩類(lèi)。漏電保護有二級，分別是總配電箱內總回路或分回路一級、開(kāi)關(guān)箱內一級，保護電器一般是帶漏電保護的斷路器。

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

　　1.2 臨電規范采用三級配電二級漏電保護的原因

　?。?）配電級數需要與用電規模、用電特點(diǎn)相適應，三級配電是臨電系統較為合適的配電模式。

　　工業(yè)配電系統一般采用配電室一級配電，民用建筑則一般采取三級配電，規模特別大的也有四級。

　　工業(yè)配電系統負荷較多、功率較大，區域集中，變配電所能深入負荷中心，在配電室內有匯流母線(xiàn)為各個(gè)配電柜配電，相當于分成了一個(gè)個(gè)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(gè)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、住宅樓和樓層、住戶(hù)分層配電。

　　對于施工現場(chǎng)來(lái)說(shuō)，負荷較多、容量有時(shí)相差較大、供電區域也相對分散，至少也要采用兩級配電方式，而開(kāi)關(guān)箱這一級，由于臨電規范規定臨電系統末端采用一機一箱供電方式，這一級實(shí)際上實(shí)現的不是對電能進(jìn)行再分配，而是臨電規范為了確保末端設備的安全采取的一種特殊安全保護措施，臨電規范規定開(kāi)關(guān)箱距末級用電設備不大于3m，就是對于用電安全的一種強制性措施。由于施工現場(chǎng)用電人員與末級設備接觸頻繁，用電設備的特殊環(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。

　?。?）臨電規范要求總配電箱應設在靠近電源的區域，分配電箱應設在用電設備或負荷相對集中的區域，這樣至少也需要包括開(kāi)關(guān)箱在內的三級配電才能滿(mǎn)足要求。

　?。?）一般配電規范和設計都沒(méi)有對配電級數作強制性規定，而臨電規范2005 對臨電系統強制采用三級配電，主要是針對施工現場(chǎng)的特殊性、用電安全的重要性，從技術(shù)上對臨電設計作了強制性的規定。只有從技術(shù)、設計、方案實(shí)施上確保臨電的安全，才能從根本上通過(guò)臨電管理等手段實(shí)現施工現場(chǎng)的用電安全。

　?。?）臨電規范對三級配電做了詳細的規定，設置了五級短路和過(guò)載保護，主要原因有：

　?、偈┕がF場(chǎng)臨時(shí)用電系統作為一個(gè)獨立的供配電系統，具有相當的特殊性，總配電箱內必須安裝進(jìn)線(xiàn)總斷路器。

　?、谟捎谑┕がF場(chǎng)的特殊性，臨電規范要求架空線(xiàn)路、室內線(xiàn)路、電纜線(xiàn)路必須有短路保護和過(guò)載保護，總配電箱和分配電箱的出線(xiàn)側需要各安裝一級短路和過(guò)載保護。

　?、塾捎诜峙潆娤浠芈房赡懿捎脴?shù)干式供電，總配電箱內的分路斷路器或熔斷器不能為分配電箱每個(gè)出線(xiàn)回路提供可靠的短路和過(guò)載保護，從安全角度考慮，分配電箱進(jìn)線(xiàn)處也需要安裝一級短路和過(guò)載保護，為分配電箱每個(gè)出線(xiàn)回路提供后備保護。

　?、荛_(kāi)關(guān)箱內的這一級短路和過(guò)載保護是末端設備和線(xiàn)路的主保護，是比一般供電系統多增加的一級特殊保護措施，是也是臨電規范提高施工現場(chǎng)用電安全等級的一個(gè)安全措施。

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

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

　　在工業(yè)項目上短路的過(guò)載保護雖可以兼作回路的接地保護，但在臨電系統中過(guò)載保護提供的接地保護不能滿(mǎn)足施工現場(chǎng)用電的要求，漏電保護系統是比過(guò)載保護、零序保護靈敏度都高的多的接地保護系統，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。

　?。?）臨電設計人員是一般是電氣專(zhuān)業(yè)工程師及其專(zhuān)業(yè)水平不高的人員，有很多電氣工程師沒(méi)有經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)電氣設計培訓，他們一般接觸最多的是施工規范，對設計規范并不熟悉，需要在規范中確定臨電的供電模式和相應細節，臨電規范的提供的確定性供電模式確實(shí)為臨電設計提供了方便，使電氣專(zhuān)業(yè)水平不高的人員也能設計出符合規定的臨電方案。

　?。?）施工現場(chǎng)所具有的特殊性，用電和管理人員專(zhuān)業(yè)性不強或是非專(zhuān)業(yè)人員，甚至部分人員根本就沒(méi)有相應的用電知識。施工現場(chǎng)情況千差萬(wàn)別，為了提高臨電系統的安全及管理水平，臨電規范的各項規定就比較嚴格，強制部分相對多，更多的是從安全的角度進(jìn)行規定，就高不就低。這樣臨電規范在對具體內容作了嚴格規定的同時(shí)，也使臨電設計和實(shí)施少了些靈活性。

　　2 二級漏電保護設計存在的問(wèn)題

　　2.1 臨電規范強制性規定

　　臨電系統規定必須采用二級漏電保護系統，但對二級漏電保護對應的臨電規模沒(méi)有做詳細的規定，也就是說(shuō)不論臨電規模多大，都可能采用的是二級漏電保護系統，如果設計過(guò)程中不考慮實(shí)際項目的臨電規模，盲目按臨電規范規定的二級漏電保護模式進(jìn)行設計，常常導致漏電保護方案與實(shí)際的臨電規模不匹配設計的臨電系統總漏電保護器保護范圍明顯過(guò)大，就是因為忽略了不同的規模應有不同的分級保護的原理，不論臨電規模有多大，都簡(jiǎn)單照搬臨電規范的二級漏電保護系統，導致總漏電保護器動(dòng)作后影響范圍大，施工現場(chǎng)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場(chǎng)的正常施工和用電安全。

　　2.2 設計過(guò)程中沒(méi)有考慮施工現場(chǎng)的特殊性

　　施工現場(chǎng)環(huán)境較差，施工設備具有相當大的周轉性、移動(dòng)性和共用性，配電設備、配電線(xiàn)路、用電設備等易受不良環(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(dòng)作或不起作用。這些特殊性造成了線(xiàn)路和設備漏電機率較高，而末級漏電保護的動(dòng)作率卻不高或就沒(méi)有末級漏電保護器，這就造成了總漏電保護器的動(dòng)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(lè )觀(guān)。

　　2.3 在設計方案中不重視形成分級、有效、可靠的漏電保護系統

　　我們知道開(kāi)關(guān)箱內的漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流是15~30mA，而較為中型或大型的臨電系統總漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流是300~500mA，而且還有0.3～0.5s 的時(shí)延，總配電箱分路的漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流是200mA 左右，首末兩端漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流相差較大，在臨電系統大多數設備運行時(shí)，由于通電線(xiàn)路和設備較多，系統漏電流也較大，首末兩端漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流實(shí)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，但在用電設備數量較少時(shí)，首末兩端漏電保護器額定漏電動(dòng)作電流實(shí)際相差會(huì )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(wú)疑對施工現場(chǎng)用電人員是較為嚴重的安全隱患。

　　3 三級配電設計存在的問(wèn)題

　　3.1 相對于二級漏電保護，短路和過(guò)載保護在臨電設計和方案實(shí)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(guò)載保護兼接地保護的靈敏度，在臨電系統運行過(guò)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(dòng)作，而短路和過(guò)載保護基本上不動(dòng)作，給人的感覺(jué)是短路和過(guò)載保護是一個(gè)擺設，只要有了漏電保護，短路和過(guò)載保護就可有可無(wú)了。

　　這樣在臨電設計和方案實(shí)施中對短路和過(guò)載保護很不重視。

　　在實(shí)際的臨電設置中，短路和過(guò)載保護常常不按臨電設計方案配置，而是沿用上一次臨電設計配置的短路和過(guò)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備，實(shí)際上存在較大的故障隱患。

　　在臨電系統中只重視漏電保護是人們的一個(gè)誤區，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(wèn)題，而過(guò)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(huì )因各種各樣的原因拒動(dòng)，短路和過(guò)載保護實(shí)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(dòng)的概率就相對大一些，實(shí)際上臨電系統開(kāi)關(guān)箱以上的很大的范圍內只有一級漏電保護，有一部分開(kāi)關(guān)箱后的設備和線(xiàn)路是沒(méi)有末級漏電保護的，這些設備也只有一級漏電保護。

　　如果不重視臨電系統的短路和過(guò)載保護，臨電系統就會(huì )存在較大的故障隱患，如果發(fā)生短路故障而不能及時(shí)切斷故障，不僅損毀設備，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(shí)存在不少問(wèn)題，其中突出的問(wèn)題是沒(méi)有進(jìn)行短路電流計算。

　　配電線(xiàn)路短路保護電器的分斷能力應大于安裝處的預期短路電流。選擇斷路器應先計算其出口端的短路電流，但一般的臨電方案都沒(méi)有進(jìn)行短路電流計算，再加上負荷變動(dòng)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(guò)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(lái)說(shuō)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，當然這一過(guò)程可以用軟件實(shí)現，但至少目前得到普及的較少。目前的大多數臨電方案還是比較簡(jiǎn)單的，相關(guān)的計算很少涉及。漏電保護變成了臨電系統的主保護，短路和過(guò)載保護則不受重視，實(shí)際上臨電系統沒(méi)有實(shí)現短路和過(guò)載保護的安全設計、配置和分級保護。

　　3.3 總配電箱設置在靠近電源的區域的方案不一定是最優(yōu)方案

　　臨電規范規定總配電箱應設在靠近電源的區域，有兩個(gè)目的：對進(jìn)入施工現場(chǎng)的臨電電源線(xiàn)路提供短路、過(guò)載、漏電保護；按規范要求形成必須采用的TN-S 系統，確?？偱潆娤銹E 線(xiàn)、N 線(xiàn)分開(kāi)處的地電位。

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

　　電源靠近負荷中心設置，這種方案無(wú)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，再加上臨電設備的需用系數和同時(shí)系數較小，采用這種方案的投入會(huì )相對較小。

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

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